本发明涉及混凝土领域，具体涉及一种适用水电水利工程的四级配碾压混凝土及其制备方法。
背景技术：
碾压混凝土是一种干硬性贫水泥的混凝土，使用硅酸盐水泥、火山灰质掺和料、水、外加剂、砂和分级控制的粗骨料拌制成无塌落度的干硬性混凝土，采用与土石坝施工相同的运输及铺筑设备，用振动碾分层压实。碾压混凝土坝既具有混凝土体积小、强度高、防渗性能好、坝身可溢流等特点，又具有土石坝施工程序简单、快速、经济、可使用大型通用机械的优点。目前，碾压混凝土已被广泛应用于水利水电工程，但是碾传统碾压混凝土拌和物干硬、粘聚性较差，因此，为保证骨料的均匀分部及大坝的长期耐久性，一般采用二、三级配骨料，即骨料粒径限制在80mm以内，碾压混凝土胶凝材料少、成本低的优势无法充分体现；国内大坝约定俗成地普遍采用30cm层厚作为二级配、三级配碾压混凝土浇筑层厚，无法充分体现碾压混凝土坝快速摊铺、快速碾压、快速上升的优势
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提供了一种适用水电水利工程的四级配碾压混凝土及其制备方法，所得混凝土具有高抗压强度、高抗拉强度，并能保持超高延性，具备良好的耗能能力及弹性模量。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种适用水电水利工程的四级配碾压混凝土，由以下重量份的组分制备而成：
硅酸盐水泥42-58份、火山灰质掺和料25-38份、石英砂20-40份、碎石67-77份、竹材酚醇液化树脂13-15份、聚羧酸系减水剂5-15份、壳聚糖纤维0.08-12.6份、聚羧酸保坍剂1-4份、十二烷基硫酸钠2.3-4.7份、耐化学品改性剂5-10份、纳米硅颗粒2.5-8.5份、纳米碳酸钙7-13份、阴离子聚丙烯酰胺3-5份、聚二甲基硅氧烷3.7-8.3份、聚乙二醇丙烯酸酯0.4-1份、丙烯酸乳液20-30份、高强仿钢丝纤维3-6份、乙二醇单丁醚4-8份、水27-33份；碎石由大石、中石、小石、微石组成，碎石的粒径范围是5mm-100mm，其中大石、中石、小石、微石的粒径范围分别为70mm-100mm、30mm-70mm、20mm-30mm、5mm-10mm，大石∶中石∶小石∶微石的质量比为4∶3∶5∶2。
优选地，由以下重量份的组分制备而成：
硅酸盐水泥42份、火山灰质掺和料25份、石英砂20份、碎石67份、竹材酚醇液化树脂13份、聚羧酸系减水剂5份、壳聚糖纤维0.08份、聚羧酸保坍剂1份、十二烷基硫酸钠2.3份、耐化学品改性剂5份、纳米硅颗粒2.5份、纳米碳酸钙7份、阴离子聚丙烯酰胺3份、聚二甲基硅氧烷3.7份、聚乙二醇丙烯酸酯0.4份、丙烯酸乳液20份、高强仿钢丝纤维3份、乙二醇单丁醚4份、水27份；碎石由大石、中石、小石、微石组成，碎石的粒径范围是5mm-100mm，其中大石、中石、小石、微石的粒径范围分别为70mm-100mm、30mm-70mm、20mm-30mm、5mm-10mm，大石∶中石∶小石∶微石的质量比为4∶3∶5∶2。
优选地，由以下重量份的组分制备而成：
硅酸盐水泥58份、火山灰质掺和料38份、石英砂40份、碎石77份、竹材酚醇液化树脂15份、聚羧酸系减水剂15份、壳聚糖纤维12.6份、聚羧酸保坍剂4份、十二烷基硫酸钠4.7份、耐化学品改性剂5-10份、纳米硅颗粒8.5份、纳米碳酸钙13份、阴离子聚丙烯酰胺5份、聚二甲基硅氧烷8.3份、聚乙二醇丙烯酸酯1份、丙烯酸乳液30份、高强仿钢丝纤维6份、乙二醇单丁醚8份、水33份；碎石由大石、中石、小石、微石组成，碎石的粒径范围是5mm-100mm，其中大石、中石、小石、微石的粒径范围分别为70mm-100mm、30mm-70mm、20mm-30mm、5mm-10mm，大石∶中石∶小石∶微石的质量比为4∶3∶5∶2。
优选地，由以下重量份的组分制备而成：
硅酸盐水泥50份、火山灰质掺和料31.5份、石英砂30份、碎石72份、竹材酚醇液化树脂14份、聚羧酸系减水剂10份、壳聚糖纤维6.7份、聚羧酸保坍剂2.5份、十二烷基硫酸钠3.5份、耐化学品改性剂7.5份、纳米硅颗粒5.5份、纳米碳酸钙10份、阴离子聚丙烯酰胺4份、聚二甲基硅氧烷6份、聚乙二醇丙烯酸酯0.7份、丙烯酸乳液25份、高强仿钢丝纤维4.5份、乙二醇单丁醚6份、水30份；碎石由大石、中石、小石、微石组成，碎石的粒径范围是5mm-100mm，其中大石、中石、小石、微石的粒径范围分别为70mm-100mm、30mm-70mm、20mm-30mm、5mm-10mm，大石∶中石∶小石∶微石的质量比为4∶3∶5∶2。
其中，所述耐化学品改性剂含有全氟烷基的丙烯酸系添加剂。
其中，所述竹材酚醇液化树脂通过以下步骤制备所得：将苯酚、聚乙二醇-400、碳酸和竹材按1：2：1：1.55的质量比混合，在140℃的条件下反应50min后，将温度降至50℃以下，依次加入适量40％naoh溶液和纳米水性粘合剂，在95℃条件下反应50min，得竹材酚醇液化树脂，40％naoh溶液的加入量为苯酚质量的2.34倍，纳米水性粘合剂的加入量为苯酚质量的2.67倍。
其中，所述高强仿钢丝纤维的长度为15-20毫米。
本发明还提供了上述一种适用水电水利工程的四级配碾压混凝土，包括如下步骤：
s1、按权利要求1-7任一项所述的配方称取各组分；
s2、将称取的纳米硅颗粒和纳米碳酸钙通过超声波振荡设备分散于称取的水中形成分散液，并在70℃的温度下加热搅拌处理25-30min，然后再在该温度下边搅拌边加入称取的壳聚糖纤维、聚羧酸系减水份、聚羧酸保坍剂，得混合液a；
s3、将称取的耐化学品改性剂、竹材酚醇液化树脂、十二烷基硫酸钠、乙二醇单丁醚、高强仿钢丝纤维、阴离子聚丙烯酰胺、聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇丙烯酸酯、丙烯酸乳液加入到双螺杆挤出机中；在螺杆的输送、剪切和混炼下，物料熔化、复合，再经挤出，冷却，得混合物料b；
s4、将称取的硅酸盐水泥、火山灰质掺和料、石英砂和碎石混合搅拌均匀后用提升机将其输送入成品匀化仓中，然后边搅拌边加入所得的混合液a、混合物料b，通过匀化仓底部产生的空气均化后即得。
其中，所述的双螺杆挤出机的挤出温度为40-80℃之间，螺杆转速为200-300转/分钟。
本发明具有以下有益效果：
与现有的三级配混凝土相比抗压强度和抗折强度更高，在弹性模量、抗渗等级、抗冻强度、极限拉伸、绝热温升等方面与现有的三级碾压混凝土相比均具有一定的优势。阴离子聚丙烯酰胺、聚乙二醇丙烯酸酯、聚二甲基硅氧烷等可聚合交联形成吸附阴、阳离子的网状结构，大大提高了混凝土的流动性；引入全氟烷基的丙烯酸系添加剂作为耐化学品改性剂，在制备过程中即可完全迁移到表面形成一种保护膜，这层保护膜和水不相容且具有较强的耐酸碱的性能；纳米硅颗粒具有特殊的网状结构，与纳米碳酸钙配合，在混凝土浆体原有的网状结构的基础上建立一个新的网状结构，有效阻止了混凝土内部微裂纹的扩展，提高了混凝土的抗弯拉强度；高强仿钢丝纤维掺入到混凝土中呈乱向分布且相互搭接，起到加筋作用，承托骨料，防止骨料下沉出现离析，同时减少因泌水形成的连通孔隙，降低孔隙率，其次，在混凝土硬化过程中，各纤维乱向分布状态，可切断毛细孔通道，减小基体的失水面积以及毛细管失水收缩张力，阻碍水分的迁移，改善孔结构，从而提高混凝土的强度和抗渗性；丙烯酸乳液经反应后可逐渐生成丙烯酸树脂，可填充混凝土内部的间隙，提高其抗渗性，同时丙烯酸树脂本身具备的高韧性赋予混凝土较强的耐机械力性能。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下实施例中的水泥采用p.o42.5普通硅酸盐水泥，所述石英砂采用80—140目的精制石英砂，所述耐化学品改性剂含有全氟烷基的丙烯酸系添加剂。所述竹材酚醇液化树脂通过以下步骤制备所得：将苯酚、聚乙二醇-400、碳酸和竹材按1：2：1：1.55的质量比混合，在140℃的条件下反应50min后，将温度降至50℃以下，依次加入适量40％naoh溶液和纳米水性粘合剂，在95℃条件下反应50min，得竹材酚醇液化树脂，40％naoh溶液的加入量为苯酚质量的2.34倍，纳米水性粘合剂的加入量为苯酚质量的2.67倍。所述高强仿钢丝纤维的长度为15-20毫米；所使用的碎石由大石、中石、小石、微石组成，碎石的粒径范围是5mm-100mm，其中大石、中石、小石、微石的粒径范围分别为70mm-100mm、30mm-70mm、20mm-30mm、5mm-10mm，大石∶中石∶小石∶微石的质量比为4∶3∶5∶2。
实施例1
一种适用水电水利工程的四级配碾压混凝土，包括如下步骤：
s1、按重量份称取硅酸盐水泥42份、火山灰质掺和料25份、石英砂20份、碎石67份、竹材酚醇液化树脂13份、聚羧酸系减水剂5份、壳聚糖纤维0.08份、聚羧酸保坍剂1份、十二烷基硫酸钠2.3份、耐化学品改性剂5份、纳米硅颗粒2.5份、纳米碳酸钙7份、阴离子聚丙烯酰胺3份、聚二甲基硅氧烷3.7份、聚乙二醇丙烯酸酯0.4份、丙烯酸乳液20份、高强仿钢丝纤维3份、乙二醇单丁醚4份、水27份；
s2、将称取的纳米硅颗粒和纳米碳酸钙通过超声波振荡设备分散于称取的水中形成分散液，并在70℃的温度下加热搅拌处理25-30min，然后再在该温度下边搅拌边加入称取的壳聚糖纤维、聚羧酸系减水份、聚羧酸保坍剂，得混合液a；
s3、将称取的耐化学品改性剂、竹材酚醇液化树脂、十二烷基硫酸钠、乙二醇单丁醚、高强仿钢丝纤维、阴离子聚丙烯酰胺、聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇丙烯酸酯、丙烯酸乳液加入到双螺杆挤出机中；在螺杆的输送、剪切和混炼下，物料熔化、复合，再经挤出，冷却，得混合物料b；所述的双螺杆挤出机的挤出温度为40-80℃之间，螺杆转速为200-300转/分钟；
s4、将称取的硅酸盐水泥、火山灰质掺和料、石英砂和碎石混合搅拌均匀后用提升机将其输送入成品匀化仓中，然后边搅拌边加入所得的混合液a、混合物料b，通过匀化仓底部产生的空气均化后即得。
实施例2
一种适用水电水利工程的四级配碾压混凝土，包括如下步骤：
s1、按重量份称取硅酸盐水泥58份、火山灰质掺和料38份、石英砂40份、碎石77份、竹材酚醇液化树脂15份、聚羧酸系减水剂15份、壳聚糖纤维12.6份、聚羧酸保坍剂4份、十二烷基硫酸钠4.7份、耐化学品改性剂5-10份、纳米硅颗粒8.5份、纳米碳酸钙13份、阴离子聚丙烯酰胺5份、聚二甲基硅氧烷8.3份、聚乙二醇丙烯酸酯1份、丙烯酸乳液30份、高强仿钢丝纤维6份、乙二醇单丁醚8份、水33份；
s2、将称取的纳米硅颗粒和纳米碳酸钙通过超声波振荡设备分散于称取的水中形成分散液，并在70℃的温度下加热搅拌处理25-30min，然后再在该温度下边搅拌边加入称取的壳聚糖纤维、聚羧酸系减水份、聚羧酸保坍剂，得混合液a；
s3、将称取的耐化学品改性剂、竹材酚醇液化树脂、十二烷基硫酸钠、乙二醇单丁醚、高强仿钢丝纤维、阴离子聚丙烯酰胺、聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇丙烯酸酯、丙烯酸乳液加入到双螺杆挤出机中；在螺杆的输送、剪切和混炼下，物料熔化、复合，再经挤出，冷却，得混合物料b；所述的双螺杆挤出机的挤出温度为40-80℃之间，螺杆转速为200-300转/分钟；
s4、将称取的硅酸盐水泥、火山灰质掺和料、石英砂和碎石混合搅拌均匀后用提升机将其输送入成品匀化仓中，然后边搅拌边加入所得的混合液a、混合物料b，通过匀化仓底部产生的空气均化后即得。
实施例3
一种适用水电水利工程的四级配碾压混凝土，包括如下步骤：
s1、按重量份称取硅酸盐水泥50份、火山灰质掺和料31.5份、石英砂30份、碎石72份、竹材酚醇液化树脂14份、聚羧酸系减水剂10份、壳聚糖纤维6.7份、聚羧酸保坍剂2.5份、十二烷基硫酸钠3.5份、耐化学品改性剂7.5份、纳米硅颗粒5.5份、纳米碳酸钙10份、阴离子聚丙烯酰胺4份、聚二甲基硅氧烷6份、聚乙二醇丙烯酸酯0.7份、丙烯酸乳液25份、高强仿钢丝纤维4.5份、乙二醇单丁醚6份、水30份；
s2、将称取的纳米硅颗粒和纳米碳酸钙通过超声波振荡设备分散于称取的水中形成分散液，并在70℃的温度下加热搅拌处理25-30min，然后再在该温度下边搅拌边加入称取的壳聚糖纤维、聚羧酸系减水份、聚羧酸保坍剂，得混合液a；
s3、将称取的耐化学品改性剂、竹材酚醇液化树脂、十二烷基硫酸钠、乙二醇单丁醚、高强仿钢丝纤维、阴离子聚丙烯酰胺、聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇丙烯酸酯、丙烯酸乳液加入到双螺杆挤出机中；在螺杆的输送、剪切和混炼下，物料熔化、复合，再经挤出，冷却，得混合物料b；所述的双螺杆挤出机的挤出温度为40-80℃之间，螺杆转速为200-300转/分钟；
s4、将称取的硅酸盐水泥、火山灰质掺和料、石英砂和碎石混合搅拌均匀后用提升机将其输送入成品匀化仓中，然后边搅拌边加入所得的混合液a、混合物料b，通过匀化仓底部产生的空气均化后即得。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。