一种高抗拉强度超高性能混凝土及其制备方法与流程

本发明涉及一种高抗拉强度超高性能混凝土及其制备方法，属于建筑材料。

背景技术：

1、20世纪70年代，减水剂和高活性掺合料的发明使混凝土强度提升成为可能。丹麦bache教授提出最紧密堆积理论(densified system with ultra fine particles,dsp)，采用充分分散的细小颗粒填充在水泥堆积体系的空隙中，使整体密实度提高，进一步提高混凝土的强度；但通过提升混凝土粉体密实度不能有效改善其自身脆性大的问题，人们又通过掺加钢纤维，进一步提升混凝土韧性；在二者的基础上，经过广泛的研究与发展逐渐形成了现今的超高强、低脆性、高耐久性的水泥基复合材料，即超高性能混凝土(ultra～highperformance concrete,uhpc)。

2、由于超高性能混凝土内部更加致密，孔隙缺陷少，相比于普通混凝土，其抗压强度可达120mpa以上，具有更好的韧性与耐久性。但目前所研究的uhpc抗拉强度通常低于10mpa，专利申请cn202211116682.3公开一种高延性混凝土预制板及其制备方法，涉及的混凝土抗压强度为110mpa，但是抗拉强度不足9mpa；周腾等人对uhpc的轴拉性能进行了相关研究，结果显示，抗压强度高达144mpa的uhpc，抗拉强度也仅为8.1mpa；屈少钦对uhpc的抗拉性能进行研究，研发创新的uhpc虽然抗拉强度已明显改善，但也仅为11mpa左右。

3、现有技术中超高性能混凝土抗拉强度低的缺陷限制了其应用范围，因此亟需研发一种高抗拉强度的超高性能混凝土，以解决现有技术的不足，满足所需应用场景的需求。

技术实现思路

1、为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的之一在于提供一种高抗拉强度超高性能混凝土，所述超高性能混凝土具有优异的力学性能，兼具高抗压强度和高抗拉强度，广泛适用于大跨度主桥跨中桥面板、大跨度楼板等抗拉强度要求高的应用场景中；

2、本发明的目的之二在于提供一种高抗拉强度超高性能混凝土的制备方法，所述方法操作简洁，搅拌时间较短，生产效率高，工程适用性强。

3、一种高抗拉强度超高性能混凝土，各组分及其重量份数如下：

4、水泥500～800份，硅灰50～300份，粉煤灰70～200份，细骨料1000～1500份，减水剂8～10份，水150～250份，钢纤维100～250份，氧化石墨烯0.01～4份、环氧树脂70～260份、固化剂20～60份；

5、优选的，所述水泥为p.o 42.5水泥，所述p.o 42.5水泥需水量小，碱含量低，与外加剂相容性好。

6、优选的，所述硅灰的二氧化硅含量不低于94％，平均粒径为0.05μm～0.13μm，比表面积为13m2/g～25m2/g。

7、优选的，所述粉煤灰的28天活性指数为105％～120％，需水量低于90％，烧失量不高于1.2％，所述粉煤灰可降低浆体粘度。

8、优选的，所述细骨料采用天然河砂或石英砂，所述细骨料的细度模数为2.7～2.9，压碎指标低于15％。

9、优选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率高于30％。

10、优选的，所述钢纤维长度13mm～20mm，直径0.2mm～0.3mm，抗拉强度高于3000mpa。

11、优选的，所述氧化石墨烯为氧化石墨烯纳米片，片层厚度为0.6nm～2.5nm，片层直径为0.5μm～10μm，氧化石墨烯纳米片的纯度高于99％；所述氧化石墨烯表面有含氧基团，具有良好的亲水性，并且含氧基团的引入破坏氧化石墨烯的大π键，使氧化石墨烯丧失了导电能力，不导电。

12、优选的，所述环氧树脂的环氧当量为184g/mol～195g/mol，挥发物含量在250℃时低于0.5％。

13、优选的，所述固化剂为酚醛胺环氧固化剂，折射率为1.525～1.530，25℃时的黏度为1000mpa·s～1300mpa·s。

14、一种本发明所述高抗拉强度超高性能混凝土的制备方法，所述方法步骤如下：

15、(1)将细骨料、水泥、硅灰和粉煤灰先后依次加入到搅拌机内，搅拌均匀得到混合粉料；

16、将氧化石墨烯均匀分散在水中，再加入减水剂混合均匀，得到氧化石墨烯混合溶液；

17、(2)向步骤(1)得到的混合粉料中加入环氧树脂和固化剂，搅拌均匀，得到混合浆料；

18、(3)向步骤(2)得到的混合浆料中加入步骤(1)制备得到的氧化石墨烯混合溶液，搅拌至拌合物能够流动后，加入钢纤维继续搅拌均匀，出料，得到所述高抗拉强度超高性能混凝土。

19、有益效果

20、(1)本发明提供了一种高抗拉强度超高性能混凝土，所述超高性能混凝土基于最紧密堆积原理，选择最佳的原材料掺量，使制备得到的超高性混凝土内部填充密实，不仅有利于抗压强度的提高，还有利于提升基体与钢纤维的粘结能力，进一步提升混凝土的抗拉强度；环氧树脂和固化剂随着水化反应水分的消耗，短时间内迅速固化，可在混凝土内部形成均匀、强度高的聚合物网络结构，有效提升混凝土抗拉强度；氧化石墨烯能够促进水泥的水化速率，使混凝土微观结构更为致密，并改善基体与钢纤维的界面粘结强度，从而有效提高混凝土的抗拉性能；所述高抗拉超高性能混凝土具有优异的力学性能，抗拉强度可达10.3～14.1mpa，抗压强度可达160.7～178.2mpa，广泛适用于大跨度主桥跨中桥面板、大跨度楼板等抗拉强度要求高的应用场景中。

21、(2)本发明提供了一种高抗拉强度超高性能混凝土，所述超高性能混凝土中组分硅灰的平均粒径小，可较好发挥微集料效应，填充超高性能混凝土内部空隙，使混凝土更加致密；同时，所采用的硅灰比表面积大，具有极强的表面活性，可充分发挥火山灰效应，进一步提高混凝土强度，并提升混凝土对渗析、碳化、酸性介质的抵抗能力。

22、(3)本发明提供了一种高抗拉强度超高性能混凝土，所述超高性能混凝土中组分粉煤灰呈滚珠状，可减小骨料间的摩擦力，有效降低超高性能混凝土粘度，并使混凝土浆体具有更好的流动性；同时，滚珠状的粉煤灰自身也具有一定的强度，可使其在混凝土的搅拌中较好的分散。

23、(4)本发明提供了一种高抗拉强度超高性能混凝土，所述超高性能混凝土中组分钢纤维能够通过提升基体的抗拉强度，从而降低混凝土开裂风险；另一方面，当出现裂缝时，钢纤维桥接在裂缝扩展区，有利于承载更大的应力，提高混凝土受荷载能力；此外，钢纤维在拉应力作用下发生弹性拉伸，进一步提高混凝土承受荷载能力，对混凝土的增韧作用更加明显。

24、(5)本发明提供了一种高抗拉强度超高性能混凝土，所述超高性能混凝土中组分羧酸减水剂的减水效果明显，可显著改善混凝土流动性，并且保坍性能优异，可降低混凝土经时损失，保证施工时仍具有良好的流动性。

技术特征：

1.一种高抗拉强度超高性能混凝土，其特征在于：各组分及其重量份数如下：

2.根据权利要求1所述一种高抗拉强度超高性能混凝土，其特征在于：所述氧化石墨烯为氧化石墨烯纳米片，片层厚度为0.6nm～2.5nm，片层直径为0.5μm～10μm，氧化石墨烯纳米片的纯度高于99％。

3.根据权利要求1或2所述一种高抗拉强度超高性能混凝土，其特征在于：所述钢纤维长度13mm～20mm，直径0.2mm～0.3mm，抗拉强度高于3000mpa。

4.根据权利要求1或2所述一种高抗拉强度超高性能混凝土，其特征在于：所述环氧树脂的环氧当量为184g/mol～195g/mol，挥发物含量在250℃时低于0.5％。

5.根据权利要求1或2所述一种高抗拉强度超高性能混凝土，其特征在于：所述固化剂为酚醛胺环氧固化剂，折射率为1.525～1.530，25℃时的黏度为1000mpa·s～1300mpa·s。

6.根据权利要求1或2所述一种高抗拉强度超高性能混凝土，其特征在于：所述硅灰的二氧化硅含量不低于94％，平均粒径为0.05μm～0.13μm，比表面积为13m2/g～25m2/g；所述粉煤灰的28天活性指数为105％～120％，需水量低于90％，烧失量不高于1.2％；所述细骨料采用天然河砂或石英砂，所述细骨料的细度模数为2.7～2.9，压碎指标低于15％。

7.根据权利要求1或2所述一种高抗拉强度超高性能混凝土，其特征在于：所述水泥为p.o 42.5水泥；所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率高于30％。

8.根据权利要求3所述一种高抗拉强度超高性能混凝土，其特征在于：所述环氧树脂的环氧当量为184g/mol～195g/mol，挥发物含量在250℃时低于0.5％；所述固化剂为酚醛胺环氧固化剂，折射率为1.525～1.530，25℃时的黏度为1000mpa·s～1300mpa·s；所述硅灰的二氧化硅含量不低于94％，平均粒径为0.05μm～0.13μm，比表面积为13m2/g～25m2/g；所述粉煤灰的28天活性指数为105％～120％，需水量低于90％，烧失量不高于1.2％；所述细骨料采用天然河砂或石英砂，所述细骨料的细度模数为2.7～2.9，压碎指标低于15％；所述水泥为p.o 42.5水泥；所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率高于30％。

9.一种如权利要求1～8任一项所述所述高抗拉强度超高性能混凝土的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：

技术总结
本发明涉及一种高抗拉强度超高性能混凝土及其制备方法，属于建筑材料技术领域。所述超高性能混凝土各组分及其重量份数如下：水泥500～800份，硅灰50～300份，粉煤灰70～200份，细骨料1000～1500份，减水剂8～10份，水150～250份，钢纤维100～250份，氧化石墨烯0.01～4份、环氧树脂70～260份、固化剂20～60份；所述高抗拉强度超高性能混凝土的抗拉强度可达10.3～14.1MPa，抗压强度可达160.7～178.2MPa，广泛适用于大跨度主桥跨中桥面板、大跨度楼板等抗拉要求高的应用场景中。

技术研发人员：唐亮,张发盛,李国友,王琼琼,王庆轩,陈清作
受保护的技术使用者：中建工程产业技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5