一种超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性能混凝土及其制备方法技术

技术编号：43657889 阅读：11 留言：0更新日期：2024-12-13 12:49

本发明专利技术公开了一种超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性能混凝土及其制备方法，属于超高性能混凝土技术领域。本发明专利技术以碱激发混凝土作为基材，通过内掺改性剑麻纤维和改性石墨烯‑PE纤维，得到了具有断裂韧性和力学强度高、凝结速度快、流动性好、施工性能和耐久性能较高等优点的超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性能混凝土，能广泛应用于桥梁工程和道路工程。本发明专利技术以脱硫灰、煤矸石等工业废弃物为原料，可以解决工业废弃物堆放等问题，变废为宝，并且节约资源，保护环境。

全部详细技术资料下载

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超高性能混凝土，尤其涉及一种超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性能混凝土及其制备方法。

技术介绍

1、在上世纪90年代，美国密歇根大学victor c.li教授基于细观与断裂力学原理对纤维、基体以及纤维-基体界面体系进行系统设计、调整和优化，提出了高延性纤维增强水泥基复合材料的设计方法，从而研发了ecc。ecc是一类在纤维掺量适中的情况下实现多条微裂缝平稳开展、呈现高延性的新型水泥基复合材料，自产生第1条裂缝后便具有良好的应力传递和裂缝宽度控制能力，表现出显著的应变硬化及裂缝宽度可控性，其极限应变可达3％-7％，而普通混凝土在开裂时所具有的极限拉应变仅为0.01％-0.02％，ecc是其200-500倍。ecc的配方中不含粗骨料，因此这类材料的水泥用量较高。大量水泥的使用不仅增加了成本，而且也不利于环境的保护。

2、相比较而言，碱激发混凝土是一种利用脱硫灰、煤矸石等工业废弃物在碱激发条件下生成的一种由硅氧四面体和铝氧四面体构成的无定型三维网状结构。它是一种绿色环保，成产成本低的胶凝材料，且具有耐高温、耐酸碱及固化重金属等优异性能，但也存在延性低、抗压强度低、拉伸强度低及流动性差等缺点。

3、因此，如何利用碱激发混凝土代替ecc中的水泥制备超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性能混凝土成为了本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性能混凝土及其制备方法。</p>

2、为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：

3、本专利技术提供了一种超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性能混凝土，包括以下重量份数的原料：脱硫灰20-35份，煤矸石5-11份，赤泥1-3份，熟石膏1-3份，石英砂33-40份，复合碱激发剂10-19份，水5-9份，分散剂0.02-0.04份，消泡剂0.03-0.05份，改性剑麻纤维1-3份和改性石墨烯-pe纤维0.53-0.75份。

4、优选的，所述改性剑麻纤维的制备方法，包括以下步骤：将剑麻纤维在浓硝酸和浓硫酸的混合溶液中浸泡3-4h，冲洗后得到所述改性剑麻纤维；

5、所述浓硝酸和浓硫酸的体积比为(4-6):1；

6、所述剑麻纤维的长度为25-30mm，直径为0.6-0.7mm，两端带弯钩。

7、优选的，所述改性石墨烯-pe纤维的制备方法，包括以下步骤：将改性石墨烯加入n,n-二甲基甲酰胺中，在100-200w下超声0.2-0.4h，然后加入改性聚乙烯纤维，继续超声10h，经洗涤和干燥，得到所述改性石墨烯-pe纤维；

8、所述改性石墨烯和n,n-二甲基甲酰胺的质量比为1:2000；

9、所述改性石墨烯和改性聚乙烯纤维的质量比为(0.03-0.05):(0.5-0.7)。

10、优选的，所述改性石墨烯的制备方法，包括以下步骤：将石墨烯置于浓硝酸和浓硫酸的混合溶液中充分搅拌，在20-30℃下超声震荡1-2h后静置，然后进行稀释和离心，将离心所得沉淀重复上述稀释和离心步骤直至离心所得上清液的ph值＞7，随后将所得上清液在80-90℃、40-50pa的真空环境中进行干燥，得到初步改性的石墨烯；将所得初步改性的石墨烯加入氯化亚砜中，然后加入催化剂在100-200w下超声0.2-0.4h，之后在40-50℃下回流6-10h，得到所述改性石墨烯；

11、所述石墨烯与浓硝酸和浓硫酸的混合溶液的质量比为1:(300-400)，浓硝酸和浓硫酸的体积比为1:(5-6)；

12、所述初步改性的石墨烯和氯化亚砜的质量比为1:300；

13、所述催化剂为n,n-二甲基甲酰胺，所述催化剂和初步改性的石墨烯的质量比为(40-50):1。

14、优选的，所述改性聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：将聚乙烯纤维剪成短纤维，然后依次浸泡于氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液中，得到初步改性的聚乙烯纤维；将初步改性的聚乙烯纤维依次置于氯化亚砜溶液、聚乙烯亚胺溶液中进行超声处理，得到改性聚乙烯纤维。

15、优选的，所述短纤维的长度为6mm；

16、所述氢氧化钾溶液的浓度为2mol/l，氢氧化钠溶液的浓度为2mol/l；

17、所述氯化亚砜溶液中氯化亚砜和溶剂的体积比为1:(250-300)，聚乙烯亚胺溶液中聚乙烯亚胺和溶剂的体积比为1:(150-200)。

18、优选的，所述脱硫灰中sio2的含量为50-60wt％，al2o3的含量为15-20wt％，粒径为2200-2800目；

19、所述赤泥中al2o3的含量为42-48wt％，sio2的含量为40-50wt％；所述赤泥为将高岭石在600-700℃下煅烧6-9h，然后经研磨和筛分，得到粒径＜40nm的煅烧赤泥；

20、所述熟石膏中ca2so4的含量＞97wt％，粒径为4000-5000目；

21、所述煤矸石的平均粒径为300-400nm；

22、所述石英砂的粒径为40-60目；

23、所述复合碱激发剂为模数为2.0-2.6的钠水玻璃。

24、优选的，所述分散剂为十二烷基磺酸钠；所述消泡剂为磷酸三丁酯。

25、本专利技术还提供了上述技术方案所述的超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：

26、(1)按重量份数称取各原料，将分散剂、消泡剂和水置于复合碱激发剂中，搅拌180-240s，然后在300-500w下超声0.5-0.7h，得到混合溶液；

27、(2)将脱硫灰、赤泥、熟石膏、煤矸石、石英砂放入搅拌锅内干搅100-120s，得到混合料；

28、(3)将步骤(1)中的混合溶液加入步骤(2)中的混合料中搅拌150-180s，接着加入改性石墨烯-pe纤维，慢速搅拌60-90s，然后加入改性剑麻纤维，快速搅拌90-120s，经浇筑、振捣和养护，得到所述超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性能混凝土；

29、步骤(1)和步骤(2)没有先后顺序。

30、优选的，步骤(1)中，所述搅拌的转速为60-90r/min；

31、步骤(2)中，所述干搅的转速为90-120r/min；

32、步骤(3)中，所述搅拌的转速为90-120r/min，慢速搅拌的转速为60-90r/min，快速搅拌的转速为120-150r/min。

33、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：

34、1.本专利技术以碱激发混凝土作为基材，通过内掺改性剑麻纤维和改性石墨烯-pe纤维，得到了具有断裂韧性和力学强度高、凝结速度快、流动性好、施工性能和耐久性能较高等优点的超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性能混凝土，能广泛应用于桥梁工程和道路工程。

35、2.本专利技术提供的超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性能混凝土，其特征在于，包括以下重量份数的原料：脱硫灰20-35份，煤矸石5-11份，赤泥1-3份，熟石膏1-3份，石英砂33-40份，复合碱激发剂10-19份，水5-9份，分散剂0.02-0.04份，消泡剂0.03-0.05份，改性剑麻纤维1-3份和改性石墨烯-PE纤维0.53-0.75份。

2.根据权利要求1所述的超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性能混凝土，其特征在于，所述改性剑麻纤维的制备方法，包括以下步骤：将剑麻纤维在浓硝酸和浓硫酸的混合溶液中浸泡3-4h，冲洗后得到所述改性剑麻纤维；

3.根据权利要求1所述的超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性能混凝土，其特征在于，所述改性石墨烯-PE纤维的制备方法，包括以下步骤：将改性石墨烯加入N,N-二甲基甲酰胺中，在100-200W下超声0.2-0.4h，然后加入改性聚乙烯纤维，继续超声10h，经洗涤和干燥，得到所述改性石墨烯-PE纤维；

4.根据权利要求3所述的超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性能混凝土，其特征在于，所述改性石墨烯的制备方法

5.根据权利要求3所述的超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性能混凝土，其特征在于，所述改性聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：将聚乙烯纤维剪成短纤维，然后依次浸泡于氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液中，得到初步改性的聚乙烯纤维；将初步改性的聚乙烯纤维依次置于氯化亚砜溶液、聚乙烯亚胺溶液中进行超声处理，得到改性聚乙烯纤维。

6.根据权利要求5所述的超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性能混凝土，其特征在于，所述短纤维的长度为6mm；

7.根据权利要求1所述的超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性能混凝土，其特征在于，所述脱硫灰中SiO2的含量为50-60wt％，Al2O3的含量为15-20wt％，粒径为2200-2800目；

8.根据权利要求1所述的超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性能混凝土，其特征在于，所述分散剂为十二烷基磺酸钠；所述消泡剂为磷酸三丁酯。

9.权利要求1～8任一项所述的超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述搅拌的转速为60-90r/min；

...

【技术特征摘要】

3.根据权利要求1所述的超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性能混凝土，其特征在于，所述改性石墨烯-pe纤维的制备方法，包括以下步骤：将改性石墨烯加入n,n-二甲基甲酰胺中，在100-200w下超声0.2-0.4h，然后加入改性聚乙烯纤维，继续超声10h，经洗涤和干燥，得到所述改性石墨烯-pe纤维；

4.根据权利要求3所述的超高断裂韧性、高强、大流动性绿色超高性能混凝土，其特征在于，所述改性石墨烯的制备方法，包括以下步骤：将石墨烯置于浓硝酸和浓硫酸的混合溶液中充分搅拌，在20-30℃下超声震荡1-2h后静置，然后进行稀释和离心，将离心所得沉淀重复上述稀释和离心步骤直至离心所得上清液的ph值＞7，随后将所得上清液在80-90℃、40-50pa的真空环...

【专利技术属性】
技术研发人员：董晨阳，向晖，吴浩，符颖丽，胡洁，王志浩，李峰，
申请(专利权)人：中建铁路投资建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人