[发明专利]一种采用稻壳灰、硅灰和氧化石墨烯为掺合料制备的高性能混凝土及其制备方法

说明书

本发明公开了一种采用稻壳灰、硅灰和氧化石墨烯为掺合料制备的高性能混凝土及其制备方法。所述每立方米混凝土包括以下重量份数的原料：水泥600～720份，掺合料50～100份，粗骨料850～1000份，细骨料550～650份，水90～130份，减水剂13～25份，其中掺合料为稻壳灰、硅灰和氧化石墨烯以质量比为2～10︰2～10︰0.001～0.01组成。本发明采用稻壳灰、硅灰和氧化石墨烯作为掺合料，三种掺合料原料之间相互激发，不仅可以提高混凝土的早期和后期强度，还能有效改善混凝土的微观裂纹，并且使得混凝土工作性能、力学性能得以提升。同时，本发明采用的掺合料既缓解了高强混凝土对硅灰及超细矿渣粉供应的压力，又提高了农业废弃物稻壳灰的利用率，符合可持续发展的需要。

技术领域

本发明属于建筑材料领域，更具体地，涉及一种采用稻壳灰、硅灰和氧化石墨烯为掺合料制备的高性能混凝土及其制备方法。

背景技术

随着纳米科技的快速发展，石墨烯已成为科学界的研究热点，它们独特的结构和优异的性能可在抑制甚至阻止水泥浆体微裂纹的萌生、扩展方面发挥巨大作用，有效提升混凝土力学性能。

氧化石墨烯是由石墨经过氧化处理后再进行搅拌剥离或超声分散而得到的产物，作为氧化还原法制备石墨烯的中间产物，其表面的含氧官能团（如羧基、羟基、环氧基）使其具有极好的亲水性，能够在水溶性介质中均匀分散，并且氧化石墨烯是石墨烯的衍生物，同样具有优异的力学、热学等性能，加上其制备成本低，产量大的优点，得到了众多学者的青睐。近年来，已有一些文献表明，极少量氧化石墨烯的掺入可以提高水泥基材料力学性能、耐久性能，改善水泥基材料微观结构，具有很大的应用前景。但目前，氧化石墨烯对混凝土的影响研究寥寥无几，在超高强高性能混凝方面的研究更是少之又少。本专利深入系统地解决当前氧化石墨烯用于增强水泥基复合材料所存在的若干问题，为纳米技术改造传统混凝土材料的创新提供理论指导。众所周知，混凝土的脆性随着强度的增高而增大，强度越高越容易开裂。因此，氧化石墨烯改性超高强高性能混凝土究具有重要的实验意义和价值，有必要进行系统全面的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用稻壳灰、硅灰和氧化石墨烯为掺合料制备的高性能混凝土。本发明采用稻壳灰、硅灰和氧化石墨烯作为掺合料，三者之间相互激发，发挥较好的协调效应，不仅可以提高混凝土的早期强度和后期强度，还能有效改善混凝土的微观裂纹，制备得到高强高性能的混凝土。

本发明的上述目的是通过以下方案予以实现的：

一种采用稻壳灰、硅灰和氧化石墨烯为掺合料制备的高性能混凝土，每立方米混凝土包括以下重量份数的原料：水泥600～720份，掺合料50～100份，粗骨料850～1000份，细骨料550～650份，水90～130份，减水剂13～25份，其中掺合料为稻壳灰、硅灰和氧化石墨烯以质量比为2～10︰2～10︰0.001～0.01组成。

氧化石墨烯是一种一维纳米材料，其长径比可高达1000：1以上，对抑制微裂纹扩展和形成发挥极大作用。

稻壳灰是我国资源极其丰富的农业废弃物，但其有着巨大的潜在价值。由于其化学活性可媲美硅灰，可代替或部分代替硅灰制备超高强混凝土。稻壳灰为多孔结构，导致其具有巨大比表面积，是硅灰的数倍。但是随着掺量的增加，稻壳灰巨大的比表面积使其吸附大量的水，导致流动性能降低。为保证流动性，则需要使用更多的水，不符合节能环保的出发点。

硅灰是一种表面光滑的球形颗粒，具有润滑作用和滚珠效应，其比表面积较稻壳灰小，所以硅灰的掺入虽吸附一部分水但流动性能降低不多。硅灰是一种球形颗粒，表面十分光滑，硅灰与稻壳灰复掺，能有效提高因稻壳灰巨大比表面积引起的需水量增大的问题，对改善水泥胶砂流动性能起到显著作用。并且硅灰与稻壳灰粒径不同，使级配更为合理，复掺稻壳灰、硅灰可以相互激发，协同改性水泥基材料力学性能。