[发明专利]一种纳米改性超高强钢纤维混凝土及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米改性超高强钢纤维混凝土及其制备方法，涉及建筑混凝土技术领域。按重量份计，本发明的混凝土包含有以下组分：硅酸盐水泥370‑420份、矿粉80‑120份、粉煤灰微珠30‑50份、硅灰30‑60份、高性能减水剂12‑20份、钢纤维40‑160份、氧化石墨烯0.05‑0.25份、纳米二氧化硅3‑20份、砂子600‑800份、石子900‑1100份和自来水110‑130份。本发明提供的纳米改性超高强钢纤维混凝土，成分中含有钢纤维、氧化石墨烯、纳米二氧化硅等物质，可改善水泥石与骨料的界面微结构，可显著提高混凝土的力学性能、抗渗性以及耐久性。

技术领域

本发明涉及建筑混凝土技术领域，尤其涉及一种纳米改性超高强钢纤维混凝土及其制备方法。

背景技术

超高强混凝土的力学性能和耐久性等性能明显比普通和高强混凝土的更高，其应用于实际工程中时，具有承载力大、结构自重轻、可以减小结构的截面积、节约空间、提高材料的利用率等显著优点。然而，随着混凝土强度的提高，其脆性更加明显，尤其是超高强混凝土，其在轴压作用下应变软化性能微乎其微，呈突然性的爆裂破坏。

钢纤维是一种具有高抗拉强度、高弹性模量的金属纤维。在超高强混凝土中掺入钢纤维后，均匀乱向分布的纤维能够有效阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，明显改善高强超高强混凝土的脆性，提高基体混凝土的抗压、抗拉、抗折强度，并提高混凝土的抗弯抗冲击韧性。尽管如此，微米级钢纤维却对纳米尺度裂纹扩展和微裂缝萌生难以起到抑制的作用。对此，人们开始研究利用纳米级纤维，如氧化石墨烯，改善水泥混凝土的微观结构，期望进一步提升其性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有超高强混凝土技术存在的不足，本发明的目的是一种纳米改性超高强钢纤维混凝土及其制备方法，使之超高强混凝土具有高韧性、高强度及高耐久性等效果。

为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：

一种纳米改性超高强钢纤维混凝土，按重量份计，包含有以下组分：硅酸盐水泥370-420份、矿粉80-120份、粉煤灰微珠30-50份、硅灰30-60份、高性能减水剂12-20份、钢纤维40-160份、氧化石墨烯0.05-0.25份、纳米二氧化硅3-20份、砂子600-800份、石子900-1100份和自来水110-130份。

其进一步地技术方案为，所述粉煤灰微珠的比表面积大于1200m²/kg。

进一步的，粉煤灰微珠具有实心球状且连续粒径分布，具有降低超高强混凝土粘性的作用。

其进一步地技术方案为，所述高性能减水剂的减水率不低于40％。

进一步地，所述高性能减水剂为聚羧酸高性能减水剂。

其进一步地技术方案为，所述钢纤维的长径比为50-100。

其进一步地技术方案为，所述氧化石墨烯的长径比为400-1000。

需要说明的是，对于氧化石墨烯这种准二维片层结构纳米材料，长径比指的是长度相对于厚度的比值。

氧化石墨烯是采用氧化还原法制备石墨烯的中间产物，其具有与石墨烯相似的二维结构、巨大的比表面积和优异的性能，同时氧化石墨烯表面上含有大量羧基、羟基和环氧基等氧化官能团，这使得氧化石墨烯具有良好的亲水性，很容易分散于水性介质中。因此，本发明在混凝土成分中添加氧化石墨烯，可以改善水泥石的微观结构，有效抑制纳米尺度裂缝的扩展，同时还能发挥盾牌效应，阻碍侵蚀介质的渗入，从而提高混凝土的性能。

其进一步地技术方案为，所述氧化石墨烯为氧化石墨烯分散液，含氧量不低于35％。

具体地，所述氧化石墨烯，是利用超声剥离配制成的一定浓度的氧化石墨烯分散液。