一种超高性能混凝土组合物及包含其的混凝土构件的制作方法

本发明涉及建筑材料领域，涉及一种高性能混凝土组合物，特别地，本发明涉及一种超高性能混凝土组合物及包含其的混凝土构件。

背景技术：

1、随着我国基础设施建设的日益完善和技术的发展，对于建筑凝胶材料的要求和需求与日俱增。作为建筑材料中的高性能材料之一，超高性能混凝土，简称uhpc(ultra-highperformance concrete)，也称作活性粉末混凝土(rpc，reactive powder concrete)。超高性能混凝土的设计理论是最大堆积密度理论(densified particle packing)，其组成材料不同粒径颗粒以最佳比例形成更加紧密的堆积。随着设计理论的完善、超高效减水剂(聚羧酸系)问世和配制技术的进步，这种材料已具备了普通混凝土的施工性能，甚至可以实现自密实，可以常温养护，已经具备广泛应用的条件。

2、然而，收缩现象一直困扰着uhpc的应用。虽然超高性能混凝土具有工作性能优良、力学性能较高、耐久性好等优点，但由于其胶凝材料用量高和水胶比低等特点，并且超高性能混凝土使用大量的矿物掺合料(硅灰和矿粉等)，这也导致其自收缩现象十分显著。超高性能混凝土内部微观结构致密，普通的外部养护方式(覆盖和喷雾等方法)只能在超高性能混凝土的外表层起到一定作用，难以对超高性能混凝土的内部起到养护的作用，所以超高性能混凝土内部的收缩开裂是一个亟待解决的问题。若超高性能混凝土自收缩早期发展快，则在抗压条件下容易产生裂缝，从而影响超高性能混凝土力学性能和耐久性，这也制约了超高性能混凝土在工程实践中的运用。

3、已有大量研究针对uhpc应用的不足做出改进。例如，cn111995282a涉及一种抗裂剂及其制备方法、超高性能混凝土预制构件的制备方法，其采用了大量的含有铝钙的膨胀剂组分，虽然膨胀剂能够一定程度上对抗自收缩，但膨胀组分使得uhpc的超高强度无法发挥到极致，同时大量铝钙膨胀剂组分的使用也污染环境，导致综合成本上升。

4、虽然还有大量已有技术采用类似或其他技术路线，但很难做到优异的改善收缩效应和uhpc性能之间的平衡。

技术实现思路

1、 本发明致力于改善以上超高性能混凝土应用中的不足中的一项或更多项。由此，本发明提供了一种超高性能混凝土及包含其的构件，其中采用了合适空腔比例的高吸水性树脂和氢氧化物纤维的结合，取得了显著改善超高强度水泥组合物自收缩和干燥收缩的效果。

2、根据本发明的第一方面，涉及一种超高性能混凝土组合物，所述组合物包含以下组分：硅酸盐水泥、硅灰、铜渣粉、石英砂、碎石颗粒、减水剂、多孔氧化硅粉、钢纤维、吸水性树脂、氢氧化物纤维，以及水；其中

3、所述吸水性树脂是具有空腔结构的吸水性树脂，所述具有空腔结构的吸水性树脂中的空腔的体积占总吸水性树脂体积的大约5%至10%。

4、在可选的技术方案中，所述的超高性能混凝土组合物，所述组合物包含以下组分：硅酸盐水泥 300-650重量份；硅灰，100-250重量份；铜渣粉，80-180重量份；石英砂，280-600重量份；碎石颗粒，200-500重量份；减水剂，10-50重量份；多孔氧化硅粉，40-150重量份；钢纤维，100-300重量份；吸水性树脂，5-20重量份；氢氧化物纤维，10-30重量份；以及水，150-500重量份；其中所述氢氧化物纤维选自氢氧化铝纤维、氢氧化镁纤维以及氢氧化钙纤维；优选地，所述氢氧化物纤维选自氢氧化镁纤维，所述减水剂选自萘系高效减水剂或聚羧酸高性能减水剂。

5、在进一步可选的技术方案中，吸水性树脂是经丙烯酸液相组分与聚丙烯酰胺组分通过聚合、随后进行表面交联工艺而制成，其中聚合过程中的交联剂选自四烯丙氧基乙烷；以及所制备得到的吸水性树脂的空腔的体积占总吸水性树脂体积的大约5%至8%，更优选地在6%-8%之间，最优选地为6.5%。

6、进一步地，根据部分实施方案，本发明所述吸水性树脂通过以下工艺制备得到：

7、准备碳酸钙0.5-1.5kg，加入含有纯净水的搅拌桶，加入10-50g铝酸酯偶联剂和1-10g磷酸酯类表面活性剂，在加热条件下搅拌，过滤，得到成核组分；

8、称量环已烷10-40kg以及0.5-2kg的表面活性剂span-20，二者混合得到油相组分；随后，在1-5kg 质量分数为15%-30％的丙烯酰胺水溶液中加入30g-80g四烯丙氧基乙烷、1g-20g过硫酸钠和200-400g所述成核组分，搅拌均匀，得到成核混合液；将所述油相组分控制温度在55-70℃之间加热，在搅拌下加入所述成核混合液，将反应得到的产物先用盐酸将ph值调至1-2， 保持1-5分钟，再利用碱性溶液将ph值调节至中性，得到聚丙烯酰胺组分；然后

9、将1-10kg丙烯酸、0.8-5kg质量分数为30%-50%的氢氧化钠溶液混合，加入50-100g过硫酸铵和1-20g甘油，混合得到丙烯酸液相组分；将丙烯酸液相组分与所述聚丙烯酰胺组分混合，在60-65℃下进行聚合反应，得到聚丙烯酸组分；将所述聚丙烯酸组分洗涤得到树脂初级产物，将初级产物与表面交联液搅拌混合，经过加热干燥后得到所述吸水性树脂。

10、在可选的技术方案中，根据上述任一项所述的超高性能混凝土组合物，所述氢氧化镁纤维由以下制备工艺得到：

11、使用1-3kg硬脂酸于过量乙醇中充分搅拌分散，得到乙醇混合液；将菱镁矿10-50kg于500-800℃的范围内煅烧2-5小时后得到煅烧产物；随后加入1-10kg的聚乙二醇peg-8000、4-6kg硫酸镁和10-30l水配成混合溶液，加入所述乙醇混合液继续搅拌分散，在50-70℃水浴中搅拌反应1-5h后，加入2-5kg碱式氯化镁晶种及300-600ml乙二胺，反应10-60分钟后，静置陈化，对产物进行过滤、洗涤、干燥得到所述氢氧化镁纤维。

12、在优选的方案中，本技术提供的超高性能混凝土组合物，所述氢氧化镁纤维的直径在大约5-20微米的范围内，所述氢氧化镁纤维的长度在大约200-1000微米的范围内；优选地，所述直径在大约5-10微米的范围内，所述长度在200至800微米之间；更优选地，所述直径在大约5-10微米，所述长度在200至500微米之间。

13、在优选的方案中，所述超高性能混凝土组合物的硅酸盐水泥优选425水泥，所述超高性能混凝土组合物的28天抗压强度大于180mpa，3天自收缩小于290με, 56天干燥收缩小于300με，优选地，3天自收缩小于270με, 56天干燥收缩小于280με。

14、本发明第二方面提供一种超高性能混凝土构件，所述超高性能混凝土构件包含根据第一方面中任一项所述的超高性能混凝土组合物。

15、在优选的方案中，所述超高性能混凝土构件为t型梁、十字梁或柱形梁。

16、本发明采用了合适空腔比例的高吸水性树脂和氢氧化物纤维（例如水相方法制备的氢氧化镁纤维）的结合，取得了显著改善超高强度水泥组合物自收缩和干燥收缩的效果。同时，在优选的方案中，本发明的纤维和相应的高吸收聚合物组合可以替代膨胀剂的效果，同时显著优于单独使用sap等吸水材料的效果；同时，在本发明实施方案提供的组合物中省略或不使用其他膨胀剂组分，而不会劣化抗收缩的效果。

17、以下，将结合具体实施方式，对本发明的技术方案及优点做出更加详细的解释和说明。应当理解的是，说明书、具体实施方式中所呈现的内容，仅仅为了更加清楚地说明本发明的技术方案及其优点，并不对本发明的保护范围构成限制。本领域技术人员能够在说明书公开内容的基础上，针对各种各样合理的变换得到变化后的技术方案，只要不脱离本发明的精神，各种变化后的技术方案均应当理解为被包括在本发明的保护范围之内。