一种抗裂耐热功能骨料及其制备方法、包含其的核工程混凝土与流程

本发明属于混凝土制备，具体涉及一种抗裂耐热功能骨料及其制备方法、包含其的核工程混凝土。

背景技术：

1、核工程混凝土的应用环境复杂多变，其中温度环境恶劣是加快混凝土老化的主要原因之一，由于核电站辐射加温、基准事故升温和管道导热等因素作用，核工程混凝土都会经受亚高温环境影响，提高核工程混凝土在亚高温环境下的性能稳定性对维持核安全和延长核电站使用寿命具有重要意义。

2、核电站、核反应堆、核燃料储存和处理设施等场所中，存在大量的腐蚀性气体和高温环境；在这些恶劣的环境下，普通混凝土往往会出现开裂、剥落等现象，因此，亟需一种具有高耐久性、耐腐蚀、防水抗渗、抗高温等功能的高性能混凝土，以保持结构的稳定性和完整性，有效防止放射性物质的泄漏和扩散。

3、现有技术制备的高性能混凝土虽然具有高密实度，但由于未使用耐高温集料，其耐热性能仍低于普通耐高温混凝土，且由于胶凝材用量高和低水胶比，早期收缩易开裂，射线沿裂缝传播，导致核辐射泄露，所以降低混凝土早期收缩、提高混凝土耐高温性能是制备核工程用混凝土的关键。

4、中国专利cn111732388a公开了一种煤矸石耐高温混凝土及其制备方法，其原料包括如下重量份数的组分：煤矸石粉球1050～1112份、镁铁闪石粉135～163份、砂730～773份、水泥175～225份、水150～160份、掺合料79～100份、减水剂6.3～9.5份；所述煤矸石粉球的原料包括如下重量份数的组分：煤矸石粉360～400份、水泥80～100份、水50～70份、耐火纤维20～30份、减水剂3～5份；该发明采用煤矸石粉球作为煤矸石耐高温混凝土的骨料，在煤矸石粉球中加入耐火纤维来提高骨料本身的强度与耐高温性，提高混凝土的耐高温性能。但是该发明的耐高温骨料只具有单一的耐热性能，不能兼顾抗裂性能，无法解决混凝土的收缩问题。因此，制备一种高强，兼顾抗裂、耐久功能的骨料是目前所必需。

技术实现思路

1、针对以上现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种抗裂耐热功能骨料的制备方法，本发明利用氧化镁和氮化硅制备出一种能够在高温环境下保证相变材料稳定性的耐热相变微胶囊，并利用该耐热相变微胶囊对骨料进行孔隙填充及裹覆在骨料表面，得到一种可以同时提高混凝土抗裂性能和耐热性能的抗裂耐热功能骨料，解决了现有技术中核工程用混凝土收缩率高、耐热性能差的问题。

2、为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

3、一种抗裂耐热功能骨料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1.将聚乙烯醇、无水乙醇和羟乙基纤维素混合均匀，再加入氧化镁，搅拌均匀后得到浆料；然后将浆料倒入模具中，经定向冷冻后得到冷冻样品，再经冷冻干燥后得到氧化镁多孔骨架；

5、s2.将氮化硅、黏结剂和相变材料混合均匀，然后加入分散剂，在50～70℃下搅拌均匀，得到混合浆料；

6、s3.将氧化镁多孔骨架置于混合浆料中充分浸泡，取出后经干燥得到耐热相变微胶囊；

7、s4.将耐热相变微胶囊和铝溶胶加入溶剂中，然后调节溶液的粘度至600～800mpa·s，得到悬浊液；

8、s5.将粗骨料置于悬浊液中充分浸泡，取出干燥后再进行煅烧，即得到所述抗裂耐热功能骨料。

9、其中步骤s1和步骤s2的顺序可以调换。

10、本发明利用氧化镁通过定向冷冻和冷冻干燥技术制备出具有多孔结构的氧化镁多孔骨架，然后将氮化硅颗粒和相变材料负载在氧化镁多孔骨架上，得到一种不易发生沉降、球形、多孔的耐热相变微胶囊。有机相变材料的热导率低，严重限制了其储热和释热的速率，此外，熔化状态下的泄露是阻碍有机相变材料实际应用的另一挑战；本发明采用氧化镁多孔骨架对相变材料进行封装，实现负载定形的同时提升了相变材料的热、力特性。在各类多孔骨架中，氧化镁多孔骨架具有热稳定性优异、比表面积高、孔道丰富、导热性高的优势，在解决有机相变材料泄露的同时可以实现热导率的提升。氮化硅可以提升抗热性能，同时起到填充空隙的作用。本发明以氧化镁和氮化硅作为主要成分，通过特定方法制备得到的耐热相变微胶囊具有优异的热稳定性和相变性能，能够在高温环境下保证相变材料的稳定性。然后利用该耐热相变微胶囊对骨料进行孔隙填充、并裹覆在骨料表面，一方面可以提高混凝土的耐热性能，另一方面，氧化镁的活性较高，能够进行水化反应，氮化硅可以提高密实性，进而在骨料周围形成一层水化程度高、密实度高的界面过渡区，提高混凝土抗裂性能，最终得到一种可以同时提高混凝土抗裂性能和耐热性能的抗裂耐热功能骨料。

11、本发明采用聚乙烯醇、羟乙基纤维素等聚合物作为粘结剂，有助于提高微胶囊的稳定性和耐久性。

12、本发明制备的耐热相变微胶囊不易发生沉降，可以改善天然骨料表观密度大，在制备混凝土时易发生严重的沉降，导致混凝土工作性能差的问题。

13、优选的，步骤s1中，所述定向冷冻的温度为-40～-30℃，时间为10～12h。

14、优选的，步骤s1中，所述冷冻干燥的温度为-55～-40℃，真空度为80～120pa，时间为24～48h。通过限定冷冻干燥的条件，制备出具有多孔结构的氧化镁多孔骨架，有利于氮化硅颗粒的均匀分布和相变材料的渗透。

15、优选的，步骤s2中，所述黏结剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，所述分散剂为磷酸三丁酯。采用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物作为黏结剂，采用磷酸三丁酯作为分散剂，有助于提高耐热相变微胶囊在混凝土中的分散性和稳定性。

16、优选的，所述氧化镁与氮化硅的质量比为(1.5～3)：1。

17、优选的，所述粗骨料与耐热相变微胶囊的质量比为(100～220)：1。

18、优选的，所述氧化镁颗粒的平均孔径为5～10μm，活性反应时间为100s～300s；所述氮化硅的粒径为30～80nm。氧化镁具有较大的比表面积和大量的孔隙，能够容纳较多的纳米氮化硅颗粒和相变材料。活性高的氧化镁水化后生成氢氧化镁发生体积膨胀，能够持续补偿混凝土各阶段的收缩，有利于提高混凝土的抗裂性能。高纯度的氮化硅颗粒有利于提高混凝土的抗热性能；小粒径的氮化硅颗粒能够填充混凝土内部的空隙，从而提高混凝土的密实度和抗裂性能。

19、优选的，步骤s5中，煅烧的温度为250～350℃，时间为1～2h。

20、优选的，步骤s4中，所述耐热相变微胶囊、铝溶胶和溶剂的质量比为(10～15)：(5～8)：(77～85)。

21、本发明的另一目的是提供所述制备方法制备得到的抗裂耐热功能骨料。

22、本发明的再一目的是提供一种采用所述抗裂耐热功能骨料的混凝土，包括以下重量份的各组分：水泥260～360份、水120～150份、粉煤灰45～90份、细骨料700～800份、抗裂耐热功能骨料1000～1100份、减水剂3～5份。

23、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

24、(1)本发明利用氧化镁通过定向冷冻和冷冻干燥技术制备出具有多孔结构的氧化镁多孔骨架，然后将氮化硅颗粒和相变材料负载在氧化镁多孔骨架上，以氧化镁和氮化硅作为主要成分，通过特定方法制备得到的耐热相变微胶囊具有优异的热稳定性和相变性能，能够在高温环境下保证相变材料的稳定性。然后利用该耐热相变微胶囊对骨料进行孔隙填充和裹覆，一方面可以提高混凝土的耐热性能，另一方面，氧化镁的活性较高，能够进行水化反应，氮化硅可以提高密实性，进而在骨料周围形成一层水化程度高、密实度高的界面过渡区，进而提高混凝土的抗裂性能。

25、(2)本发明采用聚乙烯醇、羟乙基纤维素等聚合物作为粘结剂，有助于提高微胶囊的稳定性和耐久性；采用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物作为黏结剂，采用磷酸三丁酯作为分散剂，有助于提高耐热相变微胶囊在混凝土中的分散性和稳定性。