一种无机聚合物自密实混凝土

本发明属于建筑材料，涉及一种无机聚合物自密实混凝土。

背景技术：

1、与其他建筑材料相比，混凝土因其成本效益和各种优势而被公认为主要的建筑材料。然而，混凝土的制造会大量消耗普通硅酸盐水泥，造成自然资源的大量消耗，同时在制造过程中会释放出大量的二氧化碳，有数据显示，水泥工业占全球二氧化碳排放量的5％～8％。而自密实混凝土(self compacting concrete，scc)的开发对生态的可持续发展带来了可能性。自密实混凝土的特点是其在新鲜状态下具有优异的和易性，即新拌水泥混凝土易于各工序施工操作，包括搅拌、运输、浇注、捣实等，并能获得质量均匀、成型密实的性能，它可以在不降低力学性能的前提下，无振动地填充复杂的模板和密集的钢筋框架，加快施工进度。与传统混凝土相比，它对动态和静态分散和离析的抵抗力更高。自密实混凝土具有新鲜和硬化的特性，越来越受到人们的关注，是高层建筑、桥梁、隧道和海洋结构物的合适材料。

2、但现存自密实混凝土还存在诸多问题，如：(1)水泥用量较大，混凝土内部剧烈的水化作用导致内部温度过高，降低混凝土质量。(2)容易干缩开裂，需要更严格的养护措施，增加施工成本。(3)前期强度发展较慢，拖慢施工进度。(4)高用量的水泥不符合可持续的环保发展理念。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种无机聚合物自密实混凝土，从而解决现有技术中现存自密实混凝土高水化热、容易干缩开裂、前期强度低、不环保的问题。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种无机聚合物自密实混凝土，按照重量份数计，包括123～157份偏高岭土，48～61份研磨高炉矿渣，23～36份粉煤灰，5～13份硅粉，3～6份硅烷偶联剂，184～195份碱激发剂，265～274份细骨料以及316～338份粗骨料。

4、优选的，所述偏高岭土中二氧化硅与氧化铝的摩尔比为(1.56～1.69):1。

5、优选的，所述研磨高炉矿渣的颗粒平均尺寸不大于105μm；所述研磨高炉矿渣的掺量占粉煤灰、研磨高炉矿渣、偏高岭土、硅粉与硅烷偶联剂总质量的20％～25％。

6、优选的，所述粉煤灰的颗粒平均尺寸不大于100μm；所述粉煤灰的掺量占粉煤灰、研磨高炉矿渣、偏高岭土、硅粉与硅烷偶联剂总质量的10％～15％。

7、优选的，所述硅粉的颗粒平均尺寸不大于20μm；所述硅粉的掺量占粉煤灰、研磨高炉矿渣、偏高岭土、硅粉与硅烷偶联剂总质量的2％～5％。

8、优选的，所述硅烷偶联剂为kh-550；所述硅烷偶联剂的掺量占粉煤灰、研磨高炉矿渣、偏高岭土、硅粉与硅烷偶联剂总质量的1％～2％。

9、优选的，所述碱激发剂通过氢氧化钠溶液与硅酸钠溶液混合制得；所述氢氧化钠溶液与硅酸钠溶液质量比为1:(2.3～2.6)。

10、优选的，所述硅酸钠中二氧化硅与氧化纳模数比为(2.6～2.8):1。

11、优选的，所述细骨料为连续级配的天然河砂，所述连续级配的天然河砂的直径为0.075mm～2mm。

12、优选的，所述粗骨料为连续级配的石子，所述连续级配的石子的直径为3mm～16mm。

13、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

14、本发明提供一种无机聚合物自密实混凝土，该无机聚合物自密实混凝土由[alo4]和[sio4]四面体结构单元组成三维立体网状结构的无机聚合物。该无机聚合物是在强碱环境下氧化铝与二氧化硅发生地质聚合作用的生成产物，相较于传统硅酸盐水泥水化反应，地质缩聚反应拥有更低的水化热，在完成混凝土浇筑之后的养护阶段大大减小混凝土内部温度应力，降低混凝土因为内部高温产生干缩开裂的安全隐患。同时无机聚合物呈三维网状四面体结构，这种结构稳定性高。与水泥不同，地质聚合阶段由四个阶段组成：(1)将si-al前体固体材料溶解在碱性溶液中，(2)溶解的si-al络合物从固体表面进入溶液并形成si-al低聚物和多聚物硅酸，(3)si-al低聚物开始缩合反应形成si-al聚合物，并与聚合硅酸一起形成含水的新凝胶相，(4)si-al凝胶脱水后，3d网络形成由si-o-si键和si-o-al键组成的结构。在富含sio2和al2o3的混合物中形成了3d无机聚合物钠-铝-硅酸盐水合物(nash)凝胶。由于其高反应性，偏高岭土通常是地质聚合物生产中的首选。偏高岭土含有高比例的al2o3和sio2并且具有很高的比表面积。它极大地提高了地质聚合物的强度和耐久性。加入的研磨高炉矿渣具有高含量的cao，在混凝土基质内发生水化产生氢氧化钙沉淀，可以高效提升偏高岭土的反应速率与水解程度，氢氧化钙沉淀物还可以为地聚物胶凝提供成核位点，促进混凝土早期强度的提升。该发明使用偏高岭土、研磨高炉矿渣、粉煤灰、硅粉作为胶凝材料，从而替代水泥在混凝土中的使用，促进建筑材料环保可持续发展。该自密实混凝土组分合理，通过合理的骨料搭配以及胶凝材料选择，有效提高自密实混凝土的抗压强度，并且拥有较低水化热无需预埋水冷管，可以在常温下空气养护，制作工艺简单，环境污染小。

15、进一步的，偏高岭土中二氧化硅与氧化铝的摩尔比为(1.56～1.69):1，可有效确保自密实混凝土的力学性能，保证强度。

16、进一步的，研磨高炉矿渣的颗粒平均尺寸不大于105μm，所述研磨高炉矿渣的掺量占粉煤灰、研磨高炉矿渣、偏高岭土、硅粉与硅烷偶联剂总质量的20％～25％，可有效确保自密实混凝土的力学性能，以承受来自各种荷载的力。

17、进一步的，粉煤灰的颗粒平均尺寸不大于100μm，所述粉煤灰的掺量占粉煤灰、研磨高炉矿渣、偏高岭土、硅粉与硅烷偶联剂总质量的10％～15％，可有效确保自密实混凝土的优异的流动性，无需振动排除气泡、确保充实和均匀充填到模板角落。

18、进一步的，硅粉的颗粒平均尺寸不大于20μm；所述硅粉的掺量占粉煤灰、研磨高炉矿渣、偏高岭土、硅粉与硅烷偶联剂总质量的2％～5％，微硅粉的颗粒形状和表面特性有助于改善混凝土的流动性和坍落度，使得混凝土更易于施工和浇筑。微硅粉能与混凝土中的游离钙水化产物反应，形成硅胶凝胶，提高混凝土的化学稳定性，延长混凝土的使用寿命提升整体结构的力学承载性能。

19、进一步的，硅烷偶联剂为kh-550；所述硅烷偶联剂的掺量占粉煤灰、研磨高炉矿渣、偏高岭土、硅粉与硅烷偶联剂总质量的1％～2％，硅烷偶联剂能够与混凝土中的水化硅酸钙反应，形成化学键，同时与填料表面形成物理或化学键合，从而提高填料与混凝土基体的结合力，改善混凝土的力学性能和耐久性。

20、进一步的，氢氧化钠溶液与硅酸钠溶液质量比为1:(2.3～2.6)，使得自密实混凝土具有良好的流动性和适宜的凝结时间。

21、进一步的，所述硅酸钠中二氧化硅与氧化纳模数比为(2.6～2.8):1，可使得碱激发溶液中有合理的氧化纳含量，促进胶凝材料的高效分解。

22、进一步的，细骨料为连续级配的天然河砂，所述连续级配的天然河砂的直径为0.075mm～2mm，可使得混凝土体系细骨料级配完整，细骨料能较好填充粗骨料间的孔隙，提高混凝土力学性能。

23、进一步的，粗骨料为连续级配的石子，所述连续级配的石子的直径为3mm～16mm，可使得混凝土体系粗骨料级配完整，为混凝土提供较好的受力框架，提高混凝土力学性能。