一种粗骨料超高性能混凝土及其制备方法与流程

本发明涉及混凝土，尤其涉及一种粗骨料超高性能混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、超高性能混凝土因具有高强度、高抗腐蚀耐久性，可减小结构尺寸、减轻结构自重、节约用地、降低能耗、降低结构维修费和重建费等优点。

2、硅灰是在冶炼硅铁矿等随废气溢出的灰尘经过特殊的装置收集起来的，属于矿物掺合料的一种。硅灰的产量比较大，如果不能及时加以应用便会对环境产生巨大的影响。在混凝土中掺入硅灰已成为近些年来混凝土生产中的常见现象，硅灰的掺入为硅灰的利用方式提供了新的解决路径，同时硅灰的掺入又对混凝土的性能起到了提升作用。但在实际应用中，硅灰因为实际生产应用中却存在以下明显的问题：硅灰是密度最小的矿物掺合料之一，粉末疏松且易飞扬，导致其运输、储存与使用方面都较为困难；因硅灰较小的颗粒粒径和较大的比表面积极易发生团聚，且其表面电负性较大，采用常规的物理和机械分散方式难以有效分散，导致硅灰的填充作用和协同水化作用不能充分发挥。加密硅灰可以有效解决运输、储存的问题，使用加密硅灰不可避免的需要加入分散剂，但分散剂过多的加入，往往会影响混凝土早期的强度。蒸汽养护是低温生产环境中经常使用的养护方式，其主要作用是提高混凝土的早期强度。但蒸汽养护的负面作用之一是容易导致混凝土内部的孔隙向表面产生定向移动，同时孔隙直径变大，造成混凝土表面损伤、抗渗性降低等品质劣化的后果。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种粗骨料超高性能混凝土及其制备方法。本发明制备粗骨料超高性能混凝土所用的硅灰分散剂通过对氧化石墨烯进行改性所得，所得硅灰分散剂可以有效的对硅灰起到分散作用，硅灰分散剂与硅灰结合后的协同作用，改善了混凝土后期强度和耐久性有所降低的问题。

2、本发明的目的是提供一种粗骨料超高性能混凝土，以配合比计，包括以下组分，水泥650～800kg/m3、硅灰200～300kg/m3、粉煤灰100～150kg/m3、砂子600～750kg/m3、碎石450～600kg/m3、掺合料100～200kg/m3、钢纤维150～250kg/m3、减水剂8～15kg/m3、水100～180kg/m3、硅灰分散剂0.5～1kg/m3，所述硅灰分散剂为改性氧化石墨烯，所述改性氧化石墨烯为氨基氧化石墨烯、季铵盐氧化石墨烯的至少一种。

3、所述氨基氧化石墨烯由以下步骤所得：

4、s1.将1～2份氧化石墨烯粉末分散于80～120份去离子水中，超声分散30～60min，得到氧化石墨烯分散液体；

5、s2.将3-氨基丙基三乙氧基硅烷与s1所得氧化石墨烯分散液体，在80～110℃下搅拌8～12h，所得溶液进行抽滤，用乙醇冲洗滤饼3次，再用去离子水冲洗3次，烘干得到氨基氧化石墨烯。

6、所述季铵盐氧化石墨烯由以下步骤所得：

7、s1.将1～2份氧化石墨烯粉末分散于80～120份无水乙醇中，超声分散30～60min，得到氧化石墨烯分散液体；

8、s2.将3-氯丙基三乙氧基硅烷与s1所得氧化石墨烯分散液体，在80～110℃下搅拌8～12h，所得溶液进行抽滤，用乙醇冲洗滤饼3次，再用去离子水冲洗3次，烘干得到氯丙基氧化石墨烯；

9、s3.将三乙胺与步骤s2所得氯丙基氧化石墨烯分散于乙腈中，在50～80℃下搅拌8～10h后，所得溶液进行抽滤，烘干得到季铵盐氧化石墨烯。

10、本发明提供的一种硅灰分散剂，通过对氧化石墨烯表面改性得到，改性后的氧化石墨烯表面正电荷的氨基可以有效被表面带负电荷的硅灰吸附，起到锚固的作用，氧化石墨烯分散效果差的主要原因是由于其片层结构容易堆积，改性后的氧化石墨吸附在硅灰上后，一方面可以阻止片层结构的堆积，一方面与硅灰表面的羟基反应，降低其表面能，外层的石墨为疏水结构，起到相互分散的作用。

11、其中，需要说明的是：

12、本发明所用的氧化石墨烯的层数为1～2层，横向尺寸为0.1～10μm。

13、优选的，所述氧化石墨烯层数为1层，横向尺寸为0.5～10μm。

14、本发明主要采用两种硅烷偶联剂对氧化石墨烯进行修饰，具体的，修饰基团3-氨基丙基三乙氧基硅烷与氧化石墨烯分散液体中所含氧化石墨烯固体质量比为(1：1)～(3：1)；修饰基团3-氯丙基三乙氧基硅烷与氧化石墨烯分散液体中所含氧化石墨烯固体质量比为(1：1)～(3：1)。

15、本发明中引入氨基阳离子的方式有两种，一种是脂肪胺直接在酸性条件下与酸形成铵盐，一种是通过三乙胺与接枝的氧化石墨烯生成季铵盐，其中三乙胺与接枝的氧化石墨烯的质量比(1：1)～(3：1)。

16、优选的，所述硅灰分散剂为氨基氧化石墨烯和季铵盐氧化石墨烯的复配，所述氨基氧化石墨烯与季铵盐氧化石墨烯的质量比为(1：4)～(1：1)

17、优选的，所述硅灰为全加密硅灰、半加密硅灰、原状灰的一种或者几种，所述硅灰中的sio2含量≥94％，烧失量≤2.5％。

18、优选的，所述砂子为河砂，细度模数为2.0～3.0；所述碎石为5～8mm的辉绿岩或者玄武岩；所述钢纤维为13mm的平直钢纤维和20mm端勾型钢纤维；所述掺合料为-hdc(v)uhpc掺合料。

19、更优选的所述所述碎石为5～8mm的辉绿岩；所述钢纤维为20mm端勾型钢纤维。

20、本发明还保护所述粗骨料超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：

21、1)硅灰预处理，将硅灰分散剂分散到水溶液中，通过磁力搅拌器800～1000r/min充分搅拌30～60min，再通过超声分散1～2h，将所得硅灰分散剂溶液加入到水泥搅拌机中，再将硅灰分三次加入其中搅拌40～60min；

22、2)将水泥、粉煤灰、砂子、碎石加入其中，搅拌1～2min，然后加入水，搅拌2～5min后加入减水剂，继续搅拌2～10min后缓慢加入钢纤维继续搅拌2～10min，出料，浇筑成型，养护，脱模，既得到粗骨料超高性能混凝土。

23、优选的，所述的硅灰的加入工艺为，在0～5min，加入1/3质量的硅灰；10～15min，加入1/3质量的硅灰；20～25min，加入剩余的硅灰。

24、本发明采用的水泥搅拌机拥有更高转速并且采用公转加自转的运动方式，运动轨迹覆盖整个搅拌桶，搅拌均匀、无死角，可以使半加密、加密硅灰充分分散后与硅粉分散剂接触并反应。

25、优选的，所述水泥搅拌机为行星立轴搅拌机，步骤1)中所述水泥搅拌机的工艺参数为第一阶段搅拌时间为0～10min，搅拌速度为40～45r/min；第二阶段搅拌时间10～40min，搅拌速度为60～70r/min；第三阶段搅拌时间为40～60min，搅拌速度为50～60r/min。

26、优选的，步骤2)中的水泥搅拌机的搅拌速度为35～45r/min。

27、有益效果

28、本发明包含以下有益效果：

29、(1)改性后的氧化石墨烯表面带正电荷的氨基，可以有效被表面带负电荷的硅灰吸附，起到锚固的作用；改性后的氧化石墨被吸附到硅灰后，外层憎水、大体积的氧化石墨烯可以有效的抑制硅灰与硅灰之间的团聚，起到相互分散的作用。

30、(2)氧化石墨烯本身对混凝土体系有补强作用，氧化石墨烯可以使混凝土中的水化晶体排列更加有序，有效降低孔隙率和优化孔隙结构；氧化石墨烯的片层结构可在混凝土基体中起到桥接作用，有效延缓基体裂缝的发展，增强基体的力学性能。

31、(3)氧化石墨烯与硅灰的协同作用，氧化石墨烯可以促进硅灰的二次水化作用，降低基体中的氢氧化钙含量，减少了混凝土基体中的不利作用点；可以增加体系中csh凝胶的数量，有效增强混凝土与骨料的之间的连接，加强界面过渡区的密实度，进而提升混凝土的性能。