本發(fā)明涉及水泥基建筑材料，尤其是涉及一種改性再生骨料耐高溫超高延性混凝土及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、除了建筑垃圾以外，城市生活垃圾對(duì)環(huán)境造成的污染也日益嚴(yán)峻。由于垃圾焚燒技術(shù)可以有效降低垃圾的體積，回收能源已經(jīng)成為我國垃圾資源化和減容處理技術(shù)的重要研究和發(fā)展方向。飛灰是焚燒垃圾后的產(chǎn)物之一，其是指在煙氣凈化系統(tǒng)和熱回收利用系統(tǒng)如節(jié)熱器、鍋爐等中收集而得的殘余物。雖然現(xiàn)今各國對(duì)飛灰的處置方法主要采用水泥固化后的直接填埋，但是這種固化填埋方式不僅占用大量的土地資源，而且飛灰中的有害重金屬和有機(jī)物會(huì)滲入到土壤中和地下水中，對(duì)土壤和地下水產(chǎn)生污染。如果能將適當(dāng)摻量的脫氯飛灰應(yīng)用于混凝土的生產(chǎn)中，變廢為寶，既緩解了飛灰對(duì)環(huán)境的壓力又實(shí)現(xiàn)了建材產(chǎn)業(yè)循環(huán)的發(fā)展，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境意義。

2、再生粗骨料一般是由廢棄混凝土構(gòu)件破碎而來，其表面覆有一層水泥砂漿目棱角較多，破碎過程中其內(nèi)部還會(huì)產(chǎn)生裂縫，致使再生粗骨料與天然粗骨料相比會(huì)有一定的劣勢(shì)，如壓碎指標(biāo)大、密實(shí)度低、吸水率高等，這些都對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生不利影響。且普通混凝土具有抗拉強(qiáng)度低、抗裂性差、收縮變形大等缺陷，高溫作用下還可能發(fā)生爆裂剝落現(xiàn)象。在火災(zāi)中混凝土還會(huì)裂解成零散的石灰并釋放co2氣體，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降，最終造成建筑物破壞、人員傷亡。因此，提高混凝土的高溫承載能力，將大大減輕火災(zāi)造成的損害。

3、公開號(hào)為cn117263624a的專利（專利1）公布了一種再生骨料混凝土及其制備方法。該方法對(duì)再生骨料進(jìn)行改性，加強(qiáng)強(qiáng)化劑與改性再生骨料之間的配合，形成包覆，減少水分進(jìn)入改性再生骨料內(nèi)部，提升混凝土的強(qiáng)度。該發(fā)明中只涉及到了再生骨料混凝土的抗壓性能，28天抗壓強(qiáng)度最高達(dá)到49.9?mpa，但是沒有公布其抗拉性能及耐高溫性能，優(yōu)異力學(xué)性能單一。

4、公開號(hào)為cn116639918a的專利（專利2）公布了一種強(qiáng)化再生骨料混凝土的制備方法。該方法通過對(duì)廢棄混凝土進(jìn)行前處理，去除較小的顆粒、灰塵和附著砂漿等得到強(qiáng)化骨料后制備混凝土。該發(fā)明中也只涉及到了再生骨料混凝土的抗壓性能，采用硅酸鈉在再生骨料表面形成玻璃狀的覆蓋膜，并且對(duì)再生骨料孔隙和微裂紋進(jìn)行有效填充，混凝土更加密實(shí)，因而混凝土的抗壓強(qiáng)度得到很大的提高。但用這種方法制備的混凝土的韌性低、抗裂性能低，從而易于發(fā)生脆性斷裂，進(jìn)而影響混凝土的耐久性。該發(fā)明也沒有公布其抗拉性能及耐高溫性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種改性再生骨料耐高溫超高延性混凝土及其制備方法，通過納米sio2浸漬的方式對(duì)再生粗骨料進(jìn)行改性處理，并配合回收利用的脫氯飛灰，加入多壁碳納米管，以及聚乙烯纖維和碳酸鈣晶須多重纖維耦合作用，制備一種綠色環(huán)保、性能優(yōu)異的耐高溫超高延性混凝土，實(shí)現(xiàn)了建筑垃圾及生活垃圾的再利用。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種改性再生骨料耐高溫超高延性混凝土，由以下重量份原料組成：水泥300~370份，粉煤灰340~420份，脫氯飛灰20~35份，改性再生粗骨料600~720份，石英砂280~510份，聚乙烯纖維10~25份，多壁碳納米管0.5~1份，碳酸鈣晶須50~60份，水160~210份，聚羧酸減水劑3~8份，增稠劑0.5~2份；

3、改性再生粗骨料的制備方法如下：

4、a.回收利用破碎后5~10mm的廢棄混凝土，即再生粗骨料；

5、b.利用納米sio2溶液、聚羧酸減水劑、水泥及純凈水制備水膠比為0.5的納米sio2強(qiáng)化漿液，其中納米sio2溶液：聚羧酸減水劑：水泥=1：1：100；

6、c.將再生粗骨料與納米sio2強(qiáng)化漿液混合攪拌3~5次，每次攪拌1min后將混合物靜置1min，最后一次攪拌結(jié)束后，將外裹納米sio2強(qiáng)化漿液的再生粗骨料撈出；

7、d.用孔徑為5mm的篩子篩除多余納米sio2強(qiáng)化漿液，將再生粗骨料平鋪在干燥潔凈的木板上，在20±2°c的溫度和64%±5%的相對(duì)濕度下進(jìn)行通風(fēng)干燥，每隔2h翻動(dòng)一次，直至再生粗骨料處于自然風(fēng)干狀態(tài)，即得到改性再生粗骨料。

8、回收利用的再生粗骨料中含有大量的針片狀顆粒，且再生粗骨料的表面含有大量的硬化砂漿，這將導(dǎo)致再生粗骨料的密度較低、吸水率較大、孔隙率較高、耐久性較差。這些缺點(diǎn)將直接導(dǎo)致含再生粗骨料的混凝土的性能較差。本發(fā)明回收利用破碎后的廢棄混凝土，然后利用納米sio2溶液對(duì)再生粗骨料浸漬處理，將干燥的再生粗骨料反復(fù)浸泡在分散良好的納米sio2溶液中，納米sio2溶液會(huì)被干燥的骨料吸收，在此過程中，納米sio2顆粒會(huì)沉積在骨料表面，有些顆粒甚至?xí)B透到骨料表面以下幾微米處，然后與氫氧化鈣反應(yīng)形成（c-s-h）凝膠。因此，利用這種涂層方法可以通過快速的火山灰反應(yīng)和填充效果，使再生粗骨料的多孔表面致密化。舊砂漿與舊骨料之間以及舊骨料與新砂漿之間的多孔界面過渡區(qū)也可以通過骨料表面的火山灰和納米顆粒層的填充作用而致密化。再生骨料與新砂漿將牢固結(jié)合，從而提高再生粗骨料混凝土的強(qiáng)度和耐久性。本發(fā)明將改性再生粗骨料利用到混凝土中，制備出滿足施工的超高延性混凝土，實(shí)現(xiàn)了建筑垃圾的再利用。

9、優(yōu)選的，水泥為普通硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥中的一種，28天抗壓強(qiáng)度不低于42.5mpa。

10、優(yōu)選的，粉煤灰為f級(jí)粉煤灰，粒徑范圍為50~400μm，比表面積不低于400m2/kg。

11、優(yōu)選的，脫氯飛灰粒徑＜150μm，比表面積不低于17.8m2/g，平均孔隙直徑為15.2μm，密度為2.31g/cm3。

12、本發(fā)明在制備改性再生骨料耐高溫超高延性混凝土?xí)r加入了脫氯飛灰，首先對(duì)飛灰進(jìn)行了干燥處理即把飛灰經(jīng)過均質(zhì)處理后放入烘箱內(nèi)在105℃條件下烘干2h，然后代替部分水泥直接摻入混凝土中。

13、一方面脫氯飛灰的主要成分屬于cao2-sio2-al2o3-fe2o3體系，與常用的高爐礦渣、粉煤灰等輔助性膠凝材料非常接近，且其含有較多重金屬元素，應(yīng)用到制備超高延性混凝土中可以很好的提升其耐高溫性能，同時(shí)通過水泥混凝土的包裹作用可以有效的固化脫氯飛灰中有害重金屬元素；另一方面將脫氯飛灰代替等質(zhì)量的水泥直接摻入混凝土中不僅節(jié)省了大量的飛灰處置費(fèi)用而且節(jié)約了水泥的使用質(zhì)量，使水泥混凝土制品的成本也降低了。

14、優(yōu)選的，聚乙烯纖維長(zhǎng)度為12~36mm，直徑為20~40μm，長(zhǎng)徑比不低于600，彈性模量不低于100gpa，抗拉強(qiáng)度不低于2800mpa。

15、本發(fā)明采用聚乙烯纖維制備改性再生骨料耐高溫超高延性混凝土，聚乙烯纖維具有較高的抗拉強(qiáng)度和拉伸彈性模量，對(duì)于實(shí)現(xiàn)超高延性混凝土的高延性、高耐久性和良好的裂縫控制行為有益。此外，聚乙烯纖維體積分?jǐn)?shù)為混凝土總體積的1.5~2.5%左右，此摻量的纖維可實(shí)現(xiàn)混凝土的高延性要求。聚乙烯纖維在高溫下會(huì)熔解，為改性再生骨料耐高溫超高延性混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部水蒸氣提供遷移通道，使構(gòu)件中蒸汽壓得到釋放，有效抑制了高溫爆裂現(xiàn)象，提高再生骨料混凝土的耐高溫性能。而且，聚乙烯纖維的憎水特性可顯著提高纖維拔出過程中的補(bǔ)充余能，有助于實(shí)現(xiàn)改性再生骨料耐高溫超高延性混凝土的應(yīng)變硬化和多縫開裂。

16、優(yōu)選的，多壁碳納米管直徑10~25nm，長(zhǎng)度3~10μm，純度不低于97.5wt.%，比表面積170~250m2/g。

17、本發(fā)明采用多壁碳納米管制備改性再生骨料耐高溫超高延性混凝土，多壁碳納米管是改善水泥混凝土力學(xué)性能的有效組分之一，該種材料屬于一維納米材料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度最高可達(dá)200gpa，彈性模量可達(dá)1tpa。本發(fā)明中利用的聚乙烯纖維、碳酸鈣晶須與多壁碳納米管能在混凝土中共同起到橋聯(lián)作用，這種橋聯(lián)作用能使均勻分散在混凝土的碳納米管承受荷載，減小混凝土的受力，能有效地延緩混凝土的凈開裂時(shí)間，提高混凝土的抗開裂性能。且本發(fā)明所用的碳納米管的直徑為10nm~25nm，碳納米管在混凝土中能起到填充微孔的效果，減小微孔的含量，從而減小混凝土內(nèi)部的毛細(xì)孔壓力，進(jìn)而還能使混凝土的收縮應(yīng)變減小。

18、優(yōu)選的，碳酸鈣晶須長(zhǎng)度為0.05~0.08mm，直徑為0.5~1.2μm，抗拉強(qiáng)度＞3gpa。

19、本發(fā)明混摻聚乙烯纖維、多壁碳納米管、碳酸鈣晶須進(jìn)行增強(qiáng)增韌并提升其耐高溫性能。碳酸鈣晶須屬于微米尺度的纖維，聚乙烯纖維和碳酸鈣晶須之間的高效橋聯(lián)作用，從宏觀和微觀角度均抑制再生骨料混凝土微裂縫的產(chǎn)生與擴(kuò)展，減少了改性再生骨料耐高溫超高延性混凝土的有害孔數(shù)量，細(xì)化了孔隙結(jié)構(gòu)。其次摻入多重纖維和混凝土之間通過粘結(jié)力和機(jī)械咬合力共同承受拉應(yīng)力，提高混凝土的承載力，在一定程度上可以減小結(jié)構(gòu)截面尺寸，并且通過阻裂防止外界水分侵入，提高了水泥基體的密實(shí)性，使所制備的混凝土具有更高的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。

20、此外，碳酸鈣晶須高溫穩(wěn)定，可有效降低改性再生骨料超高延性混凝土在高溫下由于纖維熔解產(chǎn)生水蒸氣逸出通道而導(dǎo)致的高溫力學(xué)性能降低和強(qiáng)度失效的現(xiàn)象，聚乙烯纖維、多壁碳納米管、碳酸鈣晶須共同作用，提升了改性再生骨料超高延性混凝土的耐高溫性能。

21、優(yōu)選的，增稠劑為聚丙烯酰胺。

22、本發(fā)明還提供了一種改性再生骨料耐高溫超高延性混凝土的制備方法，包括如下步驟：

23、s1、首先將按重量份稱好的水泥、粉煤灰、脫氯飛灰、石英砂、聚羧酸減水劑加入攪拌機(jī)慢速攪拌，使干料混合均勻；

24、s2、向攪拌機(jī)中加入水，待干料液化后，加入增稠劑慢速攪拌；

25、s3、將聚乙烯纖維、多壁碳納米管、碳酸鈣晶須加入攪拌機(jī)中快速攪拌；

26、s4、將改性再生粗骨料加入攪拌機(jī)中，慢速攪拌均勻；

27、s5、將攪拌好的漿體澆筑在模具中，振搗成型后用塑料膜密封，脫模后在20~25℃條件下繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至28天，即得耐高溫超高延性混凝土。

28、優(yōu)選的，步驟s1中慢速攪拌時(shí)間為1~3min，步驟s2中慢速攪拌時(shí)間為1~4min，步驟s3中快速攪拌時(shí)間為2~4min，步驟s4中慢速攪拌時(shí)間為3~5min，步驟s5中振搗時(shí)間為3~4min；

29、慢速攪拌的轉(zhuǎn)速為100~125r/min，快速攪拌的轉(zhuǎn)速為175~210r/min。

30、因此，本發(fā)明采用上述的一種改性再生骨料耐高溫超高延性混凝土及其制備方法，技術(shù)效果如下：

31、（1）本發(fā)明混摻聚乙烯纖維、多壁碳納米管、碳酸鈣晶須有助于實(shí)現(xiàn)再生骨料混凝土的應(yīng)變硬化和多縫開裂行為。且纖維在高溫下會(huì)熔解，為改性再生骨料超高延性混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部水蒸氣提供遷移通道，有效抑制了高溫爆裂現(xiàn)象，提高再生骨料混凝土的耐高溫性能。

32、（2）本發(fā)明采用納米sio2溶液浸漬的方式對(duì)再生粗骨料進(jìn)行改性處理，通過快速的火山灰反應(yīng)和填充效果，使再生粗骨料的多孔表面致密化，同時(shí)其自身的舊砂漿與舊骨料之間以及舊骨料與新砂漿之間的多孔界面過渡區(qū)也因此而致密，從而提高再生粗骨料混凝土的強(qiáng)度和耐久性。

33、（3）本發(fā)明利用了改性再生粗骨料及脫氯飛灰，一方面有效的固化了脫氯飛灰中有害重金屬元素；另一方面減少了水泥的用量，節(jié)省了飛灰處置費(fèi)用，使水泥混凝土制品的成本也降低了。實(shí)現(xiàn)了建筑垃圾及生活垃圾的再利用。