[发明专利]一种高抗冲击性能的纳米超高强混凝土

说明书

本发明公开了一种高抗冲击性能的纳米超高强混凝土，其特征在于，所述高抗冲击性能的纳米超高强混凝土的原材料包括水泥、纳米粒子、硅灰、粉煤灰、砂、减水剂和水；所述纳米粒子为纳米氧化硅、纳米氧化钛或纳米氧化锆中的一种。纳米粒子(包括纳米氧化硅、纳米氧化钛及纳米氧化锆)可以显著增强超高强混凝土的冲击韧度及比能量吸收。当应变率介于280/s‑645/s时，高掺量的纳米氧化硅可以使超高强混凝土的比能量吸收提高159.7％；当应变率在803/s‑845/s时，三种纳米超高强混凝土的比能量吸收可以提高至200％以上。

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种高抗冲击性能的纳米超高强混凝土。

背景技术

超高强混凝土因其超高的力学性能及耐磨性能等优点，已逐步应用于桥梁、高层建筑，军事掩体及国防抗爆等领域。作为一种脆性材料，超高强混凝土内部不可避免会产生一定的裂缝，而其极低的水灰比(过高的密实度)往往会加剧混凝土的脆性本质。此外，实际工程中使用的混凝土在遭受冲击，爆炸等引起的动荷载作用时：一方面，材料的强度、弹性模量等参数在动载荷作用下会有较大的提高；另一方面，混凝土的损伤也会随着荷载的作用而发生变化。而当荷载达到一定程度时，混凝土往往发生脆性破坏。因此，裂缝的存在已然成为混凝土关键且薄弱部位。

目前工程上主要采取掺入钢纤维延缓裂缝发展的手段来提高超高强混凝土的韧性及延性。然而，纤维的掺入并不能从根本上改变混凝土裂缝的产生。此外纤维的分散问题及其诱发的混凝土粘性问题始终没有得到很好地解决。与普通超高强混凝土相比，纳米超高强混凝土可以从根本上改变混凝土初始裂缝的产生。纳米粒子是介于宏观物质与原子团簇之间的一种微观物质。与宏观材料相比具有明显的优势，包括表面效应、量子效应、小尺寸效应和宏观隧道效应。纳米颗粒因其较小的粒径，可以广泛分散到水泥基体中，降低微裂纹的尺寸，减少初始缺陷。此外，纳米颗粒可以通过控制水化产物的微观形貌来调控混凝土的结构性能，尤其是生成具有链状甚至是网状结构的纳米级水化硅酸钙凝胶，显著提高混凝土的韧性。同时，纳米氧化硅及纳米氧化钛(表面包裹氧化硅)的高火山灰活性也可以进一步促进水化，提高混凝土的密实度。因此，一种高抗冲击性能的纳米超高强混凝土亟待研发。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种高抗冲击性能的纳米超高强混凝土。

本发明采用的技术手段如下：

一种高抗冲击性能的纳米超高强混凝土，所述高抗冲击性能的纳米超高强混凝土的原材料包括水泥、纳米粒子、硅灰、粉煤灰、砂、减水剂和水；

所述纳米粒子为纳米氧化硅、纳米氧化钛或纳米氧化锆中的一种。

所述高抗冲击性能的纳米超高强混凝土的原材料包括以下重量份物质：水泥0.776-1份、纳米粒子0.01-0.03份、硅灰0.25-0.3125份、粉煤灰0.2-0.25份、砂1.1-1.375份、减水剂0.006-0.03份和水0.3-0.375份。

所述纳米粒子均为粉末状，平均粒径为12-20nm，比表面积介于20-200m²/g之间。

所述纳米氧化硅中氧化硅的含量大于99.9％，所述纳米氧化钛中氧化钛的含量大于99％，所述纳米氧化锆中氧化锆的含量大于96％。

所述硅灰的平均粒径为150nm。

所述粉煤灰为二级粉煤灰，粒径为0.01-0.1mm。

所述砂的粒径范围为0.12-0.83mm，所述砂中SiO2的含量大于99.9％，所述砂为石英砂。

所述减水剂为聚羧酸减水剂，固体含量为45％。

所述水泥为普通硅酸盐水泥。