[发明专利]一种抗冲击纳米氮化硼改性混凝土

说明书

本发明公开了一种抗冲击纳米氮化硼改性活性粉末混凝土，其特征在于，所述抗冲击纳米氮化硼改性活性粉末混凝土的原材料包括水泥、纳米氮化硼、硅灰、粉煤灰、砂、减水剂和水。纳米氮化硼可以显著增强活性粉末混凝土的动态抗压强度、动态峰值应变及冲击韧度。在200‑800/s的应变率范围，0.25％‑0.5％的纳米氮化硼掺量下，混凝土的动态抗压强度可提高83.8％，动态峰值应变可提高30.5％，冲击韧度可提高94.6％。

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种抗冲击纳米氮化硼改性活性粉末混凝土。

背景技术

活性粉末混凝土因具有高强度、高耐久性及高体积稳定性等优点，目前已逐渐应用于桥梁、高层建筑、核电及水工等领域。然而，活性粉末混凝土中粗骨料的缺失导致结构内部存在大量的(细)骨料-基体界面。根据紧密堆积理论，大量表面包裹水膜的细粉料会在界面区聚集，继而增大了界面区的孔隙，在一定程度上削弱了混凝土材料的整体性能。而当受到冲击或爆炸事件时，混凝土材料结构需承受高应变率载荷，其本身的高强度及高密实度则往往会加剧材料的脆性，继而削弱混凝土材料的抗震、抗冲击性能。

近年来，研究人员尝试对混凝土进行纳米粒子改性，一方面通过减少混凝土基体初始缺陷，并且在纳米尺度上调控水化产物形貌，改善复合材料的微观结构；另一方面通过增加基体材料的表面能来提高复合材料的界面粘结能，继而增加混凝土材料的能量吸收力。但纳米粒子的高价格及高掺量(水泥质量的1％-10％)削弱了材料本身在实际工程中的应用前景。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种抗冲击纳米氮化硼改性活性粉末混凝土。纳米氮化硼具有与石墨烯相似的二维层状结构，其优异的力学性能及良好的化学稳定性使其成为潜力巨大的水泥基复合材料纳米增强剂。相比于零维纳米粒子，纳米氮化硼在兼具纳米粒子增强效应的同时，其自身的高导热性和高耐热性保证了基体在摩擦过程中的热量快速传递，减少了局部温差引起的温度裂缝；同时纳米氮化硼独特的连续层间分层结构也能吸收大量的冲击能。更为重要的是，纳米氮化硼的低密度及小尺寸使其在较小掺量下就能在基体材料中形成空间网络，继而显著提高混凝土材料的能量吸收。

本发明采用的技术手段如下：

一种抗冲击纳米氮化硼改性活性粉末混凝土，所述抗冲击纳米氮化硼改性活性粉末混凝土的原材料包括水泥、纳米氮化硼、硅灰、粉煤灰、砂、减水剂和水。

所述抗冲击纳米氮化硼改性活性粉末混凝土的原材料包括以下重量份物质：水泥0.796-1份、纳米氮化硼0.0025-0.005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0.015-0.03份和水0.3-0.375份。

所述纳米氮化硼为粉末状，平均粒径为120nm，厚度为5-10nm，比表面积为19m²/g，真密度为2.30g/cm³，体积密度为0.30g/cm³。

所述纳米氮化硼的纯度为99.9％。

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系减水剂，固体含量为40-50％。

所述水泥为普通硅酸盐水泥。

本发明结合纳米氮化硼和活性粉末混凝土两者的优点，利用纳米氮化硼及活性粉末混凝土的自身增强机理以及相互协同的促进增强作用，最终获得了抗冲击性的纳米氮化硼改性活性粉末混凝土。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：