[发明专利]一种超高性能混凝土的复合胶凝材料体系及其应用方法

说明书

本发明涉及土木工程材料技术领域，尤其是一种超高性能混凝土的复合胶凝材料体系及其应用方法，其特征在于：所述复合胶凝材料体系包括水泥、活性矿物外加剂、化学激发剂，其中所述活性矿物外加剂包括粉煤灰、矿粉、硅灰和纳米氧化铝，所述化学激发剂为硫酸钠；所述复合胶凝材料体系内的氧化钙和氧化硅的摩尔比为0.8‑0.91：1。本发明的优点是：利用特定氧化钙与氧化硅的比例，使胶凝材料发挥出良好的化学密实作用，通过化学激发剂（硫酸钠）可以增强胶凝材料的水化反应，更好地发挥胶凝材料的化学密实作用，能够显著地在降低水泥单耗的前提下，还能使获得的混凝土符合UHPC性能。

技术领域

本发明涉及土木工程材料技术领域，尤其是一种超高性能混凝土的复合胶凝材料体系及其应用方法。

背景技术

混凝土作为当今世界上应用最广泛的建筑材料，在其带给人们巨大使用便利的同时，也带来了十分严峻的资源、能源及环境问题。通常每生产一吨的水泥将会伴随0.83吨的二氧化碳的排放，这将造成温室效应的加剧，此外水泥的生产也导致了大量的有害粉尘排放，严重污染了环境，破坏生态平衡，给社会经济的可持续发展及人类自身的生存带来了严重的危害[1]。

减小孔隙率、优化微观结构、提高匀质性、掺入纤维提高延性和韧性是UHPC制备的基本原理和主要方法[2]。超高性能混凝土（UHPC）具有极低的水胶比、高胶凝材料用量（特别是含有大量的超细粉体）和钢纤维等组成特点[1]。与传统混凝土相比，超高性能混凝土有很多优点: 超高性能混凝土的抗压强度高于150 MPa，约是传统混凝土的3倍以上。超高性能混凝土具有优异的韧性和断裂能，和高性能混凝土相比，超高性能混凝土的韧性提高了300倍以上，和一些金属相当，使得混凝土结构在超载环境下或地震中具有更优异的结构可靠性，超高性能混凝土具有优异的耐久性能，可大幅度提高混凝土结构的使用寿命，减小混凝土结构的维修费用[3]。正是由于UHPC具有高强度、高韧性、高耐久等性能特点及其结构需求较少的材料，超高性能混凝土已然成为实现混凝土材料绿色低碳化的重要途径[4]。目前已经引起世界各国研究人员注意，并在公路桥面、结构修补等领域推广应用，取得了较好的技术、经济效益，具有较广阔的应用前景[5-6]。然而，UHPC虽然具有较好的强度、韧性，但无法避免水泥用量高、胶材总量大以及单方成本贵等环境负荷重的缺陷[1,6]。因此，从经济和环保的方面上，有必要降低传统UHPC配合比中水泥的用量，制备绿色超高性能混凝土。

目前，国内外已有学者对改善超高性能混凝土的绿色性进行了广泛研究。一般而言，基于理论和实践的基础上，主要是通过以下三个方面来发展绿色超高性能混凝土：一，在不牺牲超高性能混凝土性能的前提下，通过矿物掺合料来取代部分水泥，从而降低胶材体系中的水泥用量[7]；二，采用紧密堆积模型或统计学设计方法，降低超高性能混凝土中的胶凝材料用量[8-9]；三，通过提高纤维的有效利用率，降低钢纤维的用量[10]。通过矿物掺合料取代部分水泥是降低超高性能混凝土水泥用量和碳排放的有效手段。然而，现有的研究结果中水泥用量仍相对较高，水泥的有效利用率低，仍有进一步优化的空间[11-13]。目前国际上绿色超高性能混凝土仍处于研究开发阶段，该方面研究处于研究的前沿。因此，开展绿色超高性能混凝土的理论基础及应用技术研究，依托我国广阔的市场背景，有望迈入该领域先进行列，实现建筑材料绿色化生产和可持续发展战略。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种超高性能混凝土的复合胶凝材料体系及其应用方法，通过配置复合胶凝材料体系，在降低超高性能混凝土的水泥单耗下，还能提高超高性能混凝土的各项性能。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种超高性能混凝土的复合胶凝材料体系，其特征在于：所述复合胶凝材料体系包括水泥、活性矿物外加剂、化学激发剂，其中所述活性矿物外加剂包括粉煤灰、矿粉、硅灰和纳米氧化铝，所述化学激发剂为硫酸钠；所述复合胶凝材料体系内的氧化钙和氧化硅的摩尔比为0.8-0.91：1。

所述复合胶凝材料体系的初始堆积密度为0.73-0.74。