[发明专利]一种基于微纳米组分的混凝土及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于微纳米组分的混凝土及其制备方法，属于混凝土技术领域，其包括以下重量份的原料：水泥45~58份；机制砂95~110份；石子200~220份；水25~45份；硅灰4~7份；聚羧酸系减水剂0.8~1.5份；微米材料0.4~0.6份；纳米材料1.2~1.5份；分散剂0.04~0.08。本申请中的三种纳米材料可以更好的发挥纳米材料活性效应、填充效应和晶核效应的协同优化，改善界面性能，实现胶凝材料性能的大幅度提升，以适应重大工程和严酷环境高耐久性的要求。

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，特别涉及一种基于微纳米组分的混凝土及其制备方法。

背景技术

服役中水泥混凝土性能劣化或破坏的原因，包括物理作用（冻融循环、干湿交替和温度变化，等）和化学作用（环境介质腐蚀、碳化、碱骨料反应、钢筋锈蚀，等）多种因素及它们的耦合作用，但是，究其根本原因是传统水泥混凝土的结构均匀性差、密实度低。结构均匀性差易导致混凝土材料在荷载或环境因素作用下应力分布不均；密实度低易导致材料的抗渗性、抗腐蚀性和抗冻性差，亦即导致耐久性能降低。同时，水泥基材料水化产物的组成和稳定性也是影响混凝土耐久性的一个重要因素，在特殊环境下某些组分会产生溶蚀，并进而引发其它水化产物，特别是凝胶的失稳、分解，使结构逐渐变得疏松，直至溃散。

水泥混凝土材料是多尺度、多组成的复合材料。混凝土性能发展过程亦是组成和结构优化过程，随着尺寸为微米级的矿粉在水泥基材料中的应用，材料结构得以明显优化，耐久性获得显著提升。但是，随着一些关乎国计民生和国防安全的重大工程或严酷条件下工程的建设，对混凝土的耐久性和安全服役期提出更高的要求。可是，目前的水泥基材料尚不能很好地满足这类工程的需求和人们的期望，其性能亟需进一步提高，这就需要在更微观的尺度下对其组成和结构进行优化和调控。纳米材料是指颗粒尺寸在纳米量级（1~100nm）的超细材料，其颗粒尺寸比原子簇粒子要大，比通常的微粉粒子要小，介于原子簇和微粒子交界的过渡区域。随着物质尺寸不断超细化，其表面电子结构和晶体结构均发生变化，产生了宏观物质所不具有的许多特殊性能，如小尺寸效应、表面效应、量子粒化效应和宏观量子隧道效应。基于纳米材料的特殊性能以及水泥混凝土科学的不断发展，如何将纳米材料引入到混凝土材料中大幅度提升后者性能，逐渐成为水泥混凝土领域的研究热点。

目前常用的辅助胶凝材料的早期火山灰活性效应一般较差，导致水泥混凝土早期密实度较低，不仅使其强度下降，而且早期抗氯离子渗透性能和抗碳化性能也大幅度下降，抵抗早期收缩的能力也降低。

另一方面，由于辅助胶凝材料的颗粒仍较粗，其微集料填充效应和晶核效应仍然较差。对凝胶结构和性能在纳米尺度的调控优化，以获得高性能的凝胶，是大幅度提升胶凝材料力学和耐久性的必经之路。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于微纳米组分的混凝土，可以明显提高混凝土的强度，预防开裂，实现水泥胶凝材料性能的大幅度提升。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案 ：

一种基于微纳米组分的混凝土，包括以下重量份的原料：

水泥45~58份；机制砂95~110份；石子200~220份；水25~45份；硅灰4~7份；聚羧酸系减水剂0.8~1.5份；微米材料0.4~0.6份；纳米材料1.2~1.5份；分散剂 0.04~0.08份。

本发明还具有以下附加技术特征：

优选的，所述石子为5~40mm连续级配，所述机制砂为细度模数为2.5~2.8。

优选的，所述微米材料为粉煤灰。

优选的，所述纳米材料为纳米氮化硅、碳纳米管和纳米Al₂O₃，质量比为1:1:1。

优选的，所述碳纳米管为单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管。