[发明专利]一种超高性能混凝土及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超高性能混凝土及其制备方法，本发明采用碱木质素作为生物炭源，碱木质素来源于造纸黑液，呈碱性，裂解所得到的生物炭具有一定的碱度，有利于促进水泥水化，更有利于混凝土早期强度发展；所制备的改性生物质炭具有良好的吸水性能和吸附性，对粉煤灰和矿粉等轻质材料具有一定的吸附能力，避免轻质材料上浮造成的分层离析、沁水等问题，并且在水化过程中，缓慢释放水分，同时改性生物质炭、改性二氧化硅与胶凝材料进行反应，填充生物质炭因释水而残留的孔洞，从而提高混凝土的强度。

技术领域

本发明涉及混凝土制备技术领域，具体涉及一种超高性能混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土是现代建筑工程领域应用极为广泛的基础材料。其中，超高性能混凝土作为一种新型混凝土材料，通常是通过掺杂增强纤维、优化配合比达到性能提升的目的，具备超高强度、超高韧性以及超高耐久性能等优异性能，在建筑工程实际应用中有着深远的应用前景。

超高性能混凝土与普通混凝土相比，虽然在力学性能和耐久性上取得了非常大的进步，但其仍具有混凝土自身的固有缺陷。混凝土在浇筑和养护过程中的收缩开裂在超高性能混凝土中依然存在，特别是超高性能混凝土具有水泥用量大、水胶比低等特点，随之而来的水化放热量高、自收缩大，其早期的收缩开裂比一般混凝土更加严重，极大制约了超高性能混凝土的发展应用。

针对超高性能混凝土减小收缩量的技术方法主要从以下几个方面考虑：降低水胶比，改善内部结构；掺入外加剂；改善拌合和养护条件，混凝土收缩开裂与内部的水量息息相关，外加剂的研究应用中，高吸水树脂(SAP)具有良好的吸水和保水功能，将其应用于混凝土时，同时也是良好的养护条件的实现，从而有效抑制混凝土的自收缩，提高混凝土的抗裂性能，是一种具有广阔应用前景的混凝土外加剂，生物质炭的物理性质和高吸水树脂相似，目前已有将污泥生物炭、玉米芯生物炭用于混凝土的报道，但是还没有将木质素基生物炭应用于混凝土的研究。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种超高性能混凝土及其制备方法，将木质素基生物炭引入到混凝土中，所制备的混凝土具有良好的低收缩性、耐久性好、强度高、应用前景广阔。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种超高性能混凝土，以重量份计，包括如下组分的原料：水泥460-550份、粉煤灰40-50份、矿粉120-150份、天然砂600-650份、碎石800-900份、减水剂12-15份、钢纤维6-12份、改性生物质炭10-15份、改性纳米二氧化硅5-8份、水220-260份。

优选的，所述改性生物质炭的制备方法，包括如下步骤：将碱木质素置于马弗炉中，在氮气气氛中进行高温热裂解，得到生物质炭；然后将生物质炭加入到含硅烷偶联剂的混合溶剂中，搅拌反应，待反应完成后，进行过滤、洗涤、干燥，即得到改性生物质炭。

优选的，高温热裂解温度为500-600℃，高温热裂解时间为3-4h。

优选的，生物质炭与混合溶剂的质量比为10-15:100，所述混合溶剂由水和无水乙醇所组成，水和无水乙醇的质量比为1:1-1.5。

优选的，混合溶剂中硅烷偶联剂的含量为3-6wt％，其中硅烷偶联剂为KH550、KH560或KH570中的一种或多种。

优选的，所述改性纳米二氧化硅的制备方法，包括如下步骤：

(1)将纳米二氧化硅置于4-6mol/L的硝酸溶液中，加热回流反应，待反应结束后，进行洗涤、干燥，得到活化纳米二氧化硅；

(2)将活化纳米二氧化硅分散在甲苯溶剂中，加入γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷，在50-80℃下搅拌反应8-12h，再加入对氨基苯磺酸溶液，继续搅拌反应16-24h，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，得到改性纳米二氧化硅。