本發(fā)明涉及混凝土，尤其涉及一種粗骨料超高性能混凝土及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、超高性能混凝土因具有高強(qiáng)度、高抗腐蝕耐久性，可減小結(jié)構(gòu)尺寸、減輕結(jié)構(gòu)自重、節(jié)約用地、降低能耗、降低結(jié)構(gòu)維修費(fèi)和重建費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)。

2、硅灰是在冶煉硅鐵礦等隨廢氣溢出的灰塵經(jīng)過(guò)特殊的裝置收集起來(lái)的，屬于礦物摻合料的一種。硅灰的產(chǎn)量比較大，如果不能及時(shí)加以應(yīng)用便會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生巨大的影響。在混凝土中摻入硅灰已成為近些年來(lái)混凝土生產(chǎn)中的常見現(xiàn)象，硅灰的摻入為硅灰的利用方式提供了新的解決路徑，同時(shí)硅灰的摻入又對(duì)混凝土的性能起到了提升作用。但在實(shí)際應(yīng)用中，硅灰因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中卻存在以下明顯的問題：硅灰是密度最小的礦物摻合料之一，粉末疏松且易飛揚(yáng)，導(dǎo)致其運(yùn)輸、儲(chǔ)存與使用方面都較為困難；因硅灰較小的顆粒粒徑和較大的比表面積極易發(fā)生團(tuán)聚，且其表面電負(fù)性較大，采用常規(guī)的物理和機(jī)械分散方式難以有效分散，導(dǎo)致硅灰的填充作用和協(xié)同水化作用不能充分發(fā)揮。加密硅灰可以有效解決運(yùn)輸、儲(chǔ)存的問題，使用加密硅灰不可避免的需要加入分散劑，但分散劑過(guò)多的加入，往往會(huì)影響混凝土早期的強(qiáng)度。蒸汽養(yǎng)護(hù)是低溫生產(chǎn)環(huán)境中經(jīng)常使用的養(yǎng)護(hù)方式，其主要作用是提高混凝土的早期強(qiáng)度。但蒸汽養(yǎng)護(hù)的負(fù)面作用之一是容易導(dǎo)致混凝土內(nèi)部的孔隙向表面產(chǎn)生定向移動(dòng)，同時(shí)孔隙直徑變大，造成混凝土表面損傷、抗?jié)B性降低等品質(zhì)劣化的后果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種粗骨料超高性能混凝土及其制備方法。本發(fā)明制備粗骨料超高性能混凝土所用的硅灰分散劑通過(guò)對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行改性所得，所得硅灰分散劑可以有效的對(duì)硅灰起到分散作用，硅灰分散劑與硅灰結(jié)合后的協(xié)同作用，改善了混凝土后期強(qiáng)度和耐久性有所降低的問題。

2、本發(fā)明的目的是提供一種粗骨料超高性能混凝土，以配合比計(jì)，包括以下組分，水泥650～800kg/m3、硅灰200～300kg/m3、粉煤灰100～150kg/m3、砂子600～750kg/m3、碎石450～600kg/m3、摻合料100～200kg/m3、鋼纖維150～250kg/m3、減水劑8～15kg/m3、水100～180kg/m3、硅灰分散劑0.5～1kg/m3，所述硅灰分散劑為改性氧化石墨烯，所述改性氧化石墨烯為氨基氧化石墨烯、季銨鹽氧化石墨烯的至少一種。

3、所述氨基氧化石墨烯由以下步驟所得：

4、s1.將1～2份氧化石墨烯粉末分散于80～120份去離子水中，超聲分散30～60min，得到氧化石墨烯分散液體；

5、s2.將3-氨基丙基三乙氧基硅烷與s1所得氧化石墨烯分散液體，在80～110℃下攪拌8～12h，所得溶液進(jìn)行抽濾，用乙醇沖洗濾餅3次，再用去離子水沖洗3次，烘干得到氨基氧化石墨烯。

6、所述季銨鹽氧化石墨烯由以下步驟所得：

7、s1.將1～2份氧化石墨烯粉末分散于80～120份無(wú)水乙醇中，超聲分散30～60min，得到氧化石墨烯分散液體；

8、s2.將3-氯丙基三乙氧基硅烷與s1所得氧化石墨烯分散液體，在80～110℃下攪拌8～12h，所得溶液進(jìn)行抽濾，用乙醇沖洗濾餅3次，再用去離子水沖洗3次，烘干得到氯丙基氧化石墨烯；

9、s3.將三乙胺與步驟s2所得氯丙基氧化石墨烯分散于乙腈中，在50～80℃下攪拌8～10h后，所得溶液進(jìn)行抽濾，烘干得到季銨鹽氧化石墨烯。

10、本發(fā)明提供的一種硅灰分散劑，通過(guò)對(duì)氧化石墨烯表面改性得到，改性后的氧化石墨烯表面正電荷的氨基可以有效被表面帶負(fù)電荷的硅灰吸附，起到錨固的作用，氧化石墨烯分散效果差的主要原因是由于其片層結(jié)構(gòu)容易堆積，改性后的氧化石墨吸附在硅灰上后，一方面可以阻止片層結(jié)構(gòu)的堆積，一方面與硅灰表面的羥基反應(yīng)，降低其表面能，外層的石墨為疏水結(jié)構(gòu)，起到相互分散的作用。

11、其中，需要說(shuō)明的是：

12、本發(fā)明所用的氧化石墨烯的層數(shù)為1～2層，橫向尺寸為0.1～10μm。

13、優(yōu)選的，所述氧化石墨烯層數(shù)為1層，橫向尺寸為0.5～10μm。

14、本發(fā)明主要采用兩種硅烷偶聯(lián)劑對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行修飾，具體的，修飾基團(tuán)3-氨基丙基三乙氧基硅烷與氧化石墨烯分散液體中所含氧化石墨烯固體質(zhì)量比為(1：1)～(3：1)；修飾基團(tuán)3-氯丙基三乙氧基硅烷與氧化石墨烯分散液體中所含氧化石墨烯固體質(zhì)量比為(1：1)～(3：1)。

15、本發(fā)明中引入氨基陽(yáng)離子的方式有兩種，一種是脂肪胺直接在酸性條件下與酸形成銨鹽，一種是通過(guò)三乙胺與接枝的氧化石墨烯生成季銨鹽，其中三乙胺與接枝的氧化石墨烯的質(zhì)量比(1：1)～(3：1)。

16、優(yōu)選的，所述硅灰分散劑為氨基氧化石墨烯和季銨鹽氧化石墨烯的復(fù)配，所述氨基氧化石墨烯與季銨鹽氧化石墨烯的質(zhì)量比為(1：4)～(1：1)

17、優(yōu)選的，所述硅灰為全加密硅灰、半加密硅灰、原狀灰的一種或者幾種，所述硅灰中的sio2含量≥94％，燒失量≤2.5％。

18、優(yōu)選的，所述砂子為河砂，細(xì)度模數(shù)為2.0～3.0；所述碎石為5～8mm的輝綠巖或者玄武巖；所述鋼纖維為13mm的平直鋼纖維和20mm端勾型鋼纖維；所述摻合料為-hdc(v)uhpc摻合料。

19、更優(yōu)選的所述所述碎石為5～8mm的輝綠巖；所述鋼纖維為20mm端勾型鋼纖維。

20、本發(fā)明還保護(hù)所述粗骨料超高性能混凝土的制備方法，包括以下步驟：

21、1)硅灰預(yù)處理，將硅灰分散劑分散到水溶液中，通過(guò)磁力攪拌器800～1000r/min充分?jǐn)嚢?0～60min，再通過(guò)超聲分散1～2h，將所得硅灰分散劑溶液加入到水泥攪拌機(jī)中，再將硅灰分三次加入其中攪拌40～60min；

22、2)將水泥、粉煤灰、砂子、碎石加入其中，攪拌1～2min，然后加入水，攪拌2～5min后加入減水劑，繼續(xù)攪拌2～10min后緩慢加入鋼纖維繼續(xù)攪拌2～10min，出料，澆筑成型，養(yǎng)護(hù)，脫模，既得到粗骨料超高性能混凝土。

23、優(yōu)選的，所述的硅灰的加入工藝為，在0～5min，加入1/3質(zhì)量的硅灰；10～15min，加入1/3質(zhì)量的硅灰；20～25min，加入剩余的硅灰。

24、本發(fā)明采用的水泥攪拌機(jī)擁有更高轉(zhuǎn)速并且采用公轉(zhuǎn)加自轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)方式，運(yùn)動(dòng)軌跡覆蓋整個(gè)攪拌桶，攪拌均勻、無(wú)死角，可以使半加密、加密硅灰充分分散后與硅粉分散劑接觸并反應(yīng)。

25、優(yōu)選的，所述水泥攪拌機(jī)為行星立軸攪拌機(jī)，步驟1)中所述水泥攪拌機(jī)的工藝參數(shù)為第一階段攪拌時(shí)間為0～10min，攪拌速度為40～45r/min；第二階段攪拌時(shí)間10～40min，攪拌速度為60～70r/min；第三階段攪拌時(shí)間為40～60min，攪拌速度為50～60r/min。

26、優(yōu)選的，步驟2)中的水泥攪拌機(jī)的攪拌速度為35～45r/min。

27、有益效果

28、本發(fā)明包含以下有益效果：

29、(1)改性后的氧化石墨烯表面帶正電荷的氨基，可以有效被表面帶負(fù)電荷的硅灰吸附，起到錨固的作用；改性后的氧化石墨被吸附到硅灰后，外層憎水、大體積的氧化石墨烯可以有效的抑制硅灰與硅灰之間的團(tuán)聚，起到相互分散的作用。

30、(2)氧化石墨烯本身對(duì)混凝土體系有補(bǔ)強(qiáng)作用，氧化石墨烯可以使混凝土中的水化晶體排列更加有序，有效降低孔隙率和優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)；氧化石墨烯的片層結(jié)構(gòu)可在混凝土基體中起到橋接作用，有效延緩基體裂縫的發(fā)展，增強(qiáng)基體的力學(xué)性能。

31、(3)氧化石墨烯與硅灰的協(xié)同作用，氧化石墨烯可以促進(jìn)硅灰的二次水化作用，降低基體中的氫氧化鈣含量，減少了混凝土基體中的不利作用點(diǎn)；可以增加體系中csh凝膠的數(shù)量，有效增強(qiáng)混凝土與骨料的之間的連接，加強(qiáng)界面過(guò)渡區(qū)的密實(shí)度，進(jìn)而提升混凝土的性能。