CN116903330A - 一种超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及建筑材料领域，具体公开了一种超高性能混凝土及其制备方法。超高性能混凝土，包括以下重量份的原料：860‑1220份水泥、80‑95份矿物掺合料、1500‑1550份砂子、240‑260份外加剂、230‑250份钢纤维、20‑40份垃圾焚烧底渣、60‑150份煅烧沸石、195‑210份水。本申请的超高性能混凝土具有自收缩率低，不易产生早期开裂，钢纤维不易腐蚀，具有高强高韧性的优点。

Description

一种超高性能混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及建筑材料技术领域，更具体地说，它涉及一种超高性能混凝土及其制备方法。
背景技术
随着国家交通事业的发展，桥梁在交通工程的比例逐渐增大。先现浇梁结构由于受力明确、设计简单、施工容易、工期较短，在桥梁结构中得到了广泛应用。
桥梁面板是主要承力件，不仅要承担主要压力，还要直接承受车轮荷载，以及车辆冲击刹车、冻融循环等各种作用，导致桥梁面板开裂、起皮和剥落等现象，桥梁面板的耐久性存在巨大考验；使用普通混凝土浇筑的桥面板，在桥梁跨径较大时，由于普通混凝土板具有较大的厚度和自重，用钢量迅速增加，限制了钢结构自重轻、施工速度快、大跨度的特点。超高性能混凝土由于具有工作性好、早期强度高、高韧性、高体积稳定性、高耐久性的特点，在现浇梁中具有广阔的应用前景。
但目前超高性能混凝土仍存在以下问题：超高性能混凝土的胶凝材料用量大，导致早期水化速度快，自干燥程度高，自收缩大，极易引起现浇桥梁出现裂缝，而且由于较低的水胶比及致密结构的特点，传统养护方式很难达到要求，因此外部水分很难进入混凝土内部，对收缩开裂抑制效果较低。而采用超吸水树脂进行内养护虽然能降低混凝土的自收缩，但超吸水树脂的密度低，搅拌过程容易发生团聚，影响其在水泥基材料中的分散均匀性及养护效果，且超吸水树脂释水后会在混凝土内形成孔洞，降低强度。
针对上述中的相关技术，发明人发现亟待提供一种能降低自收缩、抑制桥梁的早期开裂的超高性能混凝土。
发明内容
为了降低超高性能混凝土的自收缩，抑制桥梁的早期开裂，本申请提供一种超高性能混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种超高性能混凝土，采用如下的技术方案：
一种超高性能混凝土，包括以下重量份的原料：860-1220份水泥、80-95份矿物掺合料、1500-1550份砂子、240-260份外加剂、230-250份钢纤维、20-40份垃圾焚烧底渣、60-150份煅烧沸石、195-210份水。
通过采用上述技术方案，在水泥、矿物掺合料、砂子等原料中使用钢纤维，并使用煅烧沸石和垃圾焚烧底渣替代部分水泥，降低水泥用量的同时，提高内养护水灰比，钢纤维在混凝土中能够传递应力并有效阻止裂缝扩展，从而表现出很强的应力与变形重分布能力，提升超高性能混凝土的抗拉效果；另外，在超高性能混凝土中使用垃圾焚烧底渣，其含有玻璃等非晶质二氧化硅，具有较高的吸水率，而且掺入混凝土中，能使混凝土产生碱-硅凝胶，具有一定的吸水膨胀性，能改善混凝土内部的湿度，降低混凝土的干燥收缩；而煅烧沸石作为内养护剂，可以达到良好的收缩湿度调控效果，煅烧沸石的颗粒小，内部孔径小，且随着混凝土龄期增长，煅烧沸石内的孔隙逐渐被水泥水化产物填充，进而提高了含煅烧沸石混凝土的长期抗压强度，不会像超吸水树脂一样因释水而出现孔洞，而影响混凝土的强度，而且煅烧沸石的孔径小，释水速度慢，对混凝土内部持续进行养护，有利于促进水泥水化，在混凝土内还能起到良好的填充作用，提高内部密实性，改善煅烧沸石内养护混凝土收缩调控效果和抗裂性能。
可选的，所述煅烧沸石由以下方法制成：
将天然沸石粉碎、研磨，在500-600℃下煅烧30-40min，制得沸石煅烧物；
将磨细后的垃圾焚烧飞灰加入到浓度为3-5wt％的聚乙烯醇水溶液中，混匀，制成处理液；将所述沸石煅烧物在酸液中浸泡3-5min后取出，洗涤后干燥，与所述处理液混合，-(0.05～0.08)MPa下浸渍，干燥，制得处理沸石；
将石蜡和氮化硼纳米片混合，升温至57-63℃，搅拌均匀后加入所述处理沸石，在-(0.07～0.1)MPa下浸渍，取出处理沸石后干燥，制成煅烧沸石。
通过采用上述技术方案，天然沸石内部存在较多孔隙和通道，这些内部的孔隙和通道充满结晶形式存在的水，这种结晶态水可以在较高温度下脱除，且不破坏沸石内部孔隙结构和通道，因此将天然沸石煅烧后，可以有效脱除天然沸石内部结晶水；煅烧后形成的沸石煅烧物经酸洗，去除孔隙内杂质，使沸石煅烧物的孔隙和通道打开，而垃圾焚烧飞灰在聚乙烯醇的黏附性和负压作用下，黏附在沸石煅烧物的孔隙内和表面，接枝将氮化硼纳米片和石蜡的混合物将处理沸石浸渍包裹，氮化硼纳米片和石蜡进入处理沸石的孔隙内或黏附在表面，石蜡作为相变材料，在混凝土内产生水化热时，处理沸石表面或孔隙内的石蜡吸收热量而热熔流动，而氮化硼纳米片也随之流动，氮化硼纳米片具有高导热性，能促进混凝土内热量向周围环境的传导与蒸发散热，展现出优异的热湿条件性能，降低混凝土内水化热，防止内部产生收缩；当进入处理沸石孔隙内的石蜡流出后，被黏附在沸石孔隙内的垃圾焚烧飞灰在聚乙烯的黏附作用下，不易从沸石的孔隙中流出，但垃圾焚烧飞灰比表面积大，具有层状结构，孔隙较多，吸水率大，因此即使煅烧沸石的孔隙和通道被氮化硼纳米片和石蜡封堵，也不会使煅烧沸石失去内养护的功能，而且黏附在煅烧沸石孔隙内的垃圾焚烧飞灰在与水泥等原料接触时，经水化反应后形成坚硬的水泥固化体，填充沸石的孔隙，提升煅烧沸石的强度，改善混凝土的强度。
可选的，所述煅烧沸石包括以下重量份的原料：
2-5份天然沸石、0.08-0.1份垃圾焚烧飞灰、2-4份聚乙烯醇水溶液、0.5-1份石蜡、0.1-0.3份氮化硼纳米片。
通过采用上述技术方案，将天然沸石经煅烧后，去除结晶水，并在沸石孔隙内利用聚乙烯醇的粘性，负载垃圾焚烧飞灰，再用石蜡和氮化硼纳米片进行浸渍包裹，从而制成具有内养护效果和填充效果的煅烧沸石，能降低混凝土的自收缩，提高混凝土的抗压强度。
可选的，所述煅烧沸石的粒径为10-300μm。
通过采用上述技术方案，煅烧沸石的粒径过大，煅烧沸石颗粒内部孔隙会降低混凝土强度，尤其是降低混凝土的抗渗性，但煅烧沸石粒径过小，沸石孔隙在搅拌过程中会被破坏，吸水率会明显下降；使用粒径为10-300μm的煅烧沸石，作为混凝土的内养护剂，具有较大的孔隙率，同时保留一定数量的大粒径孔隙，预吸内养护水量多，具有较好的内养护效果，防止混凝土产生自收缩。
可选的，所述钢纤维经过以下预处理：
(1)以重量份计，将3-6份聚偏氟乙烯用94-97份二甲基乙酰胺溶解，加入10-20份废玻璃粉，混匀后，加入钢纤维，浸渍2-3h后，取出钢纤维，在800-900℃下煅烧3-5h，冷却，酸洗后水洗；
(2)将12-20份二氧化硅、25-40份聚二甲基硅氧烷和130-200份乙酸乙酯混合，然后喷涂在步骤(1)所得钢纤维上，在60-80℃下干燥。
通过采用上述技术方案，钢纤维的表面较为光滑，易导致其与超高性能混凝土基体之间的界面粘结强度较低，在载荷增加过程中，钢纤维极易被拔出，无法充分发挥钢纤维对超高性能混凝土基体的桥接阻裂性能，降低了钢纤维对混凝土韧性的有效增强作用；因此以二甲基乙酰胺作为溶剂，聚偏氟乙烯作为粘结剂，将玻璃粉黏附在钢纤维上，对钢纤维进行预处理，玻璃粉均匀分散在聚偏氟乙烯中，经烧结后，废玻璃发生相结晶，经酸洗后，晶粒出现介孔，形成孔结构，从而在钢纤维上获得多孔玻璃膜，多孔玻璃膜具有比表面积大、耐腐蚀性和高强度的优点，能改善钢纤维的耐锈蚀能力；然后利用乙酸乙酯溶解聚二甲基硅氧烷，加入二氧化硅后形成喷涂液，均匀喷涂在表面含有多孔玻璃膜的钢纤维上，聚二甲基硅氧烷具有一定的粘性和耐磨性，将二氧化硅覆盖在钢纤维上，增加钢纤维表面粗糙度，从而增加钢纤维与超高性能混凝土基体的界面粘结牢度，而且二氧化硅具有较强的火山灰效应，能降低混凝土的坍落度和扩展度，降低混凝土的孔结构和微缺陷，使混凝土内部结构更加致密，提高混凝土的早期强度。
可选的，钢纤维为端钩型钢纤维或扭转型钢纤维。
通过采用上述技术方案，端钩型和扭转型钢纤维能增加纤维与混凝土基体之间的粘结与锚固效果，有助于改善超高性能混凝土的抗拉性能。
可选的，所述垃圾焚烧底渣经过以下预处理：
将硅灰和聚碳酸酯活化二氧化硅按照1:(0.5-1)的质量比混合，加入聚碳酸酯活化二氧化硅和硅灰总重2-3倍的水，制成混合浆液；
将垃圾焚烧底渣浸泡在所述混合浆液中，搅拌3-5min，过滤、干燥。
通过采用上述技术方案，垃圾焚烧底渣含有的活性金属及其化合物会在水泥水化产生的碱性环境中反应生成大量的氢气，使混凝土内部出现裂缝和孔洞，使混凝土的力学性能和耐久性降低，将垃圾焚烧底渣用硅灰和聚碳酸酯活化二氧化硅形成的处理液浸渍处理，垃圾焚烧底渣表面被硅灰和聚碳酸酯活化二氧化硅形成的混合浆液包裹覆盖，垃圾焚烧底渣表面存在的坑洞和空隙被有效填充，垃圾焚烧底渣表面变得光滑圆润，结构更加致密，硅灰能将水泥水化生成的氢氧化钙转化成C-S-H凝胶，并填充在水泥水化产物之间，同时硅灰能减少泌水，增加骨料与水泥浆体的粘结，改善界面强度，另外硅灰颗粒随水分扩散进入垃圾焚烧底渣未填充完全的孔隙内部发生火山灰反应，消耗垃圾焚烧底渣的氢氧化钙，改善垃圾焚烧底渣的内部微观结构，形成自养护机制，提升混凝土的抗压强度；聚碳酸酯活化二氧化硅在垃圾焚烧底渣上粘结，在混凝土固化时，能增加粒径焚烧底渣与骨料的粘结性，改善混凝土的粘聚性，降低坍落度损失，而且其能在混凝土内部逐渐渗透，并与混凝土中的游离碱离子产生反应，生成性质温度的枝蔓状晶体物质，增强混凝土的界面强度。
可选的，所述矿物掺合料包括质量比为1:(0.3-0.5):(0.2-0.4)的粉煤灰、磨细矿渣和石灰石粉。
通过采用上述技术方案，磨细矿渣和粉煤灰在混凝土强度上有一定的互补作用，混凝土中析出的氢氧化钙可以激发粉煤灰的活性，从而促进粉煤灰颗粒中铝、硅的溶解，从而使水化液相中铝、硅的浓度增加，又可加速矿渣粉的水化过程，从而改善界面区，有利于混凝土力学性能的提锆，还有利于混凝土耐久性的改善，而且矿渣粉本身具有一定的减水作用和保水性，提高混凝土坍落度，二者复掺，能改善混凝土自收缩的不利影响；而石灰石粉具有潜在的水硬性，能降低水泥水化热，减少坍落度损失，提高混凝土泵送性，而且石灰石粉粒径小，能与水泥熟料剂其他矿物掺合料形成良好的级配，具有良好的填充效应，改善混凝土的密实度和抗压强度。
可选的，所述粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰，45μm方孔筛筛余量为8-12％，需水量比为95-98％，烧失量为2-4.5％。
通过采用上述技术方案，粉煤灰的活性成分为二氧化硅和三氧化二铝，与水泥和水混合后，能够生成较为稳定的胶凝材料，从而使混凝土具有较高的强度，同时粉煤灰中70％以上的颗粒是无定型的球形玻璃体，主要起到滚珠轴承作用，在混凝土拌合物中发挥润滑作用，改善混凝土拌合物的和易性，且粉煤灰与砂子等构成合理级配，使彼此之间互相填充，能有效增加混凝土密实度，进一步提高混凝土的抗压强度。
可选的，所述外加剂包括质量比为1:(0.1-0.3):(0.2-0.4)的减水剂、膨胀剂和减缩剂。
通过采用上述技术方案，减水剂能使混凝土的工作性好，改善混凝土的耐久性，提高混凝土的强度；减缩剂能大幅降低水的表面张力，进而减少混凝土的干燥收缩；膨胀剂不但具有良好的收缩补偿效果，而且可以实现膨胀与水泥石收缩同步，全面改善混凝土耐久性，提高工程寿命。
第二方面，本申请提供一种超高性能混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将水和煅烧沸石、垃圾焚烧底渣混合均匀，浸泡3-5h，制得湿混料；
将水泥、矿物掺合料、砂子和外加剂混合均匀，制得干混料；
将湿混料和干混料混合，分3-5次加入钢纤维，搅拌至钢纤维均匀分布，制得超高性能混凝土。
通过采用上述技术方案，将煅烧沸石和垃圾焚烧底渣先用水浸泡，充分负载水分，当混凝土进行凝固时，吸附在煅烧沸石和垃圾焚烧底渣中的水分逐渐扩散至混凝土内，降低水化热，减少混凝土的干燥收缩。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请优选采用钢纤维、垃圾焚烧底渣和煅烧沸石与水泥、矿物掺合料等原料制备超高性能混凝土，钢纤维能有效改善混凝土的抗拉伸性能，垃圾焚烧底渣和煅烧沸石具有较好的吸水率，能调控超高性能混凝土内部的相对湿度，降低自收缩，减少界面裂缝，同时能使周围浆体水化更充分，增加界面过渡区的强度，改善混凝土的力学性能。
2、本申请中优选采用天然沸石经煅烧后，利用聚乙烯醇粘结垃圾焚烧飞灰，并包覆石蜡和氮化硼纳米片的方法制备煅烧沸石，在煅烧沸石的孔隙和通道内负载垃圾焚烧飞灰，并包覆和负载石蜡和氮化硼纳米片，石蜡和氮化硼纳米片能降低混凝土的水化热，降低混凝土的干燥收缩，并且垃圾焚烧飞灰能发生水化反应，使煅烧沸石的孔隙逐渐被水化产物填充，增强了煅烧沸石的致密度，改善混凝土的抗压强度，避免了煅烧沸石释水后留下孔洞，造成混凝土强度降低。
3、本申请中优选采用聚偏氟乙烯作为粘结剂，添加玻璃粉后浸渍在钢纤维上，经煅烧后在钢纤维上形成多孔玻璃膜，改善钢纤维的耐腐蚀性，另外在钢纤维上通过聚二甲基硅氧烷负载二氧化硅，提高钢纤维表面粗糙度，改善其与混凝土基体的粘结强度，并且二氧化硅可以进一步改善钢纤维附近的致密度，提高钢纤维与混凝土之间的握裹力。
具体实施方式
煅烧沸石的制备例1-6
制备例1：(1)将5kg天然沸石粉碎、研磨，在500℃下煅烧40min，制得沸石煅烧物；
(2)将0.1kg磨细至80nm的垃圾焚烧飞灰加入到4kg浓度为5wt％的聚乙烯醇水溶液中，混匀，制成处理液；
(3)将步骤(1)制成的沸石煅烧物在浓度为30wt％的盐酸液中浸泡5min后取出，洗涤后干燥，与步骤(2)制成的处理液混合，-0.05MPa下浸渍20min，干燥，制得处理沸石；
(4)将1kg石蜡和0.3kg氮化硼纳米片混合，升温至63℃，搅拌均匀后加入步骤(3)制成的处理沸石，在-0.07MPa下浸渍30min，取出处理沸石后干燥，制成煅烧沸石。
制备例2：(1)将2kg天然沸石粉碎、研磨，在600℃下煅烧30min，制得沸石煅烧物；
(2)将0.08kg磨细至60nm的垃圾焚烧飞灰加入到2kg浓度为3wt％的聚乙烯醇水溶液中，混匀，制成处理液；
(3)将步骤(1)制成的沸石煅烧物在浓度为30wt％的盐酸液中浸泡3min后取出，洗涤后干燥，与步骤(2)制成的处理液混合，-0.08MPa下浸渍20min，干燥，制得处理沸石；
(4)将0.5kg石蜡和0.1kg氮化硼纳米片混合，升温至57℃，搅拌均匀后加入步骤(3)制成的处理沸石，在-0.1MPa下浸渍30min，取出处理沸石后干燥，制成煅烧沸石。
制备例3：(1)将5kg天然沸石粉碎、研磨，制得沸石粉碎物；
(2)将0.1kg磨细至80nm的垃圾焚烧飞灰加入到4kg浓度为5wt％的聚乙烯醇水溶液中，混匀，制成处理液；
(3)将步骤(1)制成的沸石粉碎物与步骤(2)制成的处理液混合，-0.05MPa下浸渍20min，干燥，制得处理沸石；
(4)将1kg石蜡和0.3kg氮化硼纳米片混合，升温至63℃，搅拌均匀后加入步骤(3)制成的处理沸石，在-0.07MPa下浸渍30min，取出处理沸石后干燥，制成煅烧沸石。
制备例4：(1)将5kg天然沸石粉碎、研磨，在500℃下煅烧40min，制得沸石煅烧物；
(2)将步骤(1)制成的沸石煅烧物在浓度为30wt％的盐酸液中浸泡5min后取出，洗涤后干燥，制得处理沸石；
(4)将1kg石蜡和0.3kg氮化硼纳米片混合，升温至63℃，搅拌均匀后加入步骤(3)制成的处理沸石，在-0.07MPa下浸渍30min，取出处理沸石后干燥，制成煅烧沸石。
制备例5：(1)将5kg天然沸石粉碎、研磨，在500℃下煅烧40min，制得沸石煅烧物；
(2)将0.1kg磨细至80nm的垃圾焚烧飞灰加入到4kg浓度为5wt％的聚乙烯醇水溶液中，混匀，制成处理液；
(3)将步骤(1)制成的沸石煅烧物在浓度为30wt％的盐酸液中浸泡5min后取出，洗涤后干燥，与步骤(2)制成的处理液混合，-0.05MPa下浸渍20min，干燥，制成煅烧沸石。
制备例6：将5kg天然沸石粉碎、研磨，在500℃下煅烧40min，制得煅烧沸石。
实施例
实施例1：一种超高性能混凝土，原料用量如表1所示，其中水泥为P042.5硅酸盐水泥，砂子的粒径为0.6mm，钢纤维为端钩型，长度为15mm，直径为0.5mm，垃圾焚烧底渣的粒径为16mm，主要化学成分如表2所示，物理性能如表3所示，煅烧沸石的粒径为300μm，且由制备例1制成，矿物掺合料包括质量比为1:0.5:0.4的粉煤灰、磨细矿渣和石灰石粉，F类Ⅱ级粉煤灰，45μm方孔筛筛余量为12％，需水量比为98％，烧失量为4.5％，磨细矿渣的粒径为50μm，石灰石粉的粒径为4μm，外加剂包括质量比为1:0.3:0.4的减水剂、膨胀剂和减缩剂，减水剂为FJW-1型聚羧酸高效减水剂，膨胀剂为CAL型氧化钙类膨胀剂，减缩剂为竹本油脂CHUPOLJS-1型减缩剂。
上述超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、将水和煅烧沸石、垃圾焚烧底渣混合均匀，浸泡3h，制得湿混料；
S2、将水泥、矿物掺合料、砂子和外加剂混合均匀，制得干混料；
S3、将湿混料和干混料混合，分3次加入钢纤维，搅拌至钢纤维均匀分布，制得超高性能混凝土。
表1实施例1-4中超高性能混凝土的原料用量
表2垃圾焚烧底渣的主要化学成分
项目 SiO2 CaO Al2O3 Na2O Fe2O3 MgO P2O5 K2O TiO2 SO3
wt/％ 56.33 13.87 8.33 6.92 4.53 2.15 2.45 1.17 0.5 0.41
表3垃圾焚烧底渣的物理性能
实施例2：一种超高性能混凝土，原料用量如表1所示，其中水泥为P042.5硅酸盐水泥，砂子的粒径为0.6mm，钢纤维为扭转型，长度为20mm，直径为0.4mm垃圾焚烧底渣的粒径为10mm，主要化学成分如表2所示，物理性能如表3所示，煅烧沸石的粒径为10μm，且由制备例2制成，矿物掺合料包括质量比为1:0.3:0.2的粉煤灰、磨细矿渣和石灰石粉，F类Ⅱ级粉煤灰，45μm方孔筛筛余量为8％，需水量比为95％，烧失量为2％，磨细矿渣的粒径为60μm，石灰石粉的粒径为8μm，外加剂包括质量比为1:0.1:0.2的减水剂、膨胀剂和减缩剂，减水剂为FJW-1型聚羧酸高效减水剂，膨胀剂为CAL型氧化钙类膨胀剂，减缩剂为竹本油脂CHUPOLJS-1型减缩剂。
上述超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、将水和煅烧沸石、垃圾焚烧底渣混合均匀，浸泡5h，制得湿混料；
S2、将水泥、矿物掺合料、砂子和外加剂混合均匀，制得干混料；
S3、将湿混料和干混料混合，分5次加入钢纤维，搅拌至钢纤维均匀分布，制得超高性能混凝土。
实施例3-4：一种超高性能混凝土，与实施例1的区别在于，原料用量如表1所示。
实施例5：一种超高性能混凝土，与实施例1的区别在于，煅烧沸石由制备例3制成。
实施例6：一种超高性能混凝土，与实施例1的区别在于，煅烧沸石由制备例4制成。
实施例7：一种超高性能混凝土，与实施例1的区别在于，煅烧沸石由制备例5制成。
实施例8：一种超高性能混凝土，与实施例1的区别在于，煅烧沸石由制备例6制成。
实施例9：一种超高性能混凝土，与实施例1的区别在于，钢纤维经过以下预处理：
(1)将6kg聚偏氟乙烯94kg二甲基乙酰胺溶解，加入20kg废玻璃粉，混匀后，加入钢纤维，浸渍3h后，取出钢纤维，在800℃下煅烧5h，冷却，酸洗后水洗；
(2)将20kg二氧化硅、40kg聚二甲基硅氧烷和200kg份乙酸乙酯混合，然后喷涂在步骤(1)所得钢纤维上，在80℃下干燥。
实施例10：一种超高性能混凝土，与实施例1的区别在于，钢纤维经过以下预处理：(1)将3kg聚偏氟乙烯97kg二甲基乙酰胺溶解，加入10kg废玻璃粉，混匀后，加入钢纤维，浸渍2h后，取出钢纤维，在900℃下煅烧3h，冷却，酸洗后水洗；
(2)将12kg二氧化硅、25kg聚二甲基硅氧烷和130kg份乙酸乙酯混合，然后喷涂在步骤(1)所得钢纤维上，在60℃下干燥。
实施例11：一种超高性能混凝土，与实施例9的区别在于，钢纤维经过以下预处理：将6kg聚偏氟乙烯94kg二甲基乙酰胺溶解，加入20kg废玻璃粉，混匀后，加入钢纤维，浸渍3h后，取出钢纤维，在800℃下煅烧5h，冷却，酸洗后水洗。
实施例12：一种超高性能混凝土，与实施例9的区别在于，钢纤维经过以下预处理：(1)将6kg聚偏氟乙烯94kg二甲基乙酰胺溶解，加入20kg废玻璃粉，混匀后，加入钢纤维，浸渍3h后，取出钢纤维，干燥；
(2)将12kg二氧化硅、25kg聚二甲基硅氧烷和130kg份乙酸乙酯混合，然后喷涂在步骤(1)所得钢纤维上，在60℃下干燥。
实施例13：一种超高性能混凝土，与实施例9的区别在于，钢纤维经过以下预处理：将12kg二氧化硅、25kg聚二甲基硅氧烷和130kg份乙酸乙酯混合，然后喷涂在钢纤维上，在60℃下干燥。
实施例14：一种超高性能混凝土，与实施例9的区别在于，钢纤维经过以下预处理：将25kg聚二甲基硅氧烷和130kg份乙酸乙酯混合，然后喷涂在钢纤维上，在60℃下干燥。
实施例15：一种超高性能混凝土，与实施例9的区别在于，垃圾焚烧底渣经过以下预处理：
将硅灰和聚碳酸酯活化二氧化硅按照1:1的质量比混合，加入聚碳酸酯活化二氧化硅和硅灰总重3倍的水，制成混合浆液，聚碳酸酯活化二氧化硅由二氧化硅和聚碳酸酯按照3:10的质量比，在120℃下挤出造粒制成；
将垃圾焚烧底渣浸泡在混合浆液中，搅拌5min，过滤、干燥。
实施例16：一种超高性能混凝土，与实施例9的区别在于，垃圾焚烧底渣经过以下预处理：
将硅灰与其3倍质量的水混合，制成混合浆液；
将垃圾焚烧底渣浸泡在混合浆液中，搅拌5min，过滤、干燥。
实施例17：一种超高性能混凝土，与实施例9的区别在于，垃圾焚烧底渣经过以下预处理：
将聚碳酸酯活化二氧化硅和其3倍质量的水混合，制成混合浆液，聚碳酸酯活化二氧化硅由二氧化硅和聚碳酸酯按照3:10的质量比，在120℃下挤出造粒制成；
将垃圾焚烧底渣浸泡在混合浆液中，搅拌5min，过滤、干燥。
对比例
对比例1：一种超高性能混凝土，与实施例1的区别在于，未添加垃圾焚烧底渣。
对比例2：一种超高性能混凝土，与实施例1的区别在于，未添加煅烧沸石。
对比例3：一种超高性能混凝土，与实施例1的区别在于，未添加钢纤维。
对比例4：一种高性能混凝土，原料用量如下：水泥:砂:石子:水:粉煤灰:矿粉:硅灰:外加剂＝270:688:1032:160:78:130:42：5.7(kg/m3)；
制备方法为：将水泥、砂、石子、水、粉煤灰、矿粉、硅灰和外加剂混合，得到混凝土；其中，水泥采用普通硅酸盐水泥，P.O42.5；粉煤灰采用电厂F类I级粉煤灰，烧失量小于5％；矿粉为S105级矿粉，比表面积大于550m2/kg；硅灰为比表面积大于20000m2/kg的硅灰；砂采用Ⅱ区河砂，细度模数2.6以上，含泥量≤2.0，水泥块含量≤1.0；碎石的粒径为5mm～31.5mm，压碎值≤10％；减水剂为醚类聚羧酸减水剂，其减水率大于35％；水为地下水。
性能检测试验
按照实施例和对比例中的方法制备超高性能混凝土，并参照以下方法检测超高性能混凝土的各项性能，将检测结果记录于表4中。
1、抗压强度：将实施例和对比例制备的混凝土浇筑成长×宽×高为100mm×100mm×100mm的立方体试件36组，每个实施例或对比例2组，每组3个，在室温条件下覆盖塑料薄膜养生，其中第1组试件的育龄期为14天，第2组试件的育龄期为28天，按照GB50107-2010《混凝土强度检验评定标准》检测抗压强度。
2、极限抗弯强度：将实施例和对比例制成的混凝土浇筑成长×宽×厚为450mm×130mm×30mm的试件36组，每个实施例或对比例均2组，每组2个，在室温条件下覆盖塑料薄膜养生，其中第1组试件的龄期为14天，第2组试件的龄期为28天。按照ASTMC78-2000《混凝土抗弯强度的标准试验方法(三点荷载简支梁法)》，采用ANS电子拉力试验机测试试件的极限抗拉强度，检测结果取平均值。
3、7d干收缩率：按照GB50119-2003《混凝土外加剂应用技术规范》中附录B记载的方法进行检测。
4、7d内部相对湿度：浇筑尺寸为100mm×100mm×100mm的试件，成型时在试件中心预埋φ6×50mm塑料管，管内预先放置直径为6mm的不锈钢棒，使塑料管内部与钢棒紧密接触，钢棒长度超出塑料管上下段各10mm，成型时保证塑料管上端高出试件表面5mm，初凝后缓慢拔出钢棒，并立即用橡胶塞封口，并用环氧树脂密封塑料管外侧与混凝土接触面，避免其松动而产生气体交换。采用芬兰VAISALA公司生产的HMP42型温湿度探头进行检测，预先将楔形橡胶套安装在温湿度探头测杆上，至待测龄期，将混凝土试件放置在与其内部温湿度相近的测试环境中，迅速拔下橡胶塞并将探头插入，用楔形橡胶套塞进塑料管口，每3min自动采集1个读数，记录读数稳定时的数值，每个实施例或对比例均检测5次，取平均值进行记录。
5、钢纤维握裹力：将混凝土浇筑成100mm×100mm×100mm的试件，将试件完全浸泡在质量百分比浓度为3.5％的盐水溶液中，在试件未形成坯体时，在混合料浆中插入钢纤维，钢纤维完全没入试件内，钢纤维插入数量为每个试件10个，连续观察3个月，破碎试件，观察内部钢纤维的锈蚀面积，并按照依据JTJ270-1998《水运工程混凝土试验规程》中6.8检测混凝土试件与钢纤维的握裹力，每个试件测试结果取平均值。
表4超高性能混凝土的性能检测
结合实施例1-4和表4中的内容可以看出，采用煅烧沸石制成的混凝土具有较高的早期抗折强度和早期抗折强度，而且早期相对湿度大，内部收缩率小，具有较高的抗拉强度，能约束裂缝发展，提高桥梁结构的耐久性，满足超大跨度和承载能力更强桥梁的受力要求。
实施例5中使用制备例3制成的煅烧沸石，制备例3与制备例1相比，天然沸石未经煅烧处理，实施例5制备的混凝土与实施例1相比，抗压强度、极限抗弯强度有所下降，而且干缩率增大，内部相对湿度降低，内养护效果有所下降。
实施例6与实施例1相比，使用制备例4制成的煅烧沸石，制备例4与制备例1相比，经煅烧后的沸石经酸洗后包覆石蜡和氮化硼纳米片，未在沸石内负载垃圾焚烧飞灰，实施例6制备的混凝土与实施例1相比，内部干缩率有所增大，而且相对湿度下降，另外抗压强度下降显著。
实施例7中使用制备例5制备的煅烧沸石，与制备例1相比，未负载石蜡和氮化硼纳米片，与实施例1相比，实施例7制备的混凝土的收缩率明显增大，而且极限抗弯强度下降显著，说明石蜡和氮化硼纳米片能加速水化热扩散，降低干燥收缩，而且还能增加混凝土内部粘聚性，改善混凝土的抗弯强度。
实施例8与实施例1相比，使用制备例6制成的煅烧沸石，制备例6中天然沸石仅经煅烧，煅烧沸石加入混凝土中能调节内部湿度，降低干燥收缩，但抗压强度改善效果不及实施例1。
实施例9和实施例10中不仅使用了制备例1制成的煅烧沸石，还使用聚偏氟乙烯等组分对钢纤维进行预处理，实施例9和实施例10制备的混凝土相较于实施例1来说，极限抗弯强度增加，抗压强度得到改善，而且钢纤维的腐蚀面积减小，钢纤维与混凝土之间的界面粘结力增大，说明预处理后的钢纤维与混凝土具有更高的界面牢度，且有较强的耐锈蚀能力，不易被腐蚀而影响其与混凝土的界面粘结牢度。
实施例11与实施例9相比，预处理钢纤维时，未在包覆多孔玻璃膜的钢纤维上负载聚二甲基硅氧烷和二氧化硅，实施例11制备的混凝土与实施例9相比，抗压强度有所下降，极限抗弯强度减弱，而且钢纤维与混凝土的握裹力减小，说明使用聚二甲基硅氧烷和二氧化硅对表面含有多孔玻璃膜的钢纤维预处理，能改善钢纤维周围混凝土的致密度，提高钢纤维与混凝土基体的界面粘结强度。
实施例12中钢纤维上聚偏氟乙烯和玻璃粉粘附在钢纤维上，未经煅烧处理，直接粘附二氧化硅，与实施例9相比，钢纤维的耐腐蚀性下降，腐蚀后混凝土对钢纤维的握裹力减弱，但混凝土的抗压强度和抗弯强度变化不大。
与实施例9相比，实施例13中预处理钢纤维时，仅在其表面利用聚二甲基硅氧烷黏附二氧化硅，实施例14中处理钢纤维时，仅使用聚二甲基硅氧烷，表4内显示，实施例14制备的混凝土极限抗弯强度下降，而且钢纤维的耐腐蚀性减弱，实施例13制备的混凝土抗压强度比实施例14高，说明二氧化硅能改善混凝土的抗压强度和抗弯强度，增加钢纤维与混凝土基体之间的界面粘结力，而聚偏氟乙烯和玻璃粉经煅烧后能改善钢纤维的防腐性。
实施例15与实施例9相比，还使用硅灰和聚碳酸酯活化二氧化硅对垃圾焚烧底渣进行预处理，
与实施例15相比，实施例16中处理垃圾焚烧底渣时，仅使用硅灰进行裹浆，实施例17中仅使用聚碳酸酯活化二氧化硅进行包覆，实施例16和实施例17制备的混凝土与实施例16相比，力学性能有所下降。
与实施例1相比，对比例1中未添加垃圾焚烧底渣，对比例2中未添加煅烧沸石，表4内数据显示，对比例1和对比例2制备的混凝土收缩率增大，内部湿度减小，说明二者的加入，能使混凝土内部湿度获得调节，不易产生干燥收缩，而且还能提高混凝土的抗压强度；对比例3中未添加钢纤维，混凝土的极限抗弯强度下降显著，干燥收缩率增大。
对比例4为现有技术制备的高性能混凝土，其采用醚类聚羧酸减水剂和硅灰，增加耐久性，但其抗压强度和抗弯强度不及本申请，干燥收缩率大，而且插入钢纤维后，钢纤维易腐蚀，与混凝土的界面粘结力不佳。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种超高性能混凝土，其特征在于，包括以下重量份的原料：860-1220份水泥、80-95份矿物掺合料、1500-1550份砂子、240-260份外加剂、230-250份钢纤维、20-40份垃圾焚烧底渣、60-150份煅烧沸石、195-210份水。
2.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于：所述煅烧沸石由以下方法制成：
将天然沸石粉碎、研磨，在500-600℃下煅烧30-40min，制得沸石煅烧物；
将磨细后的垃圾焚烧飞灰加入到浓度为3-5wt%的聚乙烯醇水溶液中，混匀，制成处理液；
将所述沸石煅烧物在酸液中浸泡3-5min后取出，洗涤后干燥，与所述处理液混合，-（0.05～0.08）MPa下浸渍，干燥，制得处理沸石；
将石蜡和氮化硼纳米片混合，升温至57-63℃，搅拌均匀后加入所述处理沸石，在-（0.07～0.1）MPa下浸渍，取出处理沸石后干燥，制成煅烧沸石。
3.根据权利要求2所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述煅烧沸石包括以下重量份的原料：
2-5份天然沸石、0.08-0.1份垃圾焚烧飞灰、2-4份聚乙烯醇水溶液、0.5-1份石蜡、0.1-0.3份氮化硼纳米片。
4.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述煅烧沸石的粒径为10-300μm。
5.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述钢纤维经过以下预处理：
（1）以重量份计，将3-6份聚偏氟乙烯用94-97份二甲基乙酰胺溶解，加入10-20份废玻璃粉，混匀后，加入钢纤维，浸渍2-3h后，取出钢纤维，在800-900℃下煅烧3-5h，冷却，酸洗后水洗；
（2）将12-20份二氧化硅、25-40份聚二甲基硅氧烷和130-200份乙酸乙酯混合，然后喷涂在步骤（1）所得钢纤维上，在60-80℃下干燥。
6.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述垃圾焚烧底渣经过以下预处理：
将硅灰和聚碳酸酯活化二氧化硅按照1:（0.5-1）的质量比混合，加入聚碳酸酯活化二氧化硅和硅灰总重2-3倍的水，制成混合浆液；
将垃圾焚烧底渣浸泡在所述混合浆液中，搅拌3-5min，过滤、干燥。
7.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述矿物掺合料包括质量比为1:（0.3-0.5）:（0.2-0.4）的粉煤灰、磨细矿渣和石灰石粉。
8.根据权利要求6所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰，45μm方孔筛筛余量为812％，需水量比为9598％，烧失量为24.5％。
9.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述外加剂包括质量比为1:（0.1-0.3）:（0.2-0.4）的减水剂、膨胀剂和减缩剂。
10.权利要求1-9任一项所述的超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将水和煅烧沸石、垃圾焚烧底渣混合均匀，浸泡3-5h，制得湿混料；
将水泥、矿物掺合料、砂子和外加剂混合均匀，制得干混料；
将湿混料和干混料混合，分3-5次加入钢纤维，搅拌至钢纤维均匀分布，制得超高性能混凝土。
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