本發(fā)明屬于建筑材料，具體涉及一種抗高地溫超高性能混凝土及制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、公開該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

2、高地溫是指地下巖土體溫度超過一定閾值的特殊熱環(huán)境，為工程建設(shè)中的重要技術(shù)挑戰(zhàn)。一些地區(qū)由于地質(zhì)構(gòu)造活躍、地?zé)豳Y源豐富，地下巖土體溫度較高，給隧道、礦井、地下儲庫等工程建設(shè)帶來了顯著的技術(shù)挑戰(zhàn)。在高地溫環(huán)境下，由于溫度較高，混凝土的水化速度加快，可能導(dǎo)致水化產(chǎn)物分布不均勻，同時流動性損失較大，進而影響施工性和后期強度的均勻性，混凝土材料性能會受到顯著影響，尤其是延遲鈣礬石反應(yīng)（def）問題更加突出。def作為一種化學(xué)膨脹反應(yīng)，被稱為“混凝土的癌癥”，是由水泥基體中鋁酸鈣與硫酸根離子反應(yīng)生成鈣礬石引起的膨脹現(xiàn)象。在高地溫環(huán)境下，由于硫酸根離子的活性增強，反應(yīng)速率加快，導(dǎo)致鈣礬石生成量顯著增加，進而引發(fā)混凝土的體積膨脹和開裂。這不僅嚴(yán)重威脅隧道及地下工程的結(jié)構(gòu)安全性，還增加了后期維護與修復(fù)的成本。此外，高地溫環(huán)境還會加速混凝土中孔隙結(jié)構(gòu)的劣化，同樣也會導(dǎo)致水化產(chǎn)物分布不均勻，進一步降低材料的耐久性。

3、超高性能混凝土（ultra-high?performance?concrete,?簡稱uhpc）因其卓越的抗壓強度（＞150?mpa）、低孔隙率和優(yōu)異的耐久性，成為隧道與地下工程的理想材料。然而其在高地溫環(huán)境下面臨的def問題更為嚴(yán)峻：uhpc的致密微觀結(jié)構(gòu)雖然提高了抗侵蝕能力，但也限制了膨脹壓力的釋放，導(dǎo)致def引發(fā)的裂縫更加嚴(yán)重。此外，高地溫條件會加速uhpc中的化學(xué)反應(yīng)速率和應(yīng)力集中效應(yīng)，使裂縫擴展速度加快，結(jié)構(gòu)破壞風(fēng)險顯著提高。這種限制阻礙了uhpc在極端環(huán)境中更廣泛的推廣應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種抗高地溫超高性能混凝土及制備方法和應(yīng)用，通過添加復(fù)合相變輕骨料、硼酸鈉、焚燒垃圾底灰等組分，有效弱化高地溫作用下的延遲鈣礬石反應(yīng)（def），提升混凝土的抗裂性和耐久性，實現(xiàn)超高性能混凝土在高地溫環(huán)境下的應(yīng)用。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種抗高地溫超高性能混凝土，包括如下重量份的組分：

4、高抗硫酸鹽水泥360~520份、硅灰36~52份、粉煤灰36~52份、細骨料800~1000份、復(fù)合相變輕骨料80~200份、粗骨料800~1000份、鋼纖維39~78份、硼酸鈉1.8~10.4份，焚燒垃圾底灰43~125份，水120~130份和高效減水劑5~10份；

5、所述復(fù)合相變輕骨料由以下質(zhì)量份的原料制得：碳酸鈣基微孔材料40~60份、相變材料20~40份、高抗硫酸鹽水泥15~25份和硅烷偶聯(lián)劑0.5~2份;所述碳酸鈣基微孔材料包括鈣質(zhì)海星骨骼。

6、第二方面，上述的抗高地溫超高性能混凝土的制備方法，包括以下步驟：

7、s1、采用真空吸附的方法使碳酸鈣基微孔材料吸附相變材料，獲得復(fù)合相變材料；

8、s2、將所述復(fù)合相變材料與高抗硫酸鹽水泥混合造粒，之后用硅烷偶聯(lián)劑表面改性，獲得復(fù)合相變輕骨料；

9、s3、將高抗硫酸鹽水泥、硅灰、粉煤灰、細骨料、復(fù)合相變輕骨料和粗骨料混合，攪拌均勻；

10、s4、加入設(shè)定量的水混合后，添加高效減水劑混合攪拌均勻，之后添加剩余的水和焚燒垃圾底灰，攪拌均勻后添加硼酸鈉，攪拌均勻后添加鋼纖維，獲得混合漿料；

11、s5、將所述混合漿料澆注成型并在與高地溫環(huán)境一致的溫度下養(yǎng)護，獲得抗高地溫超高性能混凝土。

12、第三方面，上述的抗高地溫超高性能混凝土的應(yīng)用，包括在高地溫環(huán)境中的地?zé)峁こ獭⑸盥袼淼?、核電站或基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的應(yīng)用。

13、本發(fā)明的有益效果為：

14、1、本發(fā)明采用高抗硫酸鹽水泥，其具有較低的鋁酸三鈣含量，從源頭上降低了延遲鈣礬石反應(yīng)（def）的風(fēng)險；摻入硼酸鈉與鋁酸鈣反應(yīng)生成穩(wěn)定的硼鋁絡(luò)合物，進一步抑制鈣礬石的生成，減少了因硫酸根離子與鋁酸鈣反應(yīng)引發(fā)的膨脹和裂縫，其還作為一種反應(yīng)調(diào)節(jié)劑，在高溫條件下促進水化產(chǎn)物的均勻分布，減緩水化過程中的熱釋放，改善混凝土的流動性和施工性；采用復(fù)合相變輕骨料調(diào)節(jié)混凝土中的溫度波動，水泥封裝和硅烷偶聯(lián)劑改性的過程增強了其與水泥基體的結(jié)合力，使其能夠長期穩(wěn)定地在高溫環(huán)境下發(fā)揮作用；摻入的焚燒垃圾底灰富含活性氧化物，通過火山灰反應(yīng)消耗了部分氫氧化鈣生成更為致密的水化產(chǎn)物填補微孔隙來改善孔隙結(jié)構(gòu)，還能降低了孔溶液中的硫酸根離子濃度，減少鈣礬石的生成，從本質(zhì)上降低了def的風(fēng)險。四者的協(xié)同作用使得該超高性能混凝土不僅能夠在高地溫環(huán)境下保持穩(wěn)定性，還能提高其耐久性，確?；炷猎诟叩販丨h(huán)境下的長期使用安全性。

技術(shù)特征：

1.一種抗高地溫超高性能混凝土，其特征在于，包括如下重量份的組分：

2.如權(quán)利要求1所述的抗高地溫超高性能混凝土，其特征在于，所述焚燒垃圾底灰的顆粒級配為：粒徑0.075~1mm部分占質(zhì)量比60%~70%；粒徑1~4.75mm部分占質(zhì)量比30%~40%。

3.如權(quán)利要求1所述的抗高地溫超高性能混凝土，其特征在于，所述復(fù)合相變輕骨料的結(jié)構(gòu)為：所述碳酸鈣基微孔材料中吸附有相變材料，所述碳酸鈣基微孔材料外側(cè)包覆高抗硫酸鹽水泥外殼，所述高抗硫酸鹽水泥外殼表面由硅烷偶聯(lián)劑改性。

4.如權(quán)利要求1所述的抗高地溫超高性能混凝土，其特征在于，相變材料包括硬脂酸、月桂酸和肉豆蔻酸中的一種或多種，相變溫度為50~70℃。

5.如權(quán)利要求1所述的抗高地溫超高性能混凝土，其特征在于，所述復(fù)合相變輕骨料的粒徑為6~10mm。

6.一種如權(quán)利要求1-5所述的抗高地溫超高性能混凝土的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

7.如權(quán)利要求6所述的抗高地溫超高性能混凝土的制備方法，其特征在于，s1中，將碳酸鈣基微孔材料和相變材料混合后，置于真空環(huán)境中，并加熱至相變材料的相變溫度以上，進行真空浸漬處理。

8.如權(quán)利要求6所述的抗高地溫超高性能混凝土的制備方法，其特征在于，s2中，獲得的復(fù)合相變輕骨料在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護環(huán)境下養(yǎng)護28d以上。

9.如權(quán)利要求6所述的抗高地溫超高性能混凝土的制備方法，其特征在于，s5中，澆筑過程中使用振搗臺輕微振搗1-2min。

10.一種如權(quán)利要求1-5任一所述的抗高地溫超高性能混凝土的應(yīng)用，其特征在于，包括在高地溫環(huán)境中的地?zé)峁こ?、深埋隧道、核電站或基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種抗高地溫超高性能混凝土及制備方法和應(yīng)用，屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域。包括如下重量份的組分：高抗硫酸鹽水泥360~520份、硅灰36~52份、粉煤灰36~52份、細骨料800~1000份、復(fù)合相變輕骨料80~200份、粗骨料800~1000份、鋼纖維39~78份、硼酸鈉1.8~10.4份，焚燒垃圾底灰43~125份，水120~130份和高效減水劑5~10份。高抗硫酸鹽水泥、硼酸鈉、復(fù)合相變輕骨料和焚燒垃圾底灰四者的協(xié)同作用使得該超高性能混凝土不僅能夠在高地溫環(huán)境下保持穩(wěn)定性，還能提高其耐久性，確?；炷猎诟叩販丨h(huán)境下的長期使用安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：張峰領(lǐng),蘇同春,周浩,楊曉春,歐可,莫天宇,黃光,童甲修,李景龍,張靖航,龐鍇,閻晨旭
受保護的技術(shù)使用者：山東大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15