本技術(shù)屬于混凝土，具體而言，涉及一種多尺度增韌全固廢超高延性混凝土。
背景技術(shù)：
1、
2、混凝土是一種由水泥、骨料、水、礦物摻合料和添加劑混合而成的建筑材料，廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、道路、隧道等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)中。
3、目前應(yīng)用最廣泛的混凝土類型是硅酸鹽水泥混凝土，采用高爐礦物質(zhì)作為原料，具有極高的硬度和強(qiáng)度。但其脆性大、易開裂等缺點(diǎn)也限制了其應(yīng)用范圍，無法滿足現(xiàn)代建筑工程和市政工程中存在的受力情況復(fù)雜、條件惡劣的環(huán)境條件，同時(shí)也無法滿足一些加固及修補(bǔ)部位對混凝土的抗彎拉性能、基體粘接性能等的特殊要求。為了克服硅酸鹽水泥混凝土的缺點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)研發(fā)出了超高延性混凝土，通過在混凝土材料中加入高延性纖維，使其具有高抗彎拉強(qiáng)度、高延性和高耐久性。但因其制備所需的原料價(jià)格相對較高，增加混凝土的成本，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。
4、近年來，研究人員開始嘗試將工業(yè)固廢作為替代材料摻入混凝土中，以實(shí)現(xiàn)固廢的資源化利用，并降低混凝土的制備成本和環(huán)境影響。例如利用煤化工生產(chǎn)過程中制造的粉煤灰和煤氣化渣作為礦物摻合料。但是這種固廢材料存在含碳量高的問題，摻入混凝土后不僅會吸附外加劑，降低混凝土的工作性能，同時(shí)混凝土外觀會產(chǎn)生殘?zhí)繎腋∥?，容易吸附自由水，降低混凝土的整體勻質(zhì)性，進(jìn)而降低混凝土的力學(xué)性能、增加脆性和開裂的風(fēng)險(xiǎn)。并且，目前的研究大多集中在利用單一或少量固廢進(jìn)行部分替代，無法從根本上解決混凝土的成本問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、
2、本技術(shù)要解決的技術(shù)問題是：提供一種多尺度增韌全固廢超高延性混凝土，以增強(qiáng)混凝土的韌性和力學(xué)性能，提高混凝土在極端環(huán)境下的性能表現(xiàn)，同時(shí)提高固廢利用率，降低混凝土的生產(chǎn)成本。
3、為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，本技術(shù)提供了一種多尺度增韌全固廢超高延性混凝土，由以下重量份的原料組成：全固廢膠凝材料500～650份、煅燒煤氣化渣110～150份、煅燒粉煤灰190～250份、微硅粉20～40份、偏高嶺土10～30份、水洗砂780～930份、粉煤灰纖維10～25份、羥丙基甲基纖維素0.6～0.9份、聚羧酸減水劑20～30份和水300～400份；
4、所述煅燒煤氣化渣通過下述步驟得到：將第一煤氣化渣以8～10℃/min的升溫速率加熱至300～400℃后保溫10～20min，得到第二煤氣化渣；將所述第二煤氣化渣以4～6℃/min的升溫速率加熱至400～700℃后保溫20～30min，得到第三煤氣化渣；將所述第三煤氣化渣以2～4℃/min的升溫速率加熱至800～960℃后保溫30～60min，得到第四煤氣化渣；將所述第四煤氣化渣以10～15℃/min的降溫速率冷卻至室溫，經(jīng)粉磨后得到煅燒煤氣化渣。
5、在該方案中，采用全固廢膠凝材料替代傳統(tǒng)水泥制備多尺度增韌全固廢超高延性混凝土，利用全固廢膠凝材料的低熱、微膨脹、高韌性特點(diǎn)，解決傳統(tǒng)ⅱ型硅酸鹽水泥混凝土的高放熱、易開裂、低韌性的缺點(diǎn)。通過煅燒煤氣化渣、煅燒粉煤灰、微硅粉、偏高嶺土和粉煤灰纖維等多種工業(yè)固廢的協(xié)同作用，進(jìn)一步提高全固廢超高延性混凝土的韌性和力學(xué)性能，一方面實(shí)現(xiàn)了混凝土的低成本和高延性，另一方面實(shí)現(xiàn)了工業(yè)固廢的高效利用。此外，該方案還通過優(yōu)化煤氣化渣的煅燒工藝，采用梯度升溫-降溫的煅燒制度，在梯度升溫的過程中有效去除煤氣化渣中的殘?zhí)?，在高溫煅燒和快速降溫的過程中，有效促進(jìn)煤氣化渣內(nèi)部硅氧鍵和鋁氧鍵的斷裂，激發(fā)其潛在活性，進(jìn)一步提高煅燒煤氣化渣對多尺度增韌全固廢超高延性混凝土的性能提升。
6、作為一種較優(yōu)的選擇，所述煅燒煤氣化渣的比表面積為500～700m2/kg。
7、作為一種較優(yōu)的選擇，所述粉煤灰纖維包括改性粉煤灰纖維；所述改性粉煤灰纖維通過下述步驟得到：
8、將第一粉煤灰纖維置于h2o2溶液中充分氧化，氧化后的固體經(jīng)洗滌并烘干至恒重后浸泡在濃度為0.75mol/l的冰醋酸溶液中超聲處理以充分分散，經(jīng)洗滌、干燥后得到第二粉煤灰纖維；
9、將所述第二粉煤灰纖維加入至雙（三甲氧基甲硅烷基丙基）氨的水解溶液，并在78℃的反應(yīng)條件下回流，經(jīng)洗滌并烘干至恒重后得到第三粉煤灰纖維；
10、將所述第三粉煤灰纖維置于無水乙醇和去離子水的混合溶劑中并調(diào)節(jié)溶液的ph至9±1，在充分?jǐn)嚢韬笙蛩鋈芤褐屑尤牍杷崴囊阴?，持續(xù)攪拌，經(jīng)洗滌、過濾、干燥處理，得到改性粉煤灰纖維。
11、在該方案中，利用h2o2的強(qiáng)氧化性，對第一粉煤灰纖維表面進(jìn)行氧化處理，使其表面產(chǎn)生更多的羥基活性基團(tuán)，從而提高第一粉煤灰纖維表面的親水性，增強(qiáng)第一粉煤灰纖維的界面結(jié)合力；冰醋酸主要在第一粉煤灰纖維的基礎(chǔ)上再次通過酸性物質(zhì)進(jìn)行刻蝕，使第一粉煤灰纖維表面形成更多的活性位點(diǎn)和溝槽，增加第一粉煤灰纖維與基體材料的機(jī)械錨固作用，進(jìn)一步提高界面結(jié)合強(qiáng)度；雙（三甲氧基甲硅烷基丙基）氨和硅酸四乙酯主要是在第二粉煤灰纖維和第三粉煤灰纖維表面形成致密保護(hù)膜，同時(shí)使其表面帶有一定的親水性、抗腐蝕性、力學(xué)性能，有助于提高多尺度增韌全固廢超高延性混凝土的整體性能。
12、進(jìn)一步地，所述雙（三甲氧基甲硅烷基丙基）氨的水解溶液是通過將1.5份雙（三甲氧基甲硅烷基丙基）氨分散在200～400份濃度為95%的乙醇中水解1h后得到的。
13、作為一種較優(yōu)的選擇，所述微硅粉包括改性微硅粉；制備所述改性微硅粉的具體步驟為：將70～80%的微硅粉、10～20%的納米二氧化硅、硫鋁酸鹽水泥熟料5～10%和0.03～0.08%的三乙醇胺混合均勻，將混合物粉磨至比表面積達(dá)到14000～20000m2/kg，得到改性微硅粉。
14、在該方案中，通過在微硅粉中引入納米二氧化硅，利用納米二氧化硅具有高表面能和活性的特點(diǎn)，可以起到晶種成核的作用，從而加速微硅粉的早期水化，提高混凝土的整體性能和強(qiáng)度。
15、作為一種較優(yōu)的選擇，制備所述煅燒粉煤灰的具體步驟為：將粉煤灰在600～800℃的反應(yīng)條件下煅燒0.5～1h，粉磨后得到煅燒粉煤灰；所述煅燒粉煤灰的比表面積為450～600m2/kg。
16、進(jìn)一步地，所述全固廢膠凝材料的組成成分包括：10~20%的工業(yè)副產(chǎn)石膏、50~80%的礦渣、0~10%的粉煤灰或煤矸石以及0~20%的其他原料；所述其他原料包括電石渣、鋼渣和水泥。
17、進(jìn)一步地，所述偏高嶺土的比表面積為23000～30000m2/kg。
18、進(jìn)一步地，所述水洗砂的細(xì)度模數(shù)為2.4～2.7。
19、進(jìn)一步地，所述聚羧酸減水劑的減水率為35～50%。
20、本技術(shù)的有益效果在于：
21、1.本技術(shù)方案采用全固廢膠凝材料替代傳統(tǒng)水泥制備多尺度增韌全固廢超高延性混凝土，利用全固廢膠凝材料的低熱、微膨脹、高韌性特點(diǎn)，解決傳統(tǒng)ⅱ型硅酸鹽水泥混凝土的高放熱、易開裂、低韌性的缺點(diǎn)。通過煅燒煤氣化渣、煅燒粉煤灰、微硅粉、偏高嶺土和粉煤灰纖維等多種工業(yè)固廢的協(xié)同作用，進(jìn)一步提高全固廢超高延性混凝土的韌性和力學(xué)性能，一方面實(shí)現(xiàn)了混凝土的低成本和高延性，另一方面實(shí)現(xiàn)了工業(yè)固廢的高效利用。此外，該方案還通過優(yōu)化煤氣化渣的煅燒工藝，采用梯度升溫-降溫的煅燒制度，在梯度升溫的過程中有效去除煤氣化渣中的殘?zhí)?，在高溫煅燒和快速降溫的過程中，有效促進(jìn)煤氣化渣內(nèi)部硅氧鍵和鋁氧鍵的斷裂，激發(fā)其潛在活性，進(jìn)一步提高煅燒煤氣化渣對多尺度增韌全固廢超高延性混凝土的性能提升。
22、2.本技術(shù)方案利用h2o2的強(qiáng)氧化性，對第一粉煤灰纖維表面進(jìn)行氧化處理，使其表面產(chǎn)生更多的羥基活性基團(tuán)，從而提高第一粉煤灰纖維表面的親水性，增強(qiáng)第一粉煤灰纖維的界面結(jié)合力；冰醋酸主要在第一粉煤灰纖維的基礎(chǔ)上再次通過酸性物質(zhì)進(jìn)行刻蝕，使第一粉煤灰纖維表面形成更多的活性位點(diǎn)和溝槽，增加第一粉煤灰纖維與基體材料的機(jī)械錨固作用，進(jìn)一步提高界面結(jié)合強(qiáng)度；雙（三甲氧基甲硅烷基丙基）氨和硅酸四乙酯主要是在第二粉煤灰纖維和第三粉煤灰纖維表面形成致密保護(hù)膜，同時(shí)使其表面帶有一定的親水性、抗腐蝕性、力學(xué)性能，有助于提高多尺度增韌全固廢超高延性混凝土的整體性能。
23、3.本技術(shù)方案通過在微硅粉中引入納米二氧化硅，利用納米二氧化硅具有高表面能和活性的特點(diǎn)，可以起到晶種成核的作用，從而加速微硅粉的早起水化，提高混凝土的整體性能和強(qiáng)度。