一种水下压缩空气储能用混凝土衬砌材料及其制备方法

本发明涉及压缩空气储能（caes）人工硐室衬砌材料领域，具体涉及一种水下压缩空气储能用混凝土衬砌材料及其制备方法。

背景技术：

1、风能、太阳能等可再生能源因其出力具有波动性和间歇性，频繁出现弃风弃光等资源浪费问题。储能技术被认为是解决该类问题、实现电网削峰填谷的关键支撑手段。其中，压缩空气储能（compressed air energy storage，caes）作为一种新型大规模储能方式，其原理类似于抽水蓄能，即在电力低谷期利用电能驱动压缩机将空气压缩并储存，在高峰期释放压缩空气推动膨胀机发电，从而实现能量的时移调配。

2、相较于陆地系统，水下压缩空气储能技术利用水体静压环境实现压缩空气的等压存储与释放，有助于提升系统效率与运行稳定性。

3、水下压缩空气储能结构中，密封层、混凝土衬砌和围岩共同构成承压与密封体系。混凝土衬砌既需要传递荷载、保护密封结构，又需要尽可能降低高压气体的渗透泄漏风险。此外，水下压缩空气储能系统中，恶劣的海洋环境使其面临严峻的氯离子侵蚀风险。因此，开发抗气渗和氯离子侵蚀的混凝土衬砌材料，已成为突破水下压缩空气储能技术规模化应用瓶颈的核心课题。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明提供了一种水下压缩空气储能用混凝土衬砌材料及其制备方法。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面，提供了一种水下压缩空气储能用混凝土衬砌材料，其原料按重量份包括：

4、基体材料3300~4100份、复合纤维18~120份、zif-8 1~11份、减水剂8~20份和水650~1100份；

5、其中，基体材料包括水泥、粉煤灰、硅灰和石英砂；

6、复合纤维包括聚乙烯醇（pva）纤维和钢纤维。

7、在一种或多种实施方式中，基体材料中，水泥、粉煤灰、硅灰和石英砂的质量比为（800~1100）：（1300~1700）：（200~350）：（700~950）。

8、在一种或多种实施方式中，基体材料中，所述水泥包括p.o 42.5普通硅酸盐水泥。

9、在一种或多种实施方式中，基体材料中，所述粉煤灰为一级粉煤灰。

10、在一种或多种实施方式中，基体材料中，所述石英砂的粒径为80~120目。

11、在一种或多种实施方式中，复合纤维中，聚乙烯醇（pva）纤维和钢纤维的质量比为（8~40）：（10~80）。

12、在一种或多种实施方式中，复合纤维中，所述聚乙烯醇（pva）纤维的长度为10~15mm，直径为35~45 μm，抗拉强度为1500~2000 mpa，弹性模量为40~45 gpa，断裂伸长率为5~7%。

13、在一种或多种实施方式中，复合纤维中，所述钢纤维为镀铜微丝纤维，长度为20~40 mm，直径为0.4~0.6 mm，长径比为50~70，抗拉强度≥2000 mpa，弹性模量为150~250gpa。

14、在一种或多种实施方式中，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。

15、在一种或多种实施方式中，采用室温水相法制备zif-8，以六水合硝酸锌为锌源、2-甲基咪唑为有机配体，去离子水为反应溶剂。

16、在一种或多种实施方式中，zif-8的粒径为45~100 nm。

17、本发明的第二个方面，提供第一个方面所述的水下压缩空气储能用混凝土衬砌材料的制备方法，包括如下步骤：

18、将基体材料、zif-8和减水剂混合均匀后，加入水，再次混合均匀，获得改性混凝土基体浆料；

19、向改性混凝土基体浆料中加入复合纤维，混合均匀后获得水下压缩空气储能用混凝土衬砌材料。

20、本发明的有益效果在于：

21、本发明通过将zif-8引入水泥基抗气渗密封材料体系，并与粉煤灰、硅灰、石英砂、复合纤维配合，形成矿物掺合料填充、zif-8微纳改性和纤维抗裂的多尺度协同体系，有利于降低连通孔隙和气体渗透通道，提高材料密实性和抗气渗性能，同时还能够有效降低海水氯离子腐蚀。

1.一种水下压缩空气储能用混凝土衬砌材料，其特征在于，其原料按重量份包括：

2.如权利要求1所述的水下压缩空气储能用混凝土衬砌材料，其特征在于，基体材料中，水泥、粉煤灰、硅灰和石英砂的质量比为（800~1100）：（1300~1700）：（200~350）：（700~950）。

3.如权利要求1所述的水下压缩空气储能用混凝土衬砌材料，其特征在于，基体材料中，所述水泥包括p.o 42.5普通硅酸盐水泥。

4.如权利要求1所述的水下压缩空气储能用混凝土衬砌材料，其特征在于，基体材料中，所述石英砂的粒径为80~120目。

5.如权利要求1所述的水下压缩空气储能用混凝土衬砌材料，其特征在于，复合纤维中，聚乙烯醇纤维和钢纤维的质量比为（8~40）：（10~80）。

6.如权利要求1所述的水下压缩空气储能用混凝土衬砌材料，其特征在于，复合纤维中，所述聚乙烯醇纤维的长度为10~15 mm，直径为35~45 μm，抗拉强度为1500~2000 mpa，弹性模量为40~45 gpa，断裂伸长率为5~7%。

7.如权利要求1所述的水下压缩空气储能用混凝土衬砌材料，其特征在于，复合纤维中，所述钢纤维为镀铜微丝纤维，长度为20~40 mm，直径为0.4~0.6 mm，长径比为50~70，抗拉强度≥2000 mpa，弹性模量为150~250 gpa。

8.如权利要求1所述的水下压缩空气储能用混凝土衬砌材料，其特征在于，基体材料中，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。

9.如权利要求1所述的水下压缩空气储能用混凝土衬砌材料，其特征在于，基体材料中，zif-8的粒径为45~100 nm。

10.权利要求1~9任一项所述的水下压缩空气储能用混凝土衬砌材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：