一种高保水相变储能高原水工混凝土及其制备方法
本发明涉及建筑材料，尤其涉及一种高保水相变储能高原水工混凝土及其制备方法。
背景技术：
1、水工混凝土是指用于水利水电工程建筑物（包括大坝、水闸、渠道、渡槽、隧洞衬砌等）的混凝土材料，其长期处于干湿交替、水流冲刷和冻融循环的服役环境中，对混凝土的抗渗性能、抗冻性能和耐久性能具有严格要求，而高原地区具有低气压、大温差、干燥、强辐射的典型气候特征，当水工混凝土在高原环境下服役时，面临以下技术问题：
2、（一）低气压环境导致混凝土拌合物中的气泡稳定性下降，气泡直径增大、数量减少，混凝土含气量不足，抗冻融循环能力显著降低，在冻融交替作用下易发生表面剥落和内部结构损伤。
3、（二）高原昼夜温差大（日温差可达25℃以上），混凝土内部产生较大的温度梯度，导致温度应力集中，当温度应力超过混凝土的抗拉强度时即产生温度裂缝，裂缝的扩展进一步加速了混凝土的耐久性劣化。
4、（三）高原气候干燥（相对湿度常低于40%），混凝土在硬化过程中内部水分快速蒸发，造成毛细管收缩和自收缩增大，易产生干缩裂缝，影响结构的整体性和耐久性。
5、（四）现有相变材料（如纯石蜡、脂肪酸等）通常以微胶囊形式掺入混凝土，其制备工艺涉及原位聚合、溶胶-凝胶等多步化学反应，工艺复杂、生产周期长、成本高昂，且微胶囊壳层（如脲醛树脂、密胺树脂等）与水泥基材料的界面粘结力弱，在混凝土搅拌过程中易破裂，导致相变材料泄露，泄露的石蜡会抑制水泥水化反应，进一步降低混凝土力学性能和耐久性。因此本发明提出一种高保水相变储能高原水工混凝土及其制备方法以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
1、针对上述问题，本发明的目的在于提出一种高保水相变储能高原水工混凝土及其制备方法，本发明具有制备工艺简单、适用于高原水工建筑物的优点，从而能解决现有技术中存在的问题。
2、为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种高保水相变储能高原水工混凝土，包括以下质量份数的组分：
3、水泥100份、细骨料180～220份、粗骨料250～300份、水25～40份、高保水相变储能骨料15～35份、硅灰5～10份、偏高岭土5～10份、玄武岩纤维0.5～2.0份、聚羧酸系高效减水剂0.5～1.5份和引气剂0.005～0.03份，所述细骨料中包含膨胀珍珠岩和沸石粉，所述膨胀珍珠岩占细骨料总量的5%至10%，所述沸石粉占细骨料总量的5%至15%，所述高保水相变储能骨料由多孔载体、相变材料和封装层构成，所述相变材料为石蜡乳液，且相变材料填充于多孔载体的孔隙内部，所述封装层的材料为水泥净浆，且封装层包覆于多孔载体的外表面。
4、进一步改进在于：所述多孔载体为页岩陶粒，所述页岩陶粒的粒径为5～15mm，所述页岩陶粒的表观密度为1400～1600kg/m³，所述页岩陶粒的孔隙率为40～55%。
5、进一步改进在于：所述石蜡乳液由第一石蜡乳液和第二石蜡乳液按质量比1:1至2:1复配而成，其中所述第一石蜡乳液的相变起始温度为20℃至22℃，相变终止温度为25℃至27℃，所述第二石蜡乳液的相变起始温度为28℃至30℃，相变终止温度为33℃至35℃，所述石蜡乳液复配后的相变温域宽度为10℃至15℃。
6、进一步改进在于：所述水泥净浆由水泥和水混合而成，所述水泥净浆的水灰比为0.4～0.5。
7、进一步改进在于：所述细骨料为天然河砂或机制砂、膨胀珍珠岩和沸石粉的混合物，且细骨料的细度模数为2.3～3.0。
8、进一步改进在于：所述粗骨料为碎石或卵石，且粗骨料的粒径为5～31.5mm。
9、进一步改进在于：还包括膨胀剂5～10份，所述膨胀剂为硫铝酸钙类膨胀剂或氧化钙类膨胀剂。
10、一种高保水相变储能高原水工混凝土的制备方法，包括以下步骤：
11、步骤一、高保水相变储能骨料的制备：将多孔载体置于真空容器中，然后对真空容器抽真空至真空度为-0.08～-0.1mpa，并保持真空状态10～15min，然后向真空容器中注入石蜡乳液，使石蜡乳液完全浸没多孔载体，再解除真空状态并施加0.2～0.4mpa的压力，加压保持20～25min，得到吸附相变材料的多孔载体，之后解除压力，在常压条件下静置15min至30min，再将其取出，置于水泥净浆中进行搅拌包覆，之后在温度20℃±2℃、相对湿度不低于95%的条件下养护24～48h，得到高保水相变储能骨料；
12、步骤二、混凝土拌合物的制备：将水泥100份、细骨料180～220份、粗骨料250～300份、水25～40份、高保水相变储能骨料15～35份、硅灰5～10份、偏高岭土5～10份、玄武岩纤维0.5～2.0份、聚羧酸系高效减水剂0.5～1.5份和引气剂0.005～0.03份投入搅拌机中，在转速为20～30r/min的条件下干拌30～60s，得到干混料，然后加入水25～40份，并在转速为30～45r/min的条件下搅拌120～180s，得到混凝土拌合物；
13、步骤三、成型与养护：将混凝土拌合物浇筑入模具中，并在振动台上振捣30～60s至密实，然后在温度20℃±2℃、相对湿度不低于95%的条件下养护24～48h后脱模，得到高保水相变储能高原水工混凝土。
14、进一步改进在于：所述多孔载体预先在温度105℃±5℃的条件下干燥12～24h。
15、10.根据权利要求8所述的一种高保水相变储能高原水工混凝土的制备方法，其特征在于：所述振动台的振动频率为45～60hz。
16、上述多孔载体具有丰富的内部孔隙结构，一方面为相变材料提供储存空间，另一方面未被相变材料占据的剩余孔隙可吸收和储存水分。在混凝土硬化过程中，当混凝土内部湿度下降时，多孔载体中储存的水分通过毛细管作用释放至水泥浆体，起到内养护作用，抑制干缩开裂。同时，填充于多孔载体孔隙内部的石蜡乳液在温度变化时发生相变，吸收或释放相变潜热，调节混凝土内部的温度场，减小温度梯度，抑制温度裂缝的产生。多孔载体将保水功能和相变储能功能集成于同一骨料中，两种功能协同作用，从湿度调控和温度调控两个维度共同提升混凝土的抗裂性能和耐久性能。
17、上述封装层的材料为水泥净浆，与混凝土基体材料同质。所述封装层包覆于所述多孔载体的外表面，形成物理隔离层，阻止所述相变材料在混凝土搅拌和养护过程中向外泄露。同时，由于封装层与混凝土基体的材料组成相同，两者之间形成化学键合和机械锁合的双重界面结合，界面结合强度高，不存在传统微胶囊相变材料（如聚合物壳层）与水泥基材料之间的界面薄弱问题。
18、上述引气剂在混凝土拌合过程中引入大量均匀分布的微小封闭气泡，这些气泡在混凝土内部形成缓冲空间，在冻融循环过程中容纳冰晶膨胀产生的压力，释放冻胀应力，保护混凝土孔结构免受冻融破坏。引气剂与相变储能功能相互配合：相变材料通过释放相变潜热延缓混凝土内部温度降至冰点的时间，引气剂通过气泡缓冲机制降低冰晶膨胀对孔壁的破坏力，两者共同作用于抗冻融循环的全过程。
19、上述石蜡乳液是由两种不同相变温度的石蜡乳液复配而成，复配后的相变温域宽度为10℃至15℃，能够在高原大温差环境的全温度波动范围内持续发挥相变储能作用，避免了单一相变温度材料仅能在狭窄温度区间内发挥作用的局限性。
20、本发明的有益效果为：
21、（1）本发明在高保水相变储能骨料中设置多孔载体，其在吸附相变材料后仍保留部分孔隙，可在混凝土硬化过程中吸收和释放水分，抑制干缩开裂，同时相变材料通过相变潜热调节温度场，抑制温度裂缝，继而两种功能的协同作用使混凝土的抗裂性能显著提升。
22、（2）本发明以水泥净浆作为封装层，其与混凝土基体同质，界面结合牢固，同事石蜡乳液本身为水包油型乳液，具有亲水性，在水泥浆体中分散均匀，不抑制水泥水化反应，继而封装层进一步阻止石蜡与水泥浆体直接接触，从根本上解决了相变材料与水泥基材料相容性差的技术问题。
23、（3）本发明通过宽温域相变材料（相变温域10-15℃）直接应对高原大温差环境，再通过多孔载体的储水-释水功能应对高原干燥环境，接着通过引气剂引入的封闭气泡提升抗冻性，最后通过封装层的同质化界面提升结构致密性，整体提升混凝土在高原恶劣环境下的服役寿命。
24、（4）本发明整体制备工艺简单，无需各种化学反应、复杂设备等，且所用材料来源广泛。