一种低孔隙率耐热C35混凝土的制备工艺与应用的制作方法

本发明涉及建筑材料，尤其涉及一种低孔隙率耐热c35混凝土的制备工艺与应用。

背景技术：

1、随着工业建筑向高温、苛刻环境升级，热工设备基础、烟囱、窑炉内衬及核设施辅助结构等场景，对混凝土的耐热稳定性、结构强度与耐久性提出了严苛要求。

2、现有耐热混凝土普遍存在核心技术痛点：一是孔隙率偏高（通常≥18%），高温下水分蒸发与气体膨胀易导致结构破坏，700℃左右高温残余强度率仅80%左右，难以适配900℃级高温服役需求；二是强度与抗裂性失衡，单纯追求耐热性往往导致混凝土易开裂，且低水胶比条件下可泵送性差，无法满足大规模施工需求；三是配方与功能协同不足，骨料级配设计不合理、缺乏高效微孔填充组分，单一外加剂难以兼顾分散、保坍与润滑功能；四是绿色属性欠缺，工业固废利用率低（通常≤10%），且抗渗、抗冻等耐久性指标难以匹配长期服役要求。

3、这些问题限制了现有耐热混凝土的应用范围，因此开发一种低孔隙率、高耐热性、抗裂性与可泵送性协同优化的c35混凝土，成为行业亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种低孔隙率耐热c35混凝土的制备工艺与应用。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、本发明首先提出一种低孔隙率耐热c35混凝土，其特征在于，包括以下重量份组分：

4、胶凝材料总量550-560份，骨料总用量1750-1800份，玄武岩纤维0.8-1.2份，拌合水155-160份，外加剂12-12.5份；

5、所述胶凝材料包括水泥、硅灰、粉煤灰、矿渣微粉、钙矾石型膨胀剂、超细玄武岩粉；

6、所述骨料由玄武岩碎石和混合砂按质量比为1.0-1.1：1。

7、优选地，所述混合砂中玄武岩机制砂与石英砂的质量比为7：3；所述玄武岩碎石为al2o3含量≥15%的玄武岩破碎筛分而成，级配为5-20mm，含泥量≤0.3%，针片状颗粒含量＜5%；所述玄武岩机制砂的细度模数为2.6-3.0，石粉含量3-5%；所述石英砂为中砂。

8、优选地，所述胶凝材料中，水泥、硅灰、粉煤灰、矿渣微粉、钙矾石型膨胀剂、超细玄武岩粉的质量比为：220-240：28-30：70-90：60-70：30-40：25-35；

9、所述超细玄武岩粉的粒径≤0.15mm，比表面积≥600m2/kg；所述钙矾石型膨胀剂与超细玄武岩粉的混合质量比为1：1。

10、优选地，所述外加剂为复配体系，由聚醚类聚羧酸减水剂、酯类聚羧酸减水剂、聚醚类保坍剂、葡萄糖酸钠、矿物油类消泡剂、松香皂类引气剂、聚酰胺蜡按质量比为：30-40：5-10：40-50：10-20：0.1-0.4：0.3-1.0：0.3配制得到；

11、所述玄武岩纤维的直径在10-20μm、长度12-18mm、抗拉强度≥3500mpa；所述水泥为p.o42.5级硅酸盐水泥，硅灰为sf85级，粉煤灰为f类ⅱ级，矿渣微粉为s95级。

12、骨料采用“5-20mm连续级配玄武岩碎石+2.6-3.0细度模数玄武岩机制砂+中砂石英砂（7：3混合）”的复合体系，连续级配的碎石形成骨架结构，混合砂填充碎石间隙，实现骨料堆积密度最大化；同时，玄武岩机制砂中3-5%的石粉作为微填料，进一步填充细骨料间的微小空隙，减少宏观孔隙。

13、胶凝体系中掺入粒径≤0.15mm、比表面积≥600m2/kg的超细玄武岩粉，其颗粒尺寸远小于水泥、矿渣微粉等胶凝材料，可填充胶凝材料水化产物之间的微孔；同时，硅灰（sf85级）的高活性sio2与水泥水化生成的ca(oh)2发生火山灰反应，生成更多致密的水化硅酸钙（c-s-h）凝胶，填充内部孔隙，使胶凝体系整体密实度提升。

14、控制水胶比≤0.28，减少混凝土内部自由水含量，避免自由水蒸发后形成连通孔隙；复配外加剂中聚醚类与酯类聚羧酸减水剂协同作用，减水率可达30%以上，在保证浆体流动性的前提下降低用水量，同时聚酰胺蜡优化浆体粘度，避免离析泌水导致的局部孔隙集中。

15、本发明还提出前述的一种低孔隙率耐热c35混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

16、s1、原材料预处理：对混合砂进行硅烷偶联剂表面改性，对玄武岩纤维进行硅烷偶联剂改性，对胶凝材料进行干燥储存处理；

17、s2、配料计量：按配方比例精确称取所有组分，控制水胶比≤0.28；

18、s3、分段搅拌：先将骨料与玄武岩纤维干拌，再加入胶凝材料干拌，随后加水和外加剂湿拌，静置后二次搅拌；

19、s4、浇筑振捣：将搅拌完成的混凝土浇筑并分层振捣；

20、s5、分阶段养护：依次进行早期保湿养护和中期抗裂养护。

21、玄武岩骨料（al2o3含量≥15%）是耐热核心载体，al2o3与sio2在高温下形成稳定的硅铝酸盐结构，熔点高达1500℃以上，900℃时仅发生轻微晶格振动，无明显分解或软化，能持续为混凝土提供骨架支撑；

22、胶凝体系中，硅灰、矿渣微粉与超细玄武岩粉的协同作用的火山灰反应生成的c-s-h凝胶，在高温下脱水后形成无定形sio2与al2o3复合相，该复合相与玄武岩骨料中的硅铝酸盐结构形成“协同耐热网络”，抑制水泥水化产物（如ca(oh)2）在580℃左右分解导致的强度崩塌。

23、混凝土内部孔隙是高温下结构失效的关键诱因（自由水蒸发膨胀、气体逸出导致孔隙扩张），本发明孔隙率≤15%且以封闭微孔为主，减少了高温下水分蒸发和气体膨胀产生的内应力，避免孔隙贯通形成裂缝，从而保护混凝土整体结构完整性。

24、钙矾石型膨胀剂在水化阶段生成的钙矾石（3caoal2o33caso432h2o），在高温下虽会脱水，但脱水过程缓慢且体积收缩量小；同时，其早期生成时的体积膨胀已补偿水泥水化收缩，减少了混凝土内部初始应力，避免高温下因应力集中导致的开裂。

25、优选地，所述s1中，硅烷偶联剂对混合砂的掺量为混合砂总质量的0.2%，对玄武岩纤维的掺量为玄武岩纤维质量的0.1%；胶凝材料干燥储存时控制含水率≤0.5%，骨料经烘干处理后控制含水率≤0.5%。

26、优选地，所述s3中，骨料与玄武岩纤维干拌时间2min，加入胶凝材料后继续干拌3min；拌合水分2次均等加入，加入后与外加剂共同湿拌2min，静置1min后二次搅拌1min；搅拌过程中搅拌机转速控制在60-80r/min。

27、优选地，所述s5中，进行0-7d的早期保湿养护在浇筑完成后12h内进行，采用土工布及塑料膜覆盖，环境温度15-25℃，每天喷雾养护不少于4次，保持土工布含水率≥80%；进行8-28d的中期抗裂养护时，移除塑料膜并保留土工布，每天喷雾养护不少于2次，环境湿度≤60%时涂刷丙烯酸类养护剂。

28、本发明还提出前述制备方法所得低孔隙率耐热c35混凝土的应用，其特征在于，用于热工设备基础、烟囱、烟道、高温物料输送管道、窑炉内衬或核设施辅助结构的浇筑施工；施工时控制混凝土入模温度15-30℃，采用插入式振捣器分层振捣，每层浇筑厚度≤500mm，振捣时间20-30s/点，养护28d后投入使用。

29、p.o42.5级水泥提供基础水化强度，硅灰、粉煤灰、矿渣微粉通过“水化互补”提升强度：硅灰早期参与火山灰反应，快速提升早期强度；粉煤灰与矿渣微粉后期持续水化，保证28d强度≥35mpa；超细玄武岩粉不仅填充孔隙，还与c-s-h凝胶形成化学键合，增强胶凝体系的内聚力。

30、硅烷偶联剂对混合砂和玄武岩纤维进行表面改性，其分子一端与骨料/纤维表面的羟基反应形成化学键，另一端与c-s-h凝胶结合，消除骨料/纤维与胶凝浆体之间的界面裂隙，提升界面粘结强度，避免受力时界面剥离导致的强度损失。

31、钙矾石型膨胀剂生成时的体积膨胀（28d限制膨胀率≥0.020%），精准补偿水泥水化收缩和温度收缩，从源头抑制早期收缩裂缝；

32、玄武岩纤维（直径10-20μm、长度12-18mm）在混凝土内部形成三维随机分布的纤维网络，当混凝土产生微裂缝时，纤维通过“桥接作用”横跨裂缝，利用其高抗拉强度（≥3500mpa）分担裂缝尖端应力，阻止裂缝扩展为贯通裂缝；同时，纤维还能延缓裂缝的萌生，提升混凝土的韧性。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

34、1.核心性能实现跨越式突破，解决现有耐热混凝土“孔隙率高、耐热与强度失衡”的关键痛点。本发明通过骨料级配优化、超细粉体填充及低水胶比设计，使混凝土孔隙率≤15%，较现有技术（孔隙率≥18%）显著降低；同时依托高al2o3玄武岩骨料与多元胶凝体系协同，实现900℃高温下残余强度≥90%，且28d抗压强度≥35mpa，突破了现有技术“提升耐热性必降强度”的局限，高温体积变形率≤0.8%，结构稳定性大幅提升。

35、2.抗裂性与可泵送性协同优化，适配大规模工程应用需求。现有技术常因追求耐热性导致混凝土易开裂、泵送困难，本发明通过钙矾石型膨胀剂补偿收缩、玄武岩纤维增韧及硅烷偶联剂界面改性，实现高温后裂缝宽度≤0.1mm；搭配多功能复配外加剂与分段搅拌工艺，在低水胶比条件下仍保持坍落度≥180mm、2h损失≤30mm，避免了纤维团聚和离析泌水问题，兼顾施工便捷性与长期结构可靠性。

36、3.绿色环保属性突出且场景适配性广，符合行业发展趋势。现有耐热混凝土多依赖天然优质骨料，工业固废利用率低（≤10%），本发明通过钢渣微粉、赤泥等固废高比例替代（≥30%），既降低原材料成本，又减少环境负荷；同时可通过调整骨料或外加剂组分，拓展出1100-1200℃超耐热、γ射线屏蔽、耐磨等附加功能，适配热工设备基础、核设施辅助结构等多种苛刻场景，较现有单一功能耐热混凝土应用范围显著拓宽。