一种基于SAP与HCSA复掺的抗裂UHPC及其制备方法
本发明属于建筑材料，具体涉及一种超高性能混凝土，尤其是一种基于sap与hcsa复掺的抗裂uhpc及其制备方法。
背景技术：
1、超高性能混凝土因其卓越的强度、耐久性和韧性，在重大基础设施建设中展现出广阔的应用前景。然而，uhpc胶凝材料用量大、水胶比极低，导致其早期自收缩非常显著，远高于普通混凝土。这种巨大的自收缩应力，在外部约束条件下极易引发早期开裂，严重威胁结构的安全性与耐久性。
2、现有技术中，常采用单一手段来抑制uhpc收缩。例如，掺加高吸水树脂通过“内养护”机制提供水分，减缓自干燥进程；或掺加膨胀剂，通过生成钙矾石等产物产生体积膨胀来补偿收缩。然而，单一方法存在局限性：sap（高吸水树脂）在释放水分后留下的孔隙可能对强度有轻微负面影响，且其对干燥收缩的抑制效果有限；hcsa（膨胀剂）的膨胀效能发挥依赖于充足的水分供应，在uhpc致密体系内部，其后期膨胀往往难以保证。
3、因此，开发一种能够综合解决uhpc早期自收缩和后期干燥收缩，并显著提升其抗裂能力的技术，具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于sap与hcsa复掺的抗裂uhpc及其制备方法，解决了uhpc早期自收缩和后期干燥收缩并导致裂纹产生的技术问题，本方案的材料配比显著的提升了其抗裂能力，具有重要的生产应用意义。
2、一种基于sap与hcsa复掺的抗裂uhpc，以质量份数计，包括uhpc预混料1052-1120份，石英砂1000-1200份，钢纤维100-120份，聚羧酸系减水剂8-15份，水149-152份，高吸水树脂和膨胀剂。
3、所述高吸水树脂的掺量为uhpc预混料总质量的0.25%-0.5%，所述膨胀剂的掺量为uhpc预混料总质量的3%-6%。
4、（uhpc预混料+钢纤维）/聚羧酸系减水剂=100-140。
5、以质量份数计，还包括纳米二氧化硅12-20份、玻璃纤维5-10份、碳纤维8-15份、非晶合金纤维2-6份、聚丙烯纤维3-8份。
6、以质量份数计，（玻璃纤维+碳纤维+非晶合金纤维+聚丙烯纤维）/纳米二氧化硅=1-3。
7、以质量份数计，还包括聚合物乳液（丁苯橡胶、丙烯酸酯乳液）5-8份、纳米氧化铝1-3份、闪蒸石墨烯2-4份；其中，（聚合物乳液+纳米氧化铝）/闪蒸石墨烯=2-5。
8、所述聚羧酸系减水剂为聚酯型聚羧酸减水剂、聚醚型聚羧酸减水剂、聚酰胺-聚乙烯乙二醇支链型减水剂的任一种。
9、所述高吸水树脂为聚羧酸钠-60型吸水树脂、聚丙烯酸酯类、聚乙烯醇类、醋酸乙烯共聚物类、聚氨酯类、聚环氧乙烷类、淀粉接枝共聚物类的任一种。
10、所述膨胀剂为硫铝酸钙膨胀剂。
11、一种基于sap与hcsa复掺的抗裂uhpc的制备方法，具体包括以下步骤：
12、步骤s1：将uhpc预混料、石英砂、高吸水树脂和膨胀剂投入搅拌机中，搅拌1分钟，直至混合均匀；
13、步骤s2：将聚羧酸系减水剂溶于拌合水中，然后将溶液缓慢加入搅拌机中，搅拌4-6分钟，直至拌合物均匀、具有典型uhpc的粘聚性和流动性，即可出料、成型；
14、步骤s3：向步骤s2的湿料中加入钢纤维，继续低速搅拌2-3分钟，确保纤维均匀分散；
15、所述步骤s3中，向步骤s2的湿料中还加入纳米二氧化硅、玻璃纤维、碳纤维、非晶合金纤维、聚丙烯纤维。
16、本方案中没有详细描述的技术细节特征，均根据本领域技术人员的常规理解，并结合现有技术实施操作即可，在此不再详述。
17、本发明的有益效果在于如下几点：
18、（1）本发明公开一种基于sap（吸水树脂）与hcsa（高性能硫铝酸钙膨胀剂）复掺的抗裂uhpc（超高性能混凝土）及其制备方法，其中sap选用0.25%掺量、hcsa选用3%掺量复掺，钢纤维可选应变硬化型或应变软化型以适配不同性能需求；
19、（2）sap提供的内养护水分为hcsa的持续水化和膨胀提供了保障，而hcsa产生的膨胀能有效补偿sap释水后留下的孔隙收缩及体系的化学收缩，二者形成“供水-膨胀”的良性循环，协同抑制从早期至后期的各类收缩，同时通过优化组分搭配，提升其抗压强度、劈裂抗拉强度；
20、（3）通过实施例与对比例的对比数据证明，本发明在保持uhpc超高力学性能的同时，能显著降低自收缩（>50%），约束收缩试验的总开裂面积降低可达10%以上；
21、（4）通过调整钢纤维类型，配合纳米二氧化硅、玻璃纤维、碳纤维、非晶合金纤维、聚丙烯纤维的添加，可定制化地获得应变硬化或应变软化两种力学行为，满足不同结构对韧性的要求；
22、（5）本方案中加入聚合物乳液（丁苯橡胶、丙烯酸酯乳液）、纳米氧化铝、闪蒸石墨烯，这三者相互协同，产生了综合的作用效果：
23、一是聚合物乳液可同时吸附纳米氧化铝、闪蒸石墨烯，阻止其团聚，使其均匀分散；
24、二是纳米氧化铝作为晶核加速水化产物的成核，闪蒸石墨烯的二维片层结构则作为模板，引导水化产物有序生长，从纳米尺度优化基体微观结构；
25、三是纳米氧化铝与水泥水化产物发生化学作用生成c-a-s-h凝胶；聚合物乳液通过物理成膜填充孔隙；闪蒸石墨烯则通过化学键合和物理吸附作用，形成复合交联网络，大幅提高结构致密性；
26、最终，这种设计在微观尺度上填补了混凝土不同尺寸的孔隙，极大地增强了结构密实性，在纳米尺度，石墨烯和纳米氧化铝修复内部缺陷，在微米尺度，聚合物膜和c-a-s-h凝胶等填充孔隙并桥接微裂纹，最终使得混凝土的抗拉强度、韧性和密实度获得了极大的提升；
27、（6）xrd与sem分析表明，复掺体系水化程度更高，水化产物更多，且uhpc内部水化产物分布均匀，微观结构密实，微裂缝数量减少，抗裂性能与耐久性大幅提升，适用于桥梁、隧道、海洋工程等对性能要求严苛的领域。
1.一种基于sap与hcsa复掺的抗裂uhpc，其特征在于，以质量份数计，包括uhpc预混料1052-1120份，石英砂1000-1200份，钢纤维100-120份，聚羧酸系减水剂8-15份，水149-152份，高吸水树脂和膨胀剂。
2.根据权利要求1所述的一种基于sap与hcsa复掺的抗裂uhpc，其特征在于，所述高吸水树脂的掺量为uhpc预混料总质量的0.25%-0.5%，所述膨胀剂的掺量为uhpc预混料总质量的3%-6%。
3.根据权利要求1所述的一种基于sap与hcsa复掺的抗裂uhpc，其特征在于，（uhpc预混料+钢纤维）/聚羧酸系减水剂=100-140。
4.根据权利要求1所述的一种基于sap与hcsa复掺的抗裂uhpc，其特征在于，以质量份数计，还包括纳米二氧化硅12-20份、玻璃纤维5-10份、碳纤维8-15份、非晶合金纤维2-6份、聚丙烯纤维3-8份；
5.根据权利要求1所述的一种基于sap与hcsa复掺的抗裂uhpc，其特征在于，以质量份数计，还包括聚合物乳液5-8份、纳米氧化铝1-3份、闪蒸石墨烯2-4份；其中，（聚合物乳液+纳米氧化铝）/闪蒸石墨烯=2-5。
6.根据权利要求1所述的一种基于sap与hcsa复掺的抗裂uhpc，其特征在于，所述聚羧酸系减水剂为聚酯型聚羧酸减水剂、聚醚型聚羧酸减水剂、聚酰胺-聚乙烯乙二醇支链型减水剂的任一种。
7.根据权利要求1所述的一种基于sap与hcsa复掺的抗裂uhpc，其特征在于，所述高吸水树脂为聚羧酸钠-60型吸水树脂、聚丙烯酸酯类、聚乙烯醇类、醋酸乙烯共聚物类、聚氨酯类、聚环氧乙烷类、淀粉接枝共聚物类的任一种。
8.根据权利要求1所述的一种基于sap与hcsa复掺的抗裂uhpc，其特征在于，所述膨胀剂为硫铝酸钙膨胀剂。
9.一种制备如权利要求1-8任一项所述的基于sap与hcsa复掺的抗裂uhpc的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种基于sap与hcsa复掺的抗裂uhpc的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，向步骤s2的湿料中还加入纳米二氧化硅、玻璃纤维、碳纤维、非晶合金纤维、聚丙烯纤维。