一种利用纳米二氧化硅及纤维界面改性的含钢渣粉的超高性能混凝土及其制备方法和应用

本发明属于建筑材料，具体涉及一种利用纳米二氧化硅及纤维界面改性的含钢渣粉的超高性能混凝土及其制备方法和应用。

背景技术：

1、传统超高性能混凝土的水泥用量大，成本较高，不适合大规模应用。同时，粗钢炼制过程中产生的大量钢渣，集中堆积会严重影响当地生态环境发展。将钢渣研磨后的钢渣粉作为胶凝材料重新利用制备超高性能混凝土，这极大的解决了高成本、资源浪费和环境污染的问题。但是使用钢渣粉却有着十分多的潜在问题。钢渣粉可参与水化反应的成分不多，大比例的替代水泥势必会造成力学强度减弱。为了提高混凝土的力学强度一般会掺入钢纤维，但钢纤维表面的惰性氧化物致使钢纤维与胶凝材料的化学粘结较弱，这阻碍了低水泥掺量的超高性能混凝土在工程中的应用。此外，现有技术中超高性能混凝土的耐高温性能和耐久性能仍有待进一步提高。因此，如何进一步提高含钢渣粉的混凝土的力学强度、耐高温性能和耐久性能成为本领域的难点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种利用纳米二氧化硅及纤维界面改性的含钢渣粉的超高性能混凝土及其制备方法和应用。本发明提供的超高性能混凝土具有更优的力学强度、耐高温性能和耐久性能。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种利用纳米二氧化硅及纤维界面改性的含钢渣粉的超高性能混凝土，包括如下组分：水泥、钢渣粉基材料、硅灰、石英砂、水、减水剂、改性钢纤维和纳米二氧化硅；

4、所述水泥和钢渣粉基材料的质量比为1：（0.5~0.8）；

5、所述水泥和硅灰的质量比为1：（0.2~0.5）；

6、所述水泥和石英砂的质量比为1：（1.5~2）；

7、所述水泥和水的质量比为1：（0.3~0.4）；

8、所述水泥和减水剂的质量比为1：（0.02~0.03）；

9、所述水泥和改性钢纤维的质量比为1：（0.25~0.3）；

10、所述水泥和纳米二氧化硅的质量比为1：（0.03~0.05）；

11、所述钢渣粉基材料包括矿粉、钢渣粉和脱硫石膏；所述矿粉、钢渣粉和脱硫石膏的质量比为（50~60）：（25~30）：（10~20）；

12、所述改性钢纤维依次由退镀、表面羟基化和硅烷偶联剂kh550改性得到。

13、优选地，所述水泥为pⅱ52.5r级硅酸盐水泥。

14、优选地，所述石英砂的粒径为10~70目；所述石英砂具有连续级配；所述石英砂中各级配的质量百分含量为：10~20目42~44%、20~40目27~29%和40~70目28~30%。

15、优选地，所述改性钢纤维中的钢纤维为端钩型钢纤维。

16、优选地，所述纳米二氧化硅的粒径为10~20nm。

17、优选地，所述钢渣粉基材料的粒径为≥600目。

18、优选地，所述硅灰中sio2的含量≥91wt%；所述硅灰的粒径为≥600目。

19、优选地，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。

20、本发明还提供了上述技术方案所述超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：

21、（1）将钢纤维和退镀剂混合，进行退镀，得到退镀后钢纤维；将所述退镀后钢纤维和碱液混合，进行表面羟基化，得到羟基化钢纤维；将所述羟基化钢纤维和硅烷偶联剂水解液混合，进行改性处理，然后进行固化，得到改性钢纤维；

22、（2）将纳米二氧化硅和部分水混合，得到纳米二氧化硅分散液；

23、（3）将石英砂、水泥、钢渣粉基材料和硅灰混合，得到第一混合物料；将所述第一混合物料与减水剂、剩余水和所述步骤（2）得到的纳米二氧化硅分散液混合，然后加入改性钢纤维混合，得到超高性能混凝土；

24、所述步骤（1）和（2）没有先后顺序。

25、本发明还提供了上述技术方案所述超高性能混凝土或上述技术方案所述制备方法制备得到的超高性能混凝土在建筑领域中的应用。

26、本发明提供了一种利用纳米二氧化硅及纤维界面改性的含钢渣粉的超高性能混凝土，包括如下组分：水泥、钢渣粉基材料、硅灰、石英砂、水、减水剂、改性钢纤维和纳米二氧化硅；所述水泥和钢渣粉基材料的质量比为1：（0.5~0.8）；所述水泥和硅灰的质量比为1：（0.2~0.5）；所述水泥和石英砂的质量比为1：（1.5~2）；所述水泥和水的质量比为1：（0.3~0.4）；所述水泥和减水剂的质量比为1：（0.02~0.03）；所述水泥和改性钢纤维的质量比为1：（0.25~0.3）；所述水泥和纳米二氧化硅的质量比为1：（0.03~0.05）；所述钢渣粉基材料包括矿粉、钢渣粉和脱硫石膏；所述矿粉、钢渣粉和脱硫石膏的质量比为（50~60）：（25~30）：（10~20）；所述改性钢纤维依次由退镀、表面羟基化和硅烷偶联剂kh550改性得到。本发明采用钢渣粉基材料大掺量代替水泥，降低混凝土成本，添加纳米二氧化硅，其能够与水泥水化产物中的氢氧化钙发生二次水化反应生成c-s-h凝胶，形成更致密的内部结构，同时纳米二氧化硅能够填充混凝土内部的微小空隙，提高混凝土的力学强度等性能；添加硅烷偶联剂改性钢纤维，硅烷偶联剂的“桥接”作用，一方面硅氧烷端水解后生成的硅醇能够与钢纤维表面的金属氧化物反应形成牢固的si-o-fe共价键，紧密牢固在纤维表面，另一方面有机官能团端可与水化产物发生化学反应或物理吸附，从而提高混凝土的性能，控制硅烷偶联剂的种类，采用kh550，其水解液为碱性溶液，反应活性更高，界面桥接能力更强，并且能够显著提高钢纤维表面粗糙度和附着力，相比于其他偶联剂，具有更好的改性效果；控制混凝土的组成和各组分的用量，在钢渣粉基材料等固废大掺量的情况下，提高混凝土的力学强度、耐高温性能和耐久性能。

1.一种利用纳米二氧化硅及纤维界面改性的含钢渣粉的超高性能混凝土，包括如下组分：水泥、钢渣粉基材料、硅灰、石英砂、水、减水剂、改性钢纤维和纳米二氧化硅；

2.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述水泥为pⅱ52.5r级硅酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述石英砂的粒径为10~70目；所述石英砂具有连续级配；所述石英砂中各级配的质量百分含量为：10~20目42~44%、20~40目27~29%和40~70目28~30%。

4.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述改性钢纤维中的钢纤维为端钩型钢纤维。

5.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述纳米二氧化硅的粒径为10~20nm。

6.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述钢渣粉基材料的粒径为≥600目。

7.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述硅灰中sio2的含量≥91wt%；所述硅灰的粒径为≥600目。

8.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。

9.权利要求1~8任意一项所述超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：

10.权利要求1~8任意一项所述超高性能混凝土或权利要求9所述制备方法制备得到的超高性能混凝土在建筑领域中的应用。