一种固废基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，具体涉及一种固废基超高性能混凝土及其制备方法和应用。

背景技术：

1、超高性能混凝土具备卓越的综合性能，包括超高的抗压与抗弯强度、优异的耐久性以及良好的施工和易性，已成为桥梁、超高层建筑、海洋平台及核电设施等重大工程的首选材料。随着全球基础设施建设的升级与建筑工业化的发展，市场对uhpc的需求持续攀升，对其性能、成本及环境友好性也提出了更高要求。

2、传统uhpc的生产依赖水泥和石英砂等原料，存在明显问题。水泥行业碳排量较高，每生产1t水泥约排放0.8~1t二氧化碳。而大规模开采石英砂，又容易对生态环境造成破坏。同时，冶金工业每年产生巨量的钢渣、铁尾矿等固体废弃物，这些材料大多是堆存处理，不仅占用土地资源，还可能因为重金属渗出，污染土壤和地下水。目前，这类固废的整体利用率并不高，附加值也有限，将固废进行建材化利用，替代uhpc中的水泥和石英砂，成为降低缓解环境负荷的重要手段。

3、为响应国家绿色建造策略，已有学者研究将冶金固废作为辅助胶凝材料或骨料引入uhpc。但现有技术方案普遍存在以下局限：一是出于对性能的保守考虑，固废掺量通常较低，未能充分发挥其替代潜力；二是制备的uhpc在强度、韧性、耐高温或耐久性等关键指标上出现衰减，难以满足工程标准。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种固废基超高性能混凝土及其制备方法和应用。本发明提供的混凝土的固废掺量较高且具有优异的强度和耐高温性能。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种固废基超高性能混凝土，包括如下组分：水泥、钢渣粉基材料、硅灰、石英砂、铁尾矿砂、钢纤维、混杂纤维、减水剂和水；

4、所述水泥和钢渣粉基材料的质量比为1：（0.42~0.7）；

5、所述水泥和硅灰的质量比为1：（0.25~0.31）；

6、所述水泥和石英砂的质量比为1：（0.67~2）；

7、所述水泥和铁尾矿砂的质量比为1：（0~1）；

8、所述水泥和钢纤维的质量比为1：（0.1~0.3）；

9、所述水泥和混杂纤维的质量比为1：（0~0.05）；

10、所述水泥和减水剂的质量比为1：（0.02~0.023）；

11、所述水泥和水的质量比为1：（0.1~3）；

12、所述混杂纤维包括聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、玄武岩纤维和聚酰胺纤维中的一种；

13、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）。

14、优选地，所述水泥为pⅱ52.5r级硅酸盐水泥。

15、优选地，所述钢渣粉基材料的粒径为≥600目。

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

17、优选地，所述石英砂的粒度为20~80目。

18、优选地，所述铁尾矿砂的粒度为20~80目。

19、优选地，所述钢纤维为端钩型钢纤维。

20、优选地，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。

21、本发明还提供了上述技术方案所述固废基超高性能混凝土的制备方法，包括：

22、将水泥、钢渣粉基材料、硅灰、石英砂、水、减水剂和钢纤维混合后，依次进行成型和养护，得到固废基超高性能混凝土；

23、当铁尾矿砂和混杂纤维的含量不为0时，所述混合时还包括铁尾矿砂和混杂纤维。

24、本发明还提供了上述技术方案所述固废基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固废基超高性能混凝土在建筑领域中的应用。

25、本发明提供了一种固废基超高性能混凝土，包括如下组分：水泥、钢渣粉基材料、硅灰、石英砂、铁尾矿砂、钢纤维、混杂纤维、减水剂和水；所述水泥和钢渣粉基材料的质量比为1：（0.42~0.7）；所述水泥和硅灰的质量比为1：（0.25~0.31）；所述水泥和石英砂的质量比为1：（0.67~2）；所述水泥和铁尾矿砂的质量比为1：（0~1）；所述水泥和钢纤维的质量比为1：（0.1~0.3）；所述水泥和混杂纤维的质量比为1：（0~0.05）；所述水泥和减水剂的质量比为1：（0.02~0.023）；所述水泥和水的质量比为1：（0.1~3）；所述混杂纤维包括聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、玄武岩纤维和聚酰胺纤维中的一种；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）。本发明以钢渣粉基材料替代部分水泥作为胶凝材料，石英砂作为骨料或以铁尾矿砂替代部分石英砂作为骨料，实现了对冶金固废的资源化高值利用，缓解了冶金固废堆放带来的环境压力，并有效减少了石英砂和水泥的消耗量，降低了对天然矿产资源的依赖和水泥生产过程中产生的二氧化硅，引入钢纤维，在室温及高温条件下能够有效抑制裂纹扩展，提高混凝土的承载能力和结构完整性，进一步引入混杂纤维并控制混杂纤维的种类，在高温作用下发生熔融或软化，可在混凝土内部形成蒸汽释放通道，显著降低孔隙水压力，从而有效减轻高温条件下的爆裂风险；控制各组分的种类和用量，在高固废掺量下仍使得混凝土具有优异的力学强度，同时具有优异的耐高温和耐久性。

1.一种固废基超高性能混凝土，包括如下组分：水泥、钢渣粉基材料、硅灰、石英砂、铁尾矿砂、钢纤维、混杂纤维、减水剂和水；

2.根据权利要求1所述的混凝土，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所述的混凝土，其特征在于，所述钢渣粉基材料的粒径为≥600目。

4.根据权利要求1所述的混凝土，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。

5.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述石英砂的粒度为20~80目。

6.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述铁尾矿砂的粒度为20~80目。

7.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述钢纤维为端钩型钢纤维。

8.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。

9.权利要求1~8任意一项所述固废基超高性能混凝土的制备方法，包括：

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