本發(fā)明涉及一種采用城市生活垃圾發(fā)電廠爐渣等工業(yè)廢渣取代水泥熟料、外摻納米組分增強超高性能水泥基復合材料及其制備方法，屬于建筑材料領域或基礎工程建設領域。

背景技術：

超高性能水泥基復合材料以其優(yōu)異的靜態(tài)力學性能、動態(tài)力學性能、阻裂效應的特殊優(yōu)勢以及優(yōu)異的耐久性能而廣泛用于土木、建筑、水利、交通、隧道、市政、國防防護等各個領域。目前，國外制備的超高性能水泥基復合材料多采用價格昂貴的超細粉體材料、價格高的微細金屬纖維，制備技術采用的是蒸壓或熱水養(yǎng)護工藝，能耗大且在現(xiàn)場澆注很難施行，從而使得該材料的性價比低，制約了該材料在工程中的推廣應用。

納米材料與常規(guī)材料的區(qū)別不僅在于尺度的不同，最重要的是在于物理化學能的變化，納米材料因具有粒徑小、比表面積大、表面能高以及表面原子所占比例大等特點，而水泥硬化漿體中的水化硅酸鈣凝膠具有納米結構，水泥硬化漿體70％為納米尺度的水化硅酸鈣凝膠顆粒，此外，還有納米尺寸的孤立孔、毛細孔，納米材料可以填充水泥漿體的孔隙，因此納米材料在水泥基材料中的應用具有良好的基礎。納米SiO₂是一種無定形物質，具有巨大的比表面積和極強的火山灰活性、微集料填充效應和晶核作用，摻入水泥材料中后，可以與水泥水化產物中的Ca(OH)₂進行二次水化反應，生成C-S-H凝膠，減少氫氧化鈣的含量，因此可以增加混凝土的強度，納米CaCO₃具有很大的價格優(yōu)勢，其顆粒微小發(fā)揮了較高的物理填充效應。鑒于其微粒性和高活性，完全可以將納米材料摻入到混凝土中。

因此，在目前提倡綠色環(huán)保、節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的國際大環(huán)境下，如何充分發(fā)揮納米組分的增強效應，研制并生產出性價比高、低能耗、綠色環(huán)保的超高性能水泥基復合材料，具有顯著的創(chuàng)新意義、現(xiàn)實意義和巨大的實際應用價值。

技術實現(xiàn)要素：

技術問題：本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術中存在的不足和缺陷，有效和高效利用工業(yè)廢渣，充分發(fā)揮納米SiO₂和CaCO₃的火山灰活性、微集料填充效應和晶核作用，并采用微波促凝技術，節(jié)省養(yǎng)護時間和成本，提供一種生態(tài)環(huán)保、力學性能優(yōu)異的生態(tài)環(huán)保型納米水泥基復合材料，并為納米材料在土木工程材料領域的利用開拓方向。

技術方案：本發(fā)明的生態(tài)環(huán)保型納米水泥基復合材料，是由八大組分組成，其原材料配合比為：

其中：

水泥：水泥是強度等級52.5的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

工業(yè)廢渣：是由超細粉煤灰、磨細礦粉、硅灰及城市生活垃圾發(fā)電廠爐渣中三種或四種組成的膠凝材料體系。其中，超細粉煤灰要求需水量比≤95％，燒失量≤5％，比表面積≥400m²/kg；磨細礦粉要求比表面積≥400m²/kg；硅灰要求SiO₂含量≥90％，比表面積≥20000m²/kg；城市生活垃圾發(fā)電廠爐渣要求比表面積≥400m²/kg。

納米SiO₂：平均粒徑為15-25nm，表面多孔型，SiO₂含量大于99％。

納米CaCO₃：平均粒徑為20-40nm，CaCO₃含量大于98％。

高效外加劑：減水率≥40％的聚羧酸外加劑，固含量≥35％。

促凝劑A：含Al、Si、Ca、Fe等氧化物的粉體促凝外加劑。

普通河砂：要求最大粒徑5mm，連續(xù)級配。

超細鍍銅鋼纖維：國產超細平直型鍍銅鋼纖維或超細異型鋼纖維，直徑d≤0.17mm、長度1≤13mm。

有益效果：本發(fā)明利用我國資源豐富的工業(yè)廢渣(粉煤灰、礦渣、硅灰、城市生活垃圾發(fā)電廠爐渣)大摻量取代水泥熟料，同時外摻納米組分(納米SiO₂、CaCO₃)，實現(xiàn)納米材料的均勻分散，充分發(fā)揮了納米組分的火山灰活性、微集料填充效應和晶核作用，另外使用減水率40％以上的高效外加劑及國產的超細鍍銅鋼纖維，通過礦物摻和料、納米組分、化學外加劑、鋼纖維及其多元復合技術的有效和高效利用，大大促進了水泥基復合材料組成與結構的優(yōu)化，使得復合材料結構更加致密，在簡單成型工藝及微波促凝養(yǎng)護技術條件下，成功制備出了抗壓強度在100MPa～200MPa，抗折強度20MPa～50MPa的生態(tài)型納米超高性能水泥基復合材料。

本發(fā)明與同類技術相比具有性價比高、制備工藝簡單、生態(tài)環(huán)保等優(yōu)點，由于納米組分與工業(yè)廢渣的復合疊加作用及早期微波促凝養(yǎng)護條件，可使得水泥基復合材料力學性能在早期和后期都有提升，并且有效的改善了水泥基復合材料力學性能和耐久性能。

具體實施方式

本發(fā)明提出的生態(tài)型納米超高性能水泥基復合材料的制備方法，具體步驟

如下：

1)按按配方比例稱取所需的水泥、工業(yè)廢渣、納米材料、促凝劑A、普通河砂、鋼纖維，干攪拌3-5分鐘，使其混合均勻；

2)按配方比例稱取高效外加劑和水，將其在容器中混合均勻；

3)將減水劑緩慢大加入到混合均勻的干料中，在攪拌機中攪拌5-8分鐘，使其攪拌成流動性好的漿體；

4)將漿體澆入模具，進行振動成型并適當加以振搗；

5)微波養(yǎng)護(微波功率20-40kW，微波養(yǎng)護溫度40-60℃)0.5-2min，自然冷卻1小時后拆模，將試件進行自然養(yǎng)護。

具體涉及納米增強組分在制備環(huán)保、高性能水泥基復合材料方面的應用，為納米材料在混凝土領域內的應用開辟了方向，尤其采用了微波促凝技術，縮短了混凝土制品的養(yǎng)護周期并節(jié)約了成本，特別適合于預制構件，其制備的超高性能水泥基復合材料主要用于建筑工程、鐵路、公路、橋梁、隧道、有特殊要求的薄壁結構等土木工程材料領域。

生態(tài)環(huán)保、強度高、韌性好、阻裂能力強的超高性能水泥基復合材料是由水泥、工業(yè)廢渣、高效外加劑、促凝劑A普通河砂、超細鍍銅鋼纖維和水按一定比例混合均勻而成，根據應用需要，通過調整配方，可愿意獲得所需要的性能。

結合本發(fā)明內容提供以下實施例：

以下按重量百分比計：

實施例1：

其中，工業(yè)廢渣是由20％的硅灰和40％的粉煤灰和40％的城市生活垃圾發(fā)電廠爐渣組成，拌合水量為水泥與工業(yè)廢渣總質量的17％，采用微波養(yǎng)護30秒后自然養(yǎng)護。上述組分按前述工藝制備得到的高性能水泥基復合材料，測得其力學性能如下：

抗壓強度(90d)145.3MPa，抗折強度(90d)24.4MPa。

以下按重量百分比計：

實施例2：

其中，工業(yè)廢渣是由33.3％的硅灰和33.3％的粉煤灰和33.3％的城市生活垃圾發(fā)電廠爐渣組成，拌合水量為水泥與工業(yè)廢渣總質量的18％，采用微波養(yǎng)護60秒后自然養(yǎng)護。上述組分按前述工藝制備得到的高性能水泥基復合材料，測得其力學性能如下：

抗壓強度(90d)182.8，抗折強度(90d)41.7MPa。

以下按重量百分比計：

實施例3：

其中，工業(yè)廢渣是由40％的硅灰和30％的粉煤灰和30％的城市生活垃圾發(fā)電廠爐渣組成，拌合水量為水泥與工業(yè)廢渣總質量的19％，采用微波養(yǎng)護60秒后自然養(yǎng)護。上述組分按前述工藝制備得到的高性能水泥基復合材料，測得其力學性能如下：

抗壓強度(90d)192.4，抗折強度(90d)44.6MPa。

以下按重量百分比計：

實施例4：

其中，工業(yè)廢渣是由30％的硅灰、30％的粉煤灰、20％的礦粉和20％的城市生活垃圾發(fā)電廠爐渣組成，拌合水量為水泥與工業(yè)廢渣總質量的18％，采用微波養(yǎng)護90秒后自然養(yǎng)護。上述組分按前述工藝制備得到的高性能水泥基復合材料，測得其力學性能如下：

抗壓強度(90d)238.2MPa，抗著強度56.8MPa。

以下按重量百分比計：

實施例5：

其中，工業(yè)廢渣是由20％的硅灰、30％的粉煤灰和30％的礦粉和20％的城市生活垃圾發(fā)電廠爐渣組成，拌合水量為水泥與工業(yè)廢渣總質量的18％，采用微波養(yǎng)護90秒后自然養(yǎng)護。上述組分按前述工藝制備得到的高性能水泥基復合材料，測得其力學性能如下：

抗壓強度(90d)225.4MPa，抗著強度52.7MPa。