本發(fā)明涉及建筑材料，具體涉及一種低蒸養(yǎng)能耗輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的專(zhuān)用骨料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、混凝土作為世界上用量最大的建筑材料，憑借自身優(yōu)良的抗壓強(qiáng)度和工作性能，已廣泛應(yīng)用于建筑工程和基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域中。然而，由于混凝土由各種組分組成，在拌制過(guò)程中，其內(nèi)部會(huì)不可避免地形成大量的初始缺陷，如粗骨料與水泥漿體間的界面過(guò)渡區(qū)，造成特殊環(huán)境下耐久性能降低。

2、超高性能混凝土（ultra-high?performance?concrete,?uhpc）基于顆粒緊密堆積理論，常采用硅灰、粉煤灰等活性粉末填充水泥石間的孔隙，提高內(nèi)部密實(shí)程度，使其力學(xué)性能和耐久性能得到大幅提升，具有高強(qiáng)、高韌性、高耐久性等特點(diǎn)，可適用于各類(lèi)嚴(yán)苛環(huán)境中。然而，uhpc自身存在自重較大、收縮大等一定缺陷。為此，uhpc常采用蒸汽或蒸壓養(yǎng)護(hù)以減小收縮徐變，并充分發(fā)揮其內(nèi)部輔助性膠凝材料的活性，增強(qiáng)其耐久性。但與此同時(shí)產(chǎn)生了另一個(gè)值得注意的問(wèn)題，即養(yǎng)護(hù)能耗和生產(chǎn)成本的大幅提高，不利于uhpc在實(shí)際工程中的推廣應(yīng)用。

3、因此，本發(fā)明專(zhuān)利提出了一種低蒸養(yǎng)能耗輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的專(zhuān)用骨料及其制備方法，通過(guò)將氮化硼材料摻入陶粒之中，破碎磨細(xì)后對(duì)uhpc內(nèi)的天然細(xì)骨料進(jìn)行部分取代，利用其高導(dǎo)熱性吸收uhpc在蒸汽養(yǎng)護(hù)期間所浪費(fèi)的殘余熱量，并通過(guò)陶粒將熱量?jī)?chǔ)存，可有效避免養(yǎng)護(hù)期間內(nèi)因施工人員操作不當(dāng)而導(dǎo)致的uhpc內(nèi)部熱量不均勻現(xiàn)象，減少養(yǎng)護(hù)能源的浪費(fèi)，并降低uhpc發(fā)生干燥收縮的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)陶?？善鸬阶责B(yǎng)護(hù)效果，增強(qiáng)uhpc長(zhǎng)期力學(xué)性能和耐久性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種低蒸養(yǎng)能耗輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的專(zhuān)用骨料及其制備方法，通過(guò)將氮化硼材料摻入陶粒之中，破碎磨細(xì)后對(duì)uhpc內(nèi)的天然細(xì)骨料進(jìn)行部分取代，利用其高導(dǎo)熱性吸收uhpc在蒸汽養(yǎng)護(hù)期間所浪費(fèi)的殘余熱量，并通過(guò)陶粒將熱量?jī)?chǔ)存，能夠有效避免養(yǎng)護(hù)期間內(nèi)因施工人員操作不當(dāng)而導(dǎo)致的uhpc內(nèi)部熱量不均勻現(xiàn)象，減少養(yǎng)護(hù)能源的浪費(fèi)，并降低uhpc發(fā)生干燥收縮的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)陶粒可起到自養(yǎng)護(hù)效果，增強(qiáng)uhpc長(zhǎng)期力學(xué)性能和耐久性能。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種低蒸養(yǎng)能耗輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的專(zhuān)用骨料，所述骨料為氮化硼輕骨料，所述氮化硼輕骨料的原料包括：頁(yè)巖、粉煤灰、氮化硼；所述頁(yè)巖、粉煤灰的質(zhì)量比為（85~92）：（8~15）；所述氮化硼的用量為頁(yè)巖和粉煤灰質(zhì)量總和的3%~20%。

4、優(yōu)選地，所述氮化硼輕骨料的技術(shù)指標(biāo)為：表觀密度≤1600?kg/m3；堆積密度700~800?kg/m3；細(xì)度模數(shù)2.3~4.0；筒壓強(qiáng)度≥8?mpa；飽和吸水率（1?h）≤10%?。

5、優(yōu)選地，所述氮化硼為六方氮化硼、立方氮化硼或纖鋅礦氮化硼的一種或幾種的混合，所述氮化硼的粒徑為5~50?μm，純度≥99%，表觀密度為2300~3450?kg/m3。

6、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述六方氮化硼由以下三種方法之一制備得到：硼砂與氯化銨反應(yīng)、硼酐-磷酸三鈣球粒與氨氣反應(yīng)、硼砂與尿素反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后需進(jìn)行提純處理；所述立方氮化硼或纖鋅礦氮化硼為六方氮化硼在高溫高壓下制備得到。

7、第二方面，本發(fā)明提供所述低蒸養(yǎng)能耗輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的專(zhuān)用骨料的制備方法，包括以下步驟：

8、（1）將頁(yè)巖進(jìn)行破碎、磨細(xì)處理，得到直徑小于0.074?mm的粉狀頁(yè)巖；對(duì)氮化硼進(jìn)行篩分，得到粒徑范圍為5~20?μm的粉末；

9、（2）將粉狀頁(yè)巖和粉煤灰混合均勻，后加入氮化硼粉末混合均勻，得到陶粒生料；

10、（3）將陶粒生料置于容器內(nèi)，加入無(wú)機(jī)造孔劑、適量的水混合均勻，陳化30~60min；

11、（4）將陳化后的陶粒生料造粒成球，燒結(jié)，得到粒徑范圍為5~10?mm的氮化硼陶粒；

12、（5）對(duì)氮化硼陶粒進(jìn)行球磨、篩分，得到粒徑范圍為0.075~4.75?mm的氮化硼輕骨料。

13、優(yōu)選地，所述燒結(jié)的具體操作如下：將陶粒生料置于烘箱內(nèi)，控制溫度為105±5℃，干燥處理30~40?min；將陶粒生料顆粒置于高溫爐內(nèi)，調(diào)節(jié)溫度至400~500?℃，預(yù)熱20~30?min；調(diào)節(jié)溫度至1100~1200?℃，燒結(jié)10~20?min，而后保溫15~20?min；以速率≤3?℃/min將溫度降至室溫，得到氮化硼陶粒。

14、優(yōu)選地，所述頁(yè)巖中sio2的含量為40%~70%，al2o3的含量為11%~25%。

15、優(yōu)選地，所述球磨所用的球磨機(jī)為圓錐球磨機(jī)、超細(xì)層壓磨機(jī)或節(jié)能球磨機(jī)中的一種。

16、優(yōu)選地，所述粉煤灰為燃煤電廠回收的f類(lèi)ii級(jí)粉煤灰，其顆粒粒徑≤0.9?mm。

17、優(yōu)選地，所述篩分所用的氣流篩分儀可產(chǎn)生的氣流量為30~120?m3/h，轉(zhuǎn)速為5~30rpm，同時(shí)可自動(dòng)清理篩網(wǎng)。

18、優(yōu)選地，所述水為城市生活用自來(lái)水。

19、優(yōu)選地，所述的無(wú)機(jī)造孔劑為炭粉、碳酸鈣或碳酸鎂中的一種或幾種的混合。

20、優(yōu)選地，所述無(wú)機(jī)造孔劑的用量為陶粒生料質(zhì)量的6%~8%。

21、優(yōu)選地，所述陳化后陶粒生料的含水率為10%~15%。

22、優(yōu)選地，所述容器為鐵制圓柱形容器，容器壁厚10~20?mm。

23、優(yōu)選地，所述造粒成球所用的造粒機(jī)為雙模擠出造粒機(jī)、鍋式造粒機(jī)或旋轉(zhuǎn)式造粒機(jī)中的一種。

24、第三方面，本發(fā)明提供一種低蒸養(yǎng)能耗的輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土，原料按重量份數(shù)計(jì)包括：水泥650~800份、粉煤灰150~200份、硅灰150~200份、氮化硼輕骨料200~480份、砂0~400份、鋼纖維156~195份、水150~250份、外加劑20~30份。

25、第四方面，本發(fā)明提供所述低蒸養(yǎng)能耗的輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的制備方法，包括以下步驟：

26、s1、將氮化硼輕骨料進(jìn)行預(yù)濕處理1~2?h；

27、s2、將水泥、砂、粉煤灰和硅灰依次加入混凝土攪拌機(jī)中，混合均勻；

28、s3、將氮化硼輕骨料加入混凝土攪拌機(jī)中，混合均勻；

29、s4、將外加劑摻入水中，混合均勻后倒入混凝土攪拌機(jī)中，混合均勻，再少量多次加入鋼纖維，直至完全混合均勻，得到混合料；

30、s5、將混合料倒入模具內(nèi)，待振搗、成型后，進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)20~30?h，然后轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28~56?d，拆模，得到輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土。

31、優(yōu)選地，所述水泥為p·o?52.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，比表面積≥375?m2/kg。

32、優(yōu)選地，所述硅灰為90級(jí)硅灰，粒徑≤0.2?μm，sio2的含量≥90%，燒失量≤3.0%，比表面積≥20000?m2/kg。

33、優(yōu)選地，所述粉煤灰為f類(lèi)i級(jí)粉煤灰微珠，其顆粒粒徑≤0.9?mm，比表面積≥1300m2/kg，球體密度≤2300?kg/m3，需水量比≤95%。

34、優(yōu)選地，所述砂為石英砂，細(xì)度模數(shù)為1.6~2.2，表觀密度約為2550~2650?kg/m3。

35、優(yōu)選地，所述鋼纖維為平直型鍍銅微絲鋼纖維，長(zhǎng)度為10~13?mm，直徑為0.2~0.3mm，表觀密度為7800~7850?kg/m3，彈性模量為200~220?gpa，抗拉強(qiáng)度≥2500?mpa。

36、優(yōu)選地，所述外加劑為聚羧酸高效減水劑，固含量為40%~50%，減水率≥30%。

37、優(yōu)選地，所述水為城市生活用自來(lái)水。

38、優(yōu)選地，所述蒸汽養(yǎng)護(hù)的溫度為85~90?℃，相對(duì)濕度≥95%，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用帆布覆蓋養(yǎng)護(hù)或于立式養(yǎng)護(hù)倉(cāng)養(yǎng)護(hù)；所述帆布導(dǎo)熱系數(shù)≤0.23w/(m·k)，所述立式養(yǎng)護(hù)倉(cāng)采用鋼-聚氨酯材料，其導(dǎo)熱系數(shù)≤0.024w/(m·k)。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益之處在于：

40、（1）將本發(fā)明提供的氮化硼輕骨料用于制備輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土后，可通過(guò)氮化硼的高導(dǎo)熱性，吸收輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土在蒸汽養(yǎng)護(hù)期間因施工人員操作不當(dāng)而導(dǎo)致逃逸的殘余熱量，并通過(guò)骨料外層陶粒的高保溫性將殘余熱量進(jìn)行有效儲(chǔ)存；大量的氮化硼輕骨料在輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土內(nèi)部均勻分布，形成致密的溫度儲(chǔ)存網(wǎng)，可明顯降低輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)熱量損失，提高蒸汽養(yǎng)護(hù)能耗比，有效減少輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)成本并改善輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土干燥收縮現(xiàn)象，從而達(dá)到提高混凝土生產(chǎn)效益的目的。

41、（2）本發(fā)明提供的氮化硼輕骨料具有良好的多孔性，將其先進(jìn)行預(yù)濕處理后用于輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土中，可在蒸汽難以抵達(dá)的區(qū)域，為水泥水化反應(yīng)提供水分，確保早期內(nèi)部濕度的平衡與穩(wěn)定，使輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土內(nèi)部各處的水化反應(yīng)保持協(xié)同，有效改善輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)分布；此外，在輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土蒸汽養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，氮化硼輕骨料能持續(xù)緩慢地釋放水分，與還未水化的水泥顆粒發(fā)生反應(yīng)，促進(jìn)后期輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)。

42、（3）本發(fā)明提供的氮化硼輕骨料密度較低，同時(shí)強(qiáng)度較高，將其用于制備混凝土，制備所得的輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土能在保證強(qiáng)度不發(fā)生損失的前提下，明顯降低其自重，提高輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，具有明顯的工程意義。

43、（4）本發(fā)明將氮化硼輕骨料按比例對(duì)輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土中的細(xì)骨料進(jìn)行部分替換，可降低開(kāi)采天然細(xì)骨料所需的工程成本，同時(shí)減少對(duì)自然資源的消耗，具有顯著的環(huán)保意義。