本技術(shù)涉及建筑施工材料，尤其涉及一種低碳高性能混凝土及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、工程建設(shè)行業(yè)占全球碳排放比例超過(guò)40％，混凝土作為最廣泛使用的建筑材料，占全球碳排放量的6-10％。在世界各國(guó)都積極“降碳、減碳”的大環(huán)境下，開(kāi)展低碳混凝土的開(kāi)發(fā)與利用具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。水泥是混凝土碳排放的主要來(lái)源，每生產(chǎn)1噸硅酸鹽水泥熟料，排放co2約830kg。因此如何能夠在降低成本的同時(shí)減少碳排放，同時(shí)提升混凝土的力學(xué)性能和抗裂性能，成為亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)目的在于針對(duì)當(dāng)前技術(shù)的不足，提供一種低碳高性能混凝土及其制備方法，本技術(shù)制備的低碳高性能混凝土具有制作簡(jiǎn)單、成本低、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有良好的抗壓強(qiáng)度、坍落度、擴(kuò)展度、凝結(jié)時(shí)間、抗裂性能和耐久性能等，此外，還具有顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，大幅度降低碳排放量，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。

2、第一方面，本技術(shù)提供一種低碳高性能混凝土，采用如下技術(shù)方案：

3、一種低碳高性能混凝土，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，包括以下制備原料：硅酸鹽水泥150-180份、硫鋁酸鹽水泥24-27份、活化煤矸石粉末120-150份、粉煤灰60-80份、砂石600-700份、改性玄武巖纖維60-65份、石灰石粉20-25份、輕燒氧化鎂10-12份、促進(jìn)劑2-3份、改性聚羧酸減水劑7-10份、水180-220份。

4、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，在本技術(shù)的低碳高性能混凝土中，各組份發(fā)揮了獨(dú)特的作用，并且相互之間存在協(xié)同作用，共同提升了混凝土的性能。硅酸鹽水泥提供基本的粘結(jié)和強(qiáng)度，而硫鋁酸鹽水泥則通過(guò)其快速水化反應(yīng)生成鈣礬石和氫氧化鋁，形成骨架，提升早期強(qiáng)度。兩者結(jié)合，既保證了混凝土的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和強(qiáng)度，又實(shí)現(xiàn)了早期高強(qiáng)度的要求。活化煤矸石粉末，經(jīng)過(guò)活化處理，提升了火山灰活性，其內(nèi)部的[sio44-]和[alo2-]基團(tuán)與ca(oh)2反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，增強(qiáng)強(qiáng)度。與硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥的反應(yīng)產(chǎn)物ca(oh)2發(fā)生反應(yīng)，降低其濃度，促進(jìn)水泥進(jìn)一步水化，持續(xù)提升混凝土強(qiáng)度。粉煤灰作為填充材料，改善混凝土的工作性和致密性，同時(shí)參與水化反應(yīng)，貢獻(xiàn)額外的強(qiáng)度。與活化煤矸石粉末共同作用，提高混凝土的整體致密性和抗裂性能。砂石提供混凝土的基本骨架，保證混凝土的體積穩(wěn)定性和耐久性。與其他組分共同作用，確?；炷辆哂辛己玫牧W(xué)性能和耐久性。改性玄武巖纖維，在高溫下提供抗拉應(yīng)力，抵抗熱膨脹，提升混凝土的高溫抗裂性能。與輕燒氧化鎂共同作用，增強(qiáng)混凝土在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性和耐久性。石灰石粉作為微細(xì)填料，改善混凝土的界面過(guò)渡區(qū)，提升抗壓強(qiáng)度和耐久性。與改性聚羧酸減水劑共同作用，優(yōu)化混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，提高抗裂性能。輕燒氧化鎂參與水化反應(yīng)，生成具有膠結(jié)作用的水化產(chǎn)物，提升混凝土的強(qiáng)度和耐久性。與改性玄武巖纖維共同提升混凝土在高溫下的抗裂性能。促進(jìn)劑加速水泥水化反應(yīng)，降低水泥用量，提升混凝土的早期強(qiáng)度和耐久性。與硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥共同作用，實(shí)現(xiàn)混凝土的早期高強(qiáng)度和良好耐久性。改性聚羧酸減水劑提供優(yōu)異的分散性能，改善混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，提升抗壓強(qiáng)度和抗裂性能。與石灰石粉共同優(yōu)化混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，提高整體性能。水作為反應(yīng)介質(zhì)，確保所有組分能夠充分反應(yīng)，形成均勻、致密的混凝土結(jié)構(gòu)。綜上所述，本技術(shù)中的低碳高性能混凝土通過(guò)各組份的單獨(dú)作用及其相互之間的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度、高耐久性、低碳排放和良好工作性的目標(biāo)，為建筑工程提供了一種環(huán)境友好且性能卓越的材料選擇。

5、優(yōu)選的，所述活化煤矸石粉末的制備方法為，先用顎式破碎機(jī)將塊狀的煤矸石粉碎成粒徑為6-10mm的顆粒，將破碎后的煤矸石顆粒放入球磨機(jī)中，采用直徑為20mm的鋼球，球料比為4:1，在100r/min的轉(zhuǎn)速下球磨120min,得到煤矸石粉末，將煤矸石粉末過(guò)150目篩進(jìn)行篩分，得到球磨活化煤矸石粉末；再將球磨活化煤矸石粉末放入750℃的高溫爐中，保溫45min進(jìn)行熱活化，熱活化結(jié)束后，立即將煤矸石粉末從高溫爐中取出，在室溫下自然冷卻至室溫，得到活化煤矸石粉末。

6、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，活化煤矸石粉末的制備方法涉及兩個(gè)主要步驟：機(jī)械活化和熱活化。這兩個(gè)步驟共同作用，提升了煤矸石粉末的火山灰活性，使其在混凝土中發(fā)揮更大的作用。機(jī)械活化：通過(guò)顎式破碎機(jī)將塊狀煤矸石粉碎成粒徑為6-10mm的顆粒，然后使用球磨機(jī)進(jìn)行細(xì)磨，使煤矸石粉末的比表面積增大，粒度分布更加均勻。機(jī)械活化過(guò)程中，煤矸石的晶體結(jié)構(gòu)受到破壞，其內(nèi)部的[sio44-]和[alo2-]基團(tuán)與ca(oh)2反應(yīng)，從而提升其火山灰活性。熱活化：將球磨后的煤矸石粉末放入750℃的高溫爐中保溫45分鐘，通過(guò)高溫處理改變煤矸石的化學(xué)和礦物組成，進(jìn)一步提升其活性。熱活化過(guò)程中，煤矸石中的礦物質(zhì)發(fā)生變化，生成更具反應(yīng)性的組分，這些組分與水泥水化產(chǎn)物反應(yīng)，加速?gòu)?qiáng)度的形成，并隨著煤矸石與ca(oh)2的反應(yīng)，水泥漿體中ca(oh)2的濃度降低，促進(jìn)了硅酸鹽水泥中c3s和c2s的進(jìn)一步水化?；罨喉肥勰┳鳛榛炷恋膿胶土希ㄟ^(guò)提升火山灰活性，與硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥水化產(chǎn)物中的ca(oh)2發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度?；罨喉肥勰┎粌H提升了混凝土的早期和長(zhǎng)期強(qiáng)度，還由于其替代了部分水泥，減少了水泥用量，從而降低了碳排放量，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保效益。同時(shí)，其活性的提升有助于混凝土整個(gè)齡期強(qiáng)度的提升，確保了混凝土的耐久性和長(zhǎng)期性能。綜上所述，活化煤矸石粉末的制備方法通過(guò)機(jī)械活化和熱活化兩個(gè)步驟，有效地提升了煤矸石的火山灰活性，使其在低碳高性能混凝土中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，不僅提升了混凝土的強(qiáng)度和耐久性，還實(shí)現(xiàn)了環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙重提升。

7、優(yōu)選的，所述改性玄武巖纖維的制備方法，包括以下步驟：

8、s31、按照質(zhì)量份數(shù)，將10份玄武巖纖維與7份鋰輝石放入球磨罐中研磨5-6h，然后以4℃/min的速率升溫至260℃，保溫9h，再以5℃/min的速率升溫至460℃保溫8h，最后以6℃/min升溫至670℃保溫2h，隨爐冷卻后，得到混合粉末；

9、s32、按照質(zhì)量份數(shù)，將10份混合粉末與12份高膠粉、12份碳酸鈣粉末、6份相容劑和4份二氧化鈦混合均勻，在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下，加熱到1700℃熔融共混1.6h，然后采用雙螺桿擠出機(jī)在150rpm/min轉(zhuǎn)速下擠出得到粗紗，再將粗紗連接拉絲機(jī)，控制拉絲機(jī)內(nèi)溫度為750℃，拉絲機(jī)速度為300m/min，得到直徑為10-20μm的細(xì)絲，最后通過(guò)切割機(jī)將細(xì)絲切割成長(zhǎng)度為15mm，得到改性玄武巖纖維。

10、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，改性玄武巖纖維的制備方法涉及多個(gè)步驟，包括研磨、熱處理、熔融共混、擠出和拉絲等，這些步驟共同作用，提升了玄武巖纖維的性能，使其在混凝土中發(fā)揮更大的作用。步驟s31：通過(guò)球磨和分段式高溫處理，改善了玄武巖纖維與鋰輝石的混合均勻性，促進(jìn)了兩者間的化學(xué)反應(yīng)，形成新的礦物相。高溫處理有助于提升混合物的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，為后續(xù)的熔融共混和拉絲過(guò)程奠定基礎(chǔ)。步驟s32：通過(guò)熔融共混和擠出拉絲，進(jìn)一步改善了纖維的物理和化學(xué)性能，使其具有更好的耐溫性和力學(xué)性能。高膠粉和碳酸鈣粉末的加入，提升了混合物的粘結(jié)性和可加工性，而相容劑和二氧化鈦的添加則改善了纖維與其他混凝土組分的相容性和分散性。改性玄武巖纖維加入混凝土后，在高溫下產(chǎn)生拉應(yīng)力，抵抗混凝土受熱膨脹，保持體積熱穩(wěn)定性，提升抗裂性能。改性玄武巖纖維與其他組分如硫鋁酸鹽水泥、改性聚羧酸減水劑等共同作用，通過(guò)提升混凝土的早期強(qiáng)度和抗裂性能，實(shí)現(xiàn)了混凝土的高性能和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。綜上所述，改性玄武巖纖維的制備方法通過(guò)一系列的物理和化學(xué)處理，有效地提升了纖維的性能，使其在低碳高性能混凝土中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，不僅提升了混凝土的抗裂性能，還通過(guò)其與其他組分的協(xié)同作用，增強(qiáng)了混凝土的整體性能和耐久性。

11、優(yōu)選的，所述相容劑為馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯，接枝率為1％。

12、優(yōu)選的，所述改性聚羧酸減水劑的制備方法，包括以下步驟：

13、s51、向5kg水中加入18mol丙烯酸和1mol甲基三甲氧基硅烷，攪拌均勻后，得到混合液a；s52、向2kg水中加入0.3mol維生素c和0.8mol?3-巰基丙酸，攪拌均勻后，得到混合液b；s53、向23kg水中加入1mol苯甲酸酐改性甲基烯丙基聚氧乙烯醚和7mol異戊烯醇聚氧乙烯醚并攪拌，然后加入1mol雙氧水，攪拌升溫至47℃后，同時(shí)滴加混合液a和混合液b，3h滴加完畢后，繼續(xù)攪拌反應(yīng)3h，然后加入naoh水溶液調(diào)節(jié)ph值為6.8，即得改性聚羧酸減水劑。

14、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，改性聚羧酸減水劑的制備方法涉及多個(gè)化學(xué)反應(yīng)步驟，這些步驟共同作用，生成了具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的減水劑，從而在混凝土中發(fā)揮關(guān)鍵作用。步驟s51：通過(guò)將丙烯酸和甲基三甲氧基硅烷混合，初步形成了含有有機(jī)硅和羧酸基團(tuán)的混合物，為后續(xù)反應(yīng)奠定了基礎(chǔ)。這一步驟中的混合物能夠提供后續(xù)反應(yīng)所需的官能團(tuán)，確保最終產(chǎn)物具有所需的結(jié)構(gòu)和性能。步驟s52：維生素c和3-巰基丙酸的混合液b，為后續(xù)的聚合反應(yīng)提供了還原劑和鏈轉(zhuǎn)移劑，有助于控制聚合物的分子量和結(jié)構(gòu)。鏈轉(zhuǎn)移劑的加入有助于調(diào)節(jié)聚合物的分子量分布，從而影響減水劑的性能，如分散性和對(duì)水泥粒子的吸附能力。步驟s53：在水相中進(jìn)行自由基共聚反應(yīng)，苯甲酸酐改性的聚醚大單體與丙烯酸和硅烷化合物發(fā)生聚合，形成具有特定結(jié)構(gòu)的聚合物。雙氧水的加入引發(fā)自由基聚合，而溫度的控制則是為了確保反應(yīng)的平穩(wěn)進(jìn)行。此步驟中，各反應(yīng)物的摩爾比和反應(yīng)條件(如溫度、時(shí)間)的精確控制對(duì)于生成具有優(yōu)良性能的減水劑至關(guān)重要。調(diào)節(jié)ph值至6.8是為了確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性和性能。改性聚羧酸減水劑通過(guò)其空間位阻效應(yīng)和分散性能，有效改善了混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，提升了混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗裂性能。與活化煤矸石粉末、硫鋁酸鹽水泥等組分共同作用，改性聚羧酸減水劑不僅提升了混凝土的工作性，還促進(jìn)了混凝土的早期和長(zhǎng)期強(qiáng)度發(fā)展，同時(shí)降低了水泥用量，減少了碳排放。綜上所述，改性聚羧酸減水劑的制備方法通過(guò)精確控制的化學(xué)反應(yīng)，生成了具有優(yōu)異性能的減水劑，其在低碳高性能混凝土中的應(yīng)用，不僅提升了混凝土的綜合性能，還實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益的提升。

15、優(yōu)選的，所述促進(jìn)劑，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，包括以下制備原料：丙烯酸羥基乙酯100份、過(guò)氧化二異丙苯0.2份、雙烯丙醇封端聚氧乙烯醚9份、三異丙醇胺5份、1-氨基-2-甲基-2-丙醇4份、丙酮110份、水100份。

16、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，促進(jìn)劑的制備方法涉及多個(gè)組分的混合和反應(yīng)，這些組分共同作用，形成了具有特定功能的促進(jìn)劑，其在混凝土中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。丙烯酸羥基乙酯：作為聚合單體，提供了聚合物的基本骨架。過(guò)氧化二異丙苯：作為自由基聚合反應(yīng)的引發(fā)劑，促進(jìn)了聚合反應(yīng)的進(jìn)行。雙烯丙醇封端聚氧乙烯醚：作為交聯(lián)劑，參與了聚合反應(yīng)，增加了聚合物的分子量和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而改善了混凝土的抗裂性能和耐久性。三異丙醇胺：作為催化劑，加速了聚合反應(yīng)，同時(shí)可能還參與了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，提高了混凝土的早期強(qiáng)度。1-氨基-2-甲基-2-丙醇：含有氨基，能夠吸附空氣中的二氧化碳，發(fā)生碳化反應(yīng)，提高混凝土的早期強(qiáng)度。丙酮和水：作為溶劑，保證了反應(yīng)的均勻進(jìn)行，同時(shí)便于促進(jìn)劑與其他混凝土組分的混合。雙烯丙醇封端聚氧乙烯醚、三異丙醇胺、1-氨基-2-甲基-2-丙醇之間的協(xié)同作用：這些組分在聚合反應(yīng)中相互作用，形成了具有特定結(jié)構(gòu)和性能的聚合物網(wǎng)絡(luò)。雙烯丙醇封端聚氧乙烯醚作為交聯(lián)劑，與丙烯酸羥基乙酯反應(yīng)，形成了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；三異丙醇胺作為催化劑，加速了這一過(guò)程；而1-氨基-2-甲基-2-丙醇則通過(guò)其氨基的碳化反應(yīng)，提高了混凝土的早期強(qiáng)度。這些組分的共同作用，不僅提升了混凝土的早期強(qiáng)度，還改善了其抗裂性能和耐久性。促進(jìn)劑通過(guò)上述組分的相互作用，有效降低了混凝土中水泥的用量，同時(shí)提升了混凝土材料的強(qiáng)度、抗裂性能及耐久性。這種促進(jìn)劑的加入，使得低碳高性能混凝土在保持良好工作性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了更高的早期強(qiáng)度和更佳的環(huán)境適應(yīng)性，為混凝土的大規(guī)模應(yīng)用提供了有力支持。

17、優(yōu)選的，所述促進(jìn)劑的制備方法為：按照質(zhì)量份數(shù)，將丙烯酸羥基乙酯、過(guò)氧化二異丙苯、雙烯丙醇封端聚氧乙烯醚、三異丙醇胺、1-氨基-2-甲基-2-丙醇、丙酮和水?dāng)嚢?0-40分鐘，得到促進(jìn)劑。

18、優(yōu)選的，所述砂石的粒徑范圍為0.1-1mm，sio2含量大于95％。

19、優(yōu)選的，所述粉煤灰為ⅱ級(jí)粉煤灰，所述硅酸鹽水泥的燒失量為3-3.3％，所述硫鋁酸鹽水泥的燒失量為10-10.50％。

20、第二方面，本技術(shù)提供一種低碳高性能混凝土的制備方法，采用如下的技術(shù)方案：作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本技術(shù)還提供上述一種低碳高性能混凝土的制備方法，包括以下步驟：

21、s101、按照質(zhì)量份數(shù)，將硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、活化煤矸石粉末、粉煤灰、砂石、改性玄武巖纖維、石灰石粉、輕燒氧化鎂、促進(jìn)劑、改性聚羧酸減水劑和水?dāng)嚢杈鶆?，得到低碳高性能混凝土漿料；

22、s102、將低碳高性能混凝土漿料裝模、成型并脫模，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)即制得低碳高性能混凝土。

23、綜上所述，本技術(shù)的有益技術(shù)效果：

24、1.增強(qiáng)的力學(xué)性能：通過(guò)使用改性玄武巖纖維和活化煤矸石粉末，混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗裂性能得到了顯著提升。改性玄武巖纖維在高溫下能夠產(chǎn)生拉應(yīng)力，抵抗混凝土受熱膨脹的現(xiàn)象，從而保持混凝土體積的熱穩(wěn)定性。同時(shí)，活化煤矸石粉末的使用不僅提高了混凝土的強(qiáng)度，還因其火山灰活性而降低了水泥用量，進(jìn)一步減少了碳排放。

25、2.改善的工作性：改性聚羧酸減水劑的加入，使得混凝土具有更好的坍落度、擴(kuò)展度和凝結(jié)時(shí)間，這有助于提高混凝土的可塑性和工作性，使其更適合于復(fù)雜形狀和密集鋼筋結(jié)構(gòu)的施工。

26、3.提高的耐久性：硫鋁酸鹽水泥的加入，通過(guò)其高溫固相燒結(jié)后的產(chǎn)物，如無(wú)水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣，遇水后快速生成鈣礬石和氫氧化鋁，形成致密的水泥石骨架，提高了混凝土的早期強(qiáng)度和耐久性。

27、4.環(huán)保效益：本技術(shù)混凝土通過(guò)減少水泥用量、利用工業(yè)廢棄物如煤矸石粉末和粉煤灰，以及使用環(huán)保型促進(jìn)劑和減水劑，大幅度降低了碳排放量，符合當(dāng)前對(duì)建筑材料環(huán)保性的高要求。

28、5.經(jīng)濟(jì)效益：低成本原料的使用和簡(jiǎn)單的生產(chǎn)工藝，使得這種低碳高性能混凝土具有較高的性價(jià)比，適合于大規(guī)模推廣應(yīng)用，特別是在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和民用建筑領(lǐng)域。