本发明涉及建筑材料，尤其涉及一种基于超微粉的低碳环保高耐久性混凝土及其制备方法。
背景技术：
1、混凝土结构在使用过程中会受到自然环境的影响，如海水、盐雾或干湿循环等不利因素的作用，这会使混凝土结构出现提前失效或破坏的现象，无法达到规定的使用年限，造成巨大的社会经济损失，混凝土结构无法完成预期目标的根本原因是耐久性不足。
2、现有的高耐久性混凝土通常采用较低的水胶比、采用特种水泥、外涂防腐涂料等方法，但均存在缺点；采用较低的水胶比时混凝土耐久性提升有限，采用特种水泥及外涂防腐涂料未能有效利用工业废渣。另外，水泥的生产过程中具有高碳排，单纯采用水泥作为凝胶材料的环保性较差。那么，如何在充分利用固废资源的前提下，获得低碳环保、高耐久性混凝土是行业内亟需解决的问题。
3、抗硫酸盐腐蚀是提高混凝土耐久性的有效办法之一。可以通过向混凝土中添加钡盐提高混凝土的耐久性。发明专利cn 114656184b公开了一种抗硫酸盐侵蚀混凝土外加剂及其制备方法和混凝土，通过碳酸钡和氢氧化钡来提高外加剂对硫酸根离子的吸附效果，使混凝土抗硫酸盐腐蚀性能得到显著提升。发明专利cn 106542762b公开了高效抗硫酸盐侵蚀混凝土添加剂及其制备方法，将氢氧化钡与碳酸钡复合使用，一方面固化混凝土内部的硫酸根离子，另一方面分解钙钒石，阻止硫酸盐侵蚀产物的形成，从而改善混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能。但是，钡盐在混凝土体系中，钡离子一般在水泥颗粒表面便与硫酸根离子结晶生成一层致密的膜，该膜影响水泥水化的进行。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本发明首先提供了一种基于超微粉的低碳环保高耐久性混凝土。
2、所述混凝土组分包括：150-350重量份水泥、450-1100重量份石子、350-800重量份江砂、45-105重量份超微粉、10-25重量份增强助剂、4-10重量份木纤维、2-5重量份减水剂、450-1000重量份水。
3、本技术中，江砂指的是峡谷型河流的沉积物，主要分布在江南水乡、岷山山区、黄河下游等地区，为以圆形和/或椭圆形为主的颗粒。
4、所述减水剂无特别限制，为本领域公知的减水剂即可，例如聚羧酸减水剂。
5、所述超微粉组分包括：20-40重量份的超细矿粉、16-30重量份的超细粉煤灰、20-30重量份硅灰、4-8重量份高钙粉、4-8重量份微珠、2-5重量份助磨剂、2-5重量份激发剂；
6、所述超细矿粉的平均粒径为3-30微米；
7、所述超细粉煤灰的平均粒径为1-20微米；
8、所述硅灰的比表面积为15000-35000m2/kg；
9、所述微珠的平均粒径为5-20微米；
10、所述高钙粉是一种非金属矿物粉末，主要成分为碳酸钙和氧化钙；
11、所述高钙粉的比表面积为400-1000m2/kg。
12、配方中添加超微粉来代替部分水泥，水泥在生产过程中，需要消耗大量的能源，如矿石、黏土等，同时也会排放大量的co2。而超微粉主要采用钢铁厂的钢、生铁的生产过程排放的矿渣、硅粉等工业废渣为原料，用超微粉代替部分水泥，可减少水泥的用量，加大对工业废渣的回收利用更加低碳环保。
13、所述助磨剂为醇胺类物质，优选为二乙醇胺、三乙醇胺、丙醇胺中的至少一种。
14、所述激发剂选自硫酸钠、氢氧化钠、硫酸钾、氢氧化钾、消石灰中的至少一种。
15、本技术中，所述硅灰能够提高木纤维与体系的相容性，进而改善抗腐蚀性能。
16、所述增强助剂组分包括：10-25重量份碳酸钡、2-18重量份(cnh2n+1o)4si、0.5-8份钙盐。
17、所述增强助剂组分还包括：0.05-1重量份分散剂、0.05-1重量份催化剂；
18、优选的，所述增强助剂组分包括：10-25重量份碳酸钡、5-8重量份(cnh2n+1o)4si、2-5份钙盐、0.1-0.5重量份分散剂、0.1-0.5重量份催化剂。
19、其中：(cnh2n+1o)4si中，n为1-4的整数；优选的，(cnh2n+1o)4si选自正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯中的至少一种。
20、所述钙盐优选为醇钙，进一步优选为甲醇钙和/或乙醇钙。
21、所述分散剂选自十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇中的至少一种。
22、所述催化剂为氢氧化钠、氨水中的至少一种。
23、所述碳酸钡掺入量占水泥和超微粉总量的1-8wt％；通过调节碳酸钡的掺入量，使得制备的混凝土力学强度和抗腐蚀性能最优。
24、优选的，碳酸钡掺入量占水泥和超微粉总量的2-4wt％。
25、优选的，所述分散剂占碳酸钡的1-2wt％；
26、优选的，所述催化剂占碳酸钡的1-2wt％。
27、所述碳酸钡和(cnh2n+1o)4si的重量比为1：(0.1-1)。
28、优选的，所述碳酸钡和(cnh2n+1o)4si的重量比为1：(0.2-0.8)。
29、所述(cnh2n+1o)4si和钙盐的摩尔比为1：(0.16-1.6)。
30、优选的，所述(cnh2n+1o)4si和钙盐的摩尔比为1：(0.4-1.3)。
31、本技术人发现(cnh2n+1o)4si加入过多，对碳酸钡的包覆度越高，其表面二氧化硅溶胶出现过度堆积，不利于释放碳酸钡参与体系反应。(cnh2n+1o)4si加入过少，碳酸钡大概率在水泥颗粒表面就发生反应，致密的硫酸钡膜阻止水化反应的进行，且没有多余的硅羟基与体系中的木纤维键合，混凝土体系结构相对松散，抗压强度和耐腐蚀性降低。
32、钙盐掺量过多，(cnh2n+1o)4si全部参与反应，无法再继续接枝木纤维，混凝土结构相对松散，导致产品的抗压强度和抗腐蚀性能相对下降；钙盐用量过少，生成的csh凝胶过少，无法为混凝土提供足够多的异相成核位点，进而影响混凝土体系的早期水化速率和强度。
33、所述增强助剂的制备过程包括以下步骤：先将碳酸钡、分散剂、(cnh2n+1o)4si添加到乙醇中，所述正硅酸乙酯在乙醇中的浓度为0.1-0.5mol/l，800-1300rmp下搅拌30-60min，再向混合溶液中添加钙盐，800-1300rmp下搅拌30-60min后，边搅拌边逐滴滴加0.5mol/l的催化剂，直至反应体系的ph＝9-12，再继续搅拌30-200min，静置0.5-3天即可。
34、所述混凝土制备方法，包括以下步骤：先将水泥、石子、江砂、超微粉、木纤维、减水剂搅拌均匀，再将增强助剂加入水中，搅拌后添加到混凝土体系中，搅拌均匀即可。
35、有益效果：
36、(1)本技术利用钙盐、(cnh2n+1o)4si、碳酸钡进行复配，得到增强助剂，促进水泥水化，并协同改善混凝土的耐久性，其中碳酸钡作为核组分，(cnh2n+1o)4si与钙盐的生成物csh凝胶作为壳组分，构建微包覆结构改善混凝土的抗压强度和耐腐蚀性。
37、(2)通过控制碳酸钡、(cnh2n+1o)4si、钙盐的组分比例调控csh凝胶的生成量以及对碳酸钡的包覆程度。碳酸钡表面的csh凝胶具有活性，能够影响水泥的水化动力学；其表面未参与生成csh凝胶的硅羟基，能够与混凝土体系中木纤维上的羟基脱水缩合生成强化学键，形成csh凝胶-木纤维网状结构，增强界面结合强度，结构更加紧密。csh凝胶的夹带作用和空间位阻作用有益于保持碳酸钡在混凝土体系中的分散稳定性，此外，其在一定程度上能够减缓碳酸钡在混凝土体系中的反应速率，避免碳酸钡在水泥颗粒表面过早形成致密膜，影响水化进程。
38、(3)增强助剂在混凝土中的作用过程：在水泥水化过程中，水泥、超微粉中的ca2+、al3+、oh-等离子大量溶出，与csh凝胶所提供的成核位点发生随机碰撞和聚集，生成c-s-h水化产物。碳酸钡表面部分凝胶层在水化过程中缓慢溶解，ba2+溶出并与体系中的so42-反应生成硫酸钡，以填补c-s-h水化产物在叠堆扩展过程中形成的孔隙，协同csh凝胶-木纤维网状结构改善体系孔隙结构致密性，提高混凝土的抗压强度和长期耐腐蚀性。
1.一种基于超微粉的低碳环保高耐久性混凝土，其特征在于：所述混凝土组分包括：150-350重量份水泥、450-1100重量份石子、350-800重量份江砂、45-105重量份超微粉、10-25重量份增强助剂、4-10重量份木纤维、2-5份重量份减水剂、450-1000重量份水；
2.如权利要求1所述的低碳环保高耐久性混凝土，其特征在于：所述增强助剂组分还包括0.05-1重量份分散剂、0.05-1重量份催化剂；所述分散剂选自十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇中的至少一种，所述催化剂为氢氧化钠、氨水中的至少一种。
3.如权利要求1所述的低碳环保高耐久性混凝土，其特征在于：所述增强助剂组分包括：10-25重量份碳酸钡、5-8重量份(cnh2n+1o)4si、2-5重量份钙盐、0.1-0.5重量份分散剂、0.1-0.5重量份催化剂，其中，n为1-4的整数；优选的，(cnh2n+1o)4si选自正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯中的至少一种，所述钙盐优选为醇钙，进一步优选为甲醇钙和/或乙醇钙。
4.如权利要求1-3任一项所述的低碳环保高耐久性混凝土，其特征在于：所述碳酸钡和(cnh2n+1o)4si的重量比为1：(0.1-1)，优选为1：(0.2-0.8)。
5.如权利要求1-3任一项所述的低碳环保高耐久性混凝土，其特征在于：所述(cnh2n+1o)4si和钙盐的摩尔比为1：(0.16-1.6)，优选为1：(0.4-1.3)。
6.如权利要求1-3任一项所述的低碳环保高耐久性混凝土，其特征在于：所述碳酸钡掺入量占水泥和超微粉总量的1-8wt％，优选为2-4wt％。
7.如权利要求1所述的低碳环保高耐久性混凝土，其特征在于：所述超微粉组分包括：20-40重量份的超细矿粉、16-30重量份的超细粉煤灰、20-30重量份硅灰、4-8重量份高钙粉、4-8重量份微珠、2-5重量份助磨剂、2-5重量份激发剂。
8.如权利要求7所述的低碳环保高耐久性混凝土，其特征在于：所述助磨剂为醇胺类物质，优选为二乙醇胺、三乙醇胺、丙醇胺中的至少一种。
9.如权利要求7所述的低碳环保高耐久性混凝土，其特征在于：所述激发剂选自硫酸钠、氢氧化钠、硫酸钾、氢氧化钾、消石灰中的至少一种。
10.如权利要求1-9任一项所述的低碳环保高耐久性混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：先将水泥、石子、江砂、超微粉、木纤维、减水剂搅拌均匀，再将增强助剂加入水中，搅拌后添加到混凝土体系中，搅拌均匀即可。
