本发明属于建筑工程材料，涉及纳米材料-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土及其制备方法，具体涉及纳米碳酸钙-碳纳米管-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土及其制备方法。
背景技术：
1、近年来，随着海洋工程建设的迅速发展，伴随而来的海洋新兴产业以及岛礁工程基础设施建设的需求增加，导致珊瑚岛礁工程建设使用的混凝土原材料资源短缺，而珊瑚岛礁中丰富的原材料即是天然粗骨料(珊瑚礁粗骨料、海洋贝壳粗骨料)和细骨料(海砂、珊瑚砂)以及海水，因此解决此问题且不影响珊瑚岛礁生态环境的措施为就地取材使用珊瑚礁、砂骨料代替传统的骨料，为了岛礁工程建设的可持续发展，使用珊瑚骨料和海水作为原材料制备出性能优异的珊瑚混凝土具有重要的工程意义。
2、普通水泥混凝土在外部荷载或者环境因素(温度和腐蚀)作用下会产生一定的变形，抗拉强度低，脆性较为明显。而制备珊瑚混凝土材料所使用的珊瑚骨料存在着孔隙率较高、骨料强度较低、质轻易破碎等显著特征，使得珊瑚混凝土的脆性特征尤为显著，且大部分海洋贝壳粗骨料存在的有机物会显著降低珊瑚混凝土的强度和耐久性。因此控制珊瑚混凝土裂缝开展、增强其韧性是目前提高珊瑚混凝土性能的研究焦点之一。
3、目前有学者采用在混凝土材料内掺加纤维材料来改善其脆性明显、韧性较低的问题，纤维能够较好的分散在水泥基体中，形成的空间结构可以阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，有利于提高混凝土的抗冲击性和韧性。但是纤维增强也有一定的局限性，在岛礁工程中需要更好的抗压强度及抗冲击韧性，单掺入纤维其混凝土内部孔隙无法得到更好的填充，在抗冲击韧性方面还不全面，基体表面的分层现象也较为明显，整体结构不太密实。现有技术中为了解决裂缝开展、增强韧性这一问题，alhozaimy等制备聚丙烯纤维增强混凝土，并研究其抗冲击力学性能，试验结果表明，掺加聚丙烯纤维对混凝土抗压强度与抗折强度影响较小，未明显的提高混凝土的抗压强度。王磊等通过试验分析了剑麻纤维增强混凝土的力学性能影响，试验结果表明，掺加剑麻纤维对混凝土的抗压强度影响很小，可忽略不计。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，特别针对现有混凝土中静态抗压强度、动态抗压强度、抗冲击韧性三者无法同时兼具、强度与韧性无法同时达到较高水平的技术问题，提供一种兼具优异的静态抗压强度、动态抗压强度和抗冲击韧性的纳米材料-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土及其制备方法。
2、为解决上述技术问题，本发明提出如下方案。
3、一种纳米材料-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土，由包括以下质量份的原料制成：硅酸盐水泥580份～620份，粉煤灰460份～500份，超细矿粉100份～140份，珊瑚砂1300份～1340份，海水292份～332份，减水剂1.2份～3.6份，玄武岩纤维5.28份～21.12份，纳米碳酸钙12份～36份，碳纳米管1.2份～4.8份。
4、上述的纳米材料-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土，优选的，所述玄武岩纤维的弹性模量为91gpa～110gpa，公称长度为10mm，密度为2.63g/cm3～2.65g/cm3，单丝直径7μm～15μm，拉伸强度＞2000mpa。
5、上述的纳米材料-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土，优选的，所述纳米碳酸钙比表面积为30±3m2/g，ph值为8.5～10.0，白度为85％～90％，吸油值为30±3。
6、上述的纳米材料-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土，优选的，所述碳纳米管的内径为3nm～5nm，外径为8nm～15nm，长度为5μm～15μm，比表面积≥190m2/g，密度为0.1g/cm3。
7、上述的纳米材料-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土，优选的，所述超细矿粉的粒径为500目～800目；所述海水为人工海水，所述人工海水由nacl、mgcl2·6h2o、na2so4、cacl2、kcl、nahco3、kbr和水组成。
8、作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的纳米材料-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土的制备方法，包括以下步骤：
9、(1)将硅酸盐水泥、粉煤灰和超细矿粉混合并搅拌，得到胶凝材料；
10、(2)将1/3海水与纳米碳酸钙混合并超声分散2min～5min，得到第一溶液，将1/3海水与碳纳米管混合并超声分散2min～5min，得到第二溶液，将1/3海水与减水剂混合并超声分散2min～5min，得到第三溶液，将第一溶液、第二溶液、第三溶液添加到所述胶凝材料中进行搅拌，得到胶凝状浆体；
11、(3)将玄武岩纤维倒入珊瑚砂中搅拌均匀，得到混合物，将混合物加入所述胶凝状浆体中并充分搅拌，得到混凝土材料；
12、(4)将上述混凝土材料浇筑入模，进行振捣、静置后，脱模，养护，得到纳米材料-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土。
13、上述的纳米材料-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述搅拌的时间为3min～5min；步骤(2)中，所述搅拌的时间为3min～5min；步骤(3)中，所述充分搅拌的时间为3min～5min。
14、上述的纳米材料-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土的制备方法，优选的，步骤(4)中，所述振捣的时间为1min～3min，所述静置的时间为24h～48h，所述养护至28d龄期。
15、与现有技术相比，本发明的优点在于：
16、1、由于海洋的复杂环境，需要制备出强度高、韧性好的混凝土进行基础设施建设，本发明的纳米材料-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土中，由珊瑚砂代替碎石和部分海砂，通过掺入粉煤灰、超细矿粉、玄武岩纤维、纳米碳酸钙和碳纳米管，能够有效提高珊瑚混凝土的静态压缩强度、动态压缩强度和抗冲击韧性，玄武岩纤维的掺入可有效减小混凝土的损伤劣化，玄武岩纤维、纳米碳酸钙和碳纳米管的掺入对混凝土动态冲击特性有较好的影响，从微观结构上看，只有当三者充分分散协同，才能具有较好的效果。本发明中，纳米碳酸钙、碳纳米管及玄武岩纤维复掺可以改善混凝土的微观结构，纳米碳酸钙促进水泥水化，同时生成大量c-s-h凝胶和钙矾石，水化产物将玄武岩纤维包裹在一起，在混凝土内部形成致密的三维网状空间结构，从而起到增强混凝土抗压和抗拉强度的作用，在一定范围内阻碍内部缝隙扩大和延伸。掺入纳米碳酸钙以及碳纳米管的混凝土，特别是较长龄期时，其孔隙结构更加细化致密，混凝土强度得到提高，纳米碳酸钙和碳纳米管掺入混凝土中后，良好的填充效果使得混凝土的密实度有所提高，与水化产物结合在一起形成新的水化产物，同时纳米碳酸钙和碳纳米管可以促进水泥水化，改善孔结构，使得混凝土的力学性能有所提高，在相同水胶比下，有助于提升混凝土的工作性能，有助于提高抗压强度。
17、2、本发明的纳米材料-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土的制备过程中，纳米碳酸钙和碳纳米管及玄武岩纤维的均匀分散是确保混凝土质量的重点之一，也是混凝土具备优良特性的基础。为了保证纳米材料及纤维的均匀分散，需要选择合适的掺入方式和顺序。比如，对于纳米碳酸钙和碳纳米管材料，其掺入方式主要有三种：一种是以胶凝材料的方式掺入，将水泥、粉煤灰、矿渣粉等胶凝材料搅拌完成后，加入纳米碳酸钙和碳纳米管混合搅拌，第二种是以溶液的方式进行掺入，将纳米碳酸钙和碳纳米管加入人工海水中，在胶凝材料搅拌完成后，倒入搅拌机中混合，第三种是两者与减水剂混合，将纳米材料和碳纳米管及减水剂混合加入人工海水中进行搅拌，混合均匀。对于玄武岩纤维，其掺入方式包括直接添加法或者纤维后掺法。通过发明人大量试配结果表明，在纳米碳酸钙和碳纳米管采用第三种方法、玄武岩纤维采用纤维后掺法的基础上，将纳米碳酸钙、碳纳米管和减水剂加入海水混合搅拌均匀，不仅可以使混凝土具有更好的分散性和流动性，改变新拌混凝土的性能，而且可以改善混凝土的力学物理性能和微观结构，提高混凝土的强度和耐久性。
1.一种纳米材料-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土，其特征在于，由包括以下质量份的原料制成：硅酸盐水泥580份～620份，粉煤灰460份～500份，超细矿粉100份～140份，珊瑚砂1300份～1340份，海水292份～332份，减水剂1.2份～3.6份，玄武岩纤维5.28份～21.12份，纳米碳酸钙12份～36份，碳纳米管1.2份～4.8份。
2.根据权利要求1所述的纳米材料-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土，其特征在于，所述玄武岩纤维的弹性模量为91gpa～110gpa，公称长度为10mm，密度为2.63g/cm3～2.65g/cm3，单丝直径7μm～15μm，拉伸强度＞2000mpa。
3.根据权利要求1所述的纳米材料-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土，其特征在于，所述纳米碳酸钙比表面积为30±3m2/g，ph值为8.5～10.0，白度为85％～90％，吸油值为30±3。
4.根据权利要求1所述的纳米材料-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土，其特征在于，所述碳纳米管的内径为3nm～5nm，外径为8nm～15nm，长度为5μm～15μm，比表面积≥190m2/g，密度为0.1g/cm3。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的纳米材料-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土，其特征在于，所述超细矿粉的粒径为500目～800目；所述海水为人工海水，所述人工海水由nacl、mgcl2·6h2o、na2so4、cacl2、kcl、nahco3、kbr和水组成。
6.一种如权利要求1～5中任一项所述的纳米材料-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的纳米材料-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述搅拌的时间为3min～5min；步骤(2)中，所述搅拌的时间为3min～5min；步骤(3)中，所述充分搅拌的时间为3min～5min。
8.根据权利要求7所述的纳米材料-玄武岩纤维增强珊瑚混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述振捣的时间为1min～3min，所述静置的时间为24h～48h，所述养护至28d龄期。
