[0001] 本发明涉及土木工程技术领域，特别涉及一种混凝土材料。

[0002] 在房屋和工程建设中，随着建筑地标高度的不断刷新，建筑地下室底板与外墙的厚度越来越厚，大量的混凝土墙体出现裂缝，尤其以地下室外侧混凝土墙出现裂缝导致渗漏最为严重。为了修补裂缝导致的渗漏问题，施工单位常常以压力注浆等方式弥补，这种措施通常情况下并不能一劳永逸的解决渗漏现象，反而由于压力注浆所使用的材料通常为有机液体，不仅对施工人员身体健康造成不良影响，而且会严重污染了水源及土体。

[0003] 混凝土开裂是世界性的工程建设难题，在全球范围内使用混凝土材料的建设工程仍未能有效控制混凝土开裂的发生，严重影响混凝土工程项目的质量和耐久性。

[0004] 使用混凝土浇筑制成混凝土结构之后，混凝结构会发生开裂。虽然现有技术中可以采用后期修复等手段对混凝土结构的开裂现象进行治理，但是这种处理混凝土结构的开裂现象的方式并未根本解决混凝土开裂的缺陷。

[0038] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0039] 需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各机构之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

[0040] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0041] 另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

[0042] 下面结合一些具体实施方式进一步阐述本发明的发明构思。

[0043] 如图1至图5所示，提出本发明混凝土材料的一实施例。

[0044] 本实施例中，该型混凝土材料，包括如下材料，按照质量百分比计，所述混凝土材料包括：

[0045] 基础料97.6％～98.8％；

[0046] 膨胀剂3％～4.7％；以及，

[0047] 相变微胶囊材料或者矿粉1.2％～10％。

[0048] 在本实施例中，通过往基础料中添加如膨胀剂以及相变微胶囊材料或者在往基础料中添加膨胀剂之后再加入矿粉，以对混凝土材料的水胶比等特性进行改良之后形成的混凝土材料可以有效提升混凝土的温升值，进而也就增大了混凝土的约束应力，有效提升了混凝土结构的抗裂性能，解决了混凝土结构存在开裂的缺陷。

[0049] 当然，需要特别和明确说明的是，在本实施例中，示例的膨胀剂优选为氧化镁膨胀剂。

[0050] 当然，在示例性的实施例中，具体执行时，氧化镁最佳的外掺比例为3～5％，当外掺比例为8％时，混凝土的抗裂能力迅速下降30.2％～35.1％，而此时相对于不外掺氧化镁的混凝土仍有35.2％的提升。

[0051] 掺入粉煤灰后，外部约束框架的能量消耗与全约束模式下不断的复位过程中能量消耗均有提升，掺入比例为30％的混凝土抗裂能力较不掺入粉煤灰的混凝土提升了60.9％。

[0052] 水胶比的不断减小，会一定程度上提高混凝土的抗裂能力，以水胶比为0.42的混凝土作为对照组，0.35水胶比与0.29水胶比的混凝土抗裂能力分别增强了19.6％和144.0％，呈现出先缓慢增强后迅速增强的趋势。

[0053] 为了改善混凝土的开裂敏感性，本发明选择以水灰比，PVA，水胶比，矿粉，相变微胶囊，粉煤灰，氧化镁膨胀剂作为变量，探究以上因素对于混凝土开裂敏感性的影响，研究从约束应力与自由变形出发，深入研究分析，最终得到以下规律：

[0054] 随着混凝土强度的提升，减小膨胀阶段的膨胀变形，增大自收缩值变形，从而导致其收缩阶段的收缩变形增大。自收缩的发展与养护温度紧密相关，随着养护温度的提升，自收缩的发展速率逐渐增加。PVA纤维对自收缩有一定的抑制作用。

[0055] 水灰比的减小会提高混凝土的温升值，增大约束应力，强度的提高可以一定程度上提高混凝土的抗裂性能。轻骨料可以有效降低混凝土的开裂敏感性。

[0056] 掺加矿粉，会延长混凝土水化反应，增大混凝土热膨胀变形值，降低混凝土收缩速度，减缓混凝土变形，对自收缩变形的影响会随着矿粉掺量的增加，先增大再减小。

[0057] 相变微胶囊材料掺量混凝土试件，则通过相变作用在混凝土温升阶段吸收热量，温降阶段释放热量，减小温度变形，同时也会降低混凝土的自收缩变形，从而降低混凝土的总体收缩变形，10％相变材料对混凝土早期变形的影响效果优于掺加10％矿粉材料。

[0058] 利用自由变形模式和全约束模式测得的混凝土早期变形及百分之百约束度下的约束应力试验值，建立了应力松弛系数公式。再结合可靠的自收缩变形、温度变形和弹性模量模型，建立混凝土早期约束应力预测模型，经验证，模型可较好的进行预测。

[0059] 水胶比越小，拉应力松弛效果越显著，拉应力松弛速率越快，有利于延缓拉应力的增长；水胶比对SCC的开裂应力影响不大，而粉煤灰掺量的提高能延缓SCC的开裂时间，尤其对低水胶比SCC的延缓作用更明显。

[0060] 采用早强型水泥会增大混凝土的早期开裂敏感性，采取养护抗裂措施的最佳时机为第二零应力时刻，提出了计算开裂应力下限值的方法，用以监测在温度应力条件下混凝土结构的早期开裂行为。

[0061] 随着氧化镁掺量的不断提升，混凝土的温度膨胀系数、自收缩值与自由变形值、呈现先增加后减小的规律，峰值膨胀应力与开裂应力均逐渐增大，应力松弛水平持续提高，但是当氧化镁的掺量超过5％时，则不会带来明显的应力松弛提升。Tazawa模型最适合进行混凝土自收缩值的预测。林志海弹性模量模型可准确预测温度应力试验下的弹性模量发展历程。

[0062] 整体研究中对部分掺合料对混凝土开裂敏感性的影响已有初步判断，可依据试验数据对混凝土进行抗裂设计与抗裂能力的改善，对于目前没有涉及到的变量也形成了固定的试验逻辑与分析框架，并可依据试验结果，快速对某一种掺合料的抗裂能力改善程度进行判断，形成了一套较为完整的从试验到应用的框架，有助于抗开裂混凝土的配合比设计。

[0063] 需要特别和明确说明的是，在本实施例中，按照质量百分比计，所述基础料包括：水1.9％～5.0％、骨料68.2％～69.9％和水泥24.5％～25.1％。所述膨胀剂为氧化镁膨胀剂；且按质量百分比计，所述膨胀剂的质量百分比为3％～8％。所述相变微胶囊材料为鳞片石墨改性相变微胶囊。

[0064] 更具体地，鳞片石墨改性相变微胶囊的基本组分为：由苯乙烯‑马来酸酐树脂(SMA)组成乳化剂，由正十八烷组成的囊芯材料(RT 28HC)，18μm的鳞片石墨；由二亚乙烯三胺(DETA)及异佛二酮二异氰酸酯(IPDI)组成的复合囊壁。其中，囊壁采用98％异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和99％二亚乙基三胺(DETA)制成。组分本身对混凝土材料没影响，组成相变材料后，才有具体影响，利用相变潜热来吸收水化热，并在快速降温的时候放热，降低温降速率。

[0065] 示例性的，所述混凝土材料的水胶比为A，A≤0.42。所述混凝土材料的水胶比为A1，A1＜A；水胶比大于A1时的混凝土材料的抗裂能力的增强速率大于水胶比小于A1时的混凝土材料的抗裂性能的增强速率。

[0066] 请参阅图1，图1为水胶比0.34的MEA混凝土：具体地，基础料为98.26％～99.34％；膨胀剂为0.66％～1.74％；

[0067] HM‑1、HM‑2和HM‑3为MEA外掺3％、5％和8％的实验编号。HM‑1组在峰值膨胀时产生的最大的膨胀应力为0.18MPa，HM‑2组在峰值膨胀时产生的最大的膨胀应力为0.24MPa，HM‑3组在峰值膨胀时产生的最大的膨胀应力为0.32MPa，HM‑1组的开裂应力为‑1.20MPa，HM‑2组的开裂应力为‑1.28MPa，HM‑3组的开裂应力为‑1.31Ma。其中，MEA混凝土为米亚树脂混凝土。

[0068] 请继续参阅图2，图2为水胶比0.2的相变微胶囊混凝土：具体地，基础料为97.55％～98.26％；相变微胶囊为1.24％～2.45％；

[0069] N20代表水胶比为0.20，P5代表相变微胶囊外掺量为5％，P10为外掺量为10％。试件N20P5在25.65h达到压应力最大值0.73MPa，在105.02h，拉应力从2.84MPa突变为1MPa，混凝土开裂，开裂应力为‑2.84MPa。同时在41.72h和54，75h，试件分别出现两段拉应力突变，从0.51MPa变为0.1MPa，1.15MPa变为0.78MPa，这表示在这两个时刻混凝土内部出现微裂缝，但试件整体还可以进行工作。试件N20P10在19.7h达到压应力最大值0.55MPa，在107.98h，混凝土拉应力从3.29MPa变为0.16MPa，混凝土开裂，开裂应力为‑3.29MPa。

[0070] 请继续参阅图3，图3为水胶比为0.2的掺入矿粉的混凝土：具体地，基础料为98.26％～99.34％；矿粉为2.45％～7.26％；

[0071] N20S10意味着水灰比为0.2，矿粉外掺量为10％，S20为20％，S30为30％。试件N20S10在17.83h达到压应力最大值1.02MPa，在93.80h，拉应力从1.94MPa变为0.2MPa，混凝土开裂，‑1.94MPa为开裂应力。试件N20S20在16.09h达到压应力最大值0.65MPa，在80.35h，拉应力从2.74MPa变为0.8MPa，混凝土开裂，‑2.74MPa为开裂应力。试件N20S30在14.11h达到压应力最大值0.2MPa，在100h，拉应力从2.37MPa变为0.2MPa，混凝土开裂，‑2.37MPa为开裂应力。

[0072] 可选地，所述混凝土材料按质量百分比计，包括：

[0073] 基础料97.6％～98.8％；

[0074] 膨胀剂3％～3.7％；以及，

[0075] 相变微胶囊材料或者矿粉1.2％～10％。

[0076] 可选地，所述混凝土材料按质量百分比计，包括：

[0077] 基础料97.6％～98.8％；

[0078] 膨胀剂3％～4.7％；以及，

[0079] 相变微胶囊材料或者矿粉2.4％～10％。

[0080] 可选地，所述混凝土材料按质量百分比计，包括：

[0081] 基础料97.6％～98.8％；

[0082] 膨胀剂3％～3.7％；以及，

[0083] 相变微胶囊材料或者矿粉2.4％～10％。

[0084] 水泥：为PO42.5普通硅酸盐水泥，各项性能和组成成分如表1所示，均满足国家相关标准。

[0085]

[0086] 经破碎，筛选级配良好的玄武岩，采用两种级配大石(10‑15mm)与小石(5‑10mm)，表2为相关石子参数：

[0087]

[0088] 拌合水。

[0089] 砂子：最大粒径5mm，细度模数为2.4。

[0090] 表3为减水剂的具体性能指标。

[0091]

[0092] 矿粉技术指标如表4所示，符合国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T 18046‑2008。

[0093]

[0094] 混凝土配合比：

[0095] 保持水灰比不变为0.2，此处分别取水泥和水的质量为650kg/m3和130kg/m3，矿粉分别掺入水泥质量的10％、20％和30％。其具体配合比如表5所示：

[0096]

[0097] 混凝土制备：

[0098] 混凝土制备过程中，将材料按照粗骨料、细骨料、水泥和矿粉的顺序加入，然后搅拌3分钟，待材料搅拌均匀后，再将自来水和减水剂缓慢加入，继续搅拌3分钟。

[0099] 相变混凝土的水泥、石子、砂子、拌合水和减水剂其具体成分和性能均与矿粉混凝土相同。

[0100] 相变微胶囊：在囊壁中加入一些石墨粉以增强材料的导热系数。

[0101] 由图可以看出，相变微胶囊材料粒径为50μm‑300μm，在使用过程中，绝大部分相变微胶囊材料囊壁圆润完整，少部分会因部分步骤发生破裂。

[0102] 利用差示扫描量热法(DSC)对相变微胶囊的热力学和动力学参数进行检测。图2为测得的相变微胶囊的DSC曲线，由图可知，相变微胶囊材料的熔化阶段的相变温度为23.6℃，熔化区间为21.8℃‑26.1℃。凝固阶段的相变温度为30.5℃，凝固区间为26.8℃‑32.5℃。潜热值为140.1J/g。

[0103] 混凝土配合比：

[0104] 保持水灰比不变为0.2，此处分别取水泥和水的质量为650kg/m3和130kg/m3，相变微胶囊材料掺入水泥质量的5％和10％。其具体配合比如表6所示。

[0105]

[0106]

[0107] 混凝土制备：

[0108] 混凝土制备过程中，将材料按照粗骨料、细骨料、水泥和相变微胶囊材料的顺序加入，然后搅拌3分钟，待材料搅拌均匀后，再将自来水和减水剂缓慢加入，继续搅拌3分钟。

[0109] 当制备MEA混凝土时选用外掺法，即不将MEA质量计入水胶比的胶凝材料质量中。

[0110] 首先按照JGJ/T283—2012《自密实混凝土应用技术规程》中的绝对体积法，对预期强度的混凝土进行配合比计算，在得到配合比后，根据最终的自密实混凝土(SCC)胶凝材料质量计算外掺MEA质量，一般取不超过SCC胶凝材料质量的8％，得到最终配合比。

[0111] 制备时，先将骨料与胶凝材料均放置于25℃环境中静置24h，以保持各个材料温度一致，不会延迟或提前激发MEA活性。

[0112] 首先将称量好的细骨料、粗骨料、水泥、粉煤灰和MEA倒入强制搅拌机中，盖上盖子，先进行60s预搅拌，干料充分混合后，将水与减水剂均匀加入预拌好的混凝土干料中，再进行3min的正式搅拌，得到最终的MEA混凝土。

[0113] 本发明通过往基础料中添加如膨胀剂以及相变微胶囊材料或者在往基础料中添加膨胀剂之后再加入矿粉，以对混凝土材料的水胶比等特性进行改良之后形成的混凝土材料可以有效提升混凝土的温升值，进而也就增大了混凝土的约束应力，有效提升了混凝土结构的抗裂性能，从根本上解决了混凝土结构存在开裂的缺陷。

[0114] 以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。