本发明属于混凝土，具体涉及一种抗渗抗冲刷水工混凝土及其制备方法。
背景技术：
1、水工混凝土是长期处于泡水环境下的建筑物所使用的混凝土，由于水工混凝土长期受到水流的冲刷、冰冻、侵蚀等作用，需要具有良好的疏水抗渗、抗冲刷、抗冻裂、抗侵蚀等性能，同时要有优异的耐久性，保证长久的使用年限。
2、水工混凝土的使用环境相比于普通混凝土较为恶劣，为满足水下特殊性能要求，目前水工混凝土的骨料设计较大，最大骨料粒径能够达到150mm，远大于普通建筑混凝土的骨料粒径；且水工建筑物体积一般较大，水工混凝土建筑内部水分难以扩散蒸发，水工混凝土内部会长期处于饱水状态，如果材料成分、比例设计不合理，更加容易发生大裂缝的开裂。因此，就要求水工混凝土材料的发热量低，以免产生温度裂缝、渗水裂缝，就要降低骨料与碱料反应，因为当骨料与碱发生反应时，骨料产生膨胀，硬化水泥虽然能够约束骨料的膨胀，但此时的硬化水泥会受到拉应力，当拉应力超过硬化水泥的抗拉强度时，将发生开裂，粗骨料粒径越大与碱反应膨胀越低，能够约束细骨料和砂浆反应膨胀；但如果发生反应裂缝，则粗骨料粒径越大则裂缝也越大，会加速建筑的损坏；因此通常情况下，硬化水泥的加入量不能大，随之影响混凝土强度、抗渗、抗冲刷性、抗冻裂性降低。各项性能受到互相制衡制约，因此，水工混凝土材料成分的设计非常关键，直接影响着建筑物的质量。另外，如果环境水有侵蚀性，还应该要求水工混凝土具有抵抗侵蚀的能力，如果要同时提高疏水抗渗水、抗冲刷、抗冻裂、抗侵蚀、高强度等性能还是存在技术瓶颈。
技术实现思路
1、针对现有水工混凝土的使用环境恶劣，但各项性能存在互相制衡、制约，难以整体提高疏水抗渗水、抗冲刷、抗冻裂、抗侵蚀、高强度等各项性能问题，影响建筑质量和使用寿命。本发明提供一种抗渗抗冲刷水工混凝土及其制备方法，采用三级粒度的粗骨料、固化造粒水泥骨料、细骨料、沥青焦炭粉、硅灰、水泥、减水剂、抗泌水剂、改性剂、导热剂、乳化剂、引气剂等配合使用，能够很好的提高抗渗水性、抗冲刷性、抗冻裂性和抗侵蚀性，并且膨胀率低、泌水率低，早期抗裂性好，不易产生裂缝，并且具有水工混凝土优异的抗压强度和抗拉强度，很好的提高了综合使用性能。其具体技术方案如下：
2、一种抗渗抗冲刷水工混凝土，水工混凝土由以下质量份数的原料制成：250份～300份一级粗骨料、350份～400份二级粗骨料、450份～500份三级粗骨料、80份～100份固化造粒水泥骨料、500份～550份细骨料、3份～6份沥青焦炭粉、10份～20份硅灰、380份～450份水泥、5份～10份减水剂、15份～25份抗泌水剂、10份～15份改性剂、5份～10份导热剂、10份～15份乳化剂、1份～3份引气剂和170份～210份水；
3、所述固化造粒水泥骨料是由膨胀水泥、水和四氢胡椒碱拌合，凝固，粉碎，干球磨，筛分，制成的粒度范围为3mm～8mm的颗粒料；
4、所述抗泌水剂的成分质量比为，peg/ppg-17/6共聚物:peg-150/癸醇/smdi共聚物=（12～15）:（5～10）；
5、所述改性剂的成分质量比为，四氢胡椒碱:羧甲基壳聚糖:葡萄糖酸钠:氧化镁=（0.01～0.05）:（4～8）:（3～5）:（2～6）；所述氧化镁的中位粒度为1μm～10μm。
6、上述技术方案中，所述一级粗骨料的粒度范围为50mm～80mm，成分质量比为，页岩:玄武岩:花岗岩=（8～10）:（3～5）:（0.5～2）；所述二级粗骨料的粒度范围为18mm～45mm，成分质量比为，玄武岩:页岩:花岗岩=（8～10）:（5～8）:（1～3）；所述三级粗骨料的粒度范围为3mm～15mm，成分质量比为，花岗岩:玄武岩:页岩=（8～10）:（5～8）:（0.5～2）；所述细骨料的粒度范围为0.5mm～2.5mm，成分质量比为，页岩:砾石:玄武岩:花岗岩=（8～10）:（4～6）:（4～6）:（1.5～3）。
7、上述技术方案中，所述固化造粒水泥骨料的制备方法为：按膨胀水泥:水:四氢胡椒碱=1:（0.35～0.45）:（0.005～0.01）的质量比，混配，凝固，制备水泥块，将水泥块进行粉碎，干球磨40min～50min，筛分，得到粒度范围为3mm～8mm的固化造粒水泥骨料。
8、上述技术方案中，所述膨胀水泥的指标为，初凝时间≥45min，终凝时间≤10h，28d限制膨胀率≥0.025%，水养3d不透水性≥1.0mpa/8h，3d抗压强度≥17.0mpa，7d抗压强度≥27.0mpa，28d抗压强度≥42.5mpa，3d抗折强度≥3.5mpa，7d抗折强度≥5.0mpa，28d抗折强度≥7.5mpa。
9、上述技术方案中，所述沥青焦炭粉的成分质量比为，sbs改性沥青粉:延迟石油焦粉=（3～5）:（1～2），所述沥青焦炭粉的中位粒度为0.5μm～3μm；所述硅灰的中位粒度为30μm～100μm；所述水泥为硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥。
10、上述技术方案中，所述减水剂的成分质量比为，聚羧酸减水剂:木质素磺酸钠=（8～10）:（1～1.5）；所述乳化剂为亚油酸钠。
11、上述技术方案中，所述导热剂为废弃石墨电极的粉碎料，中位粒度为30μm～50μm；所述引气剂的成分质量比为，三萜皂苷:松香酸钠=（8～10）:（3～5）。
12、上述一种抗渗抗冲刷水工混凝土的制备方法，包括如下步骤：
13、s1：按质量比，将固化造粒水泥骨料与沥青焦炭粉进行混合，在200℃～250℃进行加热搅拌30min～50min，之后加入改性剂，继续热搅拌60min～90min，冷却后，打散，得到物料a；
14、s2：按质量比，将硅灰与抗泌水剂进行混合，得到物料b；
15、s3：按质量比，先将一级粗骨料、二级粗骨料、三级粗骨料、细骨料、导热剂、减水剂和引气剂进行混合，之后加入水泥、物料b、乳化剂、物料a和水，进行拌合，得到水工混凝土。
16、本发明提供的一种抗渗抗冲刷水工混凝土及其制备方法，与现有技术相比，有益效果为：
17、一、本发明水工混凝土成分包括一级粗骨料、二级粗骨料、三级粗骨料、固化造粒水泥骨料、细骨料、沥青焦炭粉、硅灰、水泥、减水剂、抗泌水剂、改性剂、导热剂、乳化剂、引气剂等；各成分配合使用能够很好的提高抗渗水性、抗冲刷性、抗冻裂性和抗侵蚀性，并且膨胀率低、泌水率低，早期抗裂性好，不易产生裂缝，并且具有水工混凝土优异的抗压强度和抗拉强度，很好的提高了综合使用性能。
18、二、一级粗骨料为50mm～80mm的页岩、玄武岩和花岗岩；二级粗骨料为18mm～45mm的玄武岩、页岩和花岗岩；三级粗骨料为3mm～15mm的花岗岩、玄武岩和页岩；细骨料为0.5mm～2.5mm的页岩、砾石、玄武岩和花岗岩；并设计了各成分的质量比；该粗骨料的配级和成分比例设计能够很好的提高混凝土的抗压强度和抗拉强度，且具有优异的抗裂性。
19、三、固化造粒水泥骨料是由膨胀水泥、水和四氢胡椒碱拌合，凝固制成的粒度范围为3mm～8mm的颗粒料，且在混凝土拌合前采用沥青焦炭粉和改性剂在200℃～250℃进行加热搅拌包覆改性，使固化造粒水泥骨料颗粒表面包覆了一层沥青焦炭粉和一层改性剂。固化造粒水泥骨料相比于直接添加膨胀水泥，能够提高混凝土的强度、抗裂性、抗渗透性、抗冻性、抗冲磨性，尤其是能够很好的降低膨胀，防止膨胀开裂；而经过沥青焦炭粉和改性剂包覆改性后的固化造粒水泥骨料，能够进一步提高固化造粒水泥骨料的强度和降低膨胀，尤其是能够大幅提高混凝土的抗冻性和抗侵蚀性，降低开裂。由于沥青焦炭粉和改性剂能够缓释固化造粒水泥骨料参与反应，同时沥青焦炭粉具有良好的导热作用，降低热膨胀，改性剂中的四氢胡椒碱和水泥成分提前参与反应，适当的提供件料反应的膨胀性，而固化造粒水泥骨料与氧化镁具有抑制膨胀的作用，各成分配合使用能够达到适当的反应膨胀，实现良好的膨胀平衡，不会发生撕裂裂缝。另外，四氢胡椒碱还具有促渗作用，不仅参与水化反应，还能够提高改性剂与沥青焦炭粉结合紧固性。
20、四、沥青焦炭粉和改性剂分层包覆固化造粒水泥骨料，能够大幅提高固化造粒水泥骨料的降低膨胀系数的作用，提高早期抗裂性，其中，改性剂利用沥青焦炭粉的粘结性，包覆在固化造粒水泥骨料表面，沥青焦炭粉和改性剂能够缓释固化造粒水泥骨料参与反应，使固化造粒水泥骨料在后期也能够提供良好的抗拉强度，抗胀裂性；同时沥青焦炭粉具有良好的导热作用，辅助降低反应热膨胀。羧甲基壳聚糖、葡萄糖酸钠与沥青焦炭粉配合使用，能够很好的提高包覆牢固性，使包覆层不易拌合剥落。
21、五、抗泌水剂采用了特殊成分和适合的添加比例，即peg/ppg-17/6共聚物和peg-150/癸醇/smdi共聚物，具有很好的保湿、成膜效果，能够提供优良的抗泌水效果，抗泌水剂也是根据各成分的特性进行选择，能够很好的改善水泥、沥青焦炭粉、硅灰、导热剂、细骨料混配的泌水性。
22、六、导热剂能够提供一定的导热效果，传递反应热能，防止内部过热，热量难以散发，造成大量热膨胀。
23、七、乳化剂能够很好的改善各成分混合的和易性，抗泌水剂具有促进乳化的作用，辅助提高混合的和易性，降低抗压强度偏差率，保证良好的抗压强度。
24、八、另外，改性剂采用固化造粒水泥骨料进行负载，能够很好的提高改性剂混合均质性，进而降低抗压强度偏差率。
25、九、本发明先将硅灰与抗泌水剂进行混合，能够提高硅灰与抗泌水剂的配合度，另外硅灰由抗泌水剂进行分散，能够促进硅灰与其他成分的拌合均质性，提高硅灰的和易性。
26、十、在后续添加物料a，能够最大限度的保护固化造粒水泥骨料的包覆层不剥落。
27、十一、固化造粒水泥骨料与水泥粉配合使用，能够提高水泥的成分比例，不会将水工混凝土的水泥成分局限于低含量水平，使大力粒度的粗骨料粘合性更牢固，更加致密，提高的抗裂、抗渗透、抗腐蚀性。也解决了膨化水泥不易与其他水泥配合使用的技术瓶颈。
1.一种抗渗抗冲刷水工混凝土，其特征在于，水工混凝土由以下质量份数的原料制成：250份～300份一级粗骨料、350份～400份二级粗骨料、450份～500份三级粗骨料、80份～100份固化造粒水泥骨料、500份～550份细骨料、3份～6份沥青焦炭粉、10份～20份硅灰、380份～450份水泥、5份～10份减水剂、15份～25份抗泌水剂、10份～15份改性剂、5份～10份导热剂、10份～15份乳化剂、1份～3份引气剂和170份～210份水；
2.根据权利要求1所述的一种抗渗抗冲刷水工混凝土，其特征在于，所述一级粗骨料的粒度范围为50mm～80mm，成分质量比为，页岩:玄武岩:花岗岩=（8～10）:（3～5）:（0.5～2）；所述二级粗骨料的粒度范围为18mm～45mm，成分质量比为，玄武岩:页岩:花岗岩=（8～10）:（5～8）:（1～3）；所述三级粗骨料的粒度范围为3mm～15mm，成分质量比为，花岗岩:玄武岩:页岩=（8～10）:（5～8）:（0.5～2）；所述细骨料的粒度范围为0.5mm～2.5mm，成分质量比为，页岩:砾石:玄武岩:花岗岩=（8～10）:（4～6）:（4～6）:（1.5～3）。
3.根据权利要求1所述的一种抗渗抗冲刷水工混凝土，其特征在于，所述固化造粒水泥骨料的制备方法为：按膨胀水泥:水:四氢胡椒碱=1:（0.35～0.45）:（0.005～0.01）的质量比，混配，凝固，制备水泥块，将水泥块进行粉碎，干球磨40min～50min，筛分，得到粒度范围为3mm～8mm的固化造粒水泥骨料。
4.根据权利要求3所述的一种抗渗抗冲刷水工混凝土，其特征在于，所述膨胀水泥的指标为，初凝时间≥45min，终凝时间≤10h，28d限制膨胀率≥0.025%，水养3d不透水性≥1.0mpa/8h，3d抗压强度≥17.0mpa，7d抗压强度≥27.0mpa，28d抗压强度≥42.5mpa，3d抗折强度≥3.5mpa，7d抗折强度≥5.0mpa，28d抗折强度≥7.5mpa。
5.根据权利要求1所述的一种抗渗抗冲刷水工混凝土，其特征在于，所述沥青焦炭粉的成分质量比为，sbs改性沥青粉:延迟石油焦粉=（3～5）:（1～2），所述沥青焦炭粉的中位粒度为0.5μm～3μm；所述硅灰的中位粒度为30μm～100μm；所述水泥为硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥。
6.根据权利要求1所述的一种抗渗抗冲刷水工混凝土，其特征在于，所述减水剂的成分质量比为，聚羧酸减水剂:木质素磺酸钠=（8～10）:（1～1.5）；所述乳化剂为亚油酸钠。
7.根据权利要求1所述的一种抗渗抗冲刷水工混凝土，其特征在于，所述导热剂为废弃石墨电极的粉碎料，中位粒度为30μm～50μm；所述引气剂的成分质量比为，三萜皂苷:松香酸钠=（8～10）:（3～5）。
8.权利要求1所述的一种抗渗抗冲刷水工混凝土的制备方法，其特征在于，方法包括如下步骤：
