本發明涉及混凝土的生產技術領域，特別是一種抗沖擊性的混凝土。
背景技術：
現有技術中混凝土的制備只是通過將水泥、沙子、石子、水和減水劑混合制備而成，這樣的混凝土的優點是抗壓強度高、取材容易、易成型、價格低廉、可與鋼材結合制成各種承重構件，但是有時混凝土在澆筑后早期硬化階段，因泌水和水分散失而引起塑性收縮和裂紋；致使混凝土的抗拉強度低、脆性大、韌性差，從而降低混凝土結構的承載能力，縮短使用壽命，成為各種災難事故的隱患。特別是其抗沖擊性能差，在沖擊荷載作用下易于脆性斷裂和脫落。因此，對于沖擊荷載較大的橋梁、道路、堤壩等結構，設計出一種具有優異的抗沖擊性能的高性能的混凝土是本領域急需解決的問題。
室內試驗和工程實踐證明，在混凝土中加入較低摻量水平的纖維,即可減少或防止混凝土在澆筑后早期硬化階段，因泌水和水分散失而引起塑性收縮和微裂紋；也可以減少和防止混凝土硬化后期產生干縮裂縫及溫度變化引起的微裂紋，從而改善混凝土的防滲、抗凍、抗沖磨等性能。同時由于纖維分布于混凝土中，使混凝土結構的變形能力、初裂后殘余強度、韌性都有一定提高。
但是纖維不易溶于水，而且密度較小，因此在與混凝土混合過程中，纖維容易上浮而造成在混凝土中的分散不均勻，造成制備的混凝土每部分的韌性和抗沖擊性能分布不均勻，進而影響混凝土整體性能。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種韌性大，不易裂縫，具有優異的抗沖擊性能且抗沖擊性能分布均勻的混凝土。
為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：
一種抗沖擊性的混凝土，以質量份數計，包括以下的原料制備而成：水泥180-270份；礦粉85-115份；粉煤灰80-110份；砂720-936份；碎石780-1080份；水165-195份；外加劑6.5-9.5份；碳纖維復合材料20-35份。
通過采用上述技術方案，砂和碎石在混凝土為骨料，起到骨架作用，礦粉作為混凝土摻合料，加入到混凝土中可改善混凝土流動度，降低水泥水化熱，提高混凝土抗滲和抗腐蝕能力和強度，礦粉可以代替水泥使用，進而減小混凝土的成本；另外向在混凝土中加入摻量一定的碳纖維復合材料，由于碳纖維具高彈性模量，可減少或防止混凝土在澆筑后早期硬化階段,因泌水和水分散失而引起塑性收縮和微裂紋，同時增強了混凝土的韌性,進而增強了混凝土的抗沖擊能力；加入粉煤灰能降低混凝土的水化熱，減少混凝土的混凝土的泌水和離析、提高耐久性。
較佳的，碳纖維復合材料是由碳纖維與三羥甲基氧化磷接枝復合而成。
通過上述技術方案，碳纖維具有高強度、高彈性模量、耐高溫、耐磨、耐腐蝕和抗疲勞等多種優異性能。在混凝土中摻雜少量的碳纖維，即可減少或防止混凝土在澆筑后早期硬化階段，因泌水和水分散失而引起塑性收縮和微裂紋；也可以減少和防止混凝土硬化后期產生干縮裂縫及溫度變化引起的微裂紋，從而改善混凝土的防滲、抗凍、抗沖磨等性能，另外，提高了混凝土結構的變形能力和韌性，進而增強混凝土的抗沖擊；另外碳纖維不溶于水，在水泥漿的分散性不好，且易團聚，使碳纖維在混凝土的韌性和抗沖擊性分布不均勻；三羥甲基氧化磷易溶于水，可以在水泥漿中均勻分散；并且一個三羥甲基氧化磷中含有三個羥基，多個碳纖維可以與三羥甲基氧化磷接枝，形成類似網狀的結構，使碳纖維在混凝土中分布的更加均勻和緊湊，進一步增強了混凝土的抗沖擊性能并且使得混凝土的抗沖擊性分布均勻，另外三羥甲基氧化磷熱穩定性好、耐水解、無毒、阻燃性能好，也是一種新型環保的阻燃劑，所以加入三羥甲基氧化磷也進一步提高了混凝土的熱穩定性和阻燃的性能。
較佳的，還包括碳纖維的長度的10-15mm。
通過上述技術方案，碳纖維是纖維狀的碳材料，是由有機纖維原絲在1000以上的高溫下碳化形成，在水溶液中易團聚，選擇適宜的碳纖維長度即可以減少碳纖維的團聚程度，同時又不影響碳纖維增強混凝土中的抗沖擊性能。
較佳的，還包括礦粉為s95級礦粉。
通過上述技術方案，礦粉可以代替水泥使用，減小混凝土的成本，并且作為優質的礦粉還可以增加粘度，并且混凝土后期的強度會有所增加。
較佳的，還包括所述粉煤灰為i級粉煤灰。
通過上述技術方案，粉煤灰起到致密的作用，i級粉煤灰含有的粒度較小且雜質相對較少，可以很好的提高混凝土的抗滲性、耐久性以及后期強度。
較佳的，外加劑包括減水劑和緩凝劑，減水劑和緩凝劑的質量份數比為5-7:1-2。
通過上述技術方案，外加劑包括減水劑和緩凝劑，外加劑的添加可以加大混凝土的強度，并且可以改善其和易性和泌水性，并且還可以調節凝結時間、改善了混凝土的凝結時間和硬化時間，可滿足不同的工程。
較佳的，減水劑為聚羧酸系減水劑。
通過上述技術方案，聚羧酸系減水劑不僅能夠增加混凝土的強度，還具有抗凍性和抗碳化性，進而增加了混凝土的性能。
一種如權利要求1所述的一種抗沖擊性的混凝土的制備方法，包括碳纖維復合材料的制備，包括以下步驟：
步驟1，碳纖維的表面功能化：在超聲波輔助分散的條件下，將1kg碳纖維加入到盛有80l濃硫酸和濃硝酸(體積比3:1)的混酸溶液，并輔助機械攪拌，攪拌的速度為300r/min，氧化6h，然后將大量的去離子水稀釋，過濾、反復洗滌至中性，放入真空干燥箱中，60℃，干燥12h，得到表面含有羧基的碳纖維；
步驟2，將含有羧基的碳纖維與三羥甲基氧化磷接枝：將氧化后的碳纖維超聲分散到純水中，然后加入三羥甲基氧化磷，碳纖維與三羥甲基氧化磷的質量比為1-3:1，濃硫酸作為催化劑，并攪拌3h，過濾、反復洗滌至中性，放入真空干燥箱中，60℃，干燥12h。
通過上述技術方案，通過濃硫酸和濃硝酸(體積比3:1)的混酸溶對碳纖維的表面表面功能化，使碳纖維表面帶有羧基；帶羧基的碳纖維與三羥甲基氧化磷以濃硫酸為催化劑發生酯化反應，進而實現了碳纖維與三羥甲基氧化磷接枝。
與現有技術相比，本發明具有以下的特點和技術效果：
1、本發明礦粉、砂和碎石的使用量占原料總量的比例較大，大大降低了水泥的用量，降低了生產成本；
2、本發明中摻雜了碳纖維復合材料，碳纖維可減少或防止混凝土在澆筑后早期硬化階段,因泌水和水分散失而引起塑性收縮和微裂紋，從而增強了混凝土的韌性和抗沖擊性能；
3、碳纖維與三羥甲基氧化磷接枝復合，這樣可以增大碳纖維的親水性和浸潤性，提高碳纖維在混凝土中的分散性，使混凝土的抗沖擊性能分布均勻；另外，三羥甲基氧化磷熱穩定性好、耐水解、無毒、阻燃性能好，也是一種新型環保的阻燃劑，所以加入三羥甲基氧化磷也進一步提高了混凝土的熱穩定性和阻燃的性能；
4、本發明中采用聚羧酸系減水劑，不僅能夠增加混凝土的強度，還具有抗凍性和抗碳化性，進而能夠增加了混凝土的性能。
具體實施方式
本發明中選用從天津程錦公司購得的s95級的礦粉，天津北疆環保建材有限公司購得i級粉煤灰；從天津振興水泥有限公司購得的p·o42.5的水泥；江蘇順聚碳纖維制品有限公司購買碳纖維；湖北華麥利斯科技有限公司購得三羥甲基氧化磷；山西黃藤化工購得聚羧酸減水劑。
實施例：碳纖維復合材料的合成以及親水性能的測試
碳纖維復合材料的合成步驟：
步驟1，碳纖維的表面功能化：
在超聲波輔助分散的條件下，將1kg碳纖維加入到盛有80l濃硫酸和濃硝酸(體積比為3:1)的混酸溶液，并輔助機械攪拌，攪拌的速度為300r/min，氧化6h，然后將大量的去離子水稀釋，過濾、反復洗滌至中性，放入真空干燥箱中，60℃，干燥12h，得到表面含有羧基的碳纖維；
步驟2，將含有羧基的碳纖維與三羥甲基氧化磷接枝：將氧化后的碳纖維超聲分散到純水中，然后加入三羥甲基氧化磷，碳纖維與三羥甲基氧化磷的質量比為1-3:1，濃硫酸作為催化劑，并攪拌3h，過濾、反復洗滌至中性，放入真空干燥箱中，60℃，干燥12h。
并且根據碳纖維與三羥甲基氧化磷的質量比不同分別取1:1、2:1、3:1，制備出碳纖維復合材料a、碳纖維復合材料b和碳纖維復合材料c，對碳纖維復合材料a、碳纖維復合材料b、碳纖維復合材料c做親水性能的測試實驗，結果見表1中實施例1-實施例3。
隨后又做了對比試驗，結果見表1，對比例與實施例不同的是，對比例1中只加入了表面功能化的碳纖維，而沒有加入三羥甲基氧化磷；對比例2中只加入了未處理的碳纖維，而沒有加入三羥甲基氧化磷。
碳纖維復合材料親水性能的測試實驗步驟
步驟1，將一定量的碳纖維復合材料放入帶蓋的玻璃瓶中；
步驟2，向玻璃瓶中加入適量的純水并超聲分散20min，取出玻璃瓶放置在防震臺上，觀察碳纖維復合材料在水中不同時間(0s、2min、20min、2h、12h)的分散情況。
表1是碳纖維復合材料合成組分及親水性能的測試
從實施例中可以看出，碳纖維復合材料a和碳纖維復合材料b在純水中可以較好的分散12h以上，這表明碳纖維復合材料a和碳纖維復合材料b具有很好的親水性能，而碳纖維復合材料c的親水性能較碳纖維復合材料a和碳纖維復合材料b較差，這是因為碳纖維與三羥甲基氧化磷以質量比為3:1反應時，由于位阻效應，碳纖維沒有與三羥甲基氧化磷上的三個羥基均發生酯化反應，所以在制備的碳纖維復合材料c中含有未參加反應的碳纖維，進而減弱了碳纖維復合材料c的親水性能。
從對比例中，未處理過的碳纖維不具備親水性能，表面功能化的碳纖維具有較弱的親水性，這是因為表面處理過的碳纖維表面帶有羧基，使碳纖維具有的親水性。
通過實施例和對比例可以看出，碳纖維與三羥甲基氧化磷的復合材料增強了碳纖維的親水性，并且碳纖維復合材料a和碳纖維復合材料b的親水性能較好。
混凝土成分的組分及其性能測試
實施例1
水泥180kg；礦粉85kg；粉煤灰80kg；砂720kg；碎石780kg；減水劑5.2kg；緩凝劑1.3kg；水165kg；碳纖維復合材料a20kg。
實施例2
水泥210kg；礦粉95kg；粉煤灰90kg；砂792kg；碎石880kg；減水劑6.0kg；緩凝劑1.5kg；水175kg；碳纖維復合材料a25kg。
實施例3
水泥240kg；礦粉105kg；粉煤灰100kg；砂864kg；碎石980kg；減水劑6.8kg；緩凝劑1.7kg；水185kg；碳纖維復合材料a30kg。
實施例4
水泥270kg；礦粉115kg；粉煤灰110kg；砂936kg；碎石1080kg；減水劑7.6kg；緩凝劑1.9kg；水195kg；碳纖維復合材料a35kg。
實施例5
水泥180kg；礦粉85kg；粉煤灰80kg；砂720kg；碎石780kg；減水劑5.2kg；緩凝劑1.3kg；水165kg；碳纖維復合材料b20kg。
實施例6
水泥210kg；礦粉95kg；粉煤灰90kg；砂792kg；碎石880kg；減水劑6.0kg；緩凝劑1.5kg；水175kg；碳纖維復合材料b25kg。
實施例7
水泥240kg；礦粉105kg；粉煤灰100kg；砂864kg；碎石980kg；減水劑6.8kg；緩凝劑1.7kg；水185kg；碳纖維復合材料b30kg。
實施例8
水泥270kg；礦粉115kg；粉煤灰110kg；砂936kg；碎石1080kg；減水劑7.6kg；緩凝劑1.9kg；水195kg；碳纖維復合材料b35kg。
實施例9
水泥180kg；礦粉85kg；粉煤灰80kg；砂720kg；碎石780kg；減水劑5.2kg；緩凝劑1.3kg；水165kg；碳纖維復合材料c20kg。
實施例10
水泥210kg；礦粉95kg；粉煤灰90kg；砂792kg；碎石880kg；減水劑6.0kg；緩凝劑1.5kg；水175kg；碳纖維復合材料c25kg。
實施例11
水泥240kg；礦粉105kg；粉煤灰100kg；砂864kg；碎石980kg；減水劑6.8kg；緩凝劑1.7kg；水185kg；碳纖維復合材料c30kg。
實施例12
水泥270kg；礦粉115kg；粉煤灰110kg；砂936kg；碎石1080kg；減水劑7.6kg；緩凝劑1.9kg；水195kg；碳纖維復合材料a35kg。
混凝土加工工藝：
1、首先稱量足夠份數的水泥、礦粉、粉煤灰、砂、碎石、減少劑、緩凝劑、水、碳纖維復合材料；
2、將水泥、礦粉、粉煤灰、砂、碎石倒入攪拌機進行攪拌1.5min；
3、向攪拌機加入減水劑和緩凝劑進行攪拌1.5min；
4、將碳纖維復合材料溶于水中并超聲或攪拌使碳纖維復合材料分散與水中，然后將其注入攪拌機中的干骨料中再次攪拌2min。
對比例1：
水泥240kg；礦粉105kg；粉煤灰100kg；砂864kg；碎石980kg；減水劑6.8kg；緩凝劑1.7kg；水185kg，碳纖維復合材料0kg。
對比例2：
水泥240kg；礦粉105kg；粉煤灰100kg；砂864kg；碎石980kg；減水劑6.8kg；緩凝劑1.7kg；水185kg；碳纖維復合材料0kg；未處理的碳纖維30kg。
對比例3：
水泥240kg；礦粉105kg；粉煤灰100kg；砂864kg；碎石980kg；減水劑6.8kg；緩凝劑1.7kg；水185kg；碳纖維復合材料0kg；表面功能化的碳纖維30kg。
測試方法：
對以上實施例和對比例中的混凝土凝固28后，在相同的條件下對其進行抗壓強度，劈裂強度，抗沖擊性以及抗沖擊性的分布均勻度進行測試，測試結果見表2。
混凝土的力學性能測試參照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(gb/t50081-2002)中的規定進行，數據記錄在表2中。
沖擊性能分布均勻度測試：在凝固28后的混凝土上隨機取30個不同位置上的點測試抗沖擊性能，然后30個數據求標準差，標準差>0.5為沖擊性能分布不均勻；標準差≤0.5為沖擊性能分布均勻。
表2為混凝土實施例和對比例的力學性能測試數據
從對比例1和實施例1-12對比可以看出，加入碳纖維復合材料時，混凝土抗壓強度、劈拉強度和抗沖擊強度均有所加強，特別是抗沖擊的能力，增加了2倍多，這說明碳纖維復合材料加強了混凝土的抗壓強度、抗沖擊強度以及劈裂強度，這是由于碳纖維具高彈性模量，可減少或防止混凝土在澆筑后早期硬化階段因泌水和水分散失而引起塑性收縮和微裂紋，同時增強了混凝土的韌性，進而增強了混凝土的抗沖擊能力。
對比例2和實施例1-12對比可以看出，用未處理的碳纖維代替碳纖維復合材料，也能一定程度上增強混凝土抗壓強度、劈拉強度和抗沖擊強度，但是對其性能的增強強度低于碳纖維復合材料的增強強度，而且抗沖擊性能分布不均勻，這是由于碳纖維是高分子材料，在混凝土的泥漿中不易分散，使得碳纖維在混凝土中的分散不均勻，使得混凝土抗壓強度、劈拉強度和抗沖擊強度分布不均勻，導致增強混凝土的抗壓強度、劈拉強度和抗沖擊強度的程度不高。
對比例3和實施例1-12對比可以看出，用表面功能化的碳纖維代替碳纖維復合材料，一定程度上增強了混凝土的抗壓強度、抗沖擊強度以及劈裂強度，但是低于碳纖維復合材料的增強強度，這時由于表面氧化過的碳纖維親水性較低，在混凝土中的分散不均勻所致。
對比實施例1-4、實施例5-8和實施例9-12，可以看出向混凝土中加入碳纖維復合材料b和碳纖維復合材料c比加入碳纖維復合材料a的抗沖擊性能都有所增強，這表明多個碳纖維與三羥甲基氧化磷接枝后，使得碳纖維在混凝土中的分布的更加致密，進而進一步增強了混凝土的抗沖擊性能，但是對于碳纖維復合材料c中含有沒有反應的碳纖維，其親水性能略低，在混凝土中的分散性弱，使其抗沖擊性能分布不均勻。