CN106220075A - 一种自密实高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种自密实高性能混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自密实高性能混凝土及其制备方法，所述混凝土由以下重量份的原料制成：胶凝材料、细骨料、粗骨料、水、聚丙烯纤维、纳米光催化材料、膨胀剂、高效减水剂；其制备方法为：步骤一：纳米光催化材料的制备：(1)以壳聚糖为机体，经环氧氯丙烷交联改性制得交联壳聚糖，与活性炭纤维混合得到混合负载材料，(2)用溶胶‑凝胶法制得纳米二氧化钛溶胶，(3)将纳米二氧化钛溶胶和(1)制备的负载材料混合，超声振荡，得到纳米光催化材料；步骤二：按所述重量份称取胶凝材料、细骨料、聚丙烯纤维置于强制式搅拌机中搅拌40s后继续加入粗骨料、水、纳米光催化材料、膨胀剂和高效减水剂继续搅拌90s，即为所述自密实高性能混凝土。

Description

一种自密实高性能混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，具体地是涉及一种自密实高性能混凝土及其制备方法。
背景技术
在中国日益发展的今天，混凝土的应用已经普及到很多方面，据统计，中国每年混凝土用量约20亿m3，混凝土的普及性给人民生活带来了很多便利，但同时也带来了环境等方面的污染，故现有的混凝土技术已不能满足当代社会的发展，新型混凝土的研究势在必行。自密实混凝土是指在自身重力作用下，能够流动，密实，即使存在致密钢筋也能完全填充模板，同时获得很好均质性，并且不需要附加振动的混凝土。自密实混凝土具有如下优点：1.密实性好：自密实性质，质量好，有较高强度，新老混凝土黏附强度高；2.降低成本：依靠自身重力进行填充，无需振捣，可提高劳动生产率，降低劳动强度，节约施工成本；3.环保：无施工噪音，避免了传统混凝土产生的噪音污染。由于自密实混凝土的这些优点，具有很广泛的应用前景。
现有自密实混凝土技术仍无法发挥出自密实混凝土的优越性，需进一步研究开发出更加符合自密实性能的混凝土。虽然自密实混凝土可以降低噪音污染，但是仍无法解决混凝土带来的其他环境污染问题，在经济与环境追求和谐发展的今天，如何在现有成熟技术中把对环境的污染降到最低也是我们要考虑的重要问题。纳米光催化材料的应用在混凝土环境问题上有巨大的作用，如何将其更好的应用到混凝土的生产中去，达到经济利益和环境保护的共赢也是我们研究的重点。
发明内容
本发明解决的技术问题就是提供一种自密实高性能混凝土及其制备方法。
本发明的技术方案为：
一种自密实高性能混凝土，由以下重量份的原料制成：胶凝材料60-85份、细骨料70-90份、粗骨料65-85份、水20-24份、聚丙烯纤维12-16份份、纳米光催化材料10-12份、膨胀剂3-6份、高效减水剂1-1.5份；所述胶凝材料由硅酸盐水泥、粉煤灰、矿物掺和料以3:2.5:1.5的比例混合而成；所述自密实高性能混凝土开盘时需进行性能测试，才能确定其最佳施工配合比。
优选地，所述纳米光催化材料的制备步骤如下：(1)以壳聚糖为机体，经环氧氯丙烷交联改性制得交联壳聚糖，与活性炭纤维以1.5:2的质量比混合得到混合负载材料，(2)用溶胶-凝胶法制得纳米二氧化钛溶胶，(3)将纳米二氧化钛溶胶和(1)制备的负载材料以2:2.5的质量比混合，超声振荡1.5h，得到纳米光催化材料。
优选地，所述纳米光催化材料还可以由以下方法制得：对纳米二氧化钛通过激光脉冲法将金属离子掺杂到二氧化钛中，在将掺杂了金属离子的纳米二氧化钛和粉煤灰混合，得到粉煤灰负载的纳米二氧化钛光催化材料；所述金属离子主要包括Fe3+、Co2+、Cr3+、Ni3+、Mo3+等，掺杂了金属离子可提高二氧化钛的光催化活性。
优选地，所述细骨料为细度模数在2-2.5的中砂，且砂中含有20％的粒径小于0.1mm的细沙，对于细沙的控制可以使混凝土的弹性模量和流变性能达到较好的要求。
优选地，所述粗骨料是选用粒径在10-15之间的石灰岩碎石。
优选地，所述矿物掺和料是将矿物废渣经研磨后得到的矿物粉进行纳米化处理，得到的矿物粉可改善自密实混凝土的流动性和工作稳定性，提高硬化混凝土的耐久性。
优选地，所述膨胀剂为对传统UEA膨胀剂进行改造处理后的新型膨胀剂，是将传统UEA膨胀剂中的明矾石用煅烧石膏代替，减少膨胀剂中的碱含量，增加了膨胀剂的膨胀活性，减少了传统膨胀剂带来的混凝土脆性大的问题，膨胀剂的加入可降低混凝土自身的收缩量，减少混凝土开裂的可能性。
优选地，所述高效减水剂是选用减水率在25％以上的萘系高效减水剂。
一种自密实高性能混凝土的制备方法为：
步骤一：纳米光催化材料的制备步骤如下：(1)以壳聚糖为机体，经环氧氯丙烷交联改性制得交联壳聚糖，与活性炭纤维以1.5:2的质量比混合得到混合负载材料，(2)用溶胶-凝胶法制得纳米二氧化钛溶胶，(3)将纳米二氧化钛溶胶和(1)制备的负载材料以2:2.5的质量比混合，超声振荡1.5h，得到纳米光催化材料。
步骤二：按所述重量份称取胶凝材料、细骨料、聚丙烯纤维置于强制式搅拌机中搅拌40s后继续加入粗骨料、水、纳米光催化材料、膨胀剂和高效减水剂继续搅拌90s，即为所述自密实高性能混凝土。
根据权利要求1所述的一种自密实高性能混凝土，其特征在于，所述自密实高性能混凝土硬化后的力学性能方程为：
τ＝+η
其中，τ为自重引起的剪应力；为屈服剪应力，由颗粒间的摩擦力引起；η为塑性粘度，是反应各流层见流动性的参数；是混凝土的变形参数；是变形所需的时间；自密实混凝土有三个基本性能：高流动性、高稳定性和通过钢筋间隙的能力，屈服剪应力和塑性粘度是决定混凝土工作性质的主要参数，当τ和一定是，η与成正比，即η越大流速越慢，η越小流速越快。
本发明的有益效果是：本发明的一种自密实高性能混凝土具有很好的流动性、抗离析性和填充性，本发明光催化材料中纳米二氧化钛经交联壳聚糖与活性炭纤维组成的材料负载，促进了纳米材料的分散从而避免光催化材料在水泥中被包裹而失去光催化性能，提高催化效率；本发明中的硅酸盐水泥可增强混凝土的抗冲磨性能；本发明通过添加光催化材料可提高混凝土催化降解污染物的能力，有利于环保；聚丙烯纤维的添加可改善混凝土的流动性能、粘合性能和抗裂性能。
具体实施方式
实施例1:
一种自密实高性能混凝土，由以下重量份的原料制成：胶凝材料60份、细骨料70份、粗骨料65份、水20份、聚丙烯纤维12份、纳米光催化材料10份、膨胀剂3份、高效减水剂1份；所述胶凝材料由硅酸盐水泥、粉煤灰、矿物掺和料以3:2.5:1.5的比例混合而成；所述自密实高性能混凝土开盘时需进行性能测试，才能确定其最佳施工配合比。
其中，所述纳米光催化材料的制备步骤如下：(1)以壳聚糖为机体，经环氧氯丙烷交联改性制得交联壳聚糖，与活性炭纤维以1.5:2的质量比混合得到混合负载材料，(2)用溶胶-凝胶法制得纳米二氧化钛溶胶，(3)将纳米二氧化钛溶胶和(1)制备的负载材料以2:2.5的质量比混合，超声振荡1.5h，得到纳米光催化材料；所述纳米光催化材料还可以由以下方法制得：对纳米二氧化钛通过激光脉冲法将金属离子掺杂到二氧化钛中，在将掺杂了金属离子的纳米二氧化钛和粉煤灰混合，得到粉煤灰负载的纳米二氧化钛光催化材料；所述金属离子主要包括Fe3+、Co2+、Cr3+、Ni3+、Mo3+等，掺杂了金属离子可提高二氧化钛的光催化活性；所述细骨料为细度模数在2的中砂，且砂中含有20％的粒径小于0.1mm的细沙，对于细沙的控制可以使混凝土的弹性模量和流变性能达到较好的要求；所述粗骨料是选用粒径在10之间的石灰岩碎石；所述矿物掺和料是将矿物废渣经研磨后得到的矿物粉进行纳米化处理，得到的矿物粉可改善自密实混凝土的流动性和工作稳定性，提高硬化混凝土的耐久性；所述膨胀剂为对传统UEA膨胀剂进行改造处理后的新型膨胀剂，是将传统UEA膨胀剂中的明矾石用煅烧石膏代替，减少膨胀剂中的碱含量，增加了膨胀剂的膨胀活性，减少了传统膨胀剂带来的混凝土脆性大的问题，膨胀剂的加入可降低混凝土自身的收缩量，减少混凝土开裂的可能性；所述高效减水剂是选用减水率在25％以上的萘系高效减水剂。
一种自密实高性能混凝土的制备方法为：
步骤一：纳米光催化材料的制备步骤如下：(1)以壳聚糖为机体，经环氧氯丙烷交联改性制得交联壳聚糖，与活性炭纤维以1.5:2的质量比混合得到混合负载材料，(2)用溶胶-凝胶法制得纳米二氧化钛溶胶，(3)将纳米二氧化钛溶胶和(1)制备的负载材料以2:2.5的质量比混合，超声振荡1.5h，得到纳米光催化材料。
步骤二：按所述重量份称取胶凝材料、细骨料、聚丙烯纤维置于强制式搅拌机中搅拌40s后继续加入粗骨料、水、纳米光催化材料、膨胀剂和高效减水剂继续搅拌90s，即为所述自密实高性能混凝土。
根据权利要求1所述的一种自密实高性能混凝土，其特征在于，所述自密实高性能混凝土硬化后的力学性能方程为：
τ＝+η
其中，τ为自重引起的剪应力；为屈服剪应力，由颗粒间的摩擦力引起；η为塑性粘度，是反应各流层见流动性的参数；是混凝土的变形参数；是变形所需的时间；自密实混凝土有三个基本性能：高流动性、高稳定性和通过钢筋间隙的能力，屈服剪应力和塑性粘度是决定混凝土工作性质的主要参数，当τ和一定是，η与成正比，即η越大流速越慢，η越小流速越快。
实施例2：
一种自密实高性能混凝土，由以下重量份的原料制成：胶凝材料72.5份、细骨料80份、粗骨料75份、水22份、聚丙烯纤维14份、纳米光催化材料11份、膨胀剂4.5份、高效减水剂1.25份；所述胶凝材料由硅酸盐水泥、粉煤灰、矿物掺和料以3:2.5:1.5的比例混合而成；所述自密实高性能混凝土开盘时需进行性能测试，才能确定其最佳施工配合比。
其中，所述纳米光催化材料的制备步骤如下：(1)以壳聚糖为机体，经环氧氯丙烷交联改性制得交联壳聚糖，与活性炭纤维以1.5:2的质量比混合得到混合负载材料，(2)用溶胶-凝胶法制得纳米二氧化钛溶胶，(3)将纳米二氧化钛溶胶和(1)制备的负载材料以2:2.5的质量比混合，超声振荡1.5h，得到纳米光催化材料；所述纳米光催化材料还可以由以下方法制得：对纳米二氧化钛通过激光脉冲法将金属离子掺杂到二氧化钛中，在将掺杂了金属离子的纳米二氧化钛和粉煤灰混合，得到粉煤灰负载的纳米二氧化钛光催化材料；所述金属离子主要包括Fe3+、Co2+、Cr3+、Ni3+、Mo3+等，掺杂了金属离子可提高二氧化钛的光催化活性；所述细骨料为细度模数在2.3的中砂，且砂中含有20％的粒径小于0.1mm的细沙，对于细沙的控制可以使混凝土的弹性模量和流变性能达到较好的要求；所述粗骨料是选用粒径在12.5之间的石灰岩碎石；所述矿物掺和料是将矿物废渣经研磨后得到的矿物粉进行纳米化处理，得到的矿物粉可改善自密实混凝土的流动性和工作稳定性，提高硬化混凝土的耐久性；所述膨胀剂为对传统UEA膨胀剂进行改造处理后的新型膨胀剂，是将传统UEA膨胀剂中的明矾石用煅烧石膏代替，减少膨胀剂中的碱含量，增加了膨胀剂的膨胀活性，减少了传统膨胀剂带来的混凝土脆性大的问题，膨胀剂的加入可降低混凝土自身的收缩量，减少混凝土开裂的可能性；所述高效减水剂是选用减水率在25％以上的萘系高效减水剂。
一种自密实高性能混凝土的制备方法为：
步骤一：纳米光催化材料的制备步骤如下：(1)以壳聚糖为机体，经环氧氯丙烷交联改性制得交联壳聚糖，与活性炭纤维以1.5:2的质量比混合得到混合负载材料，(2)用溶胶-凝胶法制得纳米二氧化钛溶胶，(3)将纳米二氧化钛溶胶和(1)制备的负载材料以2:2.5的质量比混合，超声振荡1.5h，得到纳米光催化材料。
步骤二：按所述重量份称取胶凝材料、细骨料、聚丙烯纤维置于强制式搅拌机中搅拌40s后继续加入粗骨料、水、纳米光催化材料、膨胀剂和高效减水剂继续搅拌90s，即为所述自密实高性能混凝土。
根据权利要求1所述的一种自密实高性能混凝土，其特征在于，所述自密实高性能混凝土硬化后的力学性能方程为：
τ＝+η
其中，τ为自重引起的剪应力；为屈服剪应力，由颗粒间的摩擦力引起；η为塑性粘度，是反应各流层见流动性的参数；是混凝土的变形参数；是变形所需的时间；自密实混凝土有三个基本性能：高流动性、高稳定性和通过钢筋间隙的能力，屈服剪应力和塑性粘度是决定混凝土工作性质的主要参数，当τ和一定是，η与成正比，即η越大流速越慢，η越小流速越快。
实施例3：
一种自密实高性能混凝土，由以下重量份的原料制成：胶凝材料85份、细骨料90份、粗骨料85份、水24份、聚丙烯纤维16份、纳米光催化材料12份、膨胀剂6份、高效减水剂1.5份；所述胶凝材料由硅酸盐水泥、粉煤灰、矿物掺和料以3:2.5:1.5的比例混合而成；所述自密实高性能混凝土开盘时需进行性能测试，才能确定其最佳施工配合比。
其中，所述纳米光催化材料的制备步骤如下：(1)以壳聚糖为机体，经环氧氯丙烷交联改性制得交联壳聚糖，与活性炭纤维以1.5:2的质量比混合得到混合负载材料，(2)用溶胶-凝胶法制得纳米二氧化钛溶胶，(3)将纳米二氧化钛溶胶和(1)制备的负载材料以2:2.5的质量比混合，超声振荡1.5h，得到纳米光催化材料；所述纳米光催化材料还可以由以下方法制得：对纳米二氧化钛通过激光脉冲法将金属离子掺杂到二氧化钛中，在将掺杂了金属离子的纳米二氧化钛和粉煤灰混合，得到粉煤灰负载的纳米二氧化钛光催化材料；所述金属离子主要包括Fe3+、Co2+、Cr3+、Ni3+、Mo3+等，掺杂了金属离子可提高二氧化钛的光催化活性；所述细骨料为细度模数在2.5的中砂，且砂中含有20％的粒径小于0.1mm的细沙，对于细沙的控制可以使混凝土的弹性模量和流变性能达到较好的要求；所述粗骨料是选用粒径在15之间的石灰岩碎石；所述矿物掺和料是将矿物废渣经研磨后得到的矿物粉进行纳米化处理，得到的矿物粉可改善自密实混凝土的流动性和工作稳定性，提高硬化混凝土的耐久性；所述膨胀剂为对传统UEA膨胀剂进行改造处理后的新型膨胀剂，是将传统UEA膨胀剂中的明矾石用煅烧石膏代替，减少膨胀剂中的碱含量，增加了膨胀剂的膨胀活性，减少了传统膨胀剂带来的混凝土脆性大的问题，膨胀剂的加入可降低混凝土自身的收缩量，减少混凝土开裂的可能性；所述高效减水剂是选用减水率在25％以上的萘系高效减水剂。
一种自密实高性能混凝土的制备方法为：
步骤一：纳米光催化材料的制备步骤如下：(1)以壳聚糖为机体，经环氧氯丙烷交联改性制得交联壳聚糖，与活性炭纤维以1.5:2的质量比混合得到混合负载材料，(2)用溶胶-凝胶法制得纳米二氧化钛溶胶，(3)将纳米二氧化钛溶胶和(1)制备的负载材料以2:2.5的质量比混合，超声振荡1.5h，得到纳米光催化材料。
步骤二：按所述重量份称取胶凝材料、细骨料、聚丙烯纤维置于强制式搅拌机中搅拌40s后继续加入粗骨料、水、纳米光催化材料、膨胀剂和高效减水剂继续搅拌90s，即为所述自密实高性能混凝土。
根据权利要求1所述的一种自密实高性能混凝土，其特征在于，所述自密实高性能混凝土硬化后的力学性能方程为：
τ＝+η
其中，τ为自重引起的剪应力；为屈服剪应力，由颗粒间的摩擦力引起；η为塑性粘度，是反应各流层见流动性的参数；是混凝土的变形参数；是变形所需的时间；自密实混凝土有三个基本性能：高流动性、高稳定性和通过钢筋间隙的能力，屈服剪应力和塑性粘度是决定混凝土工作性质的主要参数，当τ和一定是，η与成正比，即η越大流速越慢，η越小流速越快。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种自密实高性能混凝土，其特征在于，由以下重量份的原料制成：胶凝材料60-85份，细骨料70-90份，粗骨料65-85份，水20-24份，聚丙烯纤维12-16份份，纳米光催化材料10-12份、膨胀剂3-6份、高效减水剂1-1.5份；所述胶凝材料由硅酸盐水泥、粉煤灰、矿物掺和料以3:2.5:1.5的比例混合而成；所述自密实高性能混凝土开盘时需进行性能测试，才能确定其最佳施工配合比。
2.根据权利要求1所述的一种自密实高性能混凝土，其特征在于，所述纳米光催化材料的制备步骤如下：(1)以壳聚糖为机体，经环氧氯丙烷交联改性制得交联壳聚糖，与活性炭纤维以1.5:2的质量比混合得到混合负载材料，(2)用溶胶-凝胶法制得纳米二氧化钛溶胶，(3)将纳米二氧化钛溶胶和(1)制备的负载材料以2:2.5的质量比混合，超声振荡1.5h，得到纳米光催化材料。
3.根据权利要求1所述的一种自密实高性能混凝土，其特征在于，所述细骨料为细度模数在2-2.5的中砂，且砂中含有20％的粒径小于0.1mm的细沙。
4.根据权利要求1所述的一种自密实高性能混凝土，特征在于，所述粗骨料是选用粒径在10-15之间的石灰岩碎石。
5.根据权利要求1所述的一种自密实高性能混凝土，其特征在于，所述矿物掺和料是将矿物废渣经研磨后得到的矿物粉进行纳米化处理。
6.根据权利要求1所述的一种自密实高性能混凝土，其特征在于，所述膨胀剂为对传统UEA膨胀剂进行改造处理后的新型膨胀剂。
7.根据权利要求1所述的一种自密实高性能混凝土，其特征在于，所述高效减水剂是选用减水率在25％以上的萘系高效减水剂。
8.根据权利要求1所述的一种自密实高性能混凝土，其特征在于，所述自密实高性能混凝土的制备方法为：
步骤一：纳米光催化材料的制备步骤如下：(1)以壳聚糖为机体，经环氧氯丙烷交联改性制得交联壳聚糖，与活性炭纤维以1.5:2的质量比混合得到混合负载材料，(2)用溶胶-凝胶法制得纳米二氧化钛溶胶，(3)将纳米二氧化钛溶胶和(1)制备的负载材料以2:2.5的质量比混合，超声振荡1.5h，得到纳米光催化材料。
步骤二：按所述重量份称取胶凝材料、细骨料、聚丙烯纤维置于强制式搅拌机中搅拌40s后继续加入粗骨料、水、纳米光催化材料、膨胀剂和高效减水剂继续搅拌90s，即为所述自密实高性能混凝土。
9.根据权利要求1所述的一种自密实高性能混凝土，其特征在于，所述自密实高性能混凝土硬化后的力学性能方程为：
τ＝+η
其中，τ为自重引起的剪应力；为屈服剪应力，由颗粒间的摩擦力引起；η为塑性粘度，是反应各流层见流动性的参数；是混凝土的变形参数；是变形所需的时间；自密实混凝土有三个基本性能：高流动性、高稳定性和通过钢筋间隙的能力，屈服剪应力和塑性粘度是决定混凝土工作性质的主要参数，当τ和一定是，η与成正比，即η越大流速越慢，η越小流速越快。
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