CN108558292A - 一种抗裂混凝土拌合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗裂混凝土拌合物及其制备方法，涉及混凝土领域，解决了混凝土抗裂性差的问题，该混凝土包括如下组分：水泥、砂石骨料、水、硅灰、石墨烯、聚氨酯纤维、玻璃纤维和聚丙烯,提高混凝土的抗裂能力、抗压能力。

Description

一种抗裂混凝土拌合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土领域，具体涉及一种抗裂混凝土拌合物及其制备方法。

背景技术

混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，它是由胶凝材料，颗粒状集料(也称为骨料)，水以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而用量越来越大，同时混凝土还具有抗压强度高、耐久性好和强度等级范围宽等特点。

混凝土各组成材料按一定比例配合，拌制而成的尚未凝结硬化的塑性状态拌合物，称为混凝土拌合物，也称为新拌混凝土。

但因混凝土凝结成型后很容易产生裂缝，混凝土墙体自防水是地下室空间防水的重要措施，一旦出现裂缝，对地下空间的防水功能破坏巨大且很难修复，故提高用于地下空间的混凝土的抗裂性能，显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗裂混凝土拌合物及其制备方法，该混凝土具有能够提高混凝土抗裂性的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种抗裂混凝土拌合物，该混凝土拌合物包括如下重量的组分：水泥10wt％-30wt％、砂石骨料30wt％-60wt％、水10wt％-30wt％、硅灰10wt％-30wt％和抗裂剂2.5wt％-5.0wt％，所述抗裂剂包括石墨烯、纤维和聚丙烯。

优选所述抗裂剂包括占混凝土重量的如下组分：石墨烯0.5wt％-1.5wt％、纤维1.0wt％-2.0wt％和聚丙烯0.5wt％-1.0wt％。

优选所述纤维包括占混凝土重量的如下组分：聚氨酯纤维0.5wt％-1.0wt％和玻璃纤维0.5wt％-1.0wt％。

优选所述混凝土中石墨烯所占重量为8wt％-12wt％。

优选该混凝土包括如下重量的组分：水泥15wt％-25wt％、砂石骨料22wt％-58wt％、水12wt％-25wt％、硅灰12wt％-28wt％、石墨烯0.8wt％-1.2wt％、聚氨酯纤维0.5wt％-1.0wt％、玻璃纤维0.5wt％-1.0wt％和0.5wt％-1.0wt％的聚丙烯。

水泥是粉状水硬性无机胶凝材料，加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。本发明中水泥选用一般市面上售卖的水泥，占混凝土重量的10wt％-30wt％、优选为15wt％-25wt％，一般在混凝土拌合物中，水泥占总重量的1/4左右搅拌的混凝土和易性比较好。

砂石骨料包括粒径大于5mm的粗骨料和粒径小于5mm的细骨料，粗骨料为我们常说的石子，细骨料为我们常说的砂。

硅灰可增强混凝土的密实性和耐磨性，提升混凝土的耐磨性能力，增加混凝土的韧性。微硅粉的平均颗粒尺寸比较小，具有很好的填充效应，可以填充在水泥颗粒空隙之间，提高混凝土强度和耐久性，同时与水化产物生成凝胶体具有保水、防止离析的作用。在混凝土中掺入占混凝土重量的10wt％-30wt％硅灰，优选为12wt％-28wt％，可提高混凝土抗压、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能，也能提高混凝土的抗渗性和防水性能。

抗裂剂解决了水泥砂浆干缩变形大，抗渗性、抗裂性、抗冻性差等问题，直接掺入水泥中可以有效地控制砂浆混凝土的塑性收缩及离析产生的裂纹问题，改善砂浆混凝土的抗裂性能、抗冻抗冲击性能及耐磨抗震能力。抗裂剂包括石墨烯、纤维和聚丙烯。

其中，石墨烯是世界上最薄却也是最坚硬的二维纳米材料，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍，在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每100纳米距离上可承受的最大压力可以达到约2.9微牛，据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的压力才能使1米长的石墨烯断裂，在混凝土内加入石墨烯，可以在一定程度上提高混凝土的抗压性和耐久性。在混凝土中掺入适量的石墨烯，可以提高混凝土的抗压性和抗裂性，使得混凝土更坚固。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，其中的碳原子以六角蜂窝晶格的形式紧密结合在一起，是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，石墨烯的机械强度高，疏水，导热性大，可以用来改善防水材料，石墨烯成膜性好，防水效果显著。石墨烯具有巨大的比表面结，可以用来净化废气和用来污水处理，混凝土内含有石墨烯，也可以在一定程度上净化废弃，且石墨烯没有刺激性气味，不会危害人体健康，是一种环保材料。

在混凝土中掺入占混凝土拌合物重量的0.5wt％-1.5wt％，优选为0.8wt％-1.2wt％的石墨烯，不仅可以提高混凝土的抗压性和抗裂性，还能在一定程度上提高混凝土的防水性能，从而提高混凝土的抗渗性；不会对环境造成危害；改善混凝土的防水性能。

聚酰胺纤维具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，易于加工。玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，玻璃纤维而具有良好的耐热性和尺寸稳定性，绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高。在混凝土的抗裂剂中加入0.5wt％-1.0wt％的聚氨酯纤维和0.5wt％-1.0wt％、玻璃纤维，可提高混凝土的耐磨性强、抗腐蚀性好和机械强度，也能提高混凝土的抗裂性能。且聚氨酯纤维和玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，取材方便，易于实施。

聚丙烯的通常为半透明无色固体，无臭无毒，在混凝土中加入0.5wt％-1.0wt％的聚丙烯不会危害操作人员的健康，也不会对环境造成污染或危害；聚丙烯结构规整，高度结晶化，故熔点可高达167℃，耐热、耐腐蚀，化学稳定性随结晶度的增加还有所提高，结晶度高，结构规整，因而具有优良的力学性能，在混凝土例掺入0.5wt％-1.0wt％的聚丙烯，可以改善混凝土的力学性能，提高混凝土的抗压能力和抗裂能力。

在混凝土的抗裂剂中同时掺入适量的聚丙烯和玻璃纤维，聚丙烯和玻璃纤维相互配合可以增强聚丙烯的机械强度、耐热性、耐化学腐蚀性和耐蠕变性，混凝土的抗裂性和抗渗性也会有所提高。在混凝土的抗裂剂中掺入适量聚丙烯与硅灰，聚丙烯与硅灰相互作用，在一定程度上能提高混凝土的表面硬度，增强混凝土的抗压抗裂能力。

优选所述抗裂混凝土拌合物的制备方法，该制备方法包括如下制备步骤：

将砂石骨料、水泥和硅灰搅拌均匀，然后将得到的抗裂剂与水混合均匀，倒在搅拌均匀的砂石骨料、水泥和硅灰上，搅拌均匀。

优选所述抗裂剂包括如下制备步骤：

将0.5wt％-1.0wt％的聚丙烯分散在乙醇中，在水浴82-87℃下搅拌溶于水，得到20％的溶液，加入0.5wt％-1.5wt％的石墨烯，搅拌均匀，然后加入0.5wt％-1.5wt％的氯化钠，搅拌均匀，待聚丙烯和石墨烯溶解后加入0.5wt％-1.0wt％的聚氨酯纤维和0.5wt％-1.0wt％的玻璃纤维，水浴55-65℃下搅拌1-3小时，制得抗裂剂。

优选所述抗裂剂常温下保存，在使用前搅拌25-30min。

在制备抗裂机时，加入乙醇和氯化钠，可以在一定程度上加快聚丙烯和石墨烯的溶解，从而可以节约制备抗裂剂的时间。抗裂剂常温下保存，在使用前搅拌25-30min，使得抗裂剂处于均衡状态，便于和水混合，从而方便混凝土拌合物的制备，混凝土拌合物在浇筑成型前必须一直处于搅拌运动状态，避免使用前凝结。

综上所述，本发明对比于现有技术的有益效果为：

一、提高混凝土的抗裂能力；

二、提高混凝土的抗压能力；

三、提高混凝土的防水能力。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

抗裂剂的制备

将0.5kg的聚丙烯分散在乙醇中，在水浴87℃下搅拌溶于水，得到20％的溶液，加入1.5kg的石墨烯，搅拌均匀，然后加入0.004kg的氯化钠，搅拌均匀，待聚丙烯和石墨烯溶解后加入0.5kg的聚氨酯纤维和1.0kg的玻璃纤维，水浴55℃下搅拌1小时，制得备用抗裂剂。

混凝土的制备

将50kg砂石骨料、20kg水泥和30kg硅灰搅拌均匀，然后将得到的备用的抗裂剂搅拌25min,然后与水混合均匀，将混合均匀的抗裂剂和17kg水倒在搅拌均匀的砂石骨料、水泥和硅灰上，搅拌均匀。

实施例2

抗裂剂的制备

将0.8kg的聚丙烯分散在乙醇中，在水浴85℃下搅拌溶于水，得到20％的溶液，加入1.0kg的石墨烯，搅拌均匀，然后加入0.003kg的氯化钠，搅拌均匀，待聚丙烯和石墨烯溶解后加入0.6kg的聚氨酯纤维和0.6kg的玻璃纤维，水浴60℃下搅拌2小时，制得备用抗裂剂。

混凝土的制备

将35kg砂石骨料、30kg水泥和20kg硅灰搅拌均匀，然后将得到的备用的抗裂剂搅拌26min,然后与水混合均匀，将混合均匀的抗裂剂和12kg水倒在搅拌均匀的砂石骨料、水泥和硅灰上，搅拌均匀。

实施例3

抗裂剂的制备

将0.8kg的聚丙烯分散在乙醇中，在水浴82℃下搅拌溶于水，得到20％的溶液，加入0.7kg的石墨烯，搅拌均匀，然后加入0.004kg的氯化钠，搅拌均匀，待聚丙烯和石墨烯溶解后加入0.8kg的聚氨酯纤维和0.7kg的玻璃纤维，水浴65℃下搅拌3小时，制得备用抗裂剂。

混凝土的制备

将35kg砂石骨料、20kg水泥和10kg硅灰搅拌均匀，然后将得到的备用的抗裂剂搅拌27min,然后与水混合均匀，将混合均匀的抗裂剂和22kg水倒在搅拌均匀的砂石骨料、水泥和硅灰上，搅拌均匀。

实施例4

抗裂剂的制备

将0.7kg的聚丙烯分散在乙醇中，在水浴83℃下搅拌溶于水，得到20％的溶液，加入0.8kg的石墨烯，搅拌均匀，然后加入0.003kg的氯化钠，搅拌均匀，待聚丙烯和石墨烯溶解后加入0.7kg的聚氨酯纤维和0.8kg的玻璃纤维，水浴57℃下搅拌2.5小时，制得备用抗裂剂。

混凝土的制备

将30kg砂石骨料、25kg水泥和22kg硅灰搅拌均匀，然后将得到的备用的抗裂剂搅拌28min,然后与水混合均匀，将混合均匀的抗裂剂和22kg水倒在搅拌均匀的砂石骨料、水泥和硅灰上，搅拌均匀。

实施例5

抗裂剂的制备

将0.6kg的聚丙烯分散在乙醇中，在水浴86℃下搅拌溶于水，得到20％的溶液，加入0.6kg的石墨烯，搅拌均匀，然后加入0.003kg的氯化钠，搅拌均匀，待聚丙烯和石墨烯溶解后加入1.0kg的聚氨酯纤维和0.9kg的玻璃纤维，水浴63℃下搅拌2小时，制得备用抗裂剂。

混凝土的制备

将40kg砂石骨料、25kg水泥和15kg硅灰搅拌均匀，然后将得到的备用的抗裂剂搅拌30min,然后与水混合均匀，将混合均匀的抗裂剂和16.9kg水倒在搅拌均匀的砂石骨料、水泥和硅灰上，搅拌均匀。

实施例6

抗裂剂的制备

将1.0kg的聚丙烯分散在乙醇中，在水浴84℃下搅拌溶于水，得到20％的溶液，加入0.9kg的石墨烯，搅拌均匀，然后加入0.003kg的氯化钠，搅拌均匀，待聚丙烯和石墨烯溶解后加入0.9kg的聚氨酯纤维和1.0kg的玻璃纤维，水浴62℃下搅拌1.5小时，制得备用抗裂剂。

混凝土的制备

将60kg砂石骨料、12kg水泥和11kg硅灰搅拌均匀，然后将得到的备用的抗裂剂搅拌29min,然后与水混合均匀，将混合均匀的抗裂剂和13.2kg水倒在搅拌均匀的砂石骨料、水泥和硅灰上，搅拌均匀。

以实施例2作为参照组

对比例1

对比例1与实施2的区别在于对比例2中在没有加入抗裂剂，用其他均与实施例2保持一致。

混凝土的制备

将25kg砂石骨料、20kg水泥搅拌均匀，将10kg水倒在搅拌均匀的砂石骨料和水泥上，搅拌均匀，自然条件下密实成型。

结果测试:

根据GB/T50081-2002对混凝土的力学性能进行检测。

将实施例1-6和对比例1所制得的成型的混凝土制作成边长为150mm的立方体的三组标准试件，在温度为20±5℃，相对湿度为90％以上的环境中静置养护28d,从搅拌加水开始计时。

将标准试件安放在试验机的下压板上，标准试件的中心与试验机的下压板中心对齐，开动试验机。

在试验过程中连续均匀的加荷，直至试样破碎，然后记录破坏的负荷。

表1第一组负荷破坏记录表

表2第二组负荷破坏记录表

表3第三组负荷破坏记录表

表4试样破坏的平均值表

观察表1-4可知，实施例1-6所制得的混凝土试样能承受的压强明显高于对比例1所制得的混凝土试样能承受的压强，由此可知，在混凝土中加入含有石墨烯、聚丙烯、硅灰、聚氨酯纤维和玻璃纤维的抗裂剂后，混凝土的抗压能力和抗裂能力能得到一定的提高。

防水实验测试

按照实施例1-6和对比例1所记载的步骤，制作相应的混凝土凹槽，在温度为20±5℃，相对湿度为90％以上的环境中静置养护28d,从搅拌加水开始计时。

在实施例1-6和对比例1所的做的凹槽模型内加入占模型深度2/3的水，在7张白纸上分别铺设无水硫酸铜，然后将装有水的模型分别放置在铺设有无水硫酸铜的纸上，观察白纸是否变蓝。

表5防水实验测试记录表

实验现象分析，实施例1、2、3、5、6所制得的凹槽模型底下的无水硫酸铜呈白色，说明实施例1、2、3、5、6所制得的凹槽模型不漏水，对比例1所制得的模型底下的无水硫酸铜呈蓝色，且表面有小裂痕，说明对比例1制得的混凝土模型漏水，从而表明加入石墨烯、聚丙烯、硅灰、聚氨酯纤维和玻璃纤维的抗裂剂后的混凝土具有防水功能，且一定程度上也提高的混凝土的抗压效果。而实施例4所制得的凹槽模型底下的无水硫酸铜有点微微的蓝色，可能是将装有水的凹槽模型放置在纸上时，不小心将凹槽模型中的水洒在纸上，也可能是装入的水超过槽深的2/3，由于毛细作用，凹槽内的水从模型开口渗出。

Claims (8)

1.一种抗裂混凝土拌合物，其特征在于该混凝土包括如下重量的组分：水泥10wt%-30wt%、砂石骨料30wt%-60wt%、水10wt%-30wt%、硅灰10wt%-30wt%和抗裂剂2.5wt%-5.0wt%，所述抗裂剂包括石墨烯、纤维和聚丙烯。

2.根据权利要求1所述的一种抗裂混凝土拌合物，其特征在于所述抗裂剂包括占混凝土重量的如下组分：石墨烯0.5wt%-1.5wt%、纤维1.0wt%-2.0wt%和聚丙烯0.5wt%-1.0wt%。

3.根据权利要求2所述的一种抗裂混凝土拌合物，其特征在于所述纤维包括占混凝土重量的如下组分：聚氨酯纤维0.5wt%-1.0wt%和玻璃纤维0.5wt%-1.0wt%。

4.根据权利要求2所述的一种抗裂混凝土拌合物，其特征在于所述混凝土中石墨烯所占重量为8wt%-12wt%。

5.根据权利要求1或4任一项所述的一种抗裂混凝土拌合物，其特征在于该混凝土包括如下重量的组分：水泥15wt%-25wt%、砂石骨料22wt%-58wt%、水12wt%-25wt%、硅灰12wt%-28wt%、石墨烯0.8wt%-1.2wt%、聚氨酯纤维0.5wt%-1.0wt%、玻璃纤维0.5wt%-1.0wt%和0.5wt%-1.0wt%的聚丙烯。

6.根据权利要求1-5任一项所述抗裂混凝土拌合物的制备方法，该制备方法包括如下制备步骤：

将砂石骨料、水泥和硅灰搅拌均匀，然后将得到的抗裂剂与水混合均匀，倒在搅拌均匀的砂石骨料、水泥和硅灰上，搅拌均匀。

7.根据权利要求6所述的抗裂混凝土拌合物的制备方法，其特征在于所述抗裂剂包括如下制备步骤：

将0.5wt%-1.0wt%的聚丙烯分散在乙醇中，在水浴82-87℃下搅拌溶于水，得到20%的溶液，加入0.5wt%-1.5wt%的石墨烯，搅拌均匀，然后加入0.002wt%-0.004wt%的氯化钠，搅拌均匀，待聚丙烯和石墨烯溶解后加入0.5wt%-1.0wt%的聚氨酯纤维和0.5wt%-1.0wt%的玻璃纤维，水浴55-65℃下搅拌1-3小时，制得抗裂剂。

8.根据权利要求7所述的抗裂混凝土拌合物的制备方法，其特征在于所述抗裂剂常温下保存，在使用前搅拌25-30min。