CN108947379A - 一种耐久性混凝土及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料的技术领域，提供了一种耐久性混凝土及制备方法。该方法通过制备纳米二氧化硅均匀分散的聚丙烯/聚乙烯醇复合多孔纤维，然后吸附海藻酸钠，再与水泥、砂、碎石、减水剂、引气剂、碳酸钙、葡萄糖酸内酯、水拌合均匀，制得耐久性混凝土。与传统方法相比，本发明制备的耐久性混凝土，由于聚丙烯和聚乙烯醇有机纤维良好的抗拉韧性，以及海藻酸钙凝胶的形成，使得有机纤维与无机混凝土的界面结合良好，应力传递速度快，可及时转移混凝土硬化时的收缩应力，防止开裂，因此具有良好的耐久性。

Description

一种耐久性混凝土及制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料的技术领域，提供了一种耐久性混凝土及制备方法。
背景技术
混凝土因其取材广泛、价格低廉、抗压强度高、可浇筑成各种形状，并且耐火性好、不易风化、养护费用低，成为当今世界建筑结构中使用最广泛的建筑材料。随着社会经济的发展，我国的建设规模正日益增大，如何保证建筑工程质量的同时也能使工程能长久的安全使用下去，日益各界人士的广泛关注，因此，对于混凝土质量的提高成为当今建筑领域的重要课题。
混凝土最主要的缺点是抗拉能力差，容易开裂。大量的工程实践和理论分析表明，几乎所有的混凝土构件均是带裂缝工作的，只是有些裂缝很细，甚至肉眼看不见，一般对结构的使用无大的危害，可允许其存在；有些裂缝在使用荷载或外界物理、化学因素的作用下，不断产生和扩展，引起混凝土碳化、保护层剥落、钢筋腐蚀，使混凝土的强度和刚度受到削弱，耐久性降低，严重时甚至发生垮塌事故，危害结构的正常使用，必须加以控制。
混凝土产生裂缝的原因多种多样，在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种；另外混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，进而导致出现裂缝。因此对于混凝土裂缝的遏制，主要集中在内部应力的控制。
中国发明专利申请号201610445255.8公开了一种耐久性较好的混凝土，由以下原料制成：水泥，粉煤灰，改性超细石英粉，伊利石，轮胎粉，绿泥石，煤矸石，碱化稻壳，聚碳酸酯树脂，三苯乙基苯酚聚氧乙烯醚，氯化石蜡，聚异丁烯，水。该发明中利用改性超细石英粉和碱化稻壳共同作用，加强混凝土的粘结能力，并在特定条件下进行混拌、养护，使各原料之间反应充分，能够有效地防止因温度、干缩等非结构性原因造成的表面或内部裂缝，但无法有效解决混凝土内部应力集中的问题，导致产生应力裂缝。
中国发明专利申请号201610485058.9公开了一种防开裂混凝土，其原料按重量份包括：52.5级普通硅酸盐水泥100份，矿粉20~30份，粉煤灰30~40份，硅灰20~30份，石英砂100~150份，石子200~300份，纤维2~3份，丁腈橡胶胶粉2~3份，环氧树脂乳液2~3份，羟丙基纤维素醚1~3份，聚萘甲醛磺酸钠盐2~4份，水25~30份；纤维的原料为高模量聚乙烯醇纤维、改性聚丙烯纤维，但其防开裂性能有待进一步提高。
综上所述，现有技术中的混凝土，因外部环境的变化及内部应力集中的缘故，易出现裂缝，导致混凝土的耐久性差，使用安全性降低，制约了混凝土在建筑领域的发展应用，因此开发一种具有有效防止裂缝产生的耐久性混凝土，有着重要的意义。
发明内容
可见，现有技术的混凝土在施工及使用过程中，易产生裂缝，导致混凝土结构使用安全性降低，存在耐久性差的缺点。针对这种情况，我们提出一种耐久性混凝土及制备方法，可有效防止混凝土因内部应力集中而产生裂缝，耐久性好。
为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：
一种耐久性混凝土的制备方法，其特征在于所述耐久性混凝土制备的具体步骤如下：
（1）将聚丙烯、聚乙烯醇溶于二甲基亚砜中，加入纳米二氧化硅、三氯化镓进行分散，制成纺丝液，然后进行静电纺丝，将得到的纤维切成短纤维，浸没于水中去除三氯化镓，制得纳米二氧化硅均匀分散的聚丙烯/聚乙烯醇复合多孔纤维；
（2）将步骤（1）制得的复合多孔纤维置于海藻酸钠的水溶液中，超声处理，然后过滤、干燥，制得吸附海藻酸钠的复合多孔纤维；
（3）将步骤（2）制得的吸附海藻酸钠的复合多孔纤维与水泥、砂、碎石、减水剂、引气剂、碳酸钙、葡萄糖酸内酯、水拌合均匀，制得耐久性混凝土。
优选的，步骤（1）所述纺丝液中，聚丙烯6~12重量份、聚乙烯醇5~8重量份、纳米二氧化硅1~3重量份、三氯化镓4~8重量份、二甲基亚砜69~84重量份。
优选的，步骤（1）所述静电纺丝的纺丝电压为8~12V，接收距离为10~20cm，纺丝孔孔径为200~500nm。
优选的，步骤（1）所述纤维在水中的浸没时间为30~90min。
优选的，步骤（2）所述超声处理的超声波频率为80~120kHz，功率密度为0.8~1.5W/cm2，处理时间为60~120min。
优选的，步骤（2）所述海藻酸钠的水溶液中，海藻酸钠10~20重量份、水76~88重量份、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯2~4重量份。
优选的，步骤（3）所述减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、干酪素减水剂、萘磺酸盐类减水剂、氨基磺酸盐类减水剂中的至少一种。
优选的，步骤（3）所述引气剂为松香皂、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、磺化丁二酸二(2-乙基己基)酯中的至少一种。
优选的，步骤（3）所述耐久性混凝土中，吸附海藻酸钠的复合多孔纤维5~8重量份、水泥15~18重量份、砂17~20重量份、碎石36~50重量份、减水剂0.5~1重量份、引气剂0.5~1重量份、碳酸钙1~2重量份、葡萄糖酸内酯3~4重量份、水8~10重量份。
本发明还提供了一种上述制备方法制备得到的耐久性混凝土。所述夹层状复合光催化剂是通过制备纳米二氧化硅均匀分散的聚丙烯/聚乙烯醇复合多孔纤维，然后吸附海藻酸钠，再与水泥、砂、碎石、减水剂、引气剂、碳酸钙、葡萄糖酸内酯、水拌合均匀，出料而制得。
本发明提供了一种耐久性混凝土及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1.本发明制备的耐久性混凝土，通过将聚丙烯和聚乙烯醇有机纤维加入混凝土中，由于有机纤维具有良好的拉伸韧性，可转移混凝土硬化时的收缩应力，防止混凝土开裂，明显提高了混凝土的耐久性。
2.本发明制备的耐久性混凝土，在聚丙烯和聚乙烯醇的有机纤维中加入了纳米二氧化硅，在起到协同增韧作用的同时，有利于提高混凝土的强度。
3.本发明制备的耐久性混凝土，通过将复合纤维制成多孔结构，再吸附海藻酸钠，并在混凝土组分中加入碳酸钙和葡萄糖酸内酯，二者与海藻酸钠进行交联反应生成海藻酸钙凝胶，从而锚固有机纤维，增强有机纤维与无机混凝土的界面结合，促进应力的传递，防止混凝土因应力集中而开裂。
4.本发明使用的原料易得，价格较低，工艺简单，有利于推广应用。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
（1）将聚丙烯、聚乙烯醇溶于二甲基亚砜中，加入纳米二氧化硅、三氯化镓进行分散，制成纺丝液，然后进行静电纺丝，将得到的纤维切成短纤维，浸没于水中去除三氯化镓，制得纳米二氧化硅均匀分散的聚丙烯/聚乙烯醇复合多孔纤维；静电纺丝的纺丝电压为9V，接收距离为16cm，纺丝孔孔径为300nm；纤维在水中的浸没时间为50min；纺丝液中，聚丙烯9重量份、聚乙烯醇7重量份、纳米二氧化硅2重量份、三氯化镓5重量份、二甲基亚砜77重量份；
（2）将步骤（1）制得的复合多孔纤维置于海藻酸钠的水溶液中，超声处理，然后过滤、干燥，制得吸附海藻酸钠的复合多孔纤维；超声处理的超声波频率为110kHz，功率密度为1.1W/cm2，处理时间为110min；海藻酸钠的水溶液中，海藻酸钠16重量份、水81重量份、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯3重量份；
（3）将步骤（2）制得的吸附海藻酸钠的复合多孔纤维与水泥、砂、碎石、减水剂、引气剂、碳酸钙、葡萄糖酸内酯、水拌合均匀，制得耐久性混凝土；减水剂为木质素磺酸盐类减水剂；引气剂为松香皂；耐久性混凝土中，吸附海藻酸钠的复合多孔纤维7重量份、水泥16重量份、砂19重量份、碎石43重量份、减水剂0.5重量份、引气剂0.5重量份、碳酸钙2重量份、葡萄糖酸内酯3重量份、水9重量份。
实施例2
（1）将聚丙烯、聚乙烯醇溶于二甲基亚砜中，加入纳米二氧化硅、三氯化镓进行分散，制成纺丝液，然后进行静电纺丝，将得到的纤维切成短纤维，浸没于水中去除三氯化镓，制得纳米二氧化硅均匀分散的聚丙烯/聚乙烯醇复合多孔纤维；静电纺丝的纺丝电压为8V，接收距离为10cm，纺丝孔孔径为200nm；纤维在水中的浸没时间为30min；纺丝液中，聚丙烯6重量份、聚乙烯醇5重量份、纳米二氧化硅1重量份、三氯化镓4重量份、二甲基亚砜84重量份；
（2）将步骤（1）制得的复合多孔纤维置于海藻酸钠的水溶液中，超声处理，然后过滤、干燥，制得吸附海藻酸钠的复合多孔纤维；超声处理的超声波频率为80kHz，功率密度为0.8W/cm2，处理时间为120min；海藻酸钠的水溶液中，海藻酸钠10重量份、水88重量份、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯2重量份；
（3）将步骤（2）制得的吸附海藻酸钠的复合多孔纤维与水泥、砂、碎石、减水剂、引气剂、碳酸钙、葡萄糖酸内酯、水拌合均匀，制得耐久性混凝土；减水剂为干酪素减水剂；引气剂为十二烷基硫酸钠；耐久性混凝土中，吸附海藻酸钠的复合多孔纤维5重量份、水泥15重量份、砂17重量份、碎石50重量份、减水剂0.5重量份、引气剂0.5重量份、碳酸钙1重量份、葡萄糖酸内酯3重量份、水8重量份。
实施例3
（1）将聚丙烯、聚乙烯醇溶于二甲基亚砜中，加入纳米二氧化硅、三氯化镓进行分散，制成纺丝液，然后进行静电纺丝，将得到的纤维切成短纤维，浸没于水中去除三氯化镓，制得纳米二氧化硅均匀分散的聚丙烯/聚乙烯醇复合多孔纤维；静电纺丝的纺丝电压为12V，接收距离为20cm，纺丝孔孔径为500nm；纤维在水中的浸没时间为90min；纺丝液中，聚丙烯12重量份、聚乙烯醇8重量份、纳米二氧化硅3重量份、三氯化镓8重量份、二甲基亚砜69重量份；
（2）将步骤（1）制得的复合多孔纤维置于海藻酸钠的水溶液中，超声处理，然后过滤、干燥，制得吸附海藻酸钠的复合多孔纤维；超声处理的超声波频率为120kHz，功率密度为1.5W/cm2，处理时间为60min；海藻酸钠的水溶液中，海藻酸钠20重量份、水76重量份、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯4重量份；
（3）将步骤（2）制得的吸附海藻酸钠的复合多孔纤维与水泥、砂、碎石、减水剂、引气剂、碳酸钙、葡萄糖酸内酯、水拌合均匀，制得耐久性混凝土；减水剂为萘磺酸盐类减水剂；引气剂为十二烷基磺酸钠；耐久性混凝土中，吸附海藻酸钠的复合多孔纤维8重量份、水泥18重量份、砂20重量份、碎石36重量份、减水剂1重量份、引气剂1重量份、碳酸钙2重量份、葡萄糖酸内酯4重量份、水10重量份。
实施例4
（1）将聚丙烯、聚乙烯醇溶于二甲基亚砜中，加入纳米二氧化硅、三氯化镓进行分散，制成纺丝液，然后进行静电纺丝，将得到的纤维切成短纤维，浸没于水中去除三氯化镓，制得纳米二氧化硅均匀分散的聚丙烯/聚乙烯醇复合多孔纤维；静电纺丝的纺丝电压为9V，接收距离为12cm，纺丝孔孔径为300nm；纤维在水中的浸没时间为40min；纺丝液中，聚丙烯7重量份、聚乙烯醇6重量份、纳米二氧化硅1重量份、三氯化镓5重量份、二甲基亚砜81重量份；
（2）将步骤（1）制得的复合多孔纤维置于海藻酸钠的水溶液中，超声处理，然后过滤、干燥，制得吸附海藻酸钠的复合多孔纤维；超声处理的超声波频率为110kHz，功率密度为1.3W/cm2，处理时间为100min；海藻酸钠的水溶液中，海藻酸钠12重量份、水85重量份、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯3重量份；
（3）将步骤（2）制得的吸附海藻酸钠的复合多孔纤维与水泥、砂、碎石、减水剂、引气剂、碳酸钙、葡萄糖酸内酯、水拌合均匀，制得耐久性混凝土；减水剂为氨基磺酸盐类减水剂；引气剂为磺化丁二酸二(2-乙基己基)酯；耐久性混凝土中，吸附海藻酸钠的复合多孔纤维6重量份、水泥16重量份、砂18重量份、碎石46重量份、减水剂0.5重量份、引气剂0.5重量份、碳酸钙1重量份、葡萄糖酸内酯4重量份、水8重量份。
实施例5
（1）将聚丙烯、聚乙烯醇溶于二甲基亚砜中，加入纳米二氧化硅、三氯化镓进行分散，制成纺丝液，然后进行静电纺丝，将得到的纤维切成短纤维，浸没于水中去除三氯化镓，制得纳米二氧化硅均匀分散的聚丙烯/聚乙烯醇复合多孔纤维；静电纺丝的纺丝电压为11V，接收距离为18cm，纺丝孔孔径为400nm；纤维在水中的浸没时间为80min；纺丝液中，聚丙烯11重量份、聚乙烯醇7重量份、纳米二氧化硅3重量份、三氯化镓7重量份、二甲基亚砜72重量份；
（2）将步骤（1）制得的复合多孔纤维置于海藻酸钠的水溶液中，超声处理，然后过滤、干燥，制得吸附海藻酸钠的复合多孔纤维；超声处理的超声波频率为110kHz，功率密度为1.3W/cm2，处理时间为80min；海藻酸钠的水溶液中，海藻酸钠17重量份、水79重量份、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯4重量份；
（3）将步骤（2）制得的吸附海藻酸钠的复合多孔纤维与水泥、砂、碎石、减水剂、引气剂、碳酸钙、葡萄糖酸内酯、水拌合均匀，制得耐久性混凝土；减水剂为木质素磺酸盐类减水剂；引气剂为松香皂；耐久性混凝土中，吸附海藻酸钠的复合多孔纤维7重量份、水泥17重量份、砂19重量份、碎石40重量份、减水剂1重量份、引气剂1重量份、碳酸钙2重量份、葡萄糖酸内酯4重量份、水9重量份。
实施例6
（1）将聚丙烯、聚乙烯醇溶于二甲基亚砜中，加入纳米二氧化硅、三氯化镓进行分散，制成纺丝液，然后进行静电纺丝，将得到的纤维切成短纤维，浸没于水中去除三氯化镓，制得纳米二氧化硅均匀分散的聚丙烯/聚乙烯醇复合多孔纤维；静电纺丝的纺丝电压为10V，接收距离为15cm，纺丝孔孔径为350nm；纤维在水中的浸没时间为60min；纺丝液中，聚丙烯9重量份、聚乙烯醇6重量份、纳米二氧化硅2重量份、三氯化镓6重量份、二甲基亚砜77重量份；
（2）将步骤（1）制得的复合多孔纤维置于海藻酸钠的水溶液中，超声处理，然后过滤、干燥，制得吸附海藻酸钠的复合多孔纤维；超声处理的超声波频率为100kHz，功率密度为1.2W/cm2，处理时间为90min；海藻酸钠的水溶液中，海藻酸钠15重量份、水82重量份、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯3重量份；
（3）将步骤（2）制得的吸附海藻酸钠的复合多孔纤维与水泥、砂、碎石、减水剂、引气剂、碳酸钙、葡萄糖酸内酯、水拌合均匀，制得耐久性混凝土；减水剂为氨基磺酸盐类减水剂；引气剂为十二烷基硫酸钠；耐久性混凝土中，吸附海藻酸钠的复合多孔纤维6重量份、水泥17重量份、砂18重量份、碎石44重量份、减水剂0.5重量份、引气剂0.5重量份、碳酸钙2重量份、葡萄糖酸内酯3重量份、水9重量份。
对比例1
纺丝液制备过程中，未添加纳米二氧化硅，其他制备条件与实施例6一致。
对比例2
未将复合纤维制成多孔结构，并未吸附海藻酸钠，其他制备条件与实施例6一致。
性能测试：
（1）按照本发明的方法拌制混凝土，并制成标准试件，进行标准条件养护，参照ACI推荐方法进行落锤冲击试验，冲击锤中4.5kg，下落高度457mm，分别测试3d、7d、14d及28d时的初裂冲击次数；
（2）按照本发明的方法拌制混凝土，并制成标准试件，进行标准条件养护，参照GB/T50082-2009标准，选用刀口约束法进行抗开裂性能测试，分别观察3d、7d、14d及28d时的裂缝情况，计算裂缝评价指标总开裂面积；
（3）按照本发明的方法拌制混凝土，并制成标准试件，进行标准条件养护，参照GB/T50107—2010标准进行抗拉强度试验，分别测试3d、7d、14d及28d时的抗拉强度。
所得数据如表1所示。
表1：

Claims (10)

1.一种耐久性混凝土的制备方法，其特征在于，所述耐久性混凝土制备的具体步骤如下：
（1）将聚丙烯、聚乙烯醇溶于二甲基亚砜中，加入纳米二氧化硅、三氯化镓进行分散，制成纺丝液，然后进行静电纺丝，将得到的纤维切成短纤维，浸没于水中去除三氯化镓，制得纳米二氧化硅均匀分散的聚丙烯/聚乙烯醇复合多孔纤维；
（2）将步骤（1）制得的复合多孔纤维置于海藻酸钠的水溶液中，超声处理，然后过滤、干燥，制得吸附海藻酸钠的复合多孔纤维；
（3）将步骤（2）制得的吸附海藻酸钠的复合多孔纤维与水泥、砂、碎石、减水剂、引气剂、碳酸钙、葡萄糖酸内酯、水拌合均匀，制得耐久性混凝土。
2.根据权利要求1所述一种耐久性混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述纺丝液中，聚丙烯6~12重量份、聚乙烯醇5~8重量份、纳米二氧化硅1~3重量份、三氯化镓4~8重量份、二甲基亚砜69~84重量份。
3.根据权利要求1所述一种耐久性混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述静电纺丝的纺丝电压为8~12V，接收距离为10~20cm，纺丝孔孔径为200~500nm。
4.根据权利要求1所述一种耐久性混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述纤维在水中的浸没时间为30~90min。
5.根据权利要求1所述一种耐久性混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述超声处理的超声波频率为80~120kHz，功率密度为0.8~1.5W/cm2，处理时间为60~120min。
6.根据权利要求1所述一种耐久性混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述海藻酸钠的水溶液中，海藻酸钠10~20重量份、水76~88重量份、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯2~4重量份。
7.根据权利要求1所述一种耐久性混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、干酪素减水剂、萘磺酸盐类减水剂、氨基磺酸盐类减水剂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述一种耐久性混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述引气剂为松香皂、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、磺化丁二酸二(2-乙基己基)酯中的至少一种。
9.根据权利要求1所述一种耐久性混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述耐久性混凝土中，吸附海藻酸钠的复合多孔纤维5~8重量份、水泥15~18重量份、砂17~20重量份、碎石36~50重量份、减水剂0.5~1重量份、引气剂0.5~1重量份、碳酸钙1~2重量份、葡萄糖酸内酯3~4重量份、水8~10重量份。
10.权利要求1~9任一项所述制备方法制备得到的一种耐久性混凝土。
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