CN109665776A - 一种抗冲击性混凝土及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗冲击性混凝土及其制备工艺，涉及混凝土技术领域，解决了因混凝土中纤维与各组分原料间的结合性较差，而导致混凝土整体抗冲击性能不佳的问题。其包括如下重量份数的组分：水160～190份；硅酸盐水泥340～360份；中砂540～680份；石子1050～1100份；增强剂4～6份；减水剂2.5～3.5份；矿粉110～120份；粉煤灰60～85份；多孔凝灰岩25～55份；金属纤维8～16份；纤维填料8～12份；水溶性聚苯胺2.5～5.5份；漂珠9～15份。本发明中的抗冲击性混凝在使用过程中具有良好的抗冲击强度。

Description

一种抗冲击性混凝土及其制备工艺

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种抗冲击性混凝土及其制备工艺。

背景技术

混凝土是指用水泥作胶凝材料，砂、石作骨料，与水、外加剂、掺合料按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。

在公告号为CN107188476A的中国发明专利中公开了一种新型的混凝土配方，按重量分数配比由以下组分制成：水泥100～150份；铁粉5～25份；中砂807.6份；粉煤灰50～70份；废弃物煅烧料15～34份；外加剂15～30份；水170～190份；引气剂1.12份；玻璃纤维4份；石屑485～520份；碎石1050～1100份。

上述专利中，加入废弃物煅烧料，以降低混凝土的成本，并加入玻璃纤维提高混凝土的韧性，但废弃物煅烧料的稳定性较差，其用于混凝土的制备时，与其他各组分原料的结合性较差，且与玻璃纤维的配合效果较差，而导致混凝土整体的抗冲击性能较差，因此，需要提出一种新的方案来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术中因混凝土中纤维与各组分原料间的结合性较差，而导致混凝土整体抗冲击性能不佳的问题，本发明的目的一在于提供一种抗冲击性混凝土，通过加入金属纤维，并使其表面被氧化的同时与纤维填料之间起到良好的配合效果，以解决上述技术问题，其在使用过程中具有良好的抗冲击强度。

为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：

一种抗冲击性混凝土，包括如下重量份数的组分：

水160～190份；

硅酸盐水泥340～360份；

中砂540～680份；

石子1050～1100份；

增强剂4～6份；

减水剂2.5～3.5份；

矿粉110～120份；

粉煤灰60～85份；

多孔凝灰岩25～55份；

金属纤维8～16份；

纤维填料8～12份；

水溶性聚苯胺2.5～5.5份；

漂珠9～15份。

通过采用上述技术方案，矿粉和粉煤灰是良好的填充剂，其填充在各组分之间，减小抗冲击性混凝土内部的空隙，能够使抗冲击性混凝土的结构强度大大提高。增强剂对混凝土的整体结构强度起到一定的增强作用，其能够填充在各组分原料间的缝隙中，并与各组分原料之间具有良好的结合性，进而能够提高抗冲击性混凝土的整体品质，具有良好的使用效果。减水剂是一种在维持抗冲击性混凝土坍落度基本不变的条件下，能减少用水量的混凝土外加剂。漂珠是一种能浮于水面的粉煤灰空心球，由于漂珠的厚壁和很高的抗压强度，且在抗冲击混凝土中具有良好的分散性，使抗冲击性混凝土的抗冲击性能大大提高。

金属纤维和纤维填料，能够改善抗冲击性混凝土整体的抗拉特性，并使抗冲击性混凝土的延伸率和韧性得以提高，且多孔凝灰岩的孔径适中，孔径形状多样，部分金属纤维和纤维填料填充在多孔凝灰岩的孔径中，使冲击性混凝土的抗冲击能力大大提高。而水溶性聚苯胺具有良好的电化学性能，其能够使金属纤维的表面被氧化，使相互接触的金属纤维因氧化作用而相互粘连在一起，且金属纤维和纤维填料在抗冲击性混凝土中交错分布，有利于使金属纤维和纤维填料彼此之间紧密结合在一起，并提高了各组分原料间的结合性，进而大大提高了抗冲击性混凝土整体的结构强度。

进一步优选为，所述抗冲击性混凝土中还加入有重量份数为4～6份的金属矿物粉组合物，金属矿物粉组合物主要包括按任意重量份数比的赤铁矿粉、钛铁矿粉和铬铁矿粉。

通过采用上述技术方案，主要由赤铁矿粉、钛铁矿粉和铬铁矿粉组成的金属矿物粉组合物具有良好的填充性，能够填充在各组分原料间的缝隙中，并在水溶性聚苯胺的作用下被氧化，使各组分原料间的结合性大大提高。同时，部分金属矿物粉组合物会填充在多孔凝灰岩的孔径中，并与金属纤维或纤维填料接触，其在被氧化时会紧紧固定在一起，使部分金属纤维和纤维填料紧紧固定在多孔凝灰岩上，提高了抗冲击性混凝土整体的抗冲击能力。

进一步优选为，所述抗冲击性混凝土中还加入有重量份数为1.5～3份的功能助剂，功能助剂主要包括聚酰胺蜡和乙烯基三甲氧基硅烷，且聚酰胺蜡和乙烯基三甲氧基硅烷的重量份数比为1：(0.8～1.2)。

通过采用上述技术方案，聚酰胺蜡是一种良好的防沉剂，其不仅能够提高抗冲击性混凝土整体的密实度，还能够防止漂珠、矿粉和粉煤灰在抗冲击性混凝土中产生沉降，使各组分原料之间能够充分混合。而乙烯基三甲氧基硅烷是一种良好的硅烷偶联剂，使各组分原料之间具有良好的结合性，进而提高抗冲击性混凝土的密实度和整体韧性。

进一步优选为，所述纤维填料选用聚丙烯纤维、钢纤维、硅酸铝纤维和玻璃纤维中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，聚丙烯纤维具有强度高、韧性好、耐化学品性和抗微生物性好的特性；钢纤维具有较高的表面硬度，且具有较高的抗拉强度；硅酸铝纤维具有优良的热稳定性及化学稳定性，使用寿命长，抗拉强度大，弹性好；玻璃纤维具有较高的机械强度，抗拉强度大。在抗冲击性混凝土中掺加适量的纤维填料，可提高其抗拉、抗弯强度，并大幅度地提高其韧性和抗冲击强度。

进一步优选为，所述增强剂选用石英粉、碳化硅、氮化硼、氮化硅、刚玉粉和云母粉中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，石英粉、碳化硅、氮化硼、氮化硅、刚玉粉和云母粉均为良好的增强剂，其在抗冲击性混凝土中具有良好的分散性，且与各组分原料之间具有良好的结合性，使抗冲击性混凝土在固化成型后的整体结构强度大大提高。同时，增强剂具有良好的强度和填充性，使抗冲击性混凝土整体的密实度和抗冲击强度大大提高。

进一步优选为，所述减水剂选用木质素磺酸钠、亚硫酸钠、丹宁和糖钙中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，木质素磺酸钠、亚硫酸钠、丹宁和糖钙均为良好的减水剂，且对抗冲击性混凝土的各组分原料具有良好的分散作用，能减少单位用水量，并改善抗冲击性混凝土的流动性。同时，多种减水剂混合使用时，能够降低抗冲击性混凝土的泌水率，使抗冲击性混凝土在运输过程中具有良好的稳定性，且不易快速凝固。

本发明的目的二在于提供一种抗冲击性混凝土的制备工艺，采用该方法制备的抗冲击性混凝土在使用过程中具有良好的抗冲击强度。

为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案，包括以下步骤：

步骤一，将相应重量份数的硅酸盐水泥、中砂、石子、矿粉、粉煤灰、漂珠和多孔凝灰岩充分混合，形成混合物；

步骤二，将相应重量份数的金属纤维、纤维填料和增强剂加入混合物中，进行充分混合，得到基料；

步骤三，将相应重量份数的减水剂和水溶性聚苯胺加入水中，充分混合，形成混合液；

步骤四，将基料分多次倒入混合液中，且进行持续搅拌混合，即可得到抗冲击性混凝土。

通过采用上述技术方案，有利于使各组分原料进行充分混合，使制得的抗冲击性混凝土在固化成型时，其内部可以形成由金属纤维、纤维填料和多孔凝灰岩所形成的网状结构，且整体各组分原料间具有良好的结合性，使抗冲击性混凝土在固化成型后的具有良好的抗冲击性能。同时，本制备工艺操作简单、制备周期较短，在生产抗冲击性混凝土的同时，使其具有较高的生产效率。

进一步优选为，所述漂珠进行改性处理，且改性处理具体包括如下步骤：

S1，取相应重量份数的漂珠，放入过量的氯化铝溶液中，在恒温培养箱中培养一段时间；

S2，滤去过量的氯化铝溶液，将得到的固体物放入干燥箱中进行干燥，然后进行高温煅烧一段时间，取出冷却至室温，即可得到改性漂珠。

通过采用上述技术方案，对漂珠进行改性处理进行改性处理后，铝会成功负载在漂珠的表面，在水溶性聚苯胺的作用下能够与金属纤维产生良好的复配效果，使抗冲击性混凝土整体的抗冲击性能大大提高。同时，改性后的漂珠具有一定的吸附能力，起填充在各组分原料间的空隙中，能够使各组分原料之间具有良好的结合性，有利于提高抗冲击性混凝土的抗冲击性能。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)加入水溶性聚苯胺，并利用其优良的电化学性能，能够使金属纤维的表面被氧化，使相互接触的金属纤维因氧化作用而相互粘连在一起，且金属纤维和纤维填料在抗冲击性混凝土中交错分布，有利于使金属纤维和纤维填料彼此之间紧密结合在一起，并提高了各组分原料间的结合性，进而大大提高了抗冲击性混凝土整体的抗冲击性能；

(2)由赤铁矿粉、钛铁矿粉和铬铁矿粉组成的金属矿物粉组合物能够填充在各组分原料间的缝隙中，并在水溶性聚苯胺的作用下被氧化，使各组分原料间的结合性大大提高，且部分填充在多孔凝灰岩孔径中的金属矿物粉再被氧化时，能将与之接触的金属纤维或纤维填料紧紧固定在多孔凝灰岩上，提高了抗冲击性混凝土整体的抗冲击能力；

(3)对漂珠进行改性处理后，使其在水溶性聚苯胺的作用下能够与金属纤维产生良好的复配效果，且具有一定的吸附能力，能够使各组分原料之间具有良好的结合性，有利于大大提高抗冲击性混凝土的抗冲击性能。

附图说明

图1为本发明中抗冲击性混凝土的制备工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：一种抗冲击性混凝土，各组分及其相应的重量份数如表1所示，并通过如下步骤制备获得：

步骤一，将相应重量份数的硅酸盐水泥、中砂、石子、矿粉、粉煤灰、漂珠和多孔凝灰岩在烘干桶中进行搅拌混合，转速为700rpm，时间为45min，温度控制在95℃，形成混合物；

步骤二，将相应重量份数的金属纤维、聚丙烯纤维和石英粉加入混合物中，在烘干桶中进行搅拌烘干，温度控制在60℃，时间为35min，搅拌速度为600rpm，得到基料；

步骤三，将相应重量份数的木质素磺酸钠和水溶性聚苯胺加入水中，放入搅拌缸中进行搅拌，时间为15min，搅拌速度为300rpm，形成混合液；

步骤四，将基料分等质量的三份依次倒入混合液中，并进行持续搅拌混合，搅拌速度为1200rpm，且每次加料的间隔时间为5min，即可得到抗冲击性混凝土。

实施例2-8：一种抗冲击性混凝土，与实施例1的不同之处在于，各组分及其相应的重量份数如表1所示。

表1实施例1-8中各组分及其重量份数

实施例9：一种抗冲击性混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤二具体包括如下步骤，将相应重量份数为16份的金属纤维、8份的聚丙烯纤维、6份的石英粉进和4份的金属矿物粉组合物加入混合物中，金属矿物粉组合物主要由重量份数比为1:1:2的赤铁矿粉、钛铁矿粉和铬铁矿粉组成，在烘干桶中进行搅拌烘干，温度控制在60℃，时间为35min，搅拌速度为600rpm，得到基料。

实施例10：一种抗冲击性混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤二具体包括如下步骤，将相应重量份数为16份的金属纤维、8份的聚丙烯纤维、6份的石英粉进和5份的金属矿物粉组合物加入混合物中，金属矿物粉组合物主要由重量份数比为1:2:2的赤铁矿粉、钛铁矿粉和铬铁矿粉组成，在烘干桶中进行搅拌烘干，温度控制在60℃，时间为35min，搅拌速度为600rpm，得到基料。

实施例11：一种抗冲击性混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤二具体包括如下步骤，将相应重量份数为16份的金属纤维、8份的聚丙烯纤维、6份的石英粉进和6份的金属矿物粉组合物加入混合物中，金属矿物粉组合物主要由重量份数比为3:1:2的赤铁矿粉、钛铁矿粉和铬铁矿粉组成，在烘干桶中进行搅拌烘干，温度控制在60℃，时间为35min，搅拌速度为600rpm，得到基料。

实施例12：一种抗冲击性混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤四具体包括如下步骤，将基料分等质量的三份依次倒入混合液中，并加入有重量份数为1.5份的功能助剂，功能助剂由聚酰胺蜡和乙烯基三甲氧基硅烷按重量份数比为1：0.8组成，进行持续搅拌混合，搅拌速度为1200rpm，且每次加料的间隔时间为5min，即可得到抗冲击性混凝土。

实施例13：一种抗冲击性混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤四具体包括如下步骤，将基料分等质量的三份依次倒入混合液中，并加入有重量份数为3份的功能助剂，功能助剂由聚酰胺蜡和乙烯基三甲氧基硅烷按重量份数比为1：1组成，进行持续搅拌混合，搅拌速度为1200rpm，且每次加料的间隔时间为5min，即可得到抗冲击性混凝土。

实施例14：一种抗冲击性混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤四具体包括如下步骤，将基料分等质量的三份依次倒入混合液中，并加入有重量份数为2.25份的功能助剂，功能助剂由聚酰胺蜡和乙烯基三甲氧基硅烷按重量份数比为1：1.2组成，进行持续搅拌混合，搅拌速度为1200rpm，且每次加料的间隔时间为5min，即可得到抗冲击性混凝土。

实施例15：一种抗冲击性混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤二具体包括如下步骤，将相应重量份数为16份的金属纤维、8份的钢纤维和6份的石英粉加入混合物中，在烘干桶中进行搅拌烘干，温度控制在60℃，时间为35min，搅拌速度为600rpm，得到基料。

实施例16：一种抗冲击性混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤二具体包括如下步骤，将相应重量份数为16份的金属纤维、2份的钢纤维、2份的硅酸铝纤维、4份的玻璃纤维和6份的石英粉加入混合物中，在烘干桶中进行搅拌烘干，温度控制在60℃，时间为35min，搅拌速度为600rpm，得到基料。

实施例17：一种抗冲击性混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤二具体包括如下步骤，将相应重量份数为16份的金属纤维、8份的聚丙烯纤维和6份的碳化硅加入混合物中，在烘干桶中进行搅拌烘干，温度控制在60℃，时间为35min，搅拌速度为600rpm，得到基料。

实施例18：一种抗冲击性混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤二具体包括如下步骤，将相应重量份数为16份的金属纤维、8份的聚丙烯纤维、2份的氮化硼、2份的氮化硅和2份的刚玉粉加入混合物中，在烘干桶中进行搅拌烘干，温度控制在60℃，时间为35min，搅拌速度为600rpm，得到基料。

实施例19：一种抗冲击性混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤三具体包括如下步骤，将相应重量份数为2.5份的亚硫酸钠和2.5份的水溶性聚苯胺加入水中，放入搅拌缸中进行搅拌，时间为15min，搅拌速度为300rpm，形成混合液。

实施例20：一种抗冲击性混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤三具体包括如下步骤，将相应重量份数为1.5份的丹宁、1份的糖钙和2.5份的水溶性聚苯胺加入水中，放入搅拌缸中进行搅拌，时间为15min，搅拌速度为300rpm，形成混合液。

实施例21：一种抗冲击性混凝土，与实施例1的不同之处在于，所述漂珠进行改性处理，且改性处理具体包括如下步骤：

S1，取相应重量份数的漂珠，放入过量的氯化铝溶液中，氯化铝溶液的浓度为0.6mol/L，在恒温培养箱中培养48h，温度为30℃；

S2，采用抽滤机，滤去过量的氯化铝溶液，将得到的固体物放入干燥箱中进行干燥，干燥时间为4h，干燥温度为80℃，然后进行高温煅烧一段时间，煅烧温度为760℃，煅烧时间为4h，取出冷却至室温，即可得到改性漂珠。

对比例1：一种抗冲击性混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤二具体包括如下步骤，将相应重量份数的聚丙烯纤维和石英粉加入混合物中，在烘干桶中进行搅拌烘干，温度控制在60℃，时间为35min，搅拌速度为600rpm，得到基料。

对比例2：一种抗冲击性混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤二具体包括如下步骤，将相应重量份数的金属纤维和石英粉加入混合物中，在烘干桶中进行搅拌烘干，温度控制在60℃，时间为35min，搅拌速度为600rpm，得到基料。

对比例3：一种抗冲击性混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤二具体包括如下步骤，将相应重量份数的石英粉加入混合物中，在烘干桶中进行搅拌烘干，温度控制在60℃，时间为35min，搅拌速度为600rpm，得到基料。

对比例4：一种抗冲击性混凝土，与对比例1的不同之处在于，步骤三具体包括如下步骤，将相应重量份数的木质素磺酸钠加入水中，放入搅拌缸中进行搅拌，时间为15min，搅拌速度为300rpm，形成混合液。

对比例5：一种抗冲击性混凝土，与对比例3的不同之处在于，步骤三具体包括如下步骤，将相应重量份数的木质素磺酸钠加入水中，放入搅拌缸中进行搅拌，时间为15min，搅拌速度为300rpm，形成混合液。

抗冲击性能测试试验样品：采用实施例1-21中获得的抗冲击性混凝土作为试验样品1-21，采用对比例1-5中获得的抗冲击性混凝土作为对照样品1-5。

试验方法：选用试验样品1-21和对照样品1-5中的抗冲击性混凝土制作标准试件，试件的尺寸为150mm×150mm×150mm，标准养护28天后进行试验。试验仪器为自落式重锤，重锤重量为5.14kg，下落高度为938mm，实验时，重锤中线与试件中心线对齐，自由落下砸在试件的中心。抗冲击性能以试件完全开裂时的冲击次数为衡量尺度，实验中，每组试件为十个，保留八个中间值取平均，并记录。

试验结果：试验样品1-21和对照样品1-5的测试结果如表2所示。由表2可知，由试验样品1-8和对照样品1-5的测试结果对照可得，金属纤维和纤维填料，能够改善抗冲击性混凝土整体的抗拉特性，而水溶性聚苯胺与在抗冲击性混凝土中交错分布的金属纤维和纤维填料能够起到良好的配合效果，进而大大提高了抗冲击性混凝土整体的结构强度。由试验样品1-8和试验样品9-11的测试结果对照可得，加入由赤铁矿粉、钛铁矿粉和铬铁矿粉组成的金属矿物粉组合物，能够提高抗冲击性混凝土的抗冲击性能。由试验样品1-8和试验样品12-14的测试结果对照可得，加入由聚酰胺蜡和乙烯基三甲氧基硅烷组成的功能助剂，有利于提高抗冲击性混凝土的抗冲击性能。由试验样品1-8和试验样品15-20的测试结果对照可得，本发明所公开的增强剂、减水剂和纤维填料均适用于抗冲击性混凝土的制备。由试验样品1-8和试验样品21的测试结果对照可得，对漂珠进行改性处理后，能够大大提高抗冲击性混凝土的抗冲击性能。

表2试验样品1-21和对照样品1-5的测试结果

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种抗冲击性混凝土，其特征在于，包括如下重量份数的组分：

水 160～190份；

硅酸盐水泥 340～360份；

中砂 540～680份；

石子 1050～1100份；

增强剂 4～6份；

减水剂 2.5～3.5份；

矿粉 110～120份；

粉煤灰 60～85份；

多孔凝灰岩 25～55份；

金属纤维 8～16份；

纤维填料 8～12份；

水溶性聚苯胺 2.5～5.5份；

漂珠 9～15份。

2.根据权利要求1所述的抗冲击性混凝土，其特征在于，所述抗冲击性混凝土中还加入有重量份数为4～6份的金属矿物粉组合物，金属矿物粉组合物主要包括按任意重量份数比的赤铁矿粉、钛铁矿粉和铬铁矿粉。

3.根据权利要求1所述的抗冲击性混凝土，其特征在于，所述抗冲击性混凝土中还加入有重量份数为1.5～3份的功能助剂，功能助剂主要包括聚酰胺蜡和乙烯基三甲氧基硅烷，且聚酰胺蜡和乙烯基三甲氧基硅烷的重量份数比为1：(0.8～1.2）。

4.根据权利要求1所述的抗冲击性混凝土，其特征在于，所述纤维填料选用聚丙烯纤维、钢纤维、硅酸铝纤维和玻璃纤维中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的抗冲击性混凝土，其特征在于，所述增强剂选用石英粉、碳化硅、氮化硼、氮化硅、刚玉粉和云母粉中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的抗冲击性混凝土，其特征在于，所述减水剂选用木质素磺酸钠、亚硫酸钠、丹宁和糖钙中的一种或多种。

7.一种如权利要求1所述的抗冲击性混凝土的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将相应重量份数的硅酸盐水泥、中砂、石子、矿粉、粉煤灰、漂珠和多孔凝灰岩充分混合，形成混合物；

步骤二，将相应重量份数的金属纤维、纤维填料和增强剂加入混合物中，进行充分混合，得到基料；

步骤三，将相应重量份数的减水剂和水溶性聚苯胺加入水中，充分混合，形成混合液；

步骤四，将基料分多次倒入混合液中，且进行持续搅拌混合，即可得到抗冲击性混凝土。

8.根据权利要求7所述的抗冲击性混凝土的制备工艺，其特征在于，所述漂珠进行改性处理，且改性处理具体包括如下步骤：

S1，取相应重量份数的漂珠，放入过量的氯化铝溶液中，在恒温培养箱中培养一段时间；

S2，滤去过量的氯化铝溶液，将得到的固体物放入干燥箱中进行干燥，然后进行高温煅烧一段时间，取出冷却至室温，即可得到改性漂珠。