CN109809768A - 一种低水灰比高电阻率聚合物混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混凝土材料技术领域，具体涉及一种低水灰比高电阻率聚合物混凝土及其制备方法。本混凝土由水泥、石子、砂子、减水剂、水、环氧树脂、固化剂、PE粉、粉煤灰及硅灰组成，可在低水灰比下仍具有良好的和易性，且在具有高强度及抗渗性的同时在潮湿状态下电阻率能大幅提高；上述混凝土的制备方法包括：先搅拌指定量的水泥、石子、砂子、粉煤灰及硅灰，再加入PE粉搅拌均匀；之后加入减水剂、环氧树脂、固化剂和水，搅拌获得混凝土混合物；向空试模内加入混凝土混合物，将盛有混凝土混合物的试模放入养护箱养护获得混凝土试块；继续养护混凝土试块以获得成品。上述制备方法可简便而高效率的实现本发明的混凝土的工业化制备。

Description

一种低水灰比高电阻率聚合物混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土材料技术领域，具体涉及一种低水灰比高电阻率聚合物混凝土及其制备方法。

背景技术

经济的不断发展带动了建筑业飞速发展，而混凝土作为现代建筑工程用量最大的建筑材料之一，更是得到了广泛的应用。混凝土的耐久性是指混凝土结构在正常使用过程中，在水、空气、酸、碱、盐、电流、 CO2等外界环境因素和裂缝、孔隙等混凝土内部结构的长期共同作用下，原设计功能不显著降低的性质，它决定了混凝土工程的质量和使用寿命。混凝土的电阻率不仅与结构密实性，养护环境、龄期等密切相关，还可侧面反映混凝土强度、抗渗性及耐久性的好坏，因此，混凝土电阻率已成为一项测试指标被研究者广泛采用。

在地铁工程领域，由于牵引供电回路中走行轨与道床结构之间的非绝缘性，地铁走行轨上的部分回路电流将通过轨道板流入地下并流回变电所而产生杂散电流。上述杂散电流流经轨道板非绝缘的混凝土后，会使其内部钢筋发生电化学腐蚀，同时反应生成物的堆积会使混凝土内部膨胀开裂而发生破坏。因此，提高混凝土材料的绝缘性在控制地铁杂散电流方面具有重大意义。虽然水泥与天然石材组成的混凝土完全干燥后，具有极高的电阻率，因此往往把它归结为绝缘体材料，且普通混凝土的电阻率约109Ωm；然而，在潮湿状态下，混凝土中不仅含有水泥中溶出的水溶性导电化合物，还包含水泥水化反应生成的各种离子，在电场作用下会产生电荷移动，从而大大降低混凝土电阻率。地铁工程的主体结构处于地下一定深度，混凝土长期处于地下水的浸泡之中，如何可靠提高在潮湿状态下的混凝土结构的耐久性，使其在较低水灰比下具有良好的和易性、较高的强度以及较高的湿电阻率，为地铁道床工程领域长久以来所亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的其中一个目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种低水灰比高电阻率聚合物混凝土，该混凝土在低水灰比下仍具有良好的和易性，且在具有高强度及抗渗性的同时在潮湿状态下电阻率能大幅提高，从而有效抑制钢筋的腐蚀，使其在地下混凝土结构中有良好的应用前景；本发明的另一个目的是提供一种基于上述混凝土的制备方法，以简便而高效率的实现上述混凝土的工业化制备。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种低水灰比高电阻率聚合物混凝土，其特征在于：本混凝土由水泥、石子、砂子、减水剂、水、环氧树脂、固化剂、PE粉、粉煤灰及硅灰组成，上述各组分按重量份数如下：水泥重量份数为100份，石子重量份数为280～300份，砂子重量份数为140～160份，减水剂重量份数 0.3～1份，水重量份数10～50份，环氧树脂重量份数1～5份，固化剂重量份数0.25～1.25份，PE粉重量份数1～5份；其中，水泥总用量的 10％～30％以粉煤灰取代，而水泥总用量的1％～10％以硅灰取代。

优选的，所述水泥为硅酸盐水泥；石子为粒径在5～15mm的玄武岩石子；所述砂子为二氧化硅含量大于96％，烧失量小于或等于0.40％，含泥量小于或等于0.20％的硅质粗中砂。

优选的，所述粉煤灰细度为II级以上。

优选的，所述硅灰为容重1600～1700kg/m³，平均粒径在0.1～0.3μ m，且80％以上粒径小于1μm的微硅粉。

优选的，所述减水剂为减水率为37％的聚羧酸高性能减水剂，且减水剂用量不超过胶凝材料总量的0.5％。

优选的，所述环氧树脂为水性环氧树脂乳液，环氧树脂与固化剂以 4:1的质量比配合使用。

优选的，所述PE粉为300目的聚乙烯粉末。

一种应用上述低水灰比高电阻率聚合物混凝土的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)、按重量份数称取指定量的水泥、石子、砂子、粉煤灰及硅灰加入混凝土搅拌机中，再加入PE粉，搅拌均匀；

2)、按重量份数称取指定量的减水剂、环氧树脂、固化剂和水；按照先向步骤1)中的混凝土搅拌机内加入减水剂和水，后加入环氧树脂和固化剂的混合液的方式进行各组分的添加操作，以便在混凝土搅拌机内形成混凝土混合物；搅拌混凝土混合物直至其呈均匀的浆体状；

3)、空试模刷油，向空试模内加入步骤2)制得的混凝土混合物，每次加入混凝土混合物均需振捣密实，最后平整试模内的混凝土表面；将盛有混凝土混合物的试模放入养护箱养护，24h后拆模，获得混凝土试块；将混凝土试块继续放入养护箱养护至56d，即得成品混凝土块。

优选的，所述步骤1)中，水泥、石子、砂子、粉煤灰及硅灰在加入混凝土搅拌机前需进行清洗及晾晒烘干处理；待水泥、石子、砂子、粉煤灰及硅灰加入混凝土搅拌机并搅拌均匀后再加入PE粉，之后再次搅拌30～60s。

优选的，所述步骤3)中，养护箱的养护条件为：温度20±1℃，相对湿度95％以上。

本发明的有益效果在于：

1)、实践证明，通过本发明的上述组分及配比下成型的混凝土，其水灰比可降低至0.29。普通混凝土在上述低水灰比的前提下，虽然也会具有较高的早期强度及较好的孔隙结构，但和易性会大幅降低，也即新拌混凝土易于各工序施工操作(搅拌、运输、浇灌、捣实等)并能获得质量均匀、成型密实的性能大幅下降。然而，本发明所制得的低水灰比高电阻率聚合物混凝土在具备上述低水灰比的同时，利用清洗烘干后的原料，搭配作为外加剂的水性环氧树脂乳液的粘结作用，相当于在水灰比较低的体系中额外加入了液体组分，对提高和易性起到重要作用，从而克服了普通混凝土的缺点，而同步具有了常规混凝土所欠缺的良好和易性，显然更便于实际施工操作。

2)、本发明在粉煤灰和硅灰的最佳配合比的基础上，选择了具有绝缘性的PE粉末作为外加掺合料。由于PE粉末本身电绝缘性优良，且细度在微米级以下，起到了很好的填隙作用，大大降低了混凝土结构内部的孔隙尺寸，增加了结构的密实性，有利于强度与电阻率的提升。

3)、引入合适配比的环氧树脂，优选水性环氧树脂乳液，其具有优良的成膜性和较好的结合力，其官能团可以束缚混凝土结构中各种离子，减少了可移动电荷数。此外，水性环氧树脂乳液在水泥水化初期促进了水化产物Ca(OH)2的形成，进而能有效的提高混凝土电阻率。

4)、常规聚合物混凝土在潮湿环境下绝缘性很低，一般只可应用于干燥的工程环境下，显然难以应用于诸如地铁工程等潮湿环境中。通过本发明制备的混凝土，在采取湿养护的前提下能依然保持较高的电阻率，因此更适于用在地铁工程等浸泡于地下水中的潮湿环境，具有良好的抗渗性及耐久性。

综上所述，使用本发明提供的组分及配比所生产的低水灰比高电阻率聚合物混凝土在具备低水灰比的同时，具备了良好绝缘性能，同时耐久性更高。相较于现有的普通混凝土，本发明提供的低水灰比高电阻率聚合物混凝土还实现了低水灰比下良好的和易性，施工性能优异，其更高的湿电阻率也为混凝土在地下工程中的应用提供了广阔的发展前景。

具体实施方式

为便于理解，此处对本发明的具体实施例作以下进一步描述：

一种低水灰比高电阻率聚合物混凝土，其由水泥、石子、砂子、减水剂、水、环氧树脂、固化剂、PE粉、粉煤灰及硅灰组成。其中：所述水泥为硅酸盐水泥，而石子为粒径在5～15mm的玄武岩石子。所述砂子为二氧化硅含量大于96％，烧失量小于或等于0.40％，含泥量小于或等于 0.20％的硅质粗中砂。所述粉煤灰细度为II级以上。所述硅灰为容重1600～1700kg/m³，平均粒径在0.1～0.3μm，且80％以上粒径小于1μm 的微硅粉。所述减水剂为减水率为37％的聚羧酸高性能减水剂，且减水剂用量不超过胶凝材料总量的0.5％。上述的胶凝材料，又称胶结料；指的是在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料，制成有一定机械强度的复合固体的物质；本发明中指代水泥、石、粉煤灰等在混凝土中起胶结作用的材料，为本领域所通用的学术名词。

所述环氧树脂为水性环氧树脂乳液，环氧树脂与固化剂以4:1的质量比配合使用。所述PE粉为300目的聚乙烯粉末。

实际制作混凝土时，上述各组分按重量份数如下：水泥重量份数为 100份，石子重量份数为280～300份，砂子重量份数为140～160份，减水剂重量份数0.3～1份，水重量份数10～50份，环氧树脂重量份数1～5 份，固化剂重量份数0.25～1.25份，PE粉重量份数1～5份；其中，水泥总用量的10％～30％以粉煤灰取代，而水泥总用量的1％～10％以硅灰取代。

在上述方案的基础上，此处具体的提供了一种应用所述低水灰比高电阻率聚合物混凝土的制备方法，包括如下步骤：

1)、按重量份数称取指定量的水泥、石子、砂子、粉煤灰及硅灰加入混凝土搅拌机中，再加入PE粉，搅拌均匀。在进行上述操作时，水泥、石子、砂子、粉煤灰及硅灰在加入混凝土搅拌机前需进行清洗及晾晒烘干处理；待水泥、石子、砂子、粉煤灰及硅灰加入混凝土搅拌机并搅拌均匀后再加入PE粉，之后再次搅拌30～60s。

2)、按重量份数称取指定量的减水剂、环氧树脂、固化剂和水；按照先向步骤1)中的混凝土搅拌机内加入减水剂和水，后加入环氧树脂和固化剂的混合液的方式进行各组分的添加操作，以便在混凝土搅拌机内形成混凝土混合物；搅拌混凝土混合物直至其呈均匀的浆体状。

3)、空试模刷油，向空试模内加入步骤2)制得的混凝土混合物，每次加入混凝土混合物均需振捣密实，最后平整试模内的混凝土表面；将盛有混凝土混合物的试模放入养护箱养护，24h后拆模，获得龄期1 天水化未完全的混凝土试块；将混凝土试块继续放入养护箱养护至56d，即得龄期56天基本水化完全的混凝土试块也即成品混凝土块。

优选的，所述步骤3)中，养护箱的养护条件为：温度20±1℃，相对湿度95％以上。

为便于进一步的理解本发明，此处给出以下具体实施例：

实施例1：

此组是对比试验组，为未掺加PE粉末的空白对照组，具体如下：

一种低水灰比高电阻率聚合物混凝土的制备方法，包括如下步骤：

a)、将水泥696.4g、石子3351.3g、砂子1761.2g、粉煤灰348.2g、硅灰116.1g加入混凝土搅拌机中，搅拌至完全均匀。

b)、称取5.804g减水剂、58.036g水性环氧树脂乳液、14.509g固化剂、342.1g水。按照先加减水剂和水，后加水性环氧树脂和固化剂的混合液的顺序，将称取的各原料加入混凝土搅拌机内继续搅拌，至混凝土混合物呈均匀的浆体状；

c)、将空试模刷油，分多次加入一定量混合物，以便保证混凝土拌合物填充的密实度，每次加入均需要振捣密实，但不能振捣过长时间，否则拌合物会离析泌水，最后将试模内的混凝土表面平整后，放入养护箱养护，养护箱的养护条件为：温度21℃，相对湿度96％。24h后拆模，所得混凝土试块继续放入养护箱养护至56d，即得成品混凝土块。

实施例2：

此实施例为5％EP也即水性环氧树脂乳液与1％PE粉末添加组，其特定龄期电阻率性能相比实施例1已大幅度提升但尚未达到目标值，具体如下：

一种低水灰比高电阻率聚合物混凝土的制备方法，包括如下步骤：

a)、逐个称取水泥696.4g、石子3351.3g、砂子1761.2g、粉煤灰348.2g、硅灰116.1g，将之逐一加入混凝土搅拌机中，搅拌至完全均匀；

b)、称取11.607gPE粉末、5.804g减水剂、58.036g水性环氧树脂乳液、14.509g固化剂以及342.1g水。先向混凝土搅拌机中加入PE粉末搅拌均匀，再按照先加减水剂和水，后加水性环氧树脂和固化剂的混合液的顺序将各原料加入步骤a)的混凝土搅拌机中，继续搅拌，至混凝土搅拌机中的混凝土混合物呈均匀的浆体状；

c)、将空试模刷油，分多次加入一定量混合物，以保证混凝土拌合物填充的密实度，每次加入均需要振捣密实，但不能振捣过长时间，否则拌合物会离析泌水，最后将试模内的混凝土表面平整，放入养护箱养护，养护箱的养护条件为：温度21℃，相对湿度96％。24h后拆模，所得混凝土试块继续放入养护箱养护至56d，即得成品混凝土块。

实施例3：

此实施例为5％EP与5％PE粉末添加组，其特定龄期电阻率性能已达到目标值，具体如下：

本发明提供一种低水灰比高电阻率聚合物混凝土的制备方法，包括如下步骤：

a)、称取水泥696.4g、石子3351.3g、砂子1761.2g、粉煤灰348.2g、硅灰116.1g加入混凝土搅拌机中，搅拌至完全均匀；

b)、称取58.036gPE粉末、5.804g减水剂、58.036g水性环氧树脂乳液、14.509g固化剂以及342.1g水。先向步骤a)中的混凝土搅拌机中加入PE粉末搅拌均匀，再依次加减水剂和水，水性环氧树脂和固化剂的混合液继续搅拌，至混凝土搅拌机内的混凝土混合物呈均匀的浆体状；

c)、将空试模刷油，分多次加入一定量混合物，以保证混凝土拌合物填充的密实度，每次加入均需要振捣密实，但不能振捣过长时间，否则拌合物会离析泌水，最后将试模内的混凝土表面平整，放入养护箱养护。养护箱的养护条件为：温度21℃，相对湿度96％。24h后拆模，所得混凝土试块继续放入养护箱养护至56d，即得成品混凝土块。

对实施例1、2及3所制得的低水灰比高电阻率聚合物混凝土的性能进行测试，测试方法及所得性能数据如下表所示：

根据上表可知，使用本发明提供的组分及配方所生产的低水灰比高电阻率聚合物混凝土具有良好的绝缘性能，与此同时，所制得的混凝土的耐久性更高，以上两点均具有实用价值。此外的，相较于现有普通混凝土，本发明提供的低水灰比高电阻率聚合物混凝土还实现了低水灰比下良好的和易性，施工性能优异，其更高的湿电阻率也为混凝土在地下工程的广泛应用提供了广阔的发展前景，利于实际推广。

Claims (10)

1.一种低水灰比高电阻率聚合物混凝土，其特征在于：本混凝土由水泥、石子、砂子、减水剂、水、环氧树脂、固化剂、PE粉、粉煤灰及硅灰组成，上述各组分按重量份数如下：水泥重量份数为100份，石子重量份数为280～300份，砂子重量份数为140～160份，减水剂重量份数0.3～1份，水重量份数10～50份，环氧树脂重量份数1～5份，固化剂重量份数0.25～1.25份，PE粉重量份数1～5份；其中，水泥总用量的10％～30％以粉煤灰取代，而水泥总用量的1％～10％以硅灰取代。

2.根据权利要求1所述的一种低水灰比高电阻率聚合物混凝土，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥；石子为粒径在5～15mm的玄武岩石子；所述砂子为二氧化硅含量大于96％，烧失量小于或等于0.40％，含泥量小于或等于0.20％的硅质粗中砂。

3.根据权利要求2所述的一种低水灰比高电阻率聚合物混凝土，其特征在于：所述粉煤灰细度为II级以上。

4.根据权利要求3所述的一种低水灰比高电阻率聚合物混凝土，其特征在于：所述硅灰为容重1600～1700kg/m³，平均粒径在0.1～0.3μm，且80％以上粒径小于1μm的微硅粉。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种低水灰比高电阻率聚合物混凝土，其特征在于：所述减水剂为减水率为37％的聚羧酸高性能减水剂，且减水剂用量不超过胶凝材料总量的0.5％。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种低水灰比高电阻率聚合物混凝土，其特征在于：所述环氧树脂为水性环氧树脂乳液，环氧树脂与固化剂以4:1的质量比配合使用。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种低水灰比高电阻率聚合物混凝土，其特征在于：所述PE粉为300目的聚乙烯粉末。

8.一种应用权利要求1所述低水灰比高电阻率聚合物混凝土的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)、按重量份数称取指定量的水泥、石子、砂子、粉煤灰及硅灰加入混凝土搅拌机中，再加入PE粉，搅拌均匀；

2)、按重量份数称取指定量的减水剂、环氧树脂、固化剂和水；按照先向步骤1)中的混凝土搅拌机内加入减水剂和水，后加入环氧树脂和固化剂的混合液的方式进行各组分的添加操作，以便在混凝土搅拌机内形成混凝土混合物；搅拌混凝土混合物直至其呈均匀的浆体状；

3)、空试模刷油，向空试模内加入步骤2)制得的混凝土混合物，每次加入混凝土混合物均需振捣密实，最后平整试模内的混凝土表面；将盛有混凝土混合物的试模放入养护箱养护，24h后拆模，获得混凝土试块；将混凝土试块继续放入养护箱养护至56d，即得成品混凝土块。

9.根据权利要求8所述的低水灰比高电阻率聚合物混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，水泥、石子、砂子、粉煤灰及硅灰在加入混凝土搅拌机前需进行清洗及晾晒烘干处理；待水泥、石子、砂子、粉煤灰及硅灰加入混凝土搅拌机并搅拌均匀后再加入PE粉，之后再次搅拌30～60s。

10.根据权利要求8所述的低水灰比高电阻率聚合物混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，养护箱的养护条件为：温度20±1℃，相对湿度95％以上。