CN110002810B - 混凝土及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混凝土制备技术领域的一种混凝土及其制备工艺，其包括水150‑160份、水泥250‑270份、粉煤灰80‑100份、陶瓷粉20‑30份、碎石700‑800份、机制砂200‑250份、天然砂350‑450份、聚酰胺树脂100‑150份、聚酰亚胺纤维1‑2份、环氧树脂1‑2份、外加剂12‑14份。制备过程包括：步骤1：将水泥、粉煤灰、陶瓷粉加入至50‑80份水中搅拌均匀得到第一混合物；步骤2：将机制砂、天然砂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺纤维、环氧树脂、外加剂和剩余的水加入第一混合物中搅拌均匀，得混凝土。机制砂、聚酰胺树脂的加入代替了部分传统的天然砂和天然碎石的使用，拓宽了混凝土原料的来源，降低了自然环境的压力，聚酰亚胺可以选择废旧的材料，增加了废物在利用率，具备环保性。

Description

混凝土及其制备工艺
技术领域
本发明涉及混凝土制备的技术领域，尤其是涉及一种混凝土及其制备工艺。
背景技术
混凝土是现代应用广泛的建筑材料，指由胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料的统称，广泛应用于地下工程、桥梁、水池、水塔、涵洞、隧道、码头、堤坝、水电站等工程领域。
在寒冷地区，由于环境恶劣，温差变化大，混凝土会经过多次反复冻结，融化的过程，易出现裂纹、渗水等现象，致使其强度、韧性和稳定性等性能指标受到严重影响，进而对当地的隧道、堤坝、水电站等设施造成严重破坏，带来经济损失。
为解决上述问题，公布号为CN106116295A的申请文件公开了一种抗冻混凝土，其质量组成如下，水泥100-200份、细骨料砂子50-100份、粗骨料砂子50-100份、玻璃纤维10-60份、分散性乳胶粉10-30份、纳米二氧化硅12-25份、木质素磺酸钙5-12份、碱式硫酸镁晶须3.6-10份、羧甲基纤维素钠5.4-10.8、抗冻剂8-16份、减水剂2.8-6.4份、混凝土改性剂3.6-8份、引气剂3.6-9份。
上述组分中制备的混凝土在抗冻方面具有一定的效果，但是混凝土制备过程中细骨料砂子、粗骨料砂子多选用天然砂或者天然碎石。随着基础建设项目与日剧增，天然砂、石资源过量开采，对环境、生态造成了极大的压力。所以亟需开发出能够替代传统的砂、石的材料，降低对自然环境的压力。
发明内容
本发明的目的一是提供一种混凝土，该混凝土利用机制砂替代部分的天然砂，利用聚酰胺树脂代替部分碎石，降低了大量开采天然砂、石的压力。
本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：
一种混凝土，包括如下重量份数的组分，水150-160份、水泥250-270份、粉煤灰80-100份、陶瓷粉20-30份、碎石700-800份、机制砂200-250份、天然砂350-450份、聚酰胺树脂100-150份、聚酰亚胺纤维1-2份、环氧树脂1-2份、外加剂12-14份。
通过采用上述技术方案，陶瓷粉的加入具有以下效果：有效提高混凝土的抗碳化性能，且随着强度等级的提高，混凝土的抗碳化能力明显提升；陶瓷粉的掺入能够有效降低混凝土的氯离子渗透性；陶瓷粉的掺入能够改善混凝土的抗冻性，提高混凝土的抗冻等级。
粉煤灰的加入能够达到降低水泥用量的作用效果，且粉煤灰中含有的球状玻璃体能够使拌合物的屈服剪切应力有效降低，进而使拌合物有较大的流动性，同时掺入适量的粉煤灰还能很好的提高混凝土拌合物的粘聚性、保水性和工作性，同时粉煤灰中的微珠颗粒能够对泌水通道起到堵截的作用，可提高拌合物的保水性。
当同时加入陶瓷粉和粉煤灰同时加入至混凝土中时，混凝土的和易性得到很大的改善。
组分中进一步加入的机制砂能够提高混凝土的性能，主要体现在机制砂含有适量的石粉，石粉是惰性掺合料，适当的石粉使混凝土粘稠度增大，改善了混凝土的粘聚性，保水性提高，石粉取代部分粉煤灰，改善细粉料的颗粒级配，提高浆体之间的机械咬合力。在本申请文件中，由于机制砂的使用能够降低混凝土中粉煤灰的使用降低了经济成本。但是机制砂在使用过程中石粉含量过多时，会影响混凝土的和易性。
聚酰胺树脂的加入能够代替天然骨料，制备得到的混凝土浆液具有良好的和易性，且容重较碎石混凝土的容重轻，实现了混凝土的轻量化；但是混凝土中的聚酰胺树脂作为高分子材料，表面粗糙度较天然碎石骨料小，与浆体界面结合效果弱，导致界面黏结强度不足，在受到载荷作用时，界面处容易开裂，使得聚酰胺树脂骨料混凝土强度降低。
在组分中加入聚酰亚胺纤维，其具有高强高模的特性，且具有很高的热稳定性，耐辐照性，耐低温性，在-269℃的液氮中仍不会脆裂。环氧树脂有优异的粘结性、热性能和机械性能，在本申请文件中将环氧树脂和聚酰亚胺纤维混合使用，具有很高的黏性，作用在混凝土中能够增强聚酰胺树脂与其余组分之间的粘接性能，改善了强度低的情形。
本发明进一步设置为：所述混凝土包括如下重量份数的组分，水150-155份、水泥250-260份、粉煤灰80-90份、陶瓷粉25-30份、碎石750-800份、机制砂220-250份、天然砂350-400份、聚酰胺树脂120-150份、聚酰亚胺纤维1-2份、环氧树脂1-2份、外加剂12-14份。
通过采用上述技术方案，将组分优选在上述的范围内，制备出来的混凝土的性能更为优异。
本发明进一步设置为：所述聚酰胺树脂粒径为5-20mm的连续级配颗粒。
通过采用上述技术方案，聚酰胺树脂和碎石的粒径均为5-20mm的连续级配颗粒，使生产过程中与碎石分布的均匀。
本发明进一步设置为：所述外加剂包括微胶囊减水剂和分散剂，所述微胶囊减水剂和分散剂的重量份数比为(11-13)：(1-2)。
通过采用上述技术方案，外加剂中微胶囊减水剂的使用能够使得混凝土混合的更加均匀，水泥遇水后会有部分水分包裹在水泥形成的球体内，设置的微胶囊减水剂具有缓释的效果，能逐渐与水泥接触，破坏水泥团聚形成的球体结构，从而减少水泥用量。
分散剂的加入能够进一步的实现组分之间分散均匀，制备出来的混凝土的性能也就比较均一。
本发明进一步设置为：所述微胶囊减水剂选择包括高效聚羧酸减水剂粉料的芯材和阻泥组分的壳材；所述阻泥组分包括二乙二醇、滑石粉、液体石蜡、环氧树脂和沸石粉，所述芯材与壳材的重量份数比为(8-9)：(1-3)，所述阻泥组分中二乙二醇、滑石粉、石蜡、环氧树脂和沸石粉的重量份数比为(4-5)：(4-5)：(25-28)：(1-2)：(3-7)。
通过采用上述技术方案，二乙二醇具有吸湿性，起到抗冻的作用效果；石蜡一方面能够产生相变，另一方面作为壳材的主要组分；沸石能够增强组分的分散性，而且作用时能够增强混凝土的强度。混凝土组分中的聚酰胺树脂和环氧树脂配合使用时与聚酰亚胺纤维混合使用，改善混凝土的抗裂性，且选择微胶囊减水剂，减水剂的壳材在水泥水化热的加热下逐渐融化，石蜡融化的过程中能够吸热从而起到降低水化热情况，且二乙二醇、环氧树脂会包裹在部分石粉的表面，降低石粉大量吸水的情况，且在搅拌的过程中芯材中的高效聚羧酸减水剂释放出来，增强水泥的水化程度，改善混凝土的和易性，降低水泥的使用量，且改善由于机制砂的使用而必须的加大减水剂的用量的情况发生。
本发明进一步设置为：所述微胶囊减水剂的制备过程包括如下的步骤：
S1：将阻泥组分混合均匀后经超声波乳化，得壳材；
S2:将高效聚羧酸减水剂溶于水中搅拌均匀后和壳材搅拌混合均匀，真空干燥得到微胶囊减水剂。
通过采用上述技术方案，通过上述过程完成了微胶囊减水剂的制备，过程中采用物理的方法，制备过程简单。
本发明进一步设置为：混凝土组分中还包括有重量份数为0.5-1份的偶联剂。
本发明进一步设置为：所述偶联剂选择γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
通过采用上述技术方案，偶联剂的加入能够增加组分中聚酰亚胺纤维、聚酰胺树脂和环氧树脂之间的交联性，生成的混凝土的抗裂性优良。
本发明的发明目的二在于提供一种混凝土的制备工艺，该工艺中通过加入聚酰胺树脂代替部分碎石，机制砂代替部分天然砂，降低了自然环境的压力，且制备出来的混凝土性能优良。
本发明的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的，一种混凝土的制备工艺，包括如下的制备步骤：
步骤1：将水泥、粉煤灰、陶瓷粉加入至50-80份水中搅拌均匀得到第一混合物；
步骤2：将机制砂、天然砂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺纤维、环氧树脂、外加剂和剩余的水加入第一混合物中搅拌均匀，得混凝土。
通过采用上述技术方案，通过上述过程完成了混凝土的制备，制备的过程简单，制备出来的混凝土强度，抗裂性能和和易性能优良。
本发明进一步设置为：步骤2中还加入有γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
通过采用上述技术方案，加入的γ-氨丙基三乙氧基硅烷增强了混凝土的抗裂性能。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.机制砂、聚酰胺树脂的加入代替了部分传统的天然砂和天然碎石的使用，拓宽了混凝土原料的来源，降低了自然环境的压力，聚酰亚胺可以选择废旧的材料，增加了废物在利用率，具备环保性；
2.减水剂选择微胶囊减水剂能够增强使用效率，而且能够降低机制砂中石粉的影响，且能够一定程度上改善混凝土的水化热，降低混凝土的开裂性；
3.组分中聚酰亚胺纤维、环氧树脂、聚酰胺树脂和偶联剂的使用，使得组分间交联性好，最终生成的混凝土强度高，性能稳定不易出现开裂的情况。
具体实施方式
本申请文件的实施例及对比例中各组分材料的规格。
Figure BDA0002028143240000041
Figure BDA0002028143240000051
实施例1
一种混凝土包括如下重量份数的组分，水150kg，水泥250kg，粉煤灰100kg，陶瓷粉20kg，碎石700kg，机制砂200kg，天然砂450kg，聚酰胺树脂150kg，聚酰亚胺纤维1kg，环氧树脂2kg，外加剂12kg。
具体的外加剂包括11kg微胶囊减水剂和2kg分散剂。
混凝土的制备工艺包括如下的步骤，
步骤1：将水泥、粉煤灰、陶瓷粉加入至50kg水中搅拌均匀得到第一混合物；
步骤2：将机制砂、天然砂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺纤维、环氧树脂、外加剂和剩余的水加入第一混合物中搅拌均匀，搅拌时间为50s,制得混凝土。
其中，微胶囊减水剂的制备包括如下的制备步骤：
S1、将二乙二醇1.2kg，滑石粉1.2kg，石蜡7.5kg，环氧树脂0.3kg，沸石粉2.1kg混合均匀后将超声波乳化，得壳材；
S2、将97.8kg的高效聚羧酸减水剂于15kg水中搅拌均匀后和壳材搅拌均匀，真空干燥得到微胶囊减水剂。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于组分含量的不同。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于组分含量的不同。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于组分含量的不同。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于组分含量的不同。
实施例6
实施例6与实施例1的区别在于组分含量的不同。
表1实施例1-6的组分含量表。
Figure BDA0002028143240000052
Figure BDA0002028143240000061
表2实施例1-6中外加剂的组分含量。
组分/kg 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
微胶囊减水剂 11 11 12 12 13 13
分散剂 2 1.5 1 2 1 1.5
表3实施例1-6中微胶囊减水剂的组分含量。
组分/kg 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
芯材 9.78 9.78 9.60 9.82 9.00 8.13
壳材 1.22 1.22 2.40 2.18 3.00 2.87
表4实施例1-6中微胶囊减水剂壳材的组分含量。
微胶囊减水剂/kg 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
二乙二醇 0.12 0.12 0.24 0.27 0.38 0.33
滑石粉 0.12 0.15 0.24 0.27 0.30 0.33
石蜡 0.75 0.73 1.56 1.38 2.03 1.87
环氧树脂 0.03 0.06 0.06 0.05 0.08 0.13
沸石粉 0.21 0.17 0.30 0.21 0.23 0.20
实验检测
1、根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能实验方法标准》测试混凝土的力学性能；
2、坍落度检测：根据DB45/T 1621-2017进行检测；
3、抗冻性能检测：根据GBJ82-85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》；
4、用环形约束试验检测混凝土抗裂性：开裂时间<1h的是很差的混凝土，开裂时间>15h的为优。
5、根据JGJ/T23-2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》检测混凝土的碳化深度。
表5实施例1-6的实验检测结果。
Figure BDA0002028143240000062
Figure BDA0002028143240000071
实施例7
实施例7与实施例1-6的区别在于组分中还加入有偶联剂及组分含量的不同，且在制备过程的骤2中加入偶联剂。
实施例8
实施例8与实施例7的区别在于组分含量的不同。
实施例9
实施例9与实施例7和8的区别在于组分含量的不同。
实施例10
实施例10与实施例7-9的区别在于组分含量的不同。
实施例11
实施例11与实施例7-10的区别在于组分含量的不同。
实施例12
实施例12与实施例7-11的区别在于组分含量的不同。
表6实施例7-12的组分含量表。
组分/kg 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10 实施例11 实施例12
水 150 150 152 152 155 155
水泥 250 250 255 255 260 260
粉煤灰 80 80 85 85 90 90
陶瓷粉 25 25.5 27 27 30 30
碎石 760 760 750 750 790 800
机制砂 220 220 250 250 240 230
天然砂 400 400 380 380 350 350
聚酰胺树脂 150 150 137.3 135.2 120 120
聚酰亚胺纤维 1 1 1 2 2 2
环氧树脂 1.5 1 1 2 2 2
外加剂 14 14 13 13 12 12
偶联剂 0.5 0.5 0.7 0.8 1 1
表7实施例7-12中外加剂的组分含量。
组分/kg 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10 实施例11 实施例12
微胶囊减水剂 12 13 12 12.5 11 11
分散剂 2 1 1 1.5 1 1
表8实施例7-12中微胶囊减水剂的组分含量。
Figure BDA0002028143240000072
Figure BDA0002028143240000081
表9实施例7-12中微胶囊减水剂壳材的组分含量。
微胶囊减水剂/kg 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10 实施例11 实施例12
二乙二醇 0.13 0.14 0.24 0.28 0.34 0.33
滑石粉 0.13 0.17 0.24 0.28 0.28 0.33
石蜡 0.81 0.86 1.56 1.44 1.86 1.87
环氧树脂 0.03 0.07 0.06 0.06 0.07 0.13
沸石粉 0.23 0.21 0.30 0.22 0.21 0.20
实验检测
1、根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能实验方法标准》测试混凝土的力学性能；
2、坍落度检测：根据DB45/T 1621-2017进行检测；
3、抗冻性能检测：根据GBJ82-85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》；
4、用环形约束试验检测混凝土抗裂性：开裂时间<1h的是很差的水泥，开裂时间>15h的为优。
5、根据JGJ/T23-2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》检测混凝土的碳化深度。
表10实施例7-12的检测结果。
Figure BDA0002028143240000082
相较于，实施例1-6，实施例7-12中加入了偶联剂，混凝土的强度、抗裂性和碳化深度方面均有不同程度的增强。
对比例1
对比例1与实施例12的区别在于组分中不含有聚酰酰胺，增加碎石的用量。
对比例2
对比例2与实施例12的区别在于组分中不含有机制砂，增加了天然砂的用量。
对比例3
对比例3与实施例12的区别在于组分中不含有环氧树脂。
对比例4
对比例4与实施例12的区别在于组分中不含有聚酰亚胺纤维。
对比例5
对比例5与实施例12的区别在于组分中不含有聚酰亚胺纤维和环氧树脂。
对比例6
对比例6与实施例12的区别在于组分中不含有陶瓷粉。
对比例7
对比例7与实施例12的区别在于组分中不含有粉煤灰。
对比例8
对比例8与实施例12的区别在于组分中同时不含有陶瓷粉和粉煤灰。
表11对比例1-8的组分含量表。
组分/kg 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
水 155 155 155 155
水泥 260 260 260 260
粉煤灰 90 90 90 90
陶瓷粉 30 30 30 30
碎石 1060 800 800 800
机制砂 230 - 230 230
天然砂 350 760 350 350
聚酰胺树脂 - 120 120 120
聚酰亚胺纤维 2 2 2 -
环氧树脂 2 2 - 2
外加剂 12 12 12 12
偶联剂 1 1 1 1
组分/kg 对比例5 对比例6 对比例7 对比例8
水 155 155 155 155
水泥 260 300 350 400
粉煤灰 90 90 - -
陶瓷粉 30 - 30 -
碎石 800 820 890 920
机制砂 230 230 230 230
天然砂 350 350 350 350
聚酰胺树脂 120 120 120 120
聚酰亚胺纤维 - 2 2 2
环氧树脂 - 2 2 2
外加剂 12 12 12 12
偶联剂 1 1 1 1
实验检测
1、根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能实验方法标准》测试混凝土的力学性能；
2、坍落度检测：根据DB45/T 1621-2017进行检测；
3、抗冻性能检测：根据GBJ82-85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》；
4、用环形约束试验检测混凝土抗裂性：开裂时间<1h的是很差的水泥，开裂时间>15h的为优。
5、根据JGJ/T23-2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》检测混凝土的碳化深度。
表12对比例1-8的实验检测结果。
Figure BDA0002028143240000101
分别对比对比例1-4与实施例12的实验结果，组分中不加聚酰胺树脂时，混凝土的强度明显降低。且要达到符合的混凝土强度，在不加聚酰胺树脂时，要增加碎石的含量，加入碎石后混凝土的容重也相应的增加。由此得出，本申请文件中聚酰胺树脂的加入不仅降低了容重，实现了混凝土的轻量化，而且混凝土的强度高。
对比对比例2与实施例12的实验结果，在组分中不加机制砂，全部加入天然砂石混凝土的性能收到的影响并不大，则本申请的配合比优良，加入机制砂替代天然砂，也降低了自然开采的压力。
对比对比例3与实施例12，组分中不加环氧树脂时，组分的强度相对受到影响，坍落度也受到影响。则组分中加入的环氧树脂对增强组分效果具有积极意义。
对比对比例4与实施例12，组分中加入的聚酰亚胺纤维对组分的抗裂性能影响较大，经试验数据对比后，对比例4的开裂面积达到90mm2/m2，而对比例1-3的开裂面积均小于60mm2/m2，则聚酰亚胺纤维的加入对混凝土的性能影响较大。
对比对比例5与实施例12，在组分中加入不加聚酰亚胺纤维和环氧树脂时，混凝土的抗压强度、坍落度、抗裂性和碳化深度都产生了较大影响，则能够推导出，加入的聚酰亚胺纤维和环氧树脂能够配合增强混凝土的性能。
对比对比例6、7与实施例12，组分中不加粉煤灰或陶瓷粉时，混凝土强度降低，则说明陶瓷粉和粉煤灰均能够增强混凝土的强度。当对比对比例8与实施例12时，组分中不加有粉煤灰和陶瓷粉，混凝土的强度降低的较大，粉煤灰和陶瓷粉配合后替代部分水泥的用量，对于混凝土性能的提升较大。
对比例9
对比例9与实施例12的区别在于，对比例9中利用聚羧酸高效减水剂替代微胶囊减水剂。
实验结果，28d抗压强度为36.5MPa，0min坍落度为120mm，60min坍落度为160mm。
将对比例9的试验结果和实施例12的结果作对比，能够明显的得出本申请文件中选用的微胶囊减水剂对混凝土的强度提升产生了优良的效果，改善了机制砂和聚酰胺纤维的加入造成的混凝土强度和和易性受到影响的情形。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种混凝土，其特征在于：包括如下重量份数的组分，水150-160份、水泥250-270份、粉煤灰80-100份、陶瓷粉20-30份、碎石700-800份、机制砂200-250份、天然砂350-450份、聚酰胺树脂100-150份、聚酰亚胺纤维1-2份、环氧树脂1-2份、外加剂12-14份； 所述外加剂包括微胶囊减水剂和分散剂，所述微胶囊减水剂和分散剂的重量份数比（11-13）：（1-2）；所述微胶囊减水剂选择包括高效聚羧酸减水剂粉料的芯材和阻泥组分的壳材；
所述阻泥组分包括二乙二醇、滑石粉、液体石蜡、环氧树脂和沸石粉，所述芯材与壳材的重量份数比为（8-9）：（1-3），所述阻泥组分中二乙二醇、滑石粉、石蜡、环氧树脂和沸石粉的重量份数比为（4-5）：（4-5）：（25-28）：（1-2）：（3-7）。
2.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于：所述混凝土包括如下重量份数的组分，水150-155份、水泥250-260份、粉煤灰80-90份、陶瓷粉25-30份、碎石750-800份、机制砂220-250份、天然砂350-400份、聚酰胺树脂120-150份、聚酰亚胺纤维1-2份、环氧树脂1-2份、外加剂12-14份。
3.根据权利要求2所述的混凝土，其特征在于：所述聚酰胺树脂和碎石粒径为5-20mm的连续级配颗粒。
4.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于：所述微胶囊减水剂的制备过程包括如下的步骤：
S1：将阻泥组分混合均匀后经超声波乳化，得壳材；
S2:将高效聚羧酸减水剂溶于水中搅拌均匀后和壳材搅拌混合均匀，真空干燥得到微胶囊减水剂。
5.根据权利要求4所述的混凝土，其特征在于：混凝土组分中还包括有重量份数为0.5-1份的偶联剂。
6.根据权利要求5所述的混凝土，其特征在于：所述偶联剂选择γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
7.一种如权利要求6所述的混凝土的制备工艺，其特征在于：包括如下的制备步骤：
步骤1：将水泥、粉煤灰、陶瓷粉加入至50-80份水中搅拌均匀得到第一混合物；
步骤2：将机制砂、天然砂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺纤维、环氧树脂、外加剂和剩余的水加入第一混合物中搅拌均匀，得混凝土。
8.根据权利要求7所述的混凝土的制备工艺，其特征在于：步骤2中还加入有γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
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