CN110143791A - 一种高强混凝土的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强混凝土的制备工艺，包括以下步骤：步骤一，将粗骨料、细骨料按照重量比2:1进行混合加入到搅拌机中进行搅拌混合，搅拌1‑2h至粗、细骨料完全混合，随后加入改性碱木素、低粘度纤维素醚，搅拌转速升至200‑300r/min，搅拌20‑30min。本发明以粗骨料、细骨料搭配硅酸盐水泥作为基体材料，添加的碱木素常规下在混凝土中起到减水效应，本发明将其改性在混凝土材料中形成三维网状交联结构。

Description

一种高强混凝土的制备工艺
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种高强混凝土的制备工艺。
背景技术
高强混凝土作为一种新的建筑材料，以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性，在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。高强混凝土最大的特点是抗压强度高，一般为普通强度混疑土的4～6倍，故可减小构件的截面，因此最适宜用于高层建筑。试验表明，在一定的轴压比和合适的配箍率情况下，高强混凝土框架柱具有较好的抗震性能。而且柱截面尺寸减小，减轻自重，避免短柱，对结构抗震也有利，而且提高了经济效益。高强混凝土材料为预应力技术提供了有利条件，可采用高强度钢材和人为控制应力，从而大大地提高了受弯构件的抗弯刚度和抗裂度。因此世界范围内越来越多地采用施加预应力的高强混凝土结构，应用于大跨度房屋和桥梁中。此外，利用高强混凝土密度大的特点，可用作建造承受冲击和爆炸荷载的建(构)筑物，如原子能反应堆基础等。利用高强混凝土抗渗性能强和抗腐蚀性能强的特点，建造具有高抗渗和高抗腐要求的工业用水池等。
高强混凝土不同于现常用的混凝土，其可用在高层建筑以及桥梁结构中，而现常用的混凝土用于路面路基材料，与本发明研究的高强混凝土相差甚远，现有高强混凝土中出现以纤维材料作为高强混凝土的增强体，虽可改善混凝土的强度性能，但纤维活性能低，与其他原料相容性差，因此需进一步开发研究。
中国专利文献(公开号：CN108821699A)公开了一种高层建筑用高强混凝土，其组分配合比为水泥360-390Kg/m3，矿渣微粉70-80Kg/m3，硅粉30-45Kg/m3，细骨料620-690Kg/m3，粗骨料1000-1150Kg/m3，水160-190Kg/m3，减水剂5-8Kg/m3，混合纤维1-3Kg/m3，该发明采用现有常规原料加以混合纤维制备而成，混合纤维为钢纤维、高弹聚乙烯纤维中的一种或两种组合物，钢纤维、高弹聚乙烯纤维二者本身活性能低，发生缠绕可能性降低，在混凝土韧性、强度方面提高不是显著。
中国专利文献(公开号：CN108821702A)公开了一种钢铁渣粉高强混凝土及其制备方法，所述钢铁渣粉高强混凝土包括以下组分：胶凝材料480～540份，细集料550～750份，粗集料1100～1300份，外加剂3～10份，水120～150份，其中，所述胶凝材料包括质量百分比为50～70％的水泥和30～50％的钢铁渣粉，所述钢铁渣粉包括30％钢渣粉和70％矿渣粉，其7d活性指数为55％，28d活性指数为75％，该发明采用原料为钢铁渣粉等外加剂，原料较为常规现有，产生的强度等性能不是很显著。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种高强混凝土的制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明提供了一种高强混凝土的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一，将粗骨料、细骨料按照重量比2:1进行混合加入到搅拌机中进行搅拌混合，搅拌1-2h至粗、细骨料完全混合，随后加入改性碱木素、低粘度纤维素醚，搅拌转速升至200-300r/min，搅拌20-30min，再加入纳米填料，继续搅拌20-30min，再加入增容助剂，最后加入硅酸盐水泥、去离子水，搅拌转速降至100r/min，搅拌1-2h，得到初混料；
步骤二，将步骤一得到的初混料、棉纤维、改性钢纤维送入高速混合机中进行混合，混合转速为1000-2000r/min，混合时间为30-40min，得到次混料；
步骤三，将步骤二备用的次混料送入等离子体反应器中进行低温等离子体处理，温度为40-50℃，放电功率为300-400W，放电10-20min，随后再变热处理20-30min，随后再养护12d，即得本发明的高强混凝土。
优选地，所述粗骨料为连续级配的人工碎石；细骨料为中砂。
优选地，所述粗骨料粒径为5-20mm；细骨料粒径为0.2-2mm。
优选地，所述粗骨料粒径为12.5mm；细骨料粒径为1.1mm。
优选地，所述改性碱木素制备方法为将碱木素加入到磁力搅拌器中，随后再加入无水乙醇，启动搅拌器，搅拌转速升至100-200r/min，搅拌温度为75-85℃，搅拌20-30min，随后再加入碱木素总量10％的海藻酸钠，超声分散30-40min，随后加入碱木素总量2-4％的聚烷基丙烯酸酯，最后再加入硬脂酸，搅拌转速降至100-200r/min，搅拌2-4h，最后抽滤、水洗、干燥，即可。
优选地，所述纳米填料为纤维素纳米晶须。
优选地，所述增容助剂制备方法为将1丁基-3-甲基咪唑离子液体加入到反应瓶中，随后再加入离子液体总量2-5％的全无机钙钛矿量子点，搅拌转速为100-200r/min，搅拌10-20min，随后再加入木质素，超声分散10-20min，最后再加入钢渣粉，继续搅拌20-30min，即可。
优选地，所述改性钢纤维的制备方法为将钢纤维先采用紫外辐照处理1-5min，然后再置于1丁基-3-甲基咪唑离子液体中浸泡1-2h，随后与硅烷偶联剂进行水热处理1-2h，然后水洗，再干燥，即可。
优选地，所述水热处理温度为95-105℃。
优选地，所述变热处理为将次混料先送入温度为80℃下保温20-30min，以10-20℃/min速率将温度降至室温，随后再送入-5℃下保存20-30min，然后再恢复至室温，即可。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明以粗骨料、细骨料搭配硅酸盐水泥作为基体材料，添加的碱木素常规下在混凝土中起到减水效应，本发明将其改性在混凝土材料中形成三维网状交联结构，提高混凝土的力学性能以及整体稳固性，添加的纤维素纳米晶须作为纳米填料，相对于常规的纳米碳酸钙、纳米蒙脱石等材料，该纤维素纳米晶体具有高模量、高长径比，不仅提高混凝土材料力学性能，同时其比表面积大，表面羟基丰富，能够与材料中的无机原料结合，将混凝土原料进行有序化的均匀分开，提高原料间的均匀性，进而使混凝土的抗压强度等性能大幅度提高，加入的增容助剂促进原料之间相容，在有序化结构下提高原料之间的接触面积，进而提高材料的紧密度，增容助剂添加的木质素、钢渣粉相对于常规技术直接添加木质素、钢渣粉，离子液体、量子点充当媒介，促进木质素、钢渣粉在混凝土材料中填充，改善原料之间紧密连接，棉纤维中的纤维素分子与改性的钢纤维，形成羟基，分子间作用力得到改善，进而促进钢纤维在混凝土材料中的分散与相容性，进而大幅度改善混凝土材料的强度等性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1.
本实施例的一种高强混凝土的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一，将粗骨料、细骨料按照重量比2:1进行混合加入到搅拌机中进行搅拌混合，搅拌1h至粗、细骨料完全混合，随后加入改性碱木素、低粘度纤维素醚，搅拌转速升至200r/min，搅拌20min，再加入纳米填料，继续搅拌20min，再加入增容助剂，最后加入硅酸盐水泥、去离子水，搅拌转速降至100r/min，搅拌1h，得到初混料；
步骤二，将步骤一得到的初混料、棉纤维、改性钢纤维送入高速混合机中进行混合，混合转速为1000r/min，混合时间为30min，得到次混料；
步骤三，将步骤二备用的次混料送入等离子体反应器中进行低温等离子体处理，温度为40℃，放电功率为300W，放电10min，随后再变热处理20min，随后再养护12d，即得本发明的高强混凝土。
本实施例的粗骨料为连续级配的人工碎石；细骨料为中砂。
本实施例的粗骨料粒径为5mm；细骨料粒径为0.2mm。
本实施例的改性碱木素制备方法为将碱木素加入到磁力搅拌器中，随后再加入无水乙醇，启动搅拌器，搅拌转速升至100r/min，搅拌温度为75℃，搅拌20min，随后再加入碱木素总量10％的海藻酸钠，超声分散30min，随后加入碱木素总量2％的聚烷基丙烯酸酯，最后再加入硬脂酸，搅拌转速降至100r/min，搅拌2h，最后抽滤、水洗、干燥，即可。
本实施例的纳米填料为纤维素纳米晶须。
本实施例的增容助剂制备方法为将1丁基-3-甲基咪唑离子液体加入到反应瓶中，随后再加入离子液体总量2％的全无机钙钛矿量子点，搅拌转速为100r/min，搅拌10min，随后再加入木质素，超声分散10min，最后再加入钢渣粉，继续搅拌20min，即可。
本实施例的改性钢纤维的制备方法为将钢纤维先采用紫外辐照处理1min，然后再置于1丁基-3-甲基咪唑离子液体中浸泡1h，随后与硅烷偶联剂进行水热处理1h，然后水洗，再干燥，即可。
本实施例的水热处理温度为95℃。
本实施例的变热处理为将次混料先送入温度为80℃下保温20min，以10℃/min速率将温度降至室温，随后再送入-5℃下保存20min，然后再恢复至室温，即可。
实施例2.
本实施例的一种高强混凝土的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一，将粗骨料、细骨料按照重量比2:1进行混合加入到搅拌机中进行搅拌混合，搅拌2h至粗、细骨料完全混合，随后加入改性碱木素、低粘度纤维素醚，搅拌转速升至300r/min，搅拌30min，再加入纳米填料，继续搅拌30min，再加入增容助剂，最后加入硅酸盐水泥、去离子水，搅拌转速降至100r/min，搅拌2h，得到初混料；
步骤二，将步骤一得到的初混料、棉纤维、改性钢纤维送入高速混合机中进行混合，混合转速为2000r/min，混合时间为40min，得到次混料；
步骤三，将步骤二备用的次混料送入等离子体反应器中进行低温等离子体处理，温度为50℃，放电功率为400W，放电20min，随后再变热处理30min，随后再养护12d，即得本发明的高强混凝土。
本实施例的粗骨料为连续级配的人工碎石；细骨料为中砂。
本实施例的粗骨料粒径为20mm；细骨料粒径为2mm。
本实施例的改性碱木素制备方法为将碱木素加入到磁力搅拌器中，随后再加入无水乙醇，启动搅拌器，搅拌转速升至200r/min，搅拌温度为85℃，搅拌30min，随后再加入碱木素总量10％的海藻酸钠，超声分散40min，随后加入碱木素总量4％的聚烷基丙烯酸酯，最后再加入硬脂酸，搅拌转速降至200r/min，搅拌4h，最后抽滤、水洗、干燥，即可。
本实施例的纳米填料为纤维素纳米晶须。
本实施例的增容助剂制备方法为将1丁基-3-甲基咪唑离子液体加入到反应瓶中，随后再加入离子液体总量5％的全无机钙钛矿量子点，搅拌转速为200r/min，搅拌20min，随后再加入木质素，超声分散20min，最后再加入钢渣粉，继续搅拌30min，即可。
本实施例的改性钢纤维的制备方法为将钢纤维先采用紫外辐照处理5min，然后再置于1丁基-3-甲基咪唑离子液体中浸泡2h，随后与硅烷偶联剂进行水热处理2h，然后水洗，再干燥，即可。
本实施例的水热处理温度为105℃。
本实施例的变热处理为将次混料先送入温度为80℃下保温30min，以20℃/min速率将温度降至室温，随后再送入-5℃下保存30min，然后再恢复至室温，即可。
实施例3.
本实施例的一种高强混凝土的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一，将粗骨料、细骨料按照重量比2:1进行混合加入到搅拌机中进行搅拌混合，搅拌1.5h至粗、细骨料完全混合，随后加入改性碱木素、低粘度纤维素醚，搅拌转速升至250r/min，搅拌25min，再加入纳米填料，继续搅拌25min，再加入增容助剂，最后加入硅酸盐水泥、去离子水，搅拌转速降至100r/min，搅拌1.5h，得到初混料；
步骤二，将步骤一得到的初混料、棉纤维、改性钢纤维送入高速混合机中进行混合，混合转速为1500r/min，混合时间为35min，得到次混料；
步骤三，将步骤二备用的次混料送入等离子体反应器中进行低温等离子体处理，温度为45℃，放电功率为350W，放电15min，随后再变热处理25min，随后再养护12d，即得本发明的高强混凝土。
本实施例的粗骨料为连续级配的人工碎石；细骨料为中砂。
本实施例的粗骨料粒径为12.5mm；细骨料粒径为1.1mm。
本实施例的改性碱木素制备方法为将碱木素加入到磁力搅拌器中，随后再加入无水乙醇，启动搅拌器，搅拌转速升至150r/min，搅拌温度为80℃，搅拌25min，随后再加入碱木素总量10％的海藻酸钠，超声分散35min，随后加入碱木素总量3％的聚烷基丙烯酸酯，最后再加入硬脂酸，搅拌转速降至150r/min，搅拌3h，最后抽滤、水洗、干燥，即可。
本实施例的纳米填料为纤维素纳米晶须。
本实施例的增容助剂制备方法为将1丁基-3-甲基咪唑离子液体加入到反应瓶中，随后再加入离子液体总量3.5％的全无机钙钛矿量子点，搅拌转速为150r/min，搅拌15min，随后再加入木质素，超声分散15min，最后再加入钢渣粉，继续搅拌25min，即可。
本实施例的改性钢纤维的制备方法为将钢纤维先采用紫外辐照处理3min，然后再置于1丁基-3-甲基咪唑离子液体中浸泡1.5h，随后与硅烷偶联剂进行水热处理1.5h，然后水洗，再干燥，即可。
本实施例的水热处理温度为100℃。
本实施例的变热处理为将次混料先送入温度为80℃下保温25min，以15℃/min速率将温度降至室温，随后再送入-5℃下保存25min，然后再恢复至室温，即可。
对比例1.
与实施例3不同是未添加改性碱木素。
对比例2.
与实施例3不同是纳米填料的纤维素纳米晶须改为纳米碳酸钙。
对比例3.
采用中国专利文献(公开号：CN108821699A)公开了一种高层建筑用高强混凝土中实施例1原料及方法。
测试方法：
劈裂抗拉强度性能测试方法：将实施例1-3及对比例1-4制备的混凝土画出劈裂面位置，通过实验机对试样材料进行加荷处理，直至试件破坏，记录破坏荷载为m，试样劈裂面积为A，劈裂抗拉强度F＝2m/A；
抗压强度：根据《普通混凝土力学性能实验方法标准》GBT50081-2002检测混凝土收缩率，试样品尺寸为100×100×500mm试件。
实施例1-3、对比例1-3制备的高强混凝土性能测试结果如下
从实施例1-3及对比例1-3中得出，本发明实施例3相对于对比例3，劈裂抗拉强度提高了0.7MPa，改善率为9.25％，抗压强度在3d时，提高了16.8MPa，改善率为26.9％，28d时，提高了16.4MPa，改善率为13.5％，抗压强度、劈裂抗拉强度均具有显著改善，同时纳米填料采用纤维素纳米晶须，劈裂抗拉强度提高了0.17MPa，28d抗压强度提高了4.8MPa。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种高强混凝土的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将粗骨料、细骨料按照重量比2:1进行混合加入到搅拌机中进行搅拌混合，搅拌1-2h至粗、细骨料完全混合，随后加入改性碱木素、低粘度纤维素醚，搅拌转速升至200-300r/min，搅拌20-30min，再加入纳米填料，继续搅拌20-30min，再加入增容助剂，最后加入硅酸盐水泥、去离子水，搅拌转速降至100r/min，搅拌1-2h，得到初混料；
步骤二，将步骤一得到的初混料、棉纤维、改性钢纤维送入高速混合机中进行混合，混合转速为1000-2000r/min，混合时间为30-40min，得到次混料；
步骤三，将步骤二备用的次混料送入等离子体反应器中进行低温等离子体处理，温度为40-50℃，放电功率为300-400W，放电10-20min，随后再变热处理20-30min，随后再养护12d，即得本发明的高强混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种高强混凝土的制备工艺，其特征在于，所述粗骨料为连续级配的人工碎石；细骨料为中砂。
3.根据权利要求2所述的一种高强混凝土的制备工艺，其特征在于，所述粗骨料粒径为5-20mm；细骨料粒径为0.2-2mm。
4.根据权利要求3所述的一种高强混凝土的制备工艺，其特征在于，所述粗骨料粒径为12.5mm；细骨料粒径为1.1mm。
5.根据权利要求1所述的一种高强混凝土的制备工艺，其特征在于，所述改性碱木素制备方法为将碱木素加入到磁力搅拌器中，随后再加入无水乙醇，启动搅拌器，搅拌转速升至100-200r/min，搅拌温度为75-85℃，搅拌20-30min，随后再加入碱木素总量10％的海藻酸钠，超声分散30-40min，随后加入碱木素总量2-4％的聚烷基丙烯酸酯，最后再加入硬脂酸，搅拌转速降至100-200r/min，搅拌2-4h，最后抽滤、水洗、干燥，即可。
6.根据权利要求1所述的一种高强混凝土的制备工艺，其特征在于，所述纳米填料为纤维素纳米晶须。
7.根据权利要求1所述的一种高强混凝土的制备工艺，其特征在于，所述增容助剂制备方法为将1丁基-3-甲基咪唑离子液体加入到反应瓶中，随后再加入离子液体总量2-5％的全无机钙钛矿量子点，搅拌转速为100-200r/min，搅拌10-20min，随后再加入木质素，超声分散10-20min，最后再加入钢渣粉，继续搅拌20-30min，即可。
8.根据权利要求1所述的一种高强混凝土的制备工艺，其特征在于，所述改性钢纤维的制备方法为将钢纤维先采用紫外辐照处理1-5min，然后再置于1丁基-3-甲基咪唑离子液体中浸泡1-2h，随后与硅烷偶联剂进行水热处理1-2h，然后水洗，再干燥，即可。
9.根据权利要求8所述的一种高强混凝土的制备工艺，其特征在于，所述水热处理温度为95-105℃。
10.根据权利要求1所述的一种高强混凝土的制备工艺，其特征在于，所述变热处理为将次混料先送入温度为80℃下保温20-30min，以10-20℃/min速率将温度降至室温，随后再送入-5℃下保存20-30min，然后再恢复至室温，即可。
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