CN110204278B - 一种高强度防水混凝土建筑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度防水混凝土建筑结构,包括自混凝土层和装饰层,该装饰层直接设置在混凝土层的任一面;所述混凝土层按重量份计包括如下成分:防水剂5~15份,碎石1000~1200份,砂600~700份,硅酸盐水泥250~350份,粉煤灰60~80份,水150~170份;纳米碳酸钙60~80份。本发明因添加了防水剂和不同粒径的纳米碳酸钙,改变了普通建筑材料亲水和抗压强度差的特性,具备良好的抗压强度以及抗渗、防水、憎水的功能,简化了施工,缩短了施工工期,降低了施工成本,提高了建筑材料的使用寿命。

Description

一种高强度防水混凝土建筑结构
技术领域
本发明涉及一种高强度防水混凝土建筑结构。
背景技术
1796年诞生了“罗马水泥”,由英国人James Parker烧制而成,是一种棕色的水泥用料为泥灰岩。1842年又出现了“波特兰水泥”,是英国人JosephAspdin用石灰石和粘土混合烧制成的水泥,也就是我们现在常常提及到的普通硅酸盐水泥。自从出现了波特兰水泥后,阿斯谱丁曾用这种水泥建造了英国伦敦泰晤士河的河底隧道,由于使用其配制成的混凝土满足了工程所需要的强度和耐久性的要求,而且因为制作原料容易采集,造价成本相对不高,特别是其能耗较低的特点,使其被广泛应用。1867年在巴黎博览会上,法国工程师受到启发将混凝土应用于房屋建筑上;1900年,混凝土在很多方面的使用也是其引起了一场建材领域的革命;与此同时,被部分学者提出并发表的水灰比等相关学说掀起了新的研究学潮,同时也为混凝土强度的理论打下了坚实的基础。
据中国混凝土网对外公布的数据显示,我国在2017年消耗的商品混凝土总量约为22.98亿m3,相比2016年增加了7.2%。随着近年来,我国大力发展基础建设,重视公路桥梁的建设以及高铁的发展,导致混凝土的使用量也大大增加,虽然混凝土在各种建设方面发展迅猛,但是工程质量却并不尽人意,因为要求用于桥梁、房屋、住宅等的混凝土使用时间要长,混凝土的缺陷也逐渐暴露,1994年由万德友发表的铁路混凝土梁病害整治的文章中发现,在1993年的不完全统计中,发生严重开裂损坏、严重漏水、承载力不足的桥梁分别有496座、731座、400座。现今混凝土建筑也常常因其原材料老化、化学侵蚀、冻胀破坏等原因在设计使用年限内就发生开裂、破坏、坍塌、倾覆等安全质量事故问题,导致建筑物或者构筑物的可靠性降低,造成了维修、维护费用的增加,更严重时也可能造成建筑物无法继续使用,在损坏坍塌的过程中,可能会出现人员伤亡的情况,此时就必须强行拆除,产生大量建筑垃圾,不仅给整个社会带来经济损失,还会占用土地,污染环境,影响市容。为了避免此类情况的发生,就要求混凝土有一定的耐腐蚀性能、抗冻胀性能、更高的抗压强度和更好的韧性,显然传统的混凝土材料已经无法满足这些特殊的性能要求了,这就使得改性混凝土成为我们目前的研究热点之一。
随着科技的发展与进步,为了使混凝土能够适应建筑需求,人们从各个方面研究了影响混凝土力学性能和耐久性能方面的原因,其中主要的影响因素是混凝土本身的缺陷,并针对这些原因设计试验了无数种新型混凝土来改善其性能,例如再生混凝土、低强混凝土、轻质混凝土、自密实混凝土、高掺量粉煤灰混凝土、智能混凝土、高性能混凝土、纤维增强混凝土等相继问世。由于近年来国际上越来越关注可持续发展,因此对于建筑材料的有效运用也是相当关注;在此背景下,只有专注于新型材料的研究,提高材料的使用寿命,才能最终实现经济与社会环境的可持续发展。
科学研究者通过各种试验,添加各类材料研制了功能不一的新型混凝土,其中纳米混凝土的抗压强度、抗折强度、弹性模量相对于普通混凝土均有不同程度的提高。所谓纳米混凝土是用一定质量的纳米级别材料替代同等质量胶凝材料的新型材料混凝土,使其具有良好的物理力学性能和工作性能;不仅提高了工程结构的质量、增加了混凝土强度、延长了建筑物寿命,而且对于一些重要的结构构件和关键部位构件有着重大的改善。
虽然CN106630860A公开了一种刚性自防水混凝土及自防水建筑结构,其中,刚性自防水混凝土按重量份计,包括如下成分:防水剂5~30份,碎石1000~1300份,砂600~800份,硅酸盐水泥250~450份,粉煤灰60~150份,水150~180份;该发明刚性自防水混凝土因添加了防水剂,改变了普通混凝土亲水的特性,由该自防水混凝土浇筑而成的混凝土结构,在不单独设置外防水层或内防水层的情况下,同样具备良好的抗的抗渗、防水、憎水的功能,简化了此部位的建筑防水结构,简化了施工,缩短了施工工期,降低了施工成本。
然而,上述专利所制备得到的混凝土的防水性能和抗压强度仍然无法满足高防水和高抗压的技术要求。
发明内容
本发明克服了现有技术中混凝土的防水性能和抗压强度仍然无法满足高防水和高抗压的技术要求的技术问题。
本发明提供了如下技术方案:
一种高强度防水混凝土建筑结构,包括自混凝土层和装饰层,该装饰层直接设置在混凝土层的任一面;所述混凝土层按重量份计包括如下成分:
防水剂5~15份,
碎石1000~1200份,
砂600~700份,
硅酸盐水泥250~350份,
粉煤灰60~80份,
水150~170份;
纳米碳酸钙60~80份;
其中,所述防水剂由如下重量份的材料制成:
憎水组分40~60份,
引气组分1~5份,
分散组分30~50份。
优选地,所述憎水组分为含氟多面体低聚倍半硅氧烷F-POSS和硬脂酸羟基氯化铬按照质量比为4:1构成。
优选地,所述纳米碳酸钙由粒径为30~50nm的纳米碳酸钙和粒径为100~120nm的纳米碳酸钙按质量比为1:1构成。
优选地,所述引气组分为烷基苯磺酸、松香热聚物或皂素。
优选地,所述分散组分为重质碳酸钙。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)相比于传统的硅烷乳液类憎水剂,选用含氟多面体低聚倍半硅氧烷F-POSS类和硬脂酸羟基氯化铬类憎水剂均可以提高建筑材料的防水效果,这是含氟多面体低聚倍半硅氧烷F-POSS类和硬脂酸羟基氯化铬类憎水剂具有更为疏水的憎水基团,且当含氟多面体低聚倍半硅氧烷F-POSS类和硬脂酸羟基氯化铬共同做为憎水剂时两者利用不同的疏水的憎水基团,可以相辅相成地提高疏水效果,达到协同效果。
(2)相比于现有技术中使用单一粒径的纳米碳酸钙做为增强剂的建筑材料,使用同时含有30~50nm的纳米碳酸钙和粒径为100~120nm的纳米碳酸钙这样的复合纳米碳酸钙更有利于提高建筑材料的抗压强度,这是由于混凝土中颗粒间孔隙大小是不确定的,单一粒径的纳米碳酸钙的增强效果有限,而同时含有30~50nm的纳米碳酸钙和粒径为100~120nm的纳米碳酸钙这样的复合纳米碳酸钙更有利于填补快颗粒间孔隙,促进水泥水化反应,提高其密实度;其次因为纳米颗粒的小尺寸效应,大量的碳酸钙颗粒附着在混凝土表面,自身的比表面积也因纳米颗粒极大的比表面积而增大。
(3)本发明因添加了防水剂和不同粒径的纳米碳酸钙,改变了普通建筑材料亲水和抗压强度差的特性,具备良好的抗压强度以及抗渗、防水、憎水的功能,简化了施工,缩短了施工工期,降低了施工成本,提高了建筑材料的使用寿命。
具体实施方式
下面具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种高强度防水混凝土建筑结构,包括自混凝土层和装饰层,该装饰层直接设置在混凝土层的任一面;所述混凝土层按重量份计包括如下成分:
防水剂5份,
碎石1000份,
砂600份,
硅酸盐水泥250份,
粉煤灰60份,
水150份;
纳米碳酸钙60份;
其中,所述防水剂由如下重量份的材料制成:
憎水组分40份,
引气组分1份,
分散组分30份。
所述憎水组分为含氟多面体低聚倍半硅氧烷F-POSS和硬脂酸羟基氯化铬按照质量比为4:1构成。
所述纳米碳酸钙由粒径为30~50nm的纳米碳酸钙和粒径为100~120nm的纳米碳酸钙按质量比为1:1构成。
所述引气组分为烷基苯磺酸。
所述分散组分为重质碳酸钙。
实施例2
一种高强度防水混凝土建筑结构,包括自混凝土层和装饰层,该装饰层直接设置在混凝土层的任一面;所述混凝土层按重量份计包括如下成分:
防水剂10份,
碎石1100份,
砂650份,
硅酸盐水泥300份,
粉煤灰70份,
水160份;
纳米碳酸钙70份;
其中,所述防水剂由如下重量份的材料制成:
憎水组分50份,
引气组分3份,
分散组分40份。
所述憎水组分为含氟多面体低聚倍半硅氧烷F-POSS和硬脂酸羟基氯化铬按照质量比为4:1构成。
所述纳米碳酸钙由粒径为30~50nm的纳米碳酸钙和粒径为100~120nm的纳米碳酸钙按质量比为1:1构成。
所述引气组分为松香热聚物。
所述分散组分为重质碳酸钙。
实施例3
一种高强度防水混凝土建筑结构,包括自混凝土层和装饰层,该装饰层直接设置在混凝土层的任一面;所述混凝土层按重量份计包括如下成分:
防水剂15份,
碎石1200份,
砂700份,
硅酸盐水泥350份,
粉煤灰80份,
水170份;
纳米碳酸钙80份;
其中,所述防水剂由如下重量份的材料制成:
憎水组分60份,
引气组分5份,
分散组分50份。
所述憎水组分为含氟多面体低聚倍半硅氧烷F-POSS和硬脂酸羟基氯化铬按照质量比为4:1构成。
所述纳米碳酸钙由粒径为30~50nm的纳米碳酸钙和粒径为100~120nm的纳米碳酸钙按质量比为1:1构成。
所述引气组分为皂素。
所述分散组分为重质碳酸钙。
实施例4
一种高强度防水混凝土建筑结构,包括自混凝土层和装饰层,该装饰层直接设置在混凝土层的任一面;所述混凝土层按重量份计包括如下成分:
防水剂10份,
碎石1100份,
砂650份,
硅酸盐水泥300份,
粉煤灰70份,
水160份;
纳米碳酸钙70份;
其中,所述防水剂由如下重量份的材料制成:
憎水组分50份,
引气组分3份,
分散组分40份。
所述憎水组分为含氟多面体低聚倍半硅氧烷F-POSS和硬脂酸羟基氯化铬按照质量比为4:1构成。
所述纳米碳酸钙由粒径为30~50nm的纳米碳酸钙构成。
所述引气组分为松香热聚物。
所述分散组分为重质碳酸钙。
实施例5
一种高强度防水混凝土建筑结构,包括自混凝土层和装饰层,该装饰层直接设置在混凝土层的任一面;所述混凝土层按重量份计包括如下成分:
防水剂10份,
碎石1100份,
砂650份,
硅酸盐水泥300份,
粉煤灰70份,
水160份;
纳米碳酸钙70份;
其中,所述防水剂由如下重量份的材料制成:
憎水组分50份,
引气组分3份,
分散组分40份。
所述憎水组分为含氟多面体低聚倍半硅氧烷F-POSS和硬脂酸羟基氯化铬按照质量比为4:1构成。
所述纳米碳酸钙由粒径为100~120nm的纳米碳酸钙构成。
所述引气组分为松香热聚物。
所述分散组分为重质碳酸钙。
对比例1
一种高强度防水混凝土建筑结构,包括自混凝土层和装饰层,该装饰层直接设置在混凝土层的任一面;所述混凝土层按重量份计包括如下成分:
防水剂10份,
碎石1100份,
砂650份,
硅酸盐水泥300份,
粉煤灰70份,
水160份;
纳米碳酸钙70份;
其中,所述防水剂由如下重量份的材料制成:
憎水组分50份,
引气组分3份,
分散组分40份。
所述憎水组分为含氟多面体低聚倍半硅氧烷F-POSS。
所述纳米碳酸钙由粒径为30~50nm的纳米碳酸钙和粒径为100~120nm的纳米碳酸钙按质量比为1:1构成。
所述引气组分为松香热聚物。
所述分散组分为重质碳酸钙。
对比例2
一种高强度防水混凝土建筑结构,包括自混凝土层和装饰层,该装饰层直接设置在混凝土层的任一面;所述混凝土层按重量份计包括如下成分:
防水剂10份,
碎石1100份,
砂650份,
硅酸盐水泥300份,
粉煤灰70份,
水160份;
纳米碳酸钙70份;
其中,所述防水剂由如下重量份的材料制成:
憎水组分50份,
引气组分3份,
分散组分40份。
所述憎水组分为硬脂酸羟基氯化铬。
所述纳米碳酸钙由粒径为30~50nm的纳米碳酸钙和粒径为100~120nm的纳米碳酸钙按质量比为1:1构成。
所述引气组分为松香热聚物。
所述分散组分为重质碳酸钙。
对比例3
一种高强度防水混凝土建筑结构,包括自混凝土层和装饰层,该装饰层直接设置在混凝土层的任一面;所述混凝土层按重量份计包括如下成分:
防水剂10份,
碎石1100份,
砂650份,
硅酸盐水泥300份,
粉煤灰70份,
水160份;
纳米碳酸钙70份;
其中,所述防水剂由如下重量份的材料制成:
憎水组分50份,
引气组分3份,
分散组分40份。
所述憎水组分为硅烷乳液。
所述纳米碳酸钙由粒径为30~50nm的纳米碳酸钙和粒径为100~120nm的纳米碳酸钙按质量比为1:1构成。
所述引气组分为松香热聚物。
所述分散组分为重质碳酸钙。
效果表征:将实施例2及对比例1-3中制备得到的混凝土进行防水效果检测,检测标准:JC474-2008《砂浆、混凝土防水剂》,检测结果如下:
编号 渗透高度比,% 48h吸水量比,%
实施例2 13 31
对比例1 17 36
对比例2 18 38
对比例3 22 44
上述结果说明:相比于传统的硅烷乳液类憎水剂,选用含氟多面体低聚倍半硅氧烷F-POSS类和硬脂酸羟基氯化铬类憎水剂均可以提高建筑材料的防水效果,这是含氟多面体低聚倍半硅氧烷F-POSS类和硬脂酸羟基氯化铬类憎水剂具有更为疏水的憎水基团,且当含氟多面体低聚倍半硅氧烷F-POSS类和硬脂酸羟基氯化铬共同做为憎水剂时两者利用不同的疏水的憎水基团,可以相辅相成地提高疏水效果,达到协同效果。
效果表征:将实施例2、实施例4、实施例5中制备得到的混凝土进行抗压强度检测,按照GB/T50081普通混凝土力学性能试验方法进行混凝土的强度试验,检测结果如下:
编号 7d抗压强度 28d抗压强度
实施例2 60.3MPa 94.4MPa
实施例4 56.6MPa 88.7MPa
实施例5 52.1MPa 84.4MPa
上述结果说明:相比于现有技术中使用单一粒径的纳米碳酸钙做为增强剂的建筑材料,使用同时含有30~50nm的纳米碳酸钙和粒径为100~120nm的纳米碳酸钙这样的复合纳米碳酸钙更有利于提高建筑材料的抗压强度,这是由于混凝土中颗粒间孔隙大小是不确定的,单一粒径的纳米碳酸钙的增强效果有限,而同时含有30~50nm的纳米碳酸钙和粒径为100~120nm的纳米碳酸钙这样的复合纳米碳酸钙更有利于填补快颗粒间孔隙,促进水泥水化反应,提高其密实度;其次因为纳米颗粒的小尺寸效应,大量的碳酸钙颗粒附着在混凝土表面,自身的比表面积也因纳米颗粒极大的比表面积而增大。

Claims (3)

1.一种高强度防水混凝土建筑结构,其特征在于,包括自混凝土层和装饰层,该装饰层直接设置在混凝土层的任一面;所述混凝土层按重量份计包括如下成分:
防水剂5~15份,
碎石1000~1200份,
砂600~700份,
硅酸盐水泥250~350份,
粉煤灰60~80份,
水150~170份;
纳米碳酸钙60~80份;
其中,所述防水剂由如下重量份的材料制成:
憎水组分40~60份,
引气组分1~5份,
分散组分30~50份;
所述憎水组分为含氟多面体低聚倍半硅氧烷F-POSS和硬脂酸羟基氯化铬按照质量比为4:1构成;
所述纳米碳酸钙由粒径为30~50nm的纳米碳酸钙和粒径为100~120nm的纳米碳酸钙按质量比为1:1构成。
2.根据权利要求1所述的高强度防水混凝土建筑结构,其特征在于,所述引气组分为烷基苯磺酸、松香热聚物或皂素。
3.根据权利要求1所述的高强度防水混凝土建筑结构,其特征在于,所述分散组分为重质碳酸钙。
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