CN110218045B - 一种抗裂性混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种抗裂性混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗裂性混凝土及其制备方法，抗裂性混凝土由以下重量份原料制得，300‑450份水泥、2‑10份缓凝减水剂B、40‑75份粉煤灰、60‑100份聚丙烯纤维、15‑30份硅烷偶联剂、40‑65份钢纤维、6‑15份硅粉、800‑900份碎石、600‑780份砂、25‑45份凝灰岩、10‑15份膨润土、10‑20份由纸浆废液制备的减水剂A、15‑30份碳酸氢钠和200‑250份水；其制备方法是：将水泥、粉煤灰、碎石、砂搅拌30‑40min后，然后加入钢纤维、凝灰岩和膨润土，搅拌30‑40min，然后加入聚丙烯纤维、硅烷偶联剂、由纸浆废液制备得到的减水剂A，搅拌20‑30min后加入混凝减水剂和水，搅拌30‑50min后加入碳酸氢钠，最后加入硅粉，搅拌50‑60min即得抗裂性混凝土。

Description

一种抗裂性混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域，更具体地说，它涉及一种抗裂混凝土及其制备方法。
背景技术
进年来，我国交通基础建设得到迅猛发展，各地兴建了大量的混凝土桥梁，在桥梁建造和使用过程中，有关因出现裂缝而影响工程质量甚至桥梁坍塌的报道屡见不鲜。混凝土的裂缝是由于混凝土内部应力和外部载荷作用以及温度变化等因素作用下形成的。而若裂缝超出正常的工作裂缝的范围，会影响结构物的耐久性，而且在受到载荷作用或者物理、化学等因素的影响下，会减小钢筋的混凝土保护层厚度，而且易引发混凝土面层剥落，加速钢筋的锈蚀，降低混凝土的抗冻性及耐久性，甚至会发生垮塌事故，因此对于混凝土的裂缝现象必须要加以控制。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种抗裂性混凝土，其具有较好抗裂性能的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种抗裂性混凝土的制备方法，其具有制备得到的混凝土具有较高的抗裂性能的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种抗裂性混凝土，由以下重量份原料制得，300-450份水泥、10-20份由纸浆废液制备的减水剂A、2-10份缓凝减水剂B、40-75份粉煤灰、60-100份聚丙烯纤维、15-30份硅烷偶联剂、40-65份钢纤维、6-15 份硅粉、800-900份碎石、600-780份砂、25-45份凝灰岩、10-15份膨润土、15-30份碳酸氢钠和200-250份水。
通过采用上述技术方案，聚丙烯纤维由于直径小、纤维长度较短，均匀分散于水泥中起到类似筛网的作用，抑制了水泥基材料中的颗粒下沉，从而减少了基体中水溢出而形成的毛细通道，延缓了第一条塑性收缩裂缝出现的时间，因而也就减小了材料中原生裂缝的发生几率，同时，在水泥中渗入聚丙烯纤维材料后，由于此时表层材料中存在纤维材料，使得其表面积有所减小，改善了水泥的保水性能，减少了试件表面的水分蒸发速率，水分蒸发速率的减小使得毛细管试水收缩形成的毛细管张力有所减小，与此同时，低弹模的聚丙烯纤维相对于塑性浆体来说也成为了高弹模限位材料、依靠纤维材料与基体之间的界面吸附粘结力，机械啮合力等，增加了材料抵抗开裂的塑性抗拉强度，从而可以大大提升混凝土的抗裂性能。
硅烷偶联剂的加入一方面提升聚丙烯纤维对于水泥的相容分散性以及表面粘合力，从而使得聚丙烯纤维可以均匀地分散于水泥中，进而起到抗裂的作用；另一方面，硅氧烷基的加入在抑制水泥基材料塑性开裂方面也有较大的改善。
水泥水化过程中放热，水泥内部温度升高，碳酸氢钠分解为碳酸钠和二氧化碳，一方面气体的产生一方面使得混凝土产生大量的互不贯通的微小的气泡，阻断了渗水的毛细管通道，使得混凝土的抗渗性能增强，混凝土的极限拉伸值也增大将近一倍，进而增大混凝土的抗裂性，另一方面，碳酸氢钠的水解为吸热反应，从而使得在水泥水化引起混凝土内部温度逐渐升高过程中，碳酸氢钠的吸热可以缓解内部温度过快升高，从而减小混凝土内外温度差，起到抗裂的效果。
硅粉的比表面积较大，掺入硅粉，使得混凝土中许多自由水被硅粉粒子所约束，可以大大减小泌水量，起到抗裂的效果，而且硅粉的加入可以改善因为减水剂加入产生的坍塌度损失。凝灰岩的加入也可以起到增强混凝土抗裂性能的作用。
由纸浆废液制备的减水剂A的加入不仅可以替代减水剂的作用，成本较低，而且具有分散和缓凝效果，降低混凝土水分的蒸发速率，而且减水剂A和聚丙烯纤维的分散效果使得混凝土各个原料相容性和分散性良好，减小由于重力原因使得混凝土中较重颗粒下沉而造成的裂缝的概率。
进一步地，该抗裂性混凝土由以下重量份原料制得，350-400份水泥、5-8份缓凝减水剂B、50-60份粉煤灰、70-80份聚丙烯纤维、20-25份硅烷偶联剂、50-55份钢纤维、8-12 份硅粉、840-860份碎石、650-700份砂、30-40份凝灰岩、12-14份膨润土、12-16份由纸浆废液制备的减水剂A、20-25份碳酸氢钠和220-240份水。
进一步地，该抗裂性混凝土由以下重量份原料制得，380份水泥、7份缓凝减水剂B、55份粉煤灰、75份聚丙烯纤维、22份硅烷偶联剂、52份钢纤维、10份硅粉、850份碎石、680份砂、35份凝灰岩、13份膨润土、15份由纸浆废液制备的减水剂A、22份碳酸氢钠和230份水。
进一步地，所述聚丙烯纤维的长度为10-14mm，直径为16-20μm。
进一步地，所述钢纤维为铣削形钢纤维，直径为0.25-0.3mm，长度为20mm-25mm，密度为7.8×103kg/m3。
进一步地，所述缓凝减水剂由质量比为1:0.8:1-1:1.2:1.5的萘系减水剂、聚羧酸减水剂和木质素磺酸钠混合得到。
进一步地，所述粉煤灰为FI级粉煤灰；所述砂为细度模数在2.2-1.3之间的水洗河砂；所述碎石为粒径为5-20mm的连续粒级的碎石；所述水泥为42.5R硅酸盐水泥。
通过采用上述技术方案，硅酸盐水泥作为低热微膨胀水泥，具有低水化热和微膨胀性能，水泥的加入使得混凝土因为水泥水化放热导致的内外部温度差有所缓解，而且水泥微膨胀性能也可以缓解混凝土收缩开裂的现象，从而起到抗裂的效果。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种抗裂性混凝土的制备方法，包括以下步骤：将水泥、粉煤灰、碎石、砂搅拌30-40min后，然后加入钢纤维、凝灰岩和膨润土，搅拌30-40min，然后加入聚丙烯纤维、硅烷偶联剂、由纸浆废液制备得到的减水剂A，搅拌20-30min后加入缓凝减水剂和水，搅拌30-50min后加入碳酸氢钠，最后加入硅粉，搅拌50-60min即得抗裂性混凝土。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明中碳酸氢钠的加入使得在水泥水化过程中可以释放气体增大混凝土的抗裂性，另一方面也因为碳酸氢钠的吸热使得混凝土内部温度升高有所缓解，降低内外部温度差，进而提高混凝土抗裂性；
2、聚丙烯纤维的加入大大提升混凝土的抗裂性能，硅烷偶联剂的加入使得聚丙烯纤维可以均匀地分散于水泥中，进而使得聚丙烯纤维可以发挥其作用增大混凝土的抗裂性能；
3、本发明中硅粉既可以起到增强抗裂性的效果，而且也可以改善混凝土因为减水剂加入引起的坍塌度损失。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
在混凝土施工和使用过程中，有多种因素可以导致混凝土开裂现象的产生，混凝土的原料配比以及施工过程都会影响混凝土的开裂，本申请方案主要针对下述三个因素引起的裂缝：
1、温度引起的裂纹：混凝土具有热胀冷缩的性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即会产生温度裂缝。尤其是表面温度裂缝多由于温差较大引起的，如大体积混凝土浇筑之后由于水泥水化放热，导致内部温度很高，内外温差太大，导致表面出现裂缝；
2、收缩引起的裂纹，收缩裂缝产生的主要原因是由于混凝土快速干燥，混凝土内水分的蒸发速率大于其泌水速率，在固体颗粒水面产生毛细管张力，混凝土自体收缩所产生的拉应力大于混凝土本身的抗拉强度而产生裂缝；
3、地基基础变形引起的裂缝，由于重力作用使混凝土中较重颗粒下沉而使得水泥浆上浮，致使混凝土结构产生裂缝。
针对上述问题，发明人提出以下方案：
一种抗裂性混凝土，由以下重量份原料制得，300-450份水泥、2-10份缓凝减水剂B、40-75 份粉煤灰、60-100份聚丙烯纤维、15-30份硅烷偶联剂、40-65份钢纤维、6-15份硅粉、 800-900份碎石、600-780份砂、25-45份凝灰岩、10-15份膨润土、10-20份由纸浆废液制备的减水剂A、15-30份碳酸氢钠和200-250份水。
各个原料均可通过市售可得。
水泥选用42.5R硅酸盐水泥；
缓凝减水剂由质量比为1:0.8:1-1:1.2:1.5的萘系减水剂(购自山东郓城辉煌新型建材科技有限公司，粉剂，固含量≥92％，硫酸钠含量：粉剂16％-19％)、聚羧酸减水剂(购自山东郓城辉煌新型建材科技有限公司，固含量为20％)和木质素磺酸钠(购自天津市盛富江化工销售有限公司，型号为MN-4)混合得到；
粉煤灰为FI级粉煤灰，购自灵寿县川思矿产品加工厂，货号为t-bas。
聚丙烯纤维的长度为10-14mm，直径为16-20μm，购自上海同济方舟特种建材有限公司的长坚牌聚丙烯纤维，密度为0.91g/m3，抗拉强度≥300MPa，伸长率为28％，弹性模量为3500MPa。
硅烷偶联剂选用Si-69，购自河南佰悦化工有限公司；
钢纤维为铣削形钢纤维，直径为0.25-0.3mm，长度为20mm-25mm，密度为7.8x103kg/m3。
硅粉购自湖北至优微硅粉有限公司，选优970微硅粉，SiO2含量为96-98.5％。
碎石为粒径为5-20mm的连续粒级的碎石，购自北京市密云县西河碎石厂。
砂为细度模数在2.2-1.3之间的水洗河砂，购自河北涞水润鑫建材有限公司。
由纸浆废液制备的减水剂来自于北京市建材科学院；
凝灰岩和膨润土来自信阳上天梯怡和矿产资源开发有限公司，原料化学成分如下表1：
表1：
Figure GDA0002951655000000041
Figure GDA0002951655000000051
实施例
实施例1
一种抗裂性混凝土的制备方法，包括以下步骤：将380kg水泥、55kg粉煤灰、850kg碎石、680kg砂搅拌35min后，然后加入52kg钢纤维、35kg凝灰岩和13kg膨润土，搅拌35min，然后加入75kg聚丙烯纤维、22kg硅烷偶联剂、15份由纸浆废液制备得到的减水剂A，搅拌25min后加入7kg缓凝减水剂B和230kg水，搅拌40min后加入22kg碳酸氢钠，最后加入 10kg硅粉，搅拌55min即得抗裂性混凝土。
其中，缓凝减水剂由质量比为1:1:1.2的萘系减水剂、聚羧酸减水剂和木质素磺酸钠混合制得。
实施例2-8
一种抗裂性混凝土的制备方法，按照实施例1中方法进行，不同之处在于，按照表2中各原料配比进行配制。
表2：
Figure GDA0002951655000000052
实施例9
一种抗裂性混凝土的制备方法，按照实施例1中方法进行，不同之处在于，缓凝减水剂由质量比为1:0.8:1的萘系减水剂、聚羧酸减水剂和木质素磺酸钠混合制得。
实施例10
一种抗裂性混凝土的制备方法，按照实施例1中方法进行，不同之处在于，缓凝减水剂由质量比为1:1.2:1.5的萘系减水剂、聚羧酸减水剂和木质素磺酸钠混合制得。
实施例11
一种抗裂性混凝土的制备方法，包括以下步骤：将380kg水泥、55kg粉煤灰、850kg碎石、 680kg砂搅拌30min后，然后加入52kg钢纤维、35kg凝灰岩和13kg膨润土，搅拌30min，然后加入75kg聚丙烯纤维、22kg硅烷偶联剂、15份由纸浆废液制备得到的减水剂A，搅拌20min后加入7kg缓凝减水剂B和230kg水，搅拌30min后加入22kg碳酸氢钠，最后加入 10kg硅粉，搅拌50min即得抗裂性混凝土。
其中，缓凝减水剂由质量比为1:1:1.2的萘系减水剂、聚羧酸减水剂和木质素磺酸钠混合制得。
实施例12
一种抗裂性混凝土的制备方法，包括以下步骤：将380kg水泥、55kg粉煤灰、850kg碎石、 680kg砂搅拌40min后，然后加入52kg钢纤维、35kg凝灰岩和13kg膨润土，搅拌40min，然后加入75kg聚丙烯纤维、22kg硅烷偶联剂、15份由纸浆废液制备得到的减水剂A，搅拌30min后加入7kg缓凝减水剂B和230kg水，搅拌50min后加入22kg碳酸氢钠，最后加入 10kg硅粉，搅拌60min即得抗裂性混凝土。
其中，缓凝减水剂由质量比为1:1:1.2的萘系减水剂、聚羧酸减水剂和木质素磺酸钠混合制得。
对比例1
一种抗裂性混凝土的制备方法，按照实施例1中方法进行，不同之处在于，原料中不添加碳酸氢钠。
对比例2
一种抗裂性混凝土的制备方法，按照实施例1中方法进行，不同之处在于，原料中不添加碳酸氢钠，添加22kg氧化钙。
对比例3
一种抗裂性混凝土的制备方法，按照实施例1中方法进行，不同之处在于，原料中不添加由纸浆废液制备得到的减水剂A。
对比例4
一种抗裂性混凝土的制备方法，按照实施例1中方法进行，不同之处在于，原料中不添加由纸浆废液制备得到的减水剂A，且缓凝减水剂B共添加29kg。
对比例5
一种抗裂性混凝土的制备方法，按照实施例1中方法进行，不同之处在于，原料中不添加硅粉。
对比例6
一种抗裂性混凝土的制备方法，按照实施例1中方法进行，不同之处在于，原料中不添加钢纤维。
性能检测
对上述实施例和对比例制得的抗裂性混凝土分别进行内外温差、坍塌度、7d抗压强度比、 28d抗压强度比、28d收缩率比的检测，测量结果如下表3所示。
表3：
Figure GDA0002951655000000071
为了更直观体现制备得到的抗裂性混凝土的抗裂性能，对上述实施例和对比例中制得的混凝土通过圆环法进行抗裂性能检测，检测结果如下：
Figure GDA0002951655000000072
Figure GDA0002951655000000081
由上表可知，碳酸氢钠和硅粉的加入可以大幅度提升混凝土的抗裂性能。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种抗裂性混凝土，其特征在于，由以下重量份原料制得，300-450份水泥、2-10份缓凝减水剂B、40-75份粉煤灰、60-100份聚丙烯纤维、15-30份硅烷偶联剂、40-65份钢纤维、6-15份硅粉、800-900份碎石、600-780份砂、25-45份凝灰岩、10-15份膨润土、10-20份由纸浆废液制备的减水剂A 、15-30份碳酸氢钠和200-250份水。
2.根据权利要求1所述的一种抗裂性混凝土，其特征在于，该抗裂性混凝土由以下重量份原料制得，350-400份水泥、5-8份缓凝减水剂B、50-60份粉煤灰、70-80份聚丙烯纤维、20-25份硅烷偶联剂、50-55份钢纤维、8-12份硅粉、840-860份碎石、650-700份砂、30-40份凝灰岩、12-14份膨润土、12-16份由纸浆废液制备的减水剂A 、20-25份碳酸氢钠和220-240份水。
3.根据权利要求1所述的一种抗裂性混凝土，其特征在于，该抗裂性混凝土由以下重量份原料制得，380份水泥、7份缓凝减水剂B、55份粉煤灰、75份聚丙烯纤维、22份硅烷偶联剂、52份钢纤维、10份硅粉、850份碎石、680份砂、35份凝灰岩、13份膨润土、15份由纸浆废液制备的减水剂A 、22份碳酸氢钠和230份水。
4.根据权利要求1所述的一种抗裂性混凝土，其特征在于，所述聚丙烯纤维的长度为10-14mm，直径为16-20μm。
5.根据权利要求1所述的一种抗裂性混凝土，其特征在于，所述钢纤维为铣削形钢纤维，直径为0.25-0.3mm，长度为20mm-25mm，密度为7.8×103kg/m3。
6.根据权利要求1所述的一种抗裂性混凝土，其特征在于，所述缓凝减水剂由质量比为1:0.8:1-1:1.2:1.5的萘系减水剂、聚羧酸减水剂和木质素磺酸钠混合得到。
7.根据权利要求1所述的一种抗裂性混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为FI级粉煤灰；所述砂为细度模数在2.2-1.3之间的水洗河砂；所述碎石为粒径为5-20mm的连续粒级的碎石；所述水泥为42.5R硅酸盐水泥。
8.一种如权利要求1-7中任意一项所述的抗裂性混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将水泥、粉煤灰、碎石、砂搅拌30-40min后，然后加入钢纤维、凝灰岩和膨润土，搅拌30-40min，然后加入聚丙烯纤维、硅烷偶联剂、由纸浆废液制备得到的减水剂A，搅拌20-30min后加入缓凝减水剂和水，搅拌30-50min后加入碳酸氢钠，最后加入硅粉，搅拌50-60min即得抗裂性混凝土。
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