CN110423050B - 一种环保混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种环保混凝土，包括以下重量份表示的组分：水泥120‑162份；去离子水80‑100份；碎石80‑98份；河砂78‑90份；粉煤灰45‑59份；芳纶纤维25‑55份；环氧树脂乳液68‑96份；氯化石蜡3‑6份；松香皂2‑4份；木质素磺酸钙3‑10份；芳纶纤维为改性芳纶纤维，改性芳纶纤维的制备方法：S1、将芳纶纤维进行预处理；S2、将经过预处理的芳纶纤维进行防水处理；S3、将经步骤S2处理后的芳纶纤维烘焙得到改性芳纶纤维。本申请应用在雨水较多的地区时，依然能够长时间保持良好的防水性能。

Description

一种环保混凝土
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种环保混凝土。
背景技术
混凝土是由胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料。胶凝材料通常为水泥，骨料为砂、石，再与水按一定比例配合，经搅拌获得。作为一种非常重要的建筑材料，它被广泛应用于土木工程。普通混凝土既不属于绝缘体也不属于良导体，在混凝土中添加一定含量的无机盐晶体和碳纤维等储热组分，可改善其储热性能，但碳纤维价格较高，在混凝土中使用将使储热混凝土的成本较高。
目前，为了解决上述问题，授权公告号为CN104402353B的中国专利公开的一种储热混凝土材料，包括水泥、石英砂、天然卵石子、水、硫酸钙、减水剂和膨胀剂，还包括芒硝、高分子吸水树脂和芳纶纤维；各种组分质量百分比为：水泥15-25份，石英砂15-25份，天然卵石子15-25份，芒硝10-15份，硫酸钙2-5份，高分子吸水树脂2-5份，芳纶纤维1-5份，水20-30份，减水剂1-3份，膨胀剂1-3份；本发明的制备方法是经过水泥浆的制备、储热芒硝的制备、储热混凝土浆的制备、混凝土浇筑四个步骤。该发明可以实现提高混凝土的储热性能和释放效率的目的，能改善混凝土比热容小的缺点。
在上述技术中，该混凝土中的短切芳纶纤维用于提高该混凝土的混凝土的储热释放效率，同时该混凝土的芳纶纤维规格为：d＝0.15mm；L＝5-8mm，虽然这个规格的芳纶纤维应用于该发明的混凝土材料中所起的抗裂能力和抗渗能力比细钢纤维的效果高50％以上，但是该芳纶纤维在长时间使用后其防水性能有所降低，从而导致该混凝土的防水性能降低。当该混凝土应用在南方等雨水较多的地区时，由混凝土形成的混凝土层在长期使用后容易因为防水性能下降而出现空鼓、脱落等现象。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种环保混凝土，在保证混凝土中的芳纶纤维使得该混凝土具有较高的储热释放效率的条件下，同时具有较好的防水性能，使得该混凝土应用在雨水较多的地区时，依然能够长时间保持良好的防水性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种环保混凝土，包括以下重量份表示的组分：
水泥120-162份；
去离子水80-100份；
碎石80-98份；
河砂78-90份；
粉煤灰45-59份；
芳纶纤维25-55份；
环氧树脂乳液68-96份；
氯化石蜡3-6份；
松香皂2-4份；
木质素磺酸钙3-10份；
所述的芳纶纤维为改性芳纶纤维，所述改性芳纶纤维的制备方法如下：
S1、将芳纶纤维浸渍在混合处理液中进行预处理，混合处理液的温度为100-130℃，处理时间为40-75分钟；
S2、从混合处理液中取出芳纶纤维，并将该芳纶纤维浸渍到防水剂中进行防水处理，控制防水剂的温度在100-130℃，处理时间为30-60分钟；
S3、将经步骤S2处理后的芳纶纤维进行烘焙得到改性芳纶纤维；
步骤S1中的混合处理液由水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液与硅烷偶联剂混合制得。
采用上述技术方案，水泥和水组成水泥浆，水泥浆起润滑作用，与河砂、碎石配合有利于提高混凝土拌合物的流动性，便于施工并有助于降低混凝土中各组分之间的间隙；粉煤灰的加入有利于提高混凝土的和易性以及耐久性。
芳纶纤维经过混合处理液进行预处理，再将进行过预处理的芳纶纤维浸渍在防水剂中进行防水处理后，制得改性芳纶纤维；其中，混合处理液有利于使得防水剂顺利地附着在芳纶纤维的表面，而且混合处理液中的硅烷偶联剂有利于芳纶纤维后续与环氧树脂乳液相结合，有利于提高芳纶纤维与水泥、河砂等成分粘结程度，有利于提高制得的混凝土的整体的力学性能；防水剂附着在芳纶纤维的表面以提高芳纶纤维的防水性能；经过混合处理液以及防水剂处理后得到的改性芳纶纤维一方面使制得的混凝土具有较高的储热释放效率，另一方面使该混凝土还具有良好的防水性能；当制得的混凝土应用在雨水较多的地区时，由该混凝土形成的混凝土层长时间使用后不容易发生空鼓、脱落等现象，依然能够保持良好的防水性能。
环氧树脂乳液的加入有利于降低混凝土体系中孔隙，同时有利于使得混凝土中的各个组分能够更好的粘结，从而有利于提高由该混凝土形成的混凝土层的抗压强度等力学性能以及耐久性。
松香皂作为混凝土中的引气剂，有利于提高混凝土的抗冻性能；木质素磺酸钙作为混凝土中的减水剂，加入混凝土后，有利于降低混凝土孔隙率的降低，从而有利于混凝土强度的提高，改善了水泥的孔隙结构的大小及其分布状况，使结晶生长速度延缓，晶体生长更充分，因而得到更多的纤维状晶体相互穿插，形成坚强的网络结构，从而使混凝土强度显著提高。
进一步地，步骤S3中控制烘焙温度为180-250℃。
采用上述技术方案，步骤S3中将烘焙温度控制在180-250℃之间，有利于保持芳纶纤维良好的力学性能。
进一步地，所述步骤S1中的芳纶纤维采用生产芳纶绝缘绳的厂家的废弃芳纶纤维，该废弃芳纶纤维的长度在3mm-9mm之间。
采用上述技术方案，步骤S1中的芳纶纤维采用生产芳纶绝缘绳的厂家的废弃芳纶纤维，有利于提高芳纶纤维的利用率，可降低混凝土的生产成本、节约资源，同时满足环保的要求。
进一步地，所述防水剂为C6防水剂。
采用上述技术方案，C6防水剂与水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液配合起到协同作用，有利于提高C6防水剂的防水作用，使得C6防水剂附着在芳纶纤维的表面，有利于提高芳纶纤维的防水性能。
进一步地，所述混合处理液由所述的水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液与所述的硅烷偶联剂以重量比为1:1-1.1组成的混合物，所述防水剂的重量份为3-12份。
采用上述技术方案，严格控制水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液与所述的硅烷偶联剂的重量配比，使经过步骤S1预处理的芳纶纤维的表面更容易与防水剂相粘结；通过严格控制防水剂的重量份，在保证防水剂能够充分粘附在芳纶纤维的表面，使制得的改性芳纶纤维的防水效果更好。
进一步地，所述的硅烷偶联剂包括KH550、KH560、KH570的一种或多种。
采用上述技术方案，硅烷偶联剂的设置，有利于改善水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液与环氧树脂之间的相容性，从而有利于提高环氧树脂复合板的稳定性，使得环氧树脂与无机填料剂之间混合更加均匀。
进一步地，所述的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液由以下制备方法制得：
A、称取重量份为40-58份聚乙二醇醚投入反应器中，除水，然后降温至80-90℃，投入重量份为96-120份异佛尔酮二异氰酸酯，通入氮气，保温搅拌1.5-2.5h，得到混合物A；
B、将步骤A制得的混合物A，降温至65-75℃；加入重量份为10-16份二羟甲基丙酸、1-1.5份三羟甲基丙烷，加入重量份为30-60份的N-甲基吡咯烷酮、28-35份的丙酮以及15-28份的二月桂酸二丁基锡，升温到75-85℃反应5-8h，停止通入氮气，降温至60-65℃，加入重量份为5-10份的三乙胺进行封端，保温3-4h，降温至45-55℃，投入重量份为5-6份的三乙胺进行中和，10-20min后加入8-14份蒸馏水搅拌乳化2-3h，得到乳白半透明乳液B，将乳白半透明乳液B于60-70℃下抽滤除去丙酮，得到聚氨酯纳米乳液C；
C、往步骤B制得的聚氨酯纳米乳液C，加入重量份为25-35份的去离子水搅拌15-20min；在搅拌和通入氮气条件下升温到80-85℃，缓慢滴加重量份为8-12份的丙烯酸、15-28份丙烯酸辛酯单体及偶氮二异丁腈的混合液，保温3-5h，降温到60-70℃，加入重量份为12-20份的乳化剂搅拌乳化，待乳液呈蓝光透明状，出料得到水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液；
步骤C中的丙烯酸辛酯单体及偶氮二异丁腈的混合液由丙烯酸辛酯单体与偶氮二异丁腈以重量比为1-1.1:1-1.3组成。
采用上述技术方案，由步骤A以及步骤B制得聚氨酯纳米乳液C，聚氨酯纳米乳液C具有良好的附着性以及稳定性，聚氨酯纳米乳液C经过步骤C制得的水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液，水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液中的聚氨酯纳米乳液C、丙烯酸、丙烯酸辛酯单体及偶氮二异丁腈的混合液、乳化剂相互起到互补作用，使制得的水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液不仅具有良好的附着力，同时具备良好的防水性，芳纶纤维浸渍在水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液中，有利于提高芳纶纤维的防水性能，同时有利于增强芳纶纤维表面的粘附力，经过芳纶纤维浸渍在水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液后再浸渍在防水剂中，使得防水剂能够持久附着在芳纶纤维的表面，显著提高改性芳纶纤维的防水性能。
进一步地，所述的步骤C制得的水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液中固含量颗粒的粒径分布在5-100nm。
采用上述技术方案，有利于在步骤S2中防水剂更好地附着在芳纶纤维的表面。
进一步地，所述步骤C中的乳化剂是由乳化剂S-80和乳化剂T-80以重量比为1-1.4:1-1.3组成的混合物。
进一步地，所述环保混凝土的制备方法包括以下步骤：
第一步，将相应重量份数的水泥、河砂、碎石混合，并机械搅拌20-30min搅拌均匀，获得第一混合物；
第二步，将相应重量份数的粉煤灰、松香皂、木质素磺酸钙以及芳纶纤维充分混合，并均匀搅拌15-25min，制得第二混合物；
第三步，将第一混合物以及第二混合物混合均匀搅拌25-40min，制得第三混合物，将相应重量份数的环氧树脂乳液以及相应重量份数的去离子水混合搅拌制得第四混合物，将第四混合物边搅拌边加入到第三混合物中，搅拌混合10-20min使得第三混合物与第四混合物充分混合，制得第五混合物；
第四步，将第三步所得的第五混合物浇注到模具中，在温度为15-25℃，湿度为80％-90％的养护室中养护18-24h，即制得环保混凝土。
采用上述技术方案，在未加去离子水的条件下，先将水泥、河砂、碎石混合均匀制得第一混合物，将粉煤灰、松香皂、木质素磺酸钙以及芳纶纤维充分混合制得第二混合物，再将第一混合物以及第二混合物混合，提高混合效率并节约耗能；将环氧树脂乳液加入到去离子水中并形成充分混合，边搅拌边加入至第三混合物中，节约混合的时间，并且使得混凝土的各个组分均匀混合。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、芳纶纤维经过混合处理液进行预处理，再将进行过预处理的芳纶纤维浸渍在防水剂中进行防水处理后，制得改性芳纶纤维；其中，混合处理液有利于使得防水剂顺利地附着在芳纶纤维的表面，而且混合处理液中的硅烷偶联剂有利于芳纶纤维后续与环氧树脂乳液相结合，有利于提高芳纶纤维与水泥、河砂等成分粘结程度，有利于提高制得的混凝土的整体的力学性能；防水剂附着在芳纶纤维的表面以提高芳纶纤维的防水性能；经过混合处理液以及防水剂处理后得到的改性芳纶纤维一方面使制得的混凝土具有较高的储热释放效率，另一方面使该混凝土还具有良好的防水性能；当制得的混凝土应用在雨水较多的地区时，由该混凝土形成的混凝土层不容易发生空鼓、脱落等现象，依然能够保持良好的防水性能。
2、步骤S1中的芳纶纤维采用生产芳纶绝缘绳的厂家的废弃芳纶纤维，有利于提高芳纶纤维的利用率，可降低混凝土的生产成本、节约资源，同时满足环保的要求。
3、C6防水剂与水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液配合起到协同作用，有利于提高C6防水剂的防水作用，使得C6防水剂附着在芳纶纤维的表面，有利于提高芳纶纤维的防水性能。
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。
实施例1
一种环保混凝土，其组分及其相应重量份数如表1所示，并通过如下步骤制备获得：
第一步，将相应重量份数的水泥、河砂、碎石混合，并机械搅拌20min搅拌均匀，获得第一混合物。
第二步，将相应重量份数的粉煤灰、松香皂、木质素磺酸钙以及芳纶纤维充分混合，并均匀搅拌15min，制得第二混合物。
第三步，将第一混合物以及第二混合物混合均匀搅拌25min，制得第三混合物，将相应重量份数的氯化石蜡、环氧树脂乳液以及相应重量份数的去离子水混合搅拌制得第四混合物，将第四混合物边搅拌边加入到第三混合物中，搅拌混合10min使得第三混合物与第四混合物充分混合，制得第五混合物。
第四步，将第三步所得的第五混合物浇注到模具中，在温度为15℃，湿度为80％的养护室中养护18h，即制得环保混凝土。
第三步中的氯化石蜡购于抚顺盛威石化产品销售有限公司的氯化石蜡-42。
其中，芳纶纤维为改性芳纶纤维，制备改性芳纶纤维所用的各组分及其重量份如表2所示，且其制备方法如下：
S1、将芳纶纤维浸渍在混合处理液中进行预处理，混合处理液的温度为100℃，处理时间为40分钟。
S2、从混合处理液中取出芳纶纤维，并将该芳纶纤维浸渍到相应重量份的防水剂中进行防水处理，控制防水剂的温度在100℃，处理时间为30分钟。
S3、将经步骤S2处理后的芳纶纤维进行烘焙得到改性芳纶纤维，烘焙温度为180℃。
步骤S1中的混合处理液由水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液与硅烷偶联剂以重量比为1:1.05组成的混合物。硅烷偶联剂为KH550。
步骤S1中的芳纶纤维采用生产芳纶绝缘绳的厂家的废弃芳纶纤维，该废弃芳纶纤维的长度在3mm之间。
步骤S2中的防水剂采用广州庄杰化工有限公司市售的型号为ZJ-615的C6防水剂。
其中，水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液的组分及其重量份如表2所示，水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液由以下方法制得：
A、称取相应重量份的聚乙二醇醚投入反应器中，除水，然后降温至80℃，投入相应重量份的异佛尔酮二异氰酸酯，通入氮气，保温搅拌1.5h，得到混合物A。
B、将步骤S1制得的混合物A，降温至65℃；加入相应重量份的二羟甲基丙酸、三羟甲基丙烷，加入相应重量份的N-甲基吡咯烷酮、丙酮以及相应重量份的二月桂酸二丁基锡，升温到75℃反应5h，停止通入氮气，降温至60℃，加入相应重量份的三乙胺进行封端，保温3h，降温至45℃，投入相应重量份的三乙胺进行中和，10min后加入相应重量份的蒸馏水搅拌乳化2h，得到乳白半透明乳液B，将乳白半透明乳液B于60℃下抽滤除去丙酮，得到聚氨酯纳米乳液C。
C、往步骤B制得的聚氨酯纳米乳液C，加入相应重量份的去离子水搅拌15min；在搅拌和通入氮气条件下升温到80℃，缓慢滴加相应重量份的丙烯酸、丙烯酸辛酯单体及偶氮二异丁腈的混合液，保温3h，降温到60℃，加入相应重量份的乳化剂搅拌乳化，待乳液呈蓝光透明状，出料得到水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液。
步骤C中的丙烯酸辛酯单体及偶氮二异丁腈的混合液由丙烯酸辛酯单体与偶氮二异丁腈以重量比为1:1.3组成。
步骤C制得的水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液中固含量颗粒的粒径分布在5-15nm。
用于制备水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液的乳化剂是由乳化剂S-80和乳化剂T-80以重量比为1:1.3组成的混合物。乳化剂S-80采用江苏省海安石油化工厂出售的乳化剂司盘，规格为S-80；乳化剂T-80采用江苏省海安石油化工厂出售的乳化剂吐温，规格为T-80。
用于制备水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液的三乙胺均采用浙江建业化工股份有限公司生产销售三乙胺。
用于制备水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液的二月桂酸二丁基锡购于新典化学材料(上海)有限公司。
用于制备水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液的N-甲基吡咯烷酮购于安徽晟捷新能源科技有限公司。
用于制备水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液的聚乙二醇醚，又称为聚醚，采用上海富畦工贸有限公司中型号为HX-8016的产品。
用于制备水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液的偶氮二异丁腈购于常州市一耕化工有限公司。
实施例2
一种环保混凝土，与实施例1的区别在于：
其组分及其相应重量份数如表1所示，并通过如下步骤制备获得：
第一步，将相应重量份数的水泥、河砂、碎石混合，并机械搅拌25min搅拌均匀，获得第一混合物。
第二步，将相应重量份数的粉煤灰、松香皂、木质素磺酸钙以及芳纶纤维充分混合，并均匀搅拌20min，制得第二混合物。
第三步，将第一混合物以及第二混合物混合均匀搅拌30min，制得第三混合物，将相应重量份数的环氧树脂乳液以及相应重量份数的去离子水混合搅拌制得第四混合物，将第四混合物边搅拌边加入到第三混合物中，搅拌混合15min使得第三混合物与第四混合物充分混合，制得第五混合物。
第四步，将第三步所得的第五混合物浇注到模具中，在温度为20℃，湿度为85％的养护室中养护20h，即制得环保混凝土。
其中，芳纶纤维为改性芳纶纤维，制备改性芳纶纤维所用的各组分及其重量份如表2所示，且其制备方法如下：
S1、将芳纶纤维浸渍在混合处理液中进行预处理，混合处理液的温度为120℃，处理时间为60分钟。
S2、从混合处理液中取出芳纶纤维，并将该芳纶纤维浸渍到相应重量份的防水剂中进行防水处理，控制防水剂的温度在120℃，处理时间为45分钟。
S3、将经步骤S2处理后的芳纶纤维进行烘焙得到改性芳纶纤维，烘焙温度为200℃。
步骤S1中的混合处理液由水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液与硅烷偶联剂以重量比为1:1.1组成的混合物。硅烷偶联剂由KH550和KH560以重量比为1:1组成。
步骤S1中的芳纶纤维采用生产芳纶绝缘绳的厂家的废弃芳纶纤维，该废弃芳纶纤维的长度在6mm之间。
其中，水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液的组分及其重量份如表2所示，水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液由以下方法制得：
A、称取相应重量份的聚乙二醇醚投入反应器中，除水，然后降温至85℃，投入相应重量份的异佛尔酮二异氰酸酯，通入氮气，保温搅拌2h，得到混合物A。
B、将步骤S1制得的混合物A，降温至70℃；加入相应重量份的二羟甲基丙酸、三羟甲基丙烷，加入相应重量份的N-甲基吡咯烷酮、丙酮以及相应重量份的二月桂酸二丁基锡，升温到80℃反应7h，停止通入氮气，降温至62℃，加入相应重量份的三乙胺进行封端，保温3.5h，降温至50℃，投入相应重量份的三乙胺进行中和，15min后加入相应重量份的蒸馏水搅拌乳化2.5h，得到乳白半透明乳液B，将乳白半透明乳液B于65℃下抽滤除去丙酮，得到聚氨酯纳米乳液C。
C、往步骤B制得的聚氨酯纳米乳液C，加入相应重量份的去离子水搅拌17min；在搅拌和通入氮气条件下升温到83℃，缓慢滴加相应重量份的丙烯酸、丙烯酸辛酯单体及偶氮二异丁腈的混合液，保温4h，降温到65℃，加入相应重量份的乳化剂搅拌乳化，待乳液呈蓝光透明状，出料得到水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液。
步骤C中的丙烯酸辛酯单体及偶氮二异丁腈的混合液由丙烯酸辛酯单体与偶氮二异丁腈以重量比为1.1:1.2组成。
步骤C制得的水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液中固含量颗粒的粒径分布在45-50nm。
乳化剂是由乳化剂S-80和乳化剂T-80以重量比为1.3:1.2组成的混合物。
实施例3
一种环保混凝土，与实施例1的区别在于：
其组分及其相应重量份数如表1所示，并通过如下步骤制备获得：
第一步，将相应重量份数的水泥、河砂、碎石混合，并机械搅拌30min搅拌均匀，获得第一混合物。
第二步，将相应重量份数的粉煤灰、松香皂、木质素磺酸钙以及芳纶纤维充分混合，并均匀搅拌25min，制得第二混合物。
第三步，将第一混合物以及第二混合物混合均匀搅拌40min，制得第三混合物，将相应重量份数的环氧树脂乳液以及相应重量份数的去离子水混合搅拌制得第四混合物，将第四混合物边搅拌边加入到第三混合物中，搅拌混合20min使得第三混合物与第四混合物充分混合，制得第五混合物。
第四步，将第三步所得的第五混合物浇注到模具中，在温度为25℃，湿度为90％的养护室中养护24h，即制得环保混凝土。
其中，芳纶纤维为改性芳纶纤维，制备改性芳纶纤维所用的各组分及其重量份如表2所示，且其制备方法如下：
S1、将芳纶纤维浸渍在混合处理液中进行预处理，混合处理液的温度为130℃，处理时间为75分钟。
S2、从混合处理液中取出芳纶纤维，并将该芳纶纤维浸渍到相应重量份的防水剂中进行防水处理，控制防水剂的温度在130℃，处理时间为60分钟。
S3、将经步骤S2处理后的芳纶纤维进行烘焙得到改性芳纶纤维，烘焙温度为250℃。
步骤S1中的混合处理液由水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液与硅烷偶联剂以重量比为1:1.08组成的混合物。硅烷偶联剂为KH570。
步骤S1中的芳纶纤维采用生产芳纶绝缘绳的厂家的废弃芳纶纤维，该废弃芳纶纤维的长度在9mm之间。
其中，水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液的组分及其重量份如表2所示，水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液由以下方法制得：
A、称取相应重量份的聚乙二醇醚投入反应器中，除水，然后降温至90℃，投入相应重量份的异佛尔酮二异氰酸酯，通入氮气，保温搅拌2.5h，得到混合物A。
B、将步骤S1制得的混合物A，降温至75℃；加入相应重量份的二羟甲基丙酸、三羟甲基丙烷，加入相应重量份的N-甲基吡咯烷酮、丙酮以及相应重量份的二月桂酸二丁基锡，升温到85℃反应8h，停止通入氮气，降温至65℃，加入相应重量份的三乙胺进行封端，保温4h，降温至55℃，投入相应重量份的三乙胺进行中和，20min后加入相应重量份的蒸馏水搅拌乳化3h，得到乳白半透明乳液B，将乳白半透明乳液B于70℃下抽滤除去丙酮，得到聚氨酯纳米乳液C。
C、往步骤B制得的聚氨酯纳米乳液C，加入相应重量份的去离子水搅拌20min；在搅拌和通入氮气条件下升温到85℃，缓慢滴加相应重量份的丙烯酸、丙烯酸辛酯单体及偶氮二异丁腈的混合液，保温5h，降温到70℃，加入相应重量份的乳化剂搅拌乳化，待乳液呈蓝光透明状，出料得到水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液。
步骤C中的丙烯酸辛酯单体及偶氮二异丁腈的混合液由丙烯酸辛酯单体与偶氮二异丁腈以重量比为1:1组成。
步骤C制得的水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液中固含量颗粒的粒径分布在80-100nm。
乳化剂是由乳化剂S-80和乳化剂T-80以重量比为1.4:1.3组成的混合物。
实施例4
一种环保混凝土，与实施例3的区别在于：
其组分及其相应重量份数如表1所示。制备改性芳纶纤维所用的各组分及其重量份如表2所示。水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液的组分及其重量份如表2所示。
步骤C中的丙烯酸辛酯单体及偶氮二异丁腈的混合液由丙烯酸辛酯单体与偶氮二异丁腈以重量比为1.1:1.3组成。
步骤C制得的水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液中固含量颗粒的粒径为65-80nm。
乳化剂是由乳化剂S-80和乳化剂T-80以重量比为1:1组成的混合物。
硅烷偶联剂由KH550、KH560、KH570以重量比为1:1:1组成。
实施例5
一种环保混凝土，与实施例3的区别在于：
其组分及其相应重量份数如表1所示。制备改性芳纶纤维所用的各组分及其重量份如表2所示。水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液的组分及其重量份如表2所示。
步骤C中的丙烯酸辛酯单体及偶氮二异丁腈的混合液由丙烯酸辛酯单体与偶氮二异丁腈以重量比为1.15:1.25组成。
步骤C制得的水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液中固含量颗粒的粒径分布在80-90nm。
乳化剂是由乳化剂S-80和乳化剂T-80以重量比为1.2:1.1组成的混合物。
硅烷偶联剂由KH550和KH570以重量比为1:1组成。
表1环保混凝土的各组分及其重量份数
Figure BDA0002138139420000141
表2制备改性芳纶纤维的各组分及其重量份。
Figure BDA0002138139420000142
Figure BDA0002138139420000151
比较例1
采用公开号为CN104402353B的中国发明专利公开的一种储热混凝土材料作为比较例1。
比较例2
采用公开号为CN109231912A的中国发明专利公开的耐热混凝土作为比较例2。
比较例3
采用公告号为CN105236891B的中国发明专利公开的一种嵌缝用柔性混凝土作为比较例3。
比较例4
与实施例3的区别在于：
采用大城县亦博化工有限公司市售的聚丙烯纤维代替芳纶纤维制备环保混凝土。
各实施例以及比较例的检测数据见表3-5。
实验1
将实施例1-5分别制备出来的环保混凝土做成凹槽成品，并取样为试样1-5；比较例1-4分别制备出来的环保混凝土做成凹槽成品，并取样为试样6-9；试样1-9体积、凹槽大小以及凹槽深度完全相同，往试样1-9内分别加入占凹槽深度2/3的水，在9张白纸上分别铺设无水硫酸铜，然后将装有水的试样1-9分别放置在铺设有无水硫酸铜的纸上，观察7天(以下简称7d)白纸是否变蓝，以检测试样1-9的防水性能，并记录相关现象至表3。
实验2
将实施例1-5分别制备出来的环保混凝土做成混凝土块，并取为试样1-5；比较例1-4分别制备出来的环保混凝土做成混凝土块，并取为试样6-9；按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的逐级加压法测试试样1-9的渗水深度，并记录数据至表3。
实验3
按照GB/T50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》，将实施例1-5的环保混凝土制作标准试块，取样为试样1-5；将比较例1-9制备出来的环保混凝土制作三个标准试块，分别取样为试样6-9；测量标准温度下试样1-9养护7天(以下简称7d)、28天(以下简称28d)的抗压强度(MPa)并记录数据至表3。
表3试样1-9进行实验1-3的测试记录。
Figure BDA0002138139420000161
Figure BDA0002138139420000171
实验4
将实施例1-5分别制备出来的环保混凝土制成混凝土层，并取样为试样1-5；比较例1制备出来的环保混凝土制成三个混凝土层，并分别对应取样为试样a、试样b以及试样c；使用型号为DRM-II的混凝土蓄热测试仪测试试样1-5以及试样a、试样b以及试样c的导热系数(W/m·K)以及蓄热系数(W/m2·K)并记录数据至表4。
表4试样1-5、试样a、试样b以及试样c进行实验4的测试记录。
样品 导热系数(W/m·K) 蓄热系数(W/m<sup>2</sup>·K)
试样1 0.068 16.8
试样2 0.067 16.8
试样3 0.068 16.9
试样4 0.067 17.0
试样5 0.069 17.0
试样a 0.069 16.9
试样b 0.067 16.9
试样c 0.069 16.8
实验5
按照GB/T50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》，将实施例1-5的环保混凝土制作标准试块，取样为试样1-5；将比较例2制备出来的环保混凝土制作三个标准试块，分别对应取样为试样d、试样e以及试样f；测试试样1-5、试样d、试样e以及试样f在标准养护28d后分别在200℃、300℃、400℃、500℃以及600℃下恒温灼烧3h，然后将其自然冷却至室温，测试试样1-5、试样d、试样e以及试样f烧后抗压强度，并记录数据至表5。
表5试样1-5、试样d、试样e以及试样f进行实验5检测数据表。
Figure BDA0002138139420000172
Figure BDA0002138139420000181
根据表3-4中实施例1-3与比较例1的数据可得，实施例1-5制备的混凝土的防水性能以及抗渗性能与比较例1中的的防水性能以及抗渗性能相比，实施例1-5制备的混凝土的防水性能以及抗渗性能更好，同时实施例1-5制备的混凝土的蓄热系数与比较例1的蓄热系数箱近，甚至在试样4以及试样5的蓄热系数高于比较例1中的混凝土的蓄热系数，说明经过水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液、硅烷偶联剂以及防水剂处理后的改性芳纶纤维使得混凝土具有良好的储热性能，同时，实施例1-5中的改性芳纶纤维的防水性能以及抗渗性能在水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液、硅烷偶联剂以及防水剂处理后得到显著提高，改性芳纶纤维与混凝土中的其他成分配合，显著提高实施例1-5制得的混凝土的防水性能以及抗渗性能，使得该混凝土可应用在南方等多雨地区，而且在长时间后，该混凝土依然能够保持良好的防水性能以及储热性能。
而比较例1中采用授权公告号为CN104402353B的中国发明专利一种储热混凝土材料中的芳纶纤维虽然规格为：d＝0.15mm；L＝5-8mm，这个规格的芳纶纤维应用于该发明的混凝土材料中所起的抗裂能力和抗渗能力比细钢纤维的效果高50％以上，但是从含有该芳纶纤维的混凝土制得的试样进行实验1后的实验现象可知，该混凝土长时间使用后，芳纶纤维容易吸水从而导致混凝土的防水性能下降。
根据表3-5中实施例1-5与比较例2的数据可得，虽然实施例1-5以及比较例2中均含有改性芳纶纤维，但从表3中的防水性能、渗水深度等测试记录说明，经过水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液、硅烷偶联剂以及防水剂处理后的改性芳纶纤维的防水性能以及抗渗性能均优于比较例2中的改性芳纶纤维的防水性能以及抗渗性能，而且实施例1-5中的改性芳纶纤维保证混凝土同样具有良好的抗压强度，而且，试样3-4在高温后测试的抗压强度相对于试样d、试样e以及试样f来说更好，说明实施例1-5中的混凝土具有良好的防水性能、抗压强度以及耐高温性能。
根据表3-5中实施例1-5与比较例3的数据可得，比较例3中的混凝土含有芳纶纤维以增强该混凝土的强度以及韧性，虽然该混凝土中含有憎水剂，但是由比较例3中的混凝土形成的混凝土层在长时间使用后，其防水性能有所下降，导致其强度降低。
根据表3中实施例1-5与比较例4的数据可得，比较例4中使用市售的聚丙烯纤维代替改性芳纶纤维，从表3中可以看出，虽然聚丙烯纤维具有较好的防水性能，但是在长时间使用后，聚丙烯纤维的防水性能下降，导致比较例4中的混凝土整体的防水性能下降。
上述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 (4)

1.一种环保混凝土，其特征是：包括以下重量份表示的组分：
水泥120-162份；
去离子水80-100份；
碎石80-98份；
河砂78-90份；
粉煤灰45-59份；
芳纶纤维25-55份；
环氧树脂乳液68-96份；
氯化石蜡3-6份；
松香皂2-4份；
木质素磺酸钙3-10份；
所述的芳纶纤维为改性芳纶纤维，所述改性芳纶纤维的制备方法如下：
S1、将芳纶纤维浸渍在混合处理液中进行预处理，混合处理液的温度为100-130℃，处理时间为40-75分钟；
S2、从混合处理液中取出芳纶纤维，并将该芳纶纤维浸渍到防水剂中进行防水处理，控制防水剂的温度在100-130℃，处理时间为30-60分钟；
S3、将经步骤S2处理后的芳纶纤维进行烘焙得到改性芳纶纤维；
步骤S1中的混合处理液由水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液与硅烷偶联剂混合制得；
步骤S3中控制烘焙温度为180-250℃；
所述步骤S1中的芳纶纤维采用生产芳纶绝缘绳的厂家的废弃芳纶纤维，该废弃芳纶纤维的长度在3mm-9mm之间；
所述的防水剂为C6防水剂；
所述混合处理液由所述的水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液与所述的硅烷偶联剂以重量比为1:1-1.1组成的混合物，所述防水剂的重量份为3-12份；
所述的硅烷偶联剂包括KH550、KH560、KH570的一种或多种；
所述的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯纳米复合乳液由以下制备方法制得：
A、称取重量份为40-58份聚乙二醇醚投入反应器中，除水，然后降温至80-90℃，投入重量份为96-120份异佛尔酮二异氰酸酯，通入氮气，保温搅拌1.5-2.5h，得到混合物A；
B、将步骤A制得的混合物A，降温至65-75℃；加入重量份为10-16份二羟甲基丙酸、1-1.5份三羟甲基丙烷，加入重量份为30-60份的N-甲基吡咯烷酮、28-35份的丙酮以及15-28份的二月桂酸二丁基锡，升温到75-85℃反应5-8h，停止通入氮气，降温至60-65℃，加入重量份为6-10份的三乙胺进行封端，保温3-4h，降温至45-55℃，投入重量份为5-6份的三乙胺进行中和，10-20min后加入8-14份蒸馏水搅拌乳化2-3h，得到乳白半透明乳液B，将乳白半透明乳液B于60-70℃下抽滤除去丙酮，得到聚氨酯纳米乳液C；
C、往步骤B制得的聚氨酯纳米乳液C，加入重量份为25-35份的去离子水搅拌15-20min；在搅拌和通入氮气条件下升温到80-85℃，缓慢滴加重量份为8-12份的丙烯酸、15-28份丙烯酸辛酯单体及偶氮二异丁腈的混合液，保温3-5h，降温到60-70℃，加入重量份为12-20份的乳化剂搅拌乳化，待乳液呈蓝光透明状，出料得到水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液；
步骤C中的丙烯酸辛酯单体及偶氮二异丁腈的混合液由丙烯酸辛酯单体与偶氮二异丁腈以重量比为1-1.1:1-1.3组成。
2.根据权利要求1所述的一种环保混凝土，其特征是：所述步骤C制得的水性聚氨酯-丙烯酸酯纳米乳液中固含量颗粒的粒径分布在5-100nm。
3.根据权利要求2所述的一种环保混凝土，其特征是：所述步骤C中的乳化剂是由乳化剂S-80和乳化剂T-80以重量比为1-1.4:1-1.3组成的混合物。
4.根据权利要求3所述的一种环保混凝土，其特征是：所述环保混凝土的制备方法包括以下步骤：
第一步，将相应重量份数的水泥、河砂、碎石混合，并机械搅拌20-30min搅拌均匀，获得第一混合物；
第二步，将相应重量份数的粉煤灰、松香皂、木质素磺酸钙以及芳纶纤维充分混合，并均匀搅拌15-25min，制得第二混合物；
第三步，将第一混合物以及第二混合物混合均匀搅拌25-40min，制得第三混合物，将相应重量份数的环氧树脂乳液以及相应重量份数的去离子水混合搅拌制得第四混合物，将第四混合物边搅拌边加入到第三混合物中，搅拌混合10-20min使得第三混合物与第四混合物充分混合，制得第五混合物；
第四步，将第三步所得的第五混合物浇注到模具中，在温度为15-25℃，湿度为80%-90%的养护室中养护18-24h，即制得环保混凝土。
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