CN110436847A - 一种高强抗裂混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强抗裂混凝土及其制备方法，涉及建筑材料技术领域，其技术方案要点是一种高强抗裂混凝土，以重量份数计，包括如下组分：水泥380‑400份、砂650‑670份、碎石940‑980份、掺合料80‑100份、增强纤维5‑10份、修复剂50‑70份、早强剂3‑5份、减水剂5‑7份以及水120‑140份；所述修复剂由重量比为3:5:2的填充材料、多孔骨架材料以及可降解的包覆材料制成。本发明通过增强纤维可以起到抗裂增强的作用，通过修复剂的作用可以对混凝土使用过程中的裂纹进行修复，从而提高混凝土的耐久性，延长混凝土的使用寿命。

Description

一种高强抗裂混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，更具体的说，它涉及一种高强抗裂混凝土及其制备方法。

背景技术

普通混凝土是指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石、外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。混凝土主要划分为两个阶段与状态：凝结硬化前的塑性状态，即新拌混凝土或混凝土拌合物；硬化之后的坚硬状态，即硬化混凝土或混凝土。混凝土强度等级是以立方体抗压强度标准值划分，一般把强度等级为C60及其以上的混凝土称为高强混凝土，C100强度等级以上的混凝土称为超高强混凝土。

在混凝土拌合的过程中，水泥与水作用会产生水化热，导致混凝土的内部温度大大超过外部，从而引起较大的温度应力，使混凝土表面产生裂纹，严重影响混凝土的强度及其他性能，针对这一情况，人们对在混凝土的抗裂性能上进行了大量的研究。目前，在混凝土拌合物中添加纤维和/或膨胀剂是抗裂混凝土的主要研究方向。

现有技术中，申请号为201710747942.X的专利申请文件，公开了一种高强度抗裂混凝土及其制备方法，所述的高强度抗裂混凝土包括水泥、砂子、石子、水、外加剂、混凝土膨胀剂和粉煤灰；其在混凝土凝结硬化时，膨胀剂发生膨胀并堵塞毛细孔裂缝，以达到抗裂的目的。

现有技术中，申请号为201810664015.6的专利申请文件，公开了一种抗裂混凝土拌合物及其制备方法，该混凝土包括如下组分：水泥、砂石骨料、水、硅灰、石墨烯、聚氨酯纤维、玻璃纤维和聚丙烯；通过混凝土中加入纤维材料可控制基体混凝土裂纹的进一步发展，从而提高抗裂性。

现有的解决混凝土裂纹的方法均是在水泥产生水化热后对，利用膨胀剂的膨胀作用对裂缝进行填补或者通过纤维材料控制混凝土裂纹的进一步发展，以达到抗裂的目的；虽然在短期内可以控制混凝土裂纹的生长，但是随着混凝土使用时间的延长，在降雨较多的地区，因雨水渗透等原因，会逐渐加深混凝土裂纹处的损坏，降低混凝土的耐久性，影响混凝土的使用寿命。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种高强抗裂混凝土，其通过增强纤维可以起到抗裂增强的作用，通过修复剂的作用可以对混凝土使用过程中的裂纹进行修复，从而提高混凝土的耐久性，延长混凝土的使用寿命。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种高强抗裂混凝土，以重量份数计，包括如下组分：水泥380-400份、砂650-670份、碎石940-980份、掺合料80-100份、增强纤维5-10份、修复剂50-70份、早强剂3-5份、减水剂5-7份以及水120-140份；所述修复剂由重量比为3:5:2的填充材料、多孔骨架材料以及可降解的包覆材料制成。

通过采用上述技术方案，通过掺合料的加入，可以减少水泥的用量，以降低水泥的水化热，缩小混凝土内外的温度差，以减少裂纹的产生；利用增强纤维形成的网络作用，在提高混凝土强度的同时，可以进一步抑制裂纹的生长，以防止裂纹的加深；在降雨较多的地区，在雨水的冲刷侵蚀下，在易产生裂纹的位置，会使得裂缝扩张，此时修复剂中的包覆材料在雨水的作用下以及裂缝扩张的作用下，包覆材料会逐渐破损，使得填充材料释放以对裂纹进行修复，从而提高混凝土的耐久性，延长混凝土的使用寿命。

进一步地，所述填充材料由重量比为3:3:2:1的膨润土、聚丙烯酸钠、硅酸钠以及硬脂酸镁经过干燥后混合而成。

通过采用上述技术方案，在雨水冲刷侵蚀下，裂纹附近的修复剂的可降解的包覆材料逐渐水水解，使得由膨润土、聚丙烯酸钠、生石膏法以及硬脂酸镁制得的填充材料溢出，此时其吸收水分而膨胀并且具有很好粘结性能，以对裂纹进行修复，从而提高混凝土的耐久性，延长其使用寿命。

进一步地，所述多孔骨架材料为多孔沸石、多孔陶粒中的一种。

通过采用上述技术方案，利用多孔沸石以及多孔陶粒的孔隙结构，可以作为填充材料的载体，由于其自身的粒形结构，在混凝土中又有很好的分散性，使得混凝土具有很好的和易性。

进一步地，所述包覆材料包括聚乳酸树脂。

通过采用上述技术方案，聚乳酸树脂属于可降解材料，其在雨水的冲刷侵蚀下会逐渐水解破损，使得填充材料溢出，以对裂纹进行修复。

进一步地，所述修复剂采用如下方法制备：①分别取重量比为3:3:2:1的膨润土、聚丙烯酸钠、硅酸钠以及硬脂酸镁，将其干燥至水分含量<0.2％后，得到填充材料备用；

②取多孔骨架材料，将其浸入3-5wt％的盐酸溶液中，浸泡8-10h后，用水洗涤后，在100-120℃的温度下，干燥8-10h，得到活化多孔骨架材料；

③将活化多孔骨架材料与填充材料按照3:5的比例混合，以1000-2000r/min的速度搅拌1-2h，得到载有填充材料的多孔骨架材料；

④以重量份数计，取80-90份聚乳酸树脂、0.3-0.5份环氧大豆油以及0.3-0.5份邻苯二甲酸酐，混合均匀后，将其升温至170-190℃，使其熔融后得到包覆材料；向包覆材料中加入载有填充材料的多孔骨架材料，搅拌均匀后，将其置于80-90℃的温度下，加热3-5h，冷却后得到修复剂。

进一步地，所述增强纤维由重量比为2:1:1的木质纤维素、聚丙烯纤维和钢纤维混合而成。

通过采用上述技术方案，由木质纤维素、聚丙烯纤维以及钢纤维复配得到的增强纤维能有效地控制混凝土的热塑性收缩、干缩以及温度变化等因素引起的微裂纹，抑制混凝土裂缝的形成和发展，通过木质纤维素与钢纤维的配合，使增强纤维具有良好的分散性，改善加工的和易性，并且可以提高混凝土的抗拉、抗弯以及抗冲击强度。

进一步地，所述掺合料由重量比为1:1的粉煤灰和矿渣粉混合而成；所述粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰；所述矿渣粉为S95矿粉。

通过采用上述技术方案，粉煤灰和矿渣粉的加入可以降低水泥的用量，从而降低水泥的水化热，提高混凝土的致密性，提高混凝土的抗压强度。

进一步地，所述早强剂为甲酸钙。

通过采用上述技术方案，甲酸钙作为混凝土的早强剂，可以提高混凝土的早期强度，改善其力学性能。

进一步地，所述减水剂为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙中的一种或它们的复合。

混凝土中加入减水剂木质素磺酸钠或木质磺酸钙后，可以减少用水量，降低混凝土的水化，降低孔隙率，增加混凝土密实性，从而大大提高混凝土的强度和抗渗性。

本发明的目的之二在于提供一种高强抗渗混凝土的制备方法。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种高强抗渗混凝土的制备方法，包括如下步骤：包括如下步骤：以重量份数计，取水泥380-400份、砂650-670份、碎石940-980份、掺合料80-100份、增强纤维5-10份、修复剂50-70份、早强剂3-5份、减水剂5-7份以及水120-140份，搅拌均匀后即可。

综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：

1.通过掺合料的加入，减少水泥的用量，以降低水泥的水化热，缩小混凝土内外的温度差，以减少裂纹的产生；利用增强纤维形成的网络作用，在提高混凝土强度的同时，可以进一步抑制裂纹的生长，以防止裂纹的加深；在降雨较多的地区，在雨水的冲刷侵蚀下，在易产生裂纹的位置，会使得裂缝扩张，此时修复剂中的包覆材料在雨水的作用下以及裂缝扩张的作用下，包覆材料会逐渐破损，使得填充材料释放以对裂纹进行修复，从而提高混凝土的耐久性，延长混凝土的使用寿命；

2.在雨水冲刷侵蚀下，裂纹附近的修复剂的可降解的包覆材料逐渐水水解，使得由膨润土、聚丙烯酸钠、生石膏法以及硬脂酸镁制得的填充材料溢出，此时其吸收水分而膨胀并且具有很好粘结性能，以对裂纹进行修复，从而提高混凝土的耐久性，延长其使用寿命；

3.由木质纤维素、聚丙烯纤维以及钢纤维复配得到的增强纤维能有效地控制混凝土的热塑性收缩、干缩以及温度变化等因素引起的微裂纹，抑制混凝土裂缝的发展，通过木质纤维素与钢纤维的配合，使增强纤维具有良好的分散性，改善加工的和易性，并且可以提高混凝土的抗拉、抗弯以及抗冲击强度。

具体实施方式

以下对本发明作进一步详细说明。

一、制备例

以下制备例中的聚乳酸选自美国Nature Works提供的型号为Ingeo 3260HP的聚乳酸。

制备例1：①分别取重量比为3:3:2:1的膨润土、聚丙烯酸钠、硅酸钠以及硬脂酸镁，将其干燥至水分含量<0.2％后，得到填充材料备用；

②取多孔沸石、多孔陶粒，将其浸入3wt％的盐酸溶液中，浸泡8h后，用水洗涤后，在100℃的温度下，干燥8h，得到活化多孔骨架材料；

③将20kg活化多孔骨架材料与50kg填充材料混合，以1000r/min的速度搅拌1h，得到载有填充材料的多孔骨架材料；

④取80kg聚乳酸树脂、0.3kg环氧大豆油以及0.3kg邻苯二甲酸酐，混合均匀后，将其升温至170℃，使其熔融后得到包覆材料；取20kg包覆材料，向其中加入载有填充材料的多孔骨架材料，搅拌均匀后，将其置于80℃的温度下，加热3h，冷却后得到修复剂。

制备例2：①分别取重量比为3:3:2:1的膨润土、聚丙烯酸钠、硅酸钠以及硬脂酸镁，将其干燥至水分含量<0.2％后，得到填充材料备用；

②取多孔陶粒，将其浸入4wt％的盐酸溶液中，浸泡9h后，用水洗涤后，在110℃的温度下，干燥9h，得到活化多孔骨架材料；

③将20kg活化多孔骨架材料与50kg填充材料混合，以1500r/min的速度搅拌1.5h，得到载有填充材料的多孔骨架材料；

④取85kg聚乳酸树脂、0.4kg环氧大豆油以及0.4kg邻苯二甲酸酐，混合均匀后，将其升温至180℃，使其熔融后得到包覆材料；取20kg包覆材料，向其中加入载有填充材料的多孔骨架材料，搅拌均匀后，将其置于85℃的温度下，加热4h，冷却后得到修复剂。

制备例3：①分别取重量比为3:3:2:1的膨润土、聚丙烯酸钠、硅酸钠以及硬脂酸镁，将其干燥至水分含量<0.2％后，得到填充材料备用；

②取多孔沸石，将其浸入5wt％的盐酸溶液中，浸泡10h后，用水洗涤后，在120℃的温度下，干燥10h，得到活化多孔骨架材料；

③将20kg活化多孔骨架材料与50kg填充材料混合，以2000r/min的速度搅拌2h，得到载有填充材料的多孔骨架材料；

④取90kg聚乳酸树脂、0.5kg环氧大豆油以及0.5kg邻苯二甲酸酐，混合均匀后，将其升温至190℃，使其熔融后得到包覆材料；取20kg包覆材料，向其中加入载有填充材料的多孔骨架材料，搅拌均匀后，将其置于90℃的温度下，加热5h，冷却后得到修复剂。

制备例4：本制备例与制备例1的不同之处在于，步骤①的填充材料中未添加聚丙烯酸钠以及硬脂酸镁。

二、实施例

以下实施例中的水泥为中联水泥提供的P.O42.5普通硅酸盐水泥；中砂为粒径为0.5mm-0.25mm连续级配的Ⅱ区中砂；碎石为粒径为5-20mm连续级配的天然碎石；粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰；所述矿渣粉为S95矿粉；木质纤维素选自上海舜水化工有限公司提供的型号为HN300的木质纤维素；聚丙烯纤维选自廊坊金星化工有限公司提供的细度为2D、长度为6mm的聚丙烯纤维；钢纤维选自衡水环硕橡胶制品有限公司提供的抗压强度大于600MPa的剪切波纹钢纤维。

实施例1：一种高强抗裂混凝土采用如下方法制备而得：

取水泥380kg、中砂650kg、碎石940kg、掺合料80kg、粉煤灰40kg、矿渣粉40kg、木质纤维素2.5kg、聚丙烯纤维1.25kg、钢纤维1.25kg、修复剂(选自制备例1)50kg、甲酸钙3kg、木质素磺酸钠5kg以及水120kg，搅拌均匀后即可。

实施例2：一种高强抗裂混凝土采用如下方法制备而得：

取水泥390kg、中砂660kg、碎石960kg、掺合料90kg、粉煤灰45kg、矿渣粉45kg、木质纤维素3.75kg、聚丙烯纤维1.875kg、钢纤维1.875kg、修复剂(选自制备例2)60kg、甲酸钙4kg、木质素磺酸钙6kg以及水130kg，搅拌均匀后即可。

实施例3：一种高强抗裂混凝土采用如下方法制备而得：

取水泥400kg、中砂670kg、碎石980kg、掺合料100kg、粉煤灰50kg、矿渣粉50kg、木质纤维素5kg、聚丙烯纤维2.5kg、钢纤维2.5kg、修复剂(选自制备例3)70kg、甲酸钙5kg、木质素磺酸钠7kg以及水140kg，搅拌均匀后即可。

三、对比例

对比例1：本对比例与实施例1的不同之处在于，原料中未添加木质素纤维、聚丙烯纤维、钢纤维以及修复剂。

对比例2：本对比例与实施例1的不同之处在于，原料中未添加修复剂。

对比例3：本对比例与实施例1的不同之处在于，修复剂选自制备例4制得而得，该修复剂的填充材料中未添加聚丙烯酸钠以及硬脂酸镁。

四、性能测试

按照实施例1-3以及对比例1-3的方法制备混凝土，按照如下方法对其性能进行测试，将测试结果示于表1。

抗压强度：按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》制作标准试块，并测量标准试块养护3d、7d以及28d的抗压强度。

抗折强度：按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》制作标准试块，并测量标准试块养护3d、7d以及28d的抗折强度。

早期抗裂性能：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》制作标准试块，混凝土浇注24h后，测量单位面积的裂缝数目以及单位面积上的总开裂面积。

抗裂修复性能：按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》制作标准试块，对混凝土进行破坏，使其表面产生裂缝，测定裂缝宽度；然后对混凝土进行模拟雨水试验，具体方法如下：采用喷孔直径为2.5mm的喷头，在距离混凝土4m的高度下，以10mm/h的强度对修补后的坑槽模拟降雨试验，降雨试验时间为24h，每间隔24h，重复一次降雨试验，重复操作30次，共计60天；然后将混凝土试块在常温下静置30天后，测定混凝土试块上裂缝的宽度。

表1

由表1数据可以看出，本发明制备的混凝土具有优异的抗压强度、抗折强度以及良好的早期抗裂性能，满足C60高强混凝土的要求，并且在雨水冲刷侵蚀下，裂缝宽度明显缩小，说明本发明制备的混凝土具有良好的裂缝自修复性能，可以有效延长混凝土的耐久性，有利于延长混凝土的使用寿命。

对比例1的原料中未添加木质素纤维、聚丙烯纤维、钢纤维以及修复剂；相较于实施例1，对比例1中混凝土的抗压强度、抗折强度以及早期抗裂性能明显降低，说明木质素纤维、聚丙烯纤维、钢纤维以及修复剂可以明显提高混凝土的强度并且提高其抗裂性能；混凝土在试验的90天后，其裂缝宽度明显增大，说明传统混凝土易受到雨水侵蚀，导致其裂缝宽度加大，影响其使用寿命，而木质素纤维、聚丙烯纤维、钢纤维以及修复剂的加入可以显著裂缝的修复效果。

对比例2的原料中未添加修复剂；相较于实施例1，对比例2中混凝土在试验的90天后，其裂缝宽度明显增大，说明修复剂的加入可以显著裂缝的修复效果。

对比例3的修复剂选自制备例4制得而得，该修复剂的填充材料中未添加聚丙烯酸钠以及硬脂酸镁；相较于对比例2，对比例3中混凝土在试验的90天后，其裂缝宽度明显缩小，说明修复剂对混凝土的裂缝具有修复作用；但是对比例3的裂缝的宽度修复效果差于实施例1中的裂缝修复效果，说明聚丙烯酸钠以及硬脂酸镁的加入可以提高修复剂的修复效果。

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 (10)

1.一种高强抗裂混凝土，其特征在于：以重量份数计，包括如下组分：

水泥380-400份、砂650-670份、碎石940-980份、掺合料80-100份、增强纤维5-10份、修复剂50-70份、早强剂3-5份、减水剂5-7份以及水120-140份；

所述修复剂由重量比为3:5:2的填充材料、多孔骨架材料以及可降解的包覆材料制成。

2.根据权利要求1所述的一种高强抗裂混凝土，其特征在于：所述填充材料由重量比为3:3:2:1的膨润土、聚丙烯酸钠、硅酸钠以及硬脂酸镁经过干燥后混合而成。

3.根据权利要求1所述的一种高强抗裂混凝土，其特征在于：所述多孔骨架材料为多孔沸石、多孔陶粒中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种高强抗裂混凝土，其特征在于：所述包覆材料包括聚乳酸树脂。

5.根据权利要求1所述的一种高强抗裂混凝土，其特征在于：所述修复剂采用如下方法制备：①分别取重量比为3:3:2:1的膨润土、聚丙烯酸钠、硅酸钠以及硬脂酸镁，将其干燥至水分含量<0.2%后，得到填充材料备用；

②取多孔骨架材料，将其浸入3-5wt%的盐酸溶液中，浸泡8-10h后，用水洗涤后，在100-120℃的温度下，干燥8-10h，得到活化多孔骨架材料；

③将活化多孔骨架材料与填充材料按照3:5的比例混合，以1000-2000r/min的速度搅拌1-2h，得到载有填充材料的多孔骨架材料；

④以重量份数计，取80-90份聚乳酸树脂、0.3-0.5份环氧大豆油以及0.3-0.5份邻苯二甲酸酐，混合均匀后，将其升温至170-190℃，使其熔融后得到包覆材料；向包覆材料中加入载有填充材料的多孔骨架材料，搅拌均匀后，将其置于80-90℃的温度下，加热3-5h，冷却后得到修复剂。

6.根据权利要求1所述的一种高强抗裂混凝土，其特征在于：所述增强纤维由重量比为2:1:1的木质纤维素、聚丙烯纤维和钢纤维混合而成。

7.根据权利要求1所述的一种高强抗裂混凝土，其特征在于：所述掺合料由重量比为1:1的粉煤灰和矿渣粉混合而成；所述粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰；所述矿渣粉为S95矿粉。

8.根据权利要求1所述的一种高强抗裂混凝土，其特征在于：所述早强剂为甲酸钙。

9.根据权利要求1所述的一种高强抗裂混凝土，其特征在于：所述减水剂为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙中的一种或它们的复合。

10.一种高强抗裂混凝土的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：以重量份数计，取水泥380-400份、砂650-670份、碎石940-980份、掺合料80-100份、增强纤维5-10份、修复剂50-70份、早强剂3-5份、减水剂5-7份以及水120-140份，搅拌均匀后即可。