CN110451887A - 抗渗抗裂混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及抗渗抗裂混凝土及其制备方法，按重量份包括以下组分：骨料85‑95份、胶料15‑20份、饮用水8‑13份、掺合料4‑6份、聚乙烯‑碳纤维复配物1‑2份、防水剂0.2‑0.6份以及减水剂0.1‑0.5份；具体包括以下制备步骤：S1.将骨料、胶料以及聚乙烯‑碳纤维复配物充分搅拌混合，搅拌温度为20‑25℃，制成混合料；S2.向混合料中加入饮用水以及减水剂充分搅拌，搅拌温度为30‑40℃，搅拌时间为3‑5min；S3.再依次加入掺合料以及防水剂继续搅拌，搅拌温度为35‑45℃，搅拌时间为5‑10min，制得浆料；S4.成型：对浆料进行浇筑、振捣，使之成型。本发明通过提高混凝土的强度，从而提高混凝土的抗渗抗裂性能。

Description

抗渗抗裂混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料的技术领域，尤其是涉及抗渗抗裂混凝土及其制备方法。
背景技术
随着商品混凝土在我国的蓬勃发展，混凝土行业已然成为建筑材料领域的支柱行业。混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，其具有原料丰富、价格低廉、生产工艺简单的特点，这些特点使其使用范围十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业、机械工业、海洋的开发、地热工程等行业，混凝土也是重要的材料。
现有的混凝土通常都具有良好的耐久性，且结构稳定，抗震性能强，但是，混凝土的自重较大，其抗拉强度较低，容易开裂，开裂的混凝土抗渗性能减弱，现有的混凝土结构通常是带裂缝工作。因此，如何提高混凝土的强度，从而提高混凝土的抗渗抗裂性能，一直是混凝土行业亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供抗渗抗裂混凝土及其制备方法，通过提高混凝土的强度，从而提高混凝土的抗渗抗裂性能。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：抗渗抗裂混凝土，按重量份包括以下组分：骨料85-95份、聚丙烯酰胺硅酸盐水泥15-20份、饮用水8-13份、掺合料4-6份、聚乙烯-碳纤维复配物1-2份、防水剂0.2-0.6份以及减水剂0.1-0.5份；所述聚乙烯-碳纤维复配物的制备方法为：
a.采用铬酸溶液对聚乙烯纤维进行处理，再对处理后的聚乙烯纤维进行反复水洗；铬酸溶液为重铬酸钾、水以及浓硫酸按1:2：20的比例混合的混合液；
b.采用浓度为5-7％的磷酸氢氨溶液对碳纤维进行阳极氧化处理，处理后反复水洗，并将水洗后的碳纤维通入铬酸溶液中，经铬酸溶液洗涤后的碳纤维再进行反复水洗；
c.将碳纤维与聚乙烯纤维放入烘箱中烘干；
d.将碳纤维与聚乙烯纤维放入模腔中，并采用环氧树脂浸渍，对两者进行挤压处理，使其成型，制得复配纤维体。
通过采用上述技术方案，聚乙烯纤维具有强度高、密度低、绝缘性佳的优点，碳纤维中的碳原子大部分采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使得碳纤维具有高模量和高强度，同时碳纤维还具有柔软性；将聚乙烯纤维与碳纤维复配，使得复配物同时具有高强度以及柔软性，聚乙烯纤维与碳纤维复配还有助于弥补聚乙烯纤维耐热性差的缺陷，一方面，聚乙烯-碳纤维复配物填充在骨料与骨料之间的缝隙中，以起到增强作用，从而提高混凝土的抗裂性能，另一方面，聚乙烯-碳纤维复配物还有利于弥补混凝土本身性脆的缺陷，加强混凝土的弹性，从而降低混凝土受压时产生裂缝或已有裂缝缝隙加大的可能性；聚丙烯酰胺的主链上带有大量的酰胺基，化学活性很高，对硅酸盐水泥具有良好的改性效果；聚丙烯酰胺具有良好的絮凝性，有助于降低改性水泥与骨料之间的摩擦；当改性水泥与骨料等组分混合时，聚丙烯酰胺链间机械的缠结和氢键共同形成网状节点，从而提高混凝土的致密性，以此提高混凝土的强度。
本发明进一步设置为：所述掺合料包括质量分数比为1：(0.5-1.5)：(0.3-0.6)：(0.01-0.03)的粉煤灰、矿渣粉、氯化钠粉末以及三乙醇胺。
通过采用上述技术方案，粉煤灰与矿渣粉均具有良好的活性，添加至组分中能与改性水泥水化生成的Ca(OH)：反应，生成具有水硬性的胶凝材料，以此改善混凝土的强度；氯化钠可促使粉煤灰与矿渣粉玻璃体的网络解聚，释放出其内部的二氧化硅与氧化铝，从而提高粉煤灰、玻璃体与改性水泥的水化反应效率；三乙醇胺具有良好的助磨作用，有利于破坏粉煤灰与矿渣粉玻璃体的结构，提高二氧化硅与氧化铝的释放速率，从而促进水化反应，同时，助磨还有利于提高粉煤灰、矿渣粉以及改性水泥的比表面积，进一步提高水化反应效率；适当的配比也是提高水化反应的关键。
本发明进一步设置为：所述骨料包括质量分数比为1：(0.3-0.5)的碎石与细砂。
通过采用上述技术方案，细砂填充在碎石的缝隙中，以起到补强作用，细砂与碎石选用合适的比例，以提高混凝土的强度。
本发明进一步设置为：所述碎石的最大粒径为20-25mm。
通过采用上述技术方案，碎石的最大粒径过大会导致碎石之间的孔隙过大，孔隙过大不仅需要消耗更多的改性水泥以及细砂，提高生产成本，而且，由于水泥用量较多，制备出的混凝土内部含水量过大，结构不够细密，容易影响混凝土的强度性能。
本发明进一步设置为：所述细砂的粒径为0.1-0.8mm。
通过采用上述技术方案，细砂的粒径越小，其总表面积越大，由于改性水泥浆包覆在细砂的表面，细砂的总表面积越大，所需改性水泥浆越多；细砂的粒径越大，混凝土拌合物又易产生离析，混凝土的强度会受到影响，因此，细砂的粒径选取在合适的范围内，且不同粒径的细砂混合使用，有利于提高混凝土的抗渗抗裂性能。
本发明进一步设置为：所述防水剂为甲基硅醇钠、乙基硅醇钠、聚乙基羟基硅氧烷中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，甲基硅醇钠、乙基硅醇钠以及聚乙基羟基硅氧烷中的硅填充堵塞在混凝土内部的毛细通道中，从而降低混凝土的吸水性以及在静水压力下的透水性，从而提高混凝土的抗渗性能。
本发明进一步设置为：所述减水剂为氨基磺酸盐系、脂肪酸系或聚羧酸系中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，氨基磺酸盐系、脂肪酸系或聚羧酸系减水剂吸附于混凝土颗粒表面使颗粒显示电性能，颗粒间由于带相同电荷而相互排斥，从而使混凝土颗粒被分散而释放颗粒间多余的水分而产生减水作用；另一方面，由于加入氨基磺酸盐系、脂肪酸系或聚羧酸系减水剂后，混凝土颗粒表面形成吸咐膜，影响了混凝土的水化速度，使混凝土石晶体的生长更为完善，从而减少了水分蒸发的毛细空隙，使混凝土内部网络结构更为致密，以此提高了混凝土的硬度和结构致密性。
本发明进一步设置为：抗渗抗裂混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：
S1.将骨料、聚丙烯酰胺硅酸盐水泥以及聚乙烯-碳纤维复配物充分搅拌混合，搅拌温度为20-25℃，制成混合料；
S2.向混合料中加入饮用水以及减水剂充分搅拌，搅拌温度为30-40℃，搅拌时间为3-5min；
S3.再依次加入掺合料以及防水剂继续搅拌，搅拌温度为35-45℃，搅拌时间为5-10min，制得浆料；
S4.成型：对浆料进行浇筑、振捣，使之成型。
通过采用上述技术方案，先将骨料、聚丙烯酰胺硅酸盐水泥与聚乙烯-碳纤维复配物混合均匀，再添加饮用水制备浆料，聚丙烯酰胺硅酸盐水泥与聚乙烯-碳纤维复配物在搅拌过程中填充在骨料的缝隙中，以起到增强作用；最后添加掺合料，进一步改善混凝土的强度性能。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.将聚乙烯纤维与碳纤维复配，使得复配物同时具有高强度以及柔软性，一方面，聚乙烯-碳纤维复配物填充在骨料与骨料之间的缝隙中，以起到增强作用，从而提高混凝土的抗裂性能，另一方面，聚乙烯-碳纤维复配物还有利于弥补混凝土本身性脆的缺陷，加强混凝土的弹性，从而降低混凝土受压时产生裂缝或已有裂缝缝隙加大的可能性；
2.氯化钠与三乙醇胺互相促进，促使粉煤灰与矿渣粉玻璃体的网络解聚，释放出其内部的二氧化硅与氧化铝，从而提高粉煤灰、玻璃体与改性水泥的水化反应效率。
具体实施方式
实施例1，为本发明公开的抗渗抗裂混凝土及其制备方法，按重量份包括以下组分：
其中，碎石的最大粒径为22mm；选用0.15mm、0.4mm以及0.65mm三种粒径的细砂，且三者添加比为0.25:0.65:0.1；
聚乙烯-碳纤维复配物的制备方法为：
a.采用铬酸溶液对聚乙烯纤维进行处理，再对处理后的聚乙烯纤维进行反复水洗；铬酸溶液为重铬酸钾、水以及浓硫酸按1:2：20的比例混合的混合液；
b.采用浓度为6％的磷酸氢氨溶液对碳纤维进行阳极氧化处理，处理后反复水洗，并将水洗后的碳纤维通入铬酸溶液中，经铬酸溶液洗涤后的碳纤维再进行反复水洗；
c.将碳纤维与聚乙烯纤维放入烘箱中烘干；
d.将碳纤维与聚乙烯纤维放入模腔中，并采用环氧树脂浸渍，对两者进行挤压处理，使其成型，制得复配纤维体。
混凝土的制备具体包括以下步骤：
S1.将碎石、细砂、聚丙烯酰胺-硅酸盐水泥以及聚乙烯-碳纤维复配物充分搅拌混合，搅拌温度为25℃，制成混合料；
S2.向混合料中加入饮用水以及脂肪酸系减水剂充分搅拌，搅拌温度为35℃，搅拌时间为3min；
S3.再依次加入粉煤灰、矿渣粉、氯化钠、三乙醇胺以及甲基硅醇钠继续搅拌，搅拌温度为40℃，搅拌时间为5min，制得浆料；
S4.成型：对浆料进行浇筑、振捣，使之成型。
实施例2，为本发明公开的抗渗抗裂混凝土及其制备方法，按重量份包括以下组分：
其中，碎石的最大粒径为22mm；选用0.15mm、0.4mm以及0.65mm三种粒径的细砂，且三者添加比为0.25:0.65:0.1；
聚乙烯-碳纤维复配物的制备方法同实施例1；
混凝土的具体制备步骤同实施例1。
实施例3，为本发明公开的抗渗抗裂混凝土及其制备方法，按重量份包括以下组分：
其中，碎石的最大粒径为22mm；选用0.15mm、0.4mm以及0.65mm三种粒径的细砂，且三者添加比为0.25:0.65:0.1；
聚乙烯-碳纤维复配物的制备方法同实施例1；
混凝土的具体制备步骤同实施例1。
实施例4，为本发明公开的抗渗抗裂混凝土及其制备方法，按重量份包括以下组分：
其中，碎石的最大粒径为22mm；选用0.15mm、0.4mm以及0.65mm三种粒径的细砂，且三者添加比为0.25:0.65:0.1；
聚乙烯-碳纤维复配物的制备方法同实施例1；
混凝土的具体制备步骤同实施例1。
实施例5，为本发明公开的抗渗抗裂混凝土及其制备方法，按重量份包括以下组分：
其中，碎石的最大粒径为22mm；选用0.15mm、0.4mm以及0.65mm三种粒径的细砂，且三者添加比为0.25:0.65:0.1；
聚乙烯-碳纤维复配物的制备方法同实施例1；
混凝土的具体制备步骤同实施例1。
对比例1，为本发明公开的抗渗抗裂混凝土及其制备方法，按重量份包括以下组分：
其中，碎石的最大粒径为22mm；选用0.15mm、0.4mm以及0.65mm三种粒径的细砂，且三者添加比为0.25:0.65:0.1；
聚乙烯-碳纤维复配物的制备方法同实施例1；
具体包括以下制备步骤：
S1.将碎石、细砂以及聚丙烯酰胺硅酸盐水泥充分搅拌混合，搅拌温度为25℃，制成混合料；
S2.向混合料中加入饮用水以及脂肪酸系减水剂充分搅拌，搅拌温度为35℃，搅拌时间为3min；
S3.再依次加入粉煤灰、矿渣粉、氯化钠、三乙醇胺以及甲基硅醇钠继续搅拌，搅拌温度为40℃，搅拌时间为5min，制得浆料；
S4.成型：对浆料进行浇筑、振捣，使之成型。
对比例2，为本发明公开的抗渗抗裂混凝土及其制备方法，按重量份包括以下组分：
其中，碎石的最大粒径为22mm；选用0.15mm、0.4mm以及0.65mm三种粒径的细砂，且三者添加比为0.25:0.65:0.1；
聚乙烯-碳纤维复配物的制备方法同实施例1；
具体包括以下制备步骤：
S1.将碎石、细砂、聚丙烯酰胺硅酸盐水泥以及聚乙烯纤维充分搅拌混合，搅拌温度为25℃，制成混合料；
S2.向混合料中加入饮用水以及脂肪酸系减水剂充分搅拌，搅拌温度为35℃，搅拌时间为3min；
S3.再依次加入粉煤灰、矿渣粉、氯化钠、三乙醇胺以及甲基硅醇钠继续搅拌，搅拌温度为40℃，搅拌时间为5min，制得浆料；
S4.成型：对浆料进行浇筑、振捣，使之成型。
对比例3，为本发明公开的抗渗抗裂混凝土及其制备方法，按重量份包括以下组分：
其中，碎石的最大粒径为22mm；选用0.15mm、0.4mm以及0.65mm三种粒径的细砂，且三者添加比为0.25:0.65:0.1；
聚乙烯-碳纤维复配物的制备方法同实施例1；
具体包括以下制备步骤：
S1.将碎石、细砂、聚丙烯酰胺硅酸盐水泥以及碳纤维充分搅拌混合，搅拌温度为25℃，制成混合料；
S2.向混合料中加入饮用水以及脂肪酸系减水剂充分搅拌，搅拌温度为35℃，搅拌时间为3min；
S3.再依次加入粉煤灰、矿渣粉、氯化钠、三乙醇胺以及甲基硅醇钠继续搅拌，搅拌温度为40℃，搅拌时间为5min，制得浆料；
S4.成型：对浆料进行浇筑、振捣，使之成型。
对比例4，为本发明公开的抗渗抗裂混凝土及其制备方法，按重量份包括以下组分：
其中，碎石的最大粒径为22mm；选用0.15mm、0.4mm以及0.65mm三种粒径的细砂，且三者添加比为0.25:0.65:0.1；
聚乙烯-碳纤维复配物的制备方法同实施例1；
具体包括以下制备步骤：
S1.将碎石、细砂、硅酸盐水泥以及聚乙烯-碳纤维复配物充分搅拌混合，搅拌温度为25℃，制成混合料；
S2.向混合料中加入饮用水以及脂肪酸系减水剂充分搅拌，搅拌温度为35℃，搅拌时间为3min；
S3.再依次加入粉煤灰、矿渣粉、氯化钠、三乙醇胺以及甲基硅醇钠继续搅拌，搅拌温度为40℃，搅拌时间为5min，制得浆料；
S4.成型：对浆料进行浇筑、振捣，使之成型。
对比例5，为本发明公开的抗渗抗裂混凝土及其制备方法，按重量份包括以下组分：
其中，碎石的最大粒径为22mm；选用0.15mm、0.4mm以及0.65mm三种粒径的细砂，且三者添加比为0.25:0.65:0.1；
聚乙烯-碳纤维复配物的制备方法同实施例1；
具体包括以下制备步骤：
S1.将碎石、细砂、聚丙烯酰胺硅酸盐水泥以及聚乙烯-碳纤维复配物充分搅拌混合，搅拌温度为25℃，制成混合料；
S2.向混合料中加入饮用水以及脂肪酸系减水剂充分搅拌，搅拌温度为35℃，搅拌时间为3min；
S3.再依次加入粉煤灰、矿渣粉、三乙醇胺以及甲基硅醇钠继续搅拌，搅拌温度为40℃，搅拌时间为5min，制得浆料；
S4.成型：对浆料进行浇筑、振捣，使之成型。
对比例6，为本发明公开的抗渗抗裂混凝土及其制备方法，按重量份包括以下组分：
其中，碎石的最大粒径为22mm；选用0.15mm、0.4mm以及0.65mm三种粒径的细砂，且三者添加比为0.25:0.65:0.1；
聚乙烯-碳纤维复配物的制备方法同实施例1；
具体包括以下制备步骤：
S1.将碎石、细砂、聚丙烯酰胺硅酸盐水泥以及聚乙烯-碳纤维复配物充分搅拌混合，搅拌温度为25℃，制成混合料；
S2.向混合料中加入饮用水以及脂肪酸系减水剂充分搅拌，搅拌温度为35℃，搅拌时间为3min；
S3.再依次加入粉煤灰、矿渣粉、氯化钠以及甲基硅醇钠继续搅拌，搅拌温度为40℃，搅拌时间为5min，制得浆料；
S4.成型：对浆料进行浇筑、振捣，使之成型。
对比例7，为本发明公开的抗渗抗裂混凝土及其制备方法，按重量份包括以下组分：
其中，碎石的最大粒径为22mm；选用0.15mm、0.4mm以及0.65mm三种粒径的细砂，且三者添加比为0.25:0.65:0.1；
聚乙烯-碳纤维复配物的制备方法同实施例1；
具体包括以下制备步骤：
S1.将碎石、细砂、聚丙烯酰胺硅酸盐水泥以及聚乙烯-碳纤维复配物充分搅拌混合，搅拌温度为25℃，制成混合料；
S2.向混合料中加入饮用水以及脂肪酸系减水剂充分搅拌，搅拌温度为35℃，搅拌时间为3min；
S3.再依次加入粉煤灰、矿渣粉以及甲基硅醇钠继续搅拌，搅拌温度为40℃，搅拌时间为5min，制得浆料；
S4.成型：对浆料进行浇筑、振捣，使之成型。
对实施例以及对比例制备出的混凝土进行取样，并按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》对样品的强度性能以及渗透性能进行检测，检测数据记录如下表所示；
渗透性能检测：采用直流电量法，先将样品放在真空下饱水，密封后持续通电6h，每隔30min记录一次电流，记录6h内总电量；总电量>4000，渗透性高；总电量为2000-4000，渗透性中等；总电量为<2000，渗透性低。
表1-实施例与对比例的各项性能检测数据
根据表1中实施例1-3的样品测试数据可知：骨料与聚丙烯酰胺硅酸盐水泥的添加比例不同，对混凝土的强度性能以及渗透性能会产生一定的影响，因此，选取合适的配比有利于提高混凝土的理化性能；
根据表1中实施例1、实施例4-5的样品测试数据可知：改变掺合料之间的比例以及添加量，对混凝土的强度性能以及渗透性能会产生一定的影响，因此，选取合适的掺合料配比以及添加量有利于提高混凝土的理化性能；
根据表1中实施例1、对比例1的样品测试数据可知：聚乙烯-碳纤维复配物的添加明显提高了混凝土的强度性能，同时，其渗透性能降低，说明混凝土的抗渗性能有所增强；根据表1中实施例1、对比例2的样品测试数据可知：将聚乙烯-碳纤维复配物替换为聚乙烯纤维，对提高混凝土的强度性能以及降低混凝土的渗透性能均具有积极影响，但是其促进作用明显小于聚乙烯-碳纤维复配物的促进作用；
根据表1中实施例1、对比例3的样品测试数据可知：将聚乙烯-碳纤维复配物替换为碳纤维，对提高混凝土的强度性能以及降低混凝土的渗透性能均具有积极影响，但是其促进作用明显小于聚乙烯-碳纤维复配物的促进作用；
根据表1中实施例1、对比例4的样品测试数据可知：将聚丙烯酰胺硅酸盐水泥替换为硅酸盐水泥，混凝土的强度性能下降、渗透性能提高，由此可知，聚丙烯酰胺-硅酸盐水泥具有提高混凝土强度以及抗渗性能的作用；
根据表1中实施例1、对比例5-7的样品测试数据可知：添加氯化钠或三乙醇胺，对提高混凝土的强度性能以及抗渗性能具有促进作用，两者同时添加时，促进作用更为明显。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.抗渗抗裂混凝土，按重量份包括以下组分：骨料85-95份、聚丙烯酰胺硅酸盐水泥15-20份、饮用水8-13份、掺合料4-6份、聚乙烯-碳纤维复配物1-2份、防水剂0.2-0.6份以及减水剂0.1-0.5份；
所述聚乙烯-碳纤维复配物的制备方法为：
a.采用铬酸溶液对聚乙烯纤维进行处理，再对处理后的聚乙烯纤维进行反复水洗；铬酸溶液为重铬酸钾、水以及浓硫酸按1:2：20的比例混合的混合液；
b.采用浓度为5-7%的磷酸氢氨溶液对碳纤维进行阳极氧化处理，处理后反复水洗，并将水洗后的碳纤维通入铬酸溶液中，经铬酸溶液洗涤后的碳纤维再进行反复水洗；
c.将碳纤维与聚乙烯纤维放入烘箱中烘干；
d.将碳纤维与聚乙烯纤维放入模腔中，并采用环氧树脂浸渍，对两者进行挤压处理，使其成型，制得复配纤维体。
2.根据权利要求1所述的抗渗抗裂混凝土，其特征在于：所述掺合料包括质量分数比为1：（0.5-1.5）：（0.3-0.6）：（0.01-0.03）的粉煤灰、矿渣粉、氯化钠粉末以及三乙醇胺。
3.根据权利要求1所述的抗渗抗裂混凝土，其特征在于：所述骨料包括质量分数比为1：（0.3-0.5）的碎石与细砂。
4.根据权利要求3所述的抗渗抗裂混凝土，其特征在于：所述碎石的最大粒径为20-25mm。
5.根据权利要求3所述的抗渗抗裂混凝土，其特征在于：所述细砂的粒径为0.1-0.8mm。
6.根据权利要求1所述的抗渗抗裂混凝土，其特征在于：所述防水剂为甲基硅醇钠、乙基硅醇钠、聚乙基羟基硅氧烷中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的抗渗抗裂混凝土，其特征在于：所述减水剂为氨基磺酸盐系、脂肪酸系或聚羧酸系中的一种或多种。
8.根据权利要求1-8任意一项所述的抗渗抗裂混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：
S1.将骨料、聚丙烯酰胺硅酸盐水泥以及聚乙烯-碳纤维复配物充分搅拌混合，搅拌温度为20-25℃，制成混合料；
S2.向混合料中加入饮用水以及减水剂充分搅拌，搅拌温度为30-40℃，搅拌时间为3-5min；
S3.再依次加入掺合料以及防水剂继续搅拌，搅拌温度为35-45℃，搅拌时间为5-10min，制得浆料；
S4.成型：对浆料进行浇筑、振捣，使之成型。
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