CN111087215A - 一种高强度抗裂混凝土及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度抗裂混凝土及其制备工艺，其包括以下重量份计原料制得：普通硅酸盐水泥180‑200份；粗集料1180‑1220份；细集料600‑640份；活性掺合料200‑240份；聚羧酸减水剂8‑12份；纤维填料30‑50份；缓释碱剂4‑8份；水180‑200份。通过加入有纤维填料，用以对混凝土增韧，从而提高混凝土的抗裂效果和强度。

Description

一种高强度抗裂混凝土及其制备工艺

技术领域

本发明涉及混凝土的制备的技术领域，尤其是涉及一种高强度抗裂混凝土及其制备工艺。

背景技术

混凝土，简称为"砼"：是指由胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作骨料；与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于建筑行业。

现有的混凝土容易开裂，混凝土开裂是由于混凝土浇筑后，水泥发生水化反应会放出大量热量，同时在混凝土的凝结硬化过程中，混凝土内部温度会升高，随着水泥水化反应速率降低至水化反应结束，由于热量不断散失，混凝土进入降温过程，该过程中混凝土体积会出现收缩，而当收缩产生的拉应力大于混凝土构件的抗拉强度极限时，便产生混凝土开裂，如何防止混凝土开裂是人们目前广泛开展研究的重要课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度抗裂混凝土及其制备工艺，通过加入有纤维填料，用以对混凝土增韧，从而提高混凝土的抗裂效果和强度。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种高强度抗裂混凝土，包括以下重量份计原料制得：

通过采用上述技术方案，通过加入有纤维填料，用以对混凝土增韧，从而提高混凝土的抗裂效果和强度。通过加入有活性掺合料，可以节约水泥，降低成本，且可以改善混凝土拌合物的和易性、可泵性，抑制碱集料反应，提高混凝土的强度和耐久性。通过加入有缓释碱剂，其可以缓慢释放出其体内的氢氧根，用以稳定混凝土层中的pH值，提高混凝土的抗碳效果，从而提高混凝土的强度。普通硅酸盐水泥、粗集料、细集料和聚羧酸减水剂皆为混凝土制备中常用的原料。水采用当地常见的水源，例如河水或自来水。

本发明进一步设置为：所述纤维填料包括以下重量百分比计原料：

通过采用上述技术方案，由于集料的不均匀沉降和析水现象会使混凝土表面层的水泥浆体增加，混凝土表面的失水速度加快，收缩开裂严重，导致混凝土表面裂缝增多。通过加入有钢纤维和聚丙烯纤维，两者在混凝土中乱向分布，呈三维网络结构，在塑性混凝土中起到支撑集料的作用，其阻止了粗、细集料的沉降。同时，纤维也可以减少混凝土的析水现象，提高混凝土的匀质性。且当混凝土水分蒸发发生收缩时，收缩产生拉应力会使混凝土产生裂缝，而大量乱向分布在混凝土中的纤维材料能够承受拉应力，限制和减少裂缝的产生与扩展，同时减少连通裂缝的数量。

通过加入有防腐剂，防止钢纤维和钢筋被腐蚀，从而减缓混凝土结构性能的退化和失效，提高混凝土的强度。加入有乳化剂，用以对钢纤维和聚丙烯纤维改性，提高防腐剂在纤维材料上的附着效果和结合力度，从而提高防腐剂对钢纤维的防腐效果。

本发明进一步设置为：所述防腐剂包括以下重量百分比计原料：

通过采用上述技术方案，PVP/石墨烯复合材料采用PVP/石墨烯复合材料高吸附氯离子及其吸附机理中的方法制得，得到的为稳定的PVP化学修饰的石墨烯水溶液。其可以吸附混凝土中游离的氯离子，从而提高钢纤维和钢筋的抗锈蚀能力，从而减缓混凝土结构性能的退化和失效，提高混凝土的强度。

十二烷基苯磺酸三乙醇胺酯是阳离子表面活性剂，用以对PVP/石墨烯复合材料进行改性，降低其与纤维材料之间的界面张力，提高PVP/石墨烯复合材料在纤维材料上的附着效果。且由于水泥水化后，孔隙溶液中游离的钙离子、镁离子和钠离子等阳离子，使得孔隙表面及C-S-H凝胶表面等带负电，阳离子表面活性剂吸附到水化产物表面后，可以使其ζ电位由负变正，水化产物表面更强的正电性，这使得其能够通过静电作用吸附更多的游离氯离子，从而使物理吸附能力增强。且提高了聚丙烯酸纤维和钢纤维与水化产物表面的结合力度，从而提高混凝土的强度和韧性。

氧化锌可以在阴级区消耗OH^-使阳极区产生的Fe²⁺不能快速、充分的转化为Fe(OH)₂和Fe(OH)₃沉淀，且Zn(OH)₂与混凝土中游离的Ca²⁺生成的Ca(Zn(OH)₃)₂·2H₂O可使钢纤维和钢筋再次钝化，同时减少混凝土的孔隙率，阻碍有害离子进入混凝土，推迟钢筋和钢纤维的锈蚀。

单氟磷酸钠内含有PO₃F₂ ^-能与Ca(OH)₂发生反应生成磷灰石，在钢筋和钢纤维表面以物理沉淀的方式形成致密的阻碍层，防止钢筋和钢纤维被腐蚀，提高混凝土的防腐效果。

由于PVP/石墨烯复合材料具备比外表面积超大的表面积和多孔隙结构，十二烷基苯磺酸三乙醇胺酯、氧化锌、单氟磷酸钠和碳酸钠可以被吸附在内，使得PVP/石墨烯复合材料呈正电性，从而使得当PVP/石墨烯复合材料黏附在纤维材料上时，使得纤维材料带有正电荷，提高纤维材料在水化产物表面的吸附效果，从而提高混凝土的强度好和防腐效果。且PVP/石墨烯复合材料可以作为分散剂，提高各原料在混凝土中的分散效果，使得各原料可以均匀的分散在混凝土拌合物中，防止由于原料的分散不均匀而出现局部腐蚀现象，提高混凝土的强度和防腐效果。

本发明进一步设置为：所述乳化剂包括以下重量百分比计原料：

OP-40乳化剂 20-30％；

十二烷基磺酸钠 40-50％；

GR-200石蜡乳化剂 20-40％。

通过采用上述技术方案，OP-40乳化剂是一种非离表面活性剂，十二烷基磺酸钠是一种阴离子表面活性剂，GR-200C型石蜡乳化剂是由多种表面活性剂和助乳化剂复合而成的非离子型表面活性剂。通过阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂，用以对钢纤维和聚丙烯纤维进行改性，使得钢纤维和聚丙烯纤维带有负电荷，由于PVP/石墨烯复合材料带有正电荷，从而可提高防腐剂在纤维材料上的附着效果和结合力度，从而使得防腐剂对钢纤维的防腐效果提高。

本发明进一步设置为：所述缓释碱剂包括以下重量百分比计原料制得：

通过采用上述技术方案，焙烧镁铝碳酸根水滑石是一种层状双金属氢氧化物，pH值呈碱性，由于其特殊的层状结构，可以吸附氯离子，从而达到防腐的效果。且由于焙烧镁铝碳酸根水滑石带有负电荷，而防腐剂吸附在水化产物表面后，水化产物表面带有正电荷，从而提高了焙烧镁铝碳酸根水滑石在水化产物表面上的吸附力，提高了缓释碱剂与混凝土的结合力度，以及其在混凝土中的分散效果，从而提高了缓释碱剂稳定混凝土层中的pH值的效果。同时，焙烧镁铝碳酸根水滑石具有良好的耐磨性和强度，从而可提高混凝土的强度和耐久性。

碱性调节剂用以提供氢氧根离子，稳定混凝土层中的pH值，提高混凝土的抗碳效果，从而提高钢筋的抗锈蚀能力，减缓混凝土结构性能的退化和失效，提高混凝土的强度。

十二烷基葡糖糖苷是非离子表面活性剂，十二烷基苯磺酸钠是阴离子表面活性剂，用以对焙烧镁铝碳酸根水滑石进行改性，降低焙烧镁铝碳酸根水滑石表面张力，提高碱性调节剂在焙烧镁铝碳酸根水滑石上附着效果和结合力度。且阴离子表面活性剂吸附到水化产物表面后，可以使其ζ电位的负值增大，使得与氯离子之间的静电斥力增强，吸附的氯离子减少。且阴离子表面活性剂会与氯离子产生竞争吸附，进一步使得结合氯离子能力减弱。非离子表面活性剂不会在水化产物表面吸附所以对氯离子吸附能力的影响最弱。主要是其减少了氯离子靠近并接触水化产物表面的机会，减弱了两者之间的静电吸引力，使得水泥浆体吸附氯离子能力略有降低。

明胶作为增稠剂，提高碱性调节剂在焙烧镁铝碳酸根水滑石上附着效果和结合力度。同时提高混凝土的坍落度，且赋予混凝土拌合物良好的流动性，从而提高混凝土的强度。

本发明进一步设置为：所述碱性调节剂包括以下重量百分比计原料：

通过采用上述技术方案，氢氧化钙用以提供充足的氢氧根离子和钙离子。苯甲酸钠和2-胺基苯甲酸会在钢纤维表面形成一层耐久性的钝化层，同时阻锈效率随时间的延长而增高。且两者剂能对钢筋起到保护作用，有不会降低混凝土的抗压强度。苯甲酸钠和2-胺基苯甲酸具有抗菌效果，防止混凝土发生微生物腐蚀，提高混凝土的防腐效果。

本发明进一步设置为：所述活性掺合料包括以下重量百分比计原料：

粉煤灰 50-60％；

粒化高炉矿渣粉 20-30％；

超细硅微粉 10-30％。

通过采用上述技术方案，粉煤灰、粒化高炉矿渣粉和超细硅微粉可在碱激发剂的作用下形成碱矿渣硬化浆体，其是由水化生成的C-S-H凝胶及未水化的矿渣构成的较致密匀质网络体，属于化学结合网络。其可以与纤维网络体在浆体中相互交融，通过交互作用从而起到优势互补的效果。由互穿网络理论可知，水泥浆体网络及纤维网络的交联结点对材料的性能有很大的影响。当水泥浆体网络结点增多，即水化产物C-S-H凝胶较多时，水泥浆体的宏观性能能够得到较大的改善；当纤维网络结点增多，即纤维间距减小，纤维对水泥基材料的阻裂与增韧效果更明显。水泥浆体网络及纤维网络的相互作用越强，材料的性能越优异。

碱性调节剂可作为碱激发剂，促进粉煤灰、粒化高炉矿渣粉和超细硅微粉形成碱矿渣硬化浆体。且粉煤灰、粒化高炉矿渣粉和超细硅微粉可以发生二次水化，从而会吸收体系内的Ca(OH)₂，生成较多的低碱性的C-S-H凝胶，而C-S-H凝胶由于其巨大的比表面积，通过胶粒表面所带电荷产生的扩散双电层对氯盐中的正、负离子的吸附作用，而对氯离子产生较强的吸附固化作用，从而使掺入活性掺合料的混合水泥具有较强的氯离子固化能力，提高钢筋的抗锈蚀能力。

一种高强度抗裂混凝土的制备工艺，包括以下工艺步骤：

1)制备纤维填料：按比例先将去离子水和乳化剂混合均匀，再按比例加入钢纤维和聚丙烯纤维，搅拌均匀后，加入防腐剂混合均匀后，制得纤维填料；

2)制备缓释碱剂：按比例先将十二烷基苯磺酸钠、十二烷基葡糖糖苷、明胶、碱性调节剂和去离子水混合均匀后，再按比例加入焙烧镁铝碳酸根水滑石搅拌均匀，制得缓释碱剂；

3)按比例将普通硅酸盐水泥、粗集料、细集料、活性掺合料、聚羧酸减水剂、纤维填料和水混合均匀后，再加入缓释碱剂搅拌均匀，制得一种高强度抗裂混凝土。

通过采用上述技术方案，步骤1)中先将乳化剂和钢纤维以及聚丙烯纤维混合均匀，用以对钢纤维和聚丙烯纤维进行改性，使得钢纤维和聚丙烯纤维带有负电荷，由于PVP/石墨烯复合材料带有正电荷，从而可提高防腐剂在纤维材料上的附着效果和结合力度，从而使得防腐剂对钢纤维的防腐效果提高。步骤2)中，先将十二烷基苯磺酸钠、十二烷基葡糖糖苷、明胶、碱性调节剂和去离子水混合均匀，用以提高十二烷基苯磺酸钠、十二烷基葡糖糖苷和碱性调节剂在焙烧镁铝碳酸根水滑石上附着效果和结合力度，从而提高焙烧镁铝碳酸根水滑石的改性效果以及混凝土的强度。步骤3)中先加入纤维填料搅拌均匀后，再加入缓释碱剂，由于纤维填料带有正负电荷，而缓释碱剂带有负电荷，一起加入至混凝土拌合物中进行拌合时，两者会先发生反应而团聚在一起，从而影响纤维填料和缓释碱剂在混凝土拌合物中的分散效果和结合力度，影响混凝土的防腐效果。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1、通过加入有纤维填料，用以对混凝土增韧，从而提高混凝土的抗裂效果和强度；

2、通过加入有活性掺合料，可以节约水泥，降低成本，且可以改善混凝土拌合物的和易性、可泵性，抑制碱集料反应，提高混凝土的强度和耐久性；

3、通过加入有缓释碱剂，其可以缓慢释放出其体内的氢氧根，用以稳定混凝土层中的pH值，提高混凝土的抗碳效果，从而提高混凝土的强度；

具体实施方式

实施例一：

本发明公开了一种高强度抗裂混凝土的制备工艺，其包括以下工艺步骤：

1)制备纤维填料，包括以下制备步骤：按重量百分比计，先将28％的去离子水和8％的乳化剂混合均匀，再加入32％的钢纤维和22％的聚丙烯纤维，搅拌均匀后，加入防腐剂混合均匀，制得纤维填料；

其中，防腐剂包括以下制备步骤：按重量百分比计，先将25％的十二烷基苯磺酸三乙醇胺、15％的氧化锌、15％的单氟磷酸钠和20％的去离子水混合均匀，再加入25％的PVP/石墨烯复合材料搅拌均匀后，制得防腐剂；

其中，乳化剂包括以下重量百分比计原料：

OP-40乳化剂 25％；

十二烷基磺酸钠 45％；

GR-200石蜡乳化剂 30％；

2)制备缓释碱剂，包括以下制备步骤：按重量百分比计，先将4％的十二烷基苯磺酸钠、5％的十二烷基葡糖糖苷、6％的明胶、15％的碱性调节剂和35％的去离子水混合均匀，再加入35％的焙烧镁铝碳酸根水滑石搅拌均匀后，制得缓释碱剂；

其中，碱性调节剂包括以下制备步骤：按重量百分比计，将55％的氢氧化钙、8％的苯甲酸钠、10％的2-胺基苯甲酸和27％的去离子水混合均匀后，制得碱性调节剂；

3)按重量份剂，将100份的普通硅酸盐水泥、1200份的粗集料、620份的细集料、220份的活性掺合料、8份的聚羧酸减水剂、40份的纤维填料和190份的水混合均匀后，再加入6份的缓释碱剂搅拌均匀，制得一种高强度抗裂混凝土；

其中，活性掺合料包括以下重量百分比计原料：

粉煤灰 55％；

粒化高炉矿渣粉 25％；

超细硅微粉 20％。

实施例2-5与实施例1的区别在于，高强度抗裂混凝土包括以下重量份计原料制得：

实施例6-9与实施例1的区别在于，纤维填料包括以下重量百分比计原料：

实施例10-13与实施例1的区别在于，防腐剂包括以下重量百分比计原料：

实施例14-17与实施例1的区别在于，乳化剂包括以下重量百分比计原料：

实施例18-21与实施例1的区别在于，缓释碱剂包括以下重量百分比计原料制得：

实施例22-25与实施例1的区别在于，碱性调节剂包括以下重量百分比计原料：

实施例26-29与实施例1的区别在于，活性掺合料包括以下重量百分比计原料：

对比例：

对比例1与实施例1的区别在于，高强度抗裂混凝土中不包括纤维填料；

对比例2与实施例1的区别在于，纤维填料中不包括防腐剂；

对比例3与实施例1的区别在于，高强度抗裂混凝土中不包括缓释碱剂；

对比例4与实施例1的区别在于，高强度抗裂混凝土的制备工艺中，步骤1)中，按比例将钢纤维、聚丙烯纤维、防腐剂、乳化剂和去离子水混合均匀后，制得纤维填料；

对比例5与实施例1的区别在于，高强度抗裂混凝土的制备工艺中，步骤3)中，按比例将普通硅酸盐水泥、粗集料、细集料、活性掺合料、聚羧酸减水剂、纤维填料、缓释碱剂和水混合均匀后，制得一种高强度抗裂混凝土。

试验样品：选取实施例1-5中制得的混凝土作为试验样品1-5，选取对比例1-5中的制得的混凝土作为对照样品1-5。

1)耐腐蚀检测：将试验样品1-5和对照样品1-5按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌和物性能试验方法》制作标准试块，并进行养护28天，然后将试验样品1-5和对照样品1-5制得的标准试块放入盐雾箱中，进行中性盐雾试验。试验温度选取为35℃。PH值调在中性范围(6.5-7.2)，盐雾的沉降率在1-3ml/80cm²·h之间，沉降量在1-2ml/80cm²·h之间。盐雾试验时间为72h。盐雾试验结束后测试混凝土中的钢筋的腐蚀程度。

测试结果如下表。(其中腐蚀程度由轻到重分为1-10级)

2)强度测试：将试验样品1-5和对照样品1-6按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌和物性能试验方法》制作标准试块，采用TYE-3000电脑全自动混凝土压力机，取0.5MPa/s的加载速度，测量标准试块养护7d、14d、28d，以及28天后进行腐蚀试验后的抗压强度，并记录。

由上表可知：

1、通过实施例1-5和对比例1比较可知，加入有纤维填料，可提高混凝土的韧性，从而提高混凝土的抗裂效果和强度；

2、通过实施例1-5和对比例2比较可知，在纤维填料中加入有防腐剂，防止钢纤维和钢筋被腐蚀，从而减缓混凝土结构性能的退化和失效，提高混凝土的强度；

3、通过实施例1-5和对比例3比较可知，加入有缓释碱剂，其可以缓慢释放出其体内的氢氧根，从而稳定混凝土层中的pH值，提高混凝土的抗碳化效果，从而提高混凝土的强度；

4、通过实施例1-5和对比例4比较可知，步骤1)中先将乳化剂和钢纤维以及聚丙烯纤维混合均匀，用以对钢纤维和聚丙烯纤维进行改性，使得钢纤维和聚丙烯纤维带有负电荷，由于PVP/石墨烯复合材料带有正电荷，从而可提高防腐剂在纤维材料上的附着效果和结合力度，从而使得防腐剂对钢纤维的防腐效果提高，且提高混凝土的强度；

5、通过实施例1-5和对比例5比较可知，步骤3)中先加入纤维填料搅拌均匀后，再加入缓释碱剂，可提高纤维填料和缓释碱剂在混凝土拌合物中的分散效果和结合力度，从而轻微提高混凝土的防腐效果和强度。

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)

1.一种高强度抗裂混凝土，其特征在于：包括以下重量份计原料制得：

2.根据权利要求1所述的一种高强度抗裂混凝土，其特征在于：所述纤维填料包括以下重量百分比计原料：

3.根据权利要求2所述的一种高强度抗裂混凝土，其特征在于：所述防腐剂包括以下重量百分比计原料：

4.根据权利要求2所述的一种高强度抗裂混凝土，其特征在于：所述乳化剂包括以下重量百分比计原料：

OP-40乳化剂 20-30％；

十二烷基磺酸钠 40-50％；

GR-200石蜡乳化剂 20-40％。

5.根据权利要求1所述的一种高强度抗裂混凝土，其特征在于：所述缓释碱剂包括以下重量百分比计原料制得：

6.根据权利要求5所述的一种高强度抗裂混凝土，其特征在于：所述碱性调节剂包括以下重量百分比计原料：

7.根据权利要求1所述的一种高强度抗裂混凝土，其特征在于：所述活性掺合料包括以下重量百分比计原料：

粉煤灰 50-60％；

粒化高炉矿渣粉 20-30％；

超细硅微粉 10-30％。

8.一种高强度抗裂混凝土的制备工艺，其特征在于：包括以下工艺步骤：

1)制备纤维填料：按比例先将去离子水和乳化剂混合均匀，再按比例加入钢纤维和聚丙烯纤维，搅拌均匀后，加入防腐剂混合均匀后，制得纤维填料；

2)制备缓释碱剂：按比例先将十二烷基苯磺酸钠、十二烷基葡糖糖苷、明胶、碱性调节剂和去离子水混合均匀后，再按比例加入焙烧镁铝碳酸根水滑石搅拌均匀，制得缓释碱剂；

3)按比例将普通硅酸盐水泥、粗集料、细集料、活性掺合料、聚羧酸减水剂、纤维填料和水混合均匀后，再加入缓释碱剂搅拌均匀，制得一种高强度抗裂混凝土。