CN111777387A - 一种添加pva纤维和石墨烯的高强度混凝土及其制备方法 - Google Patents

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李国栋
赵嘉辉
陈榕
杨洪娜
郝冬雪
郑杨
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Abstract

本发明涉及一种添加PVA纤维和石墨烯的高强度混凝土及其制备方法，高强度混凝土包括：PVA纤维、石墨烯、水泥、水、沙子、碎石和减水剂。制备方法为：将PVA纤维和石墨烯倒入部分水中，混合均匀；将水泥倒入剩余水中，使用水泥搅拌机搅拌均匀；将PVA纤维和石墨烯的混合液倒入搅拌均匀的水泥中，然后加入减水剂，混合均匀，获得混合液A；最后将碎石和沙子倒入混合液A中，充分搅拌，获得高强度混凝土。本发明适用于建筑结构的加固处理，可以显著增强混凝土的强度指标。

Description

一种添加PVA纤维和石墨烯的高强度混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种添加PVA纤维和石墨烯的高强度混凝土及其制备方法，属于混凝土制造领域。
背景技术
近些年来，随着我国经济不断发展，基础设施建设、房地产开发等领域都得到迅速发展，混凝土作为建筑中的主要材料，是全球范围内最通用、用量最大的建筑材料。但是混凝土自身存在着巨大问题，随着使用年限的增长，普通混凝土结构在复杂多变的服役环境下极易产生不同程度的开裂老化，导致整体结构的承载能力下降，造成巨大的维护成本和环境压力。因此急需一种新型高强度混凝土来代替普通混凝土，本发明通过在普通混凝土制备过程中加入PVA纤维和石墨烯，来达到增强混凝土强度的目的。
PVA是质地清薄的有机高分子材料，可以与水泥砂浆形成纤维混凝土，能够有效的填充混凝土裂隙，减少外部有害物质的侵入，预防各种形式的混凝土开裂，同时，PVA纤维自身可以形成一层保护膜，对混凝土内部结构形成保护，减缓内部诸如钢筋的锈蚀，从根本上提高了混凝土的结构强度。同时在掺加PVA纤维的基础上又掺加了石墨烯，石墨烯本身具有粒径极小的特性，可以充分的填充混凝土裂隙，增加混凝土的密实度，另一方面石墨烯可以发生水化作用，与水泥水化产物氢氧化钙和水化硅酸钙作用，形成一层致密的保护膜，可以显著的提高混凝土的抗压强度，增强混凝土强度。通过掺加两种不同掺加剂，从各个方面增强混凝土的密实度，从而提高混凝土强度。
发明内容
本发明针对上述问题，提供了一种添加PVA纤维和石墨烯的高强度混凝土及其制备方法，本发明适用于建筑结构的加固处理，可以显著增强混凝土的强度指标。本发明技术方案如下：
一种添加PVA纤维和石墨烯的高强度混凝土，包括以下组分：PVA纤维、石墨烯、水泥、水、沙子、碎石和减水剂；
优选的，水泥、水、沙子、碎石和减水剂的种类比为1:0.3:1.2:2.8:0.01；
更优选的，PVA纤维和石墨烯的重量比为20-25:1；更优选的，水泥和PVA纤维的重量比为10-20:1。
更优选的，所述水泥采用P·O42.5级水泥；碎石采用粒径6mm～10mm碎石，减水剂采用聚羧酸系减水剂。
进一步的，所述高强度混凝土的制备方法，具体步骤如下：
(3)将PVA纤维和石墨烯倒入部分水中，混合均匀；
(4)将水泥倒入剩余水中，使用水泥搅拌机搅拌均匀；
(3)将PVA纤维和石墨烯的混合液倒入步骤(2)搅拌均匀的水泥中，然后加入减水剂，混合均匀，获得混合液A；
(4)最后将碎石和沙子倒入步骤(3)的混合液A中，充分搅拌，获得高强度混凝土。
优选的，所述水泥采用P·O42.5级水泥；碎石采用粒径6mm～10mm碎石，减水剂采用聚羧酸系减水剂；步骤(1)和步骤(2)中水的比例为1:2。本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)PVA纤维具有良好的力学性能和耐久性，不仅可以对混凝土中的缝隙进行填充，有效的增加混凝土的密实度，另一方面还可以在结构外部形成保护层，从而抵御外部有害粒子侵入混凝土内部，防止内部钢筋等结构的锈蚀。
(2)石墨烯不仅具有微小的结构形式，最大程度的填补混凝土结构缝隙，进一步增强混凝土强度，同时由于其具有的化学作用，可以与水泥等发生水化反应，产生的水化产物具有高密实度、高强度的特性，提高了混凝土的耐久性。
(3)本发明通过混掺PVA纤维和石墨烯，从不同方面改良了普通混凝土的性能不足，使混凝土在抗压、抗折、耐久性等方面的能力显著提升。另外，又通过改变石墨烯和PVA纤维两种掺加剂的掺量，同时结合本发明其他组分的含量，根据实际工况选出了最优配合比，使混凝土强度显著增加。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1：
一种制备PVA纤维和石墨烯的高强度混凝土的方法为：
1.选用济南惠通化工厂生产的PVA纤维和石墨烯，水泥采用P·O42.5级水泥，碎石采用粒径6mm～10mm碎石，减水剂采用聚羧酸系减水剂。
2.用计量器称取水泥20千克，水6千克，沙子24千克，碎石56千克，减水剂0.2千克。
3.将1千克的PVA和0.05千克的石墨烯倒入2千克水中，混合均匀。
4.将20千克的水泥倒入4千克的水中，使用水泥搅拌机充分搅拌。
5.将PVA纤维和石墨烯混合液倒入步骤(2)搅拌均匀的水泥中，添加0.2千克的减水剂，使用水泥搅拌机充分搅拌，获得混合液A。
6.将56千克的碎石和24千克的沙子倒入步骤(3)的混合液A中，充分搅拌，得到最终产物。
实施例2：
一种制备PVA纤维和石墨烯的高强度混凝土的方法为：
1.选用济南惠通化工厂生产的PVA纤维和石墨烯，水泥采用P·O42.5级水泥，碎石采用粒径6mm～10mm碎石，减水剂采用聚羧酸系减水剂。
2.用计量器称取水泥20千克，水6千克，沙子24千克，碎石56千克，减水剂0.2千克。
3.将1.5千克的PVA和0.06千克的石墨烯倒入1.5千克的水中，混合均匀。
4.将20千克的水泥倒入4.5千克的水中，使用水泥搅拌机充分搅拌。
5.将PVA纤维和石墨烯混合液倒入步骤(2)搅拌均匀的水泥中，添加0.2千克的减水剂，混合均匀，获得混合液A。
6.将56千克的碎石和24千克的沙子倒入步骤(3)的混合液A中，充分搅拌，得到最终产物。
实施例3:
一种制备PVA纤维和石墨烯的高强度混凝土的方法为：
1.用济南惠通化工厂生产的PVA纤维和石墨烯，水泥采用P·O42.5级水泥，碎石采用粒径6mm～10mm碎石，减水剂采用聚羧酸系减水剂。
2.用计量器称取水泥20千克，水6千克，沙子24千克，碎石56千克，减水剂0.2千克。
3.将2千克的PVA和0.1千克的石墨烯倒入2千克的水中混合均匀。
4.将20千克的水泥倒入4千克的水中，使用水泥搅拌机充分搅拌。
5.将PVA纤维和石墨烯混合液倒入步骤(2)搅拌均匀的水泥中，添加0.2千克的减水剂，使用水泥搅拌机充分搅拌，获得混合液A。
6.将56千克的碎石和24千克的沙子倒入步骤(3)的混合液A中，充分搅拌，得到最终产物。
实验例1：轴心抗压实验
实验步骤：
轴心抗压强度实验采用150mm×150mm×300mm棱柱体试件，标准养护至规定齡期，将试件直立放置，试件轴心对准实验机下压板中心，按规定速度加荷，直至破坏，测定其轴心抗压强度。实验结果如表1所示：
表1
试件组号 抗压强度(MPa)
素混凝土 33.10
实施例1获得的高强度混凝土 38.62
实施例2获得的高强度混凝土 38.89
实施例3获得的高强度混凝土 39.42
实验结果：
通过分别对素混凝土和本发明获得的混凝土进行轴心抗压强度实验，实验结果表明，本发明获得的混凝土抗压强度显著增加。

Claims (8)

1.一种添加PVA纤维和石墨烯的高强度混凝土，其特征在于，所述高强度混凝土包括以下组分：PVA纤维、石墨烯、水泥、水、沙子、碎石和减水剂。
2.根据权利要求1所述的高强度混凝土，其特征在于，所述水泥、水、沙子、碎石和减水剂的种类比为1:0.3:1.2:2.8:0.01。
3.根据权利要求2所述的高强度混凝土，其特征在于，所述PVA纤维和石墨烯的重量比为20-25:1。
4.根据权利要求3所述的高强度混凝土，其特征在于，水泥和PVA纤维的重量比为10-20:1。
5.根据权利要求1所述的高强度混凝土，其特征在于，所述水泥采用P·O42.5级水泥；碎石采用粒径6mm～10mm碎石，减水剂采用聚羧酸系减水剂。
6.如权利要求1-5任一项所述高强度混凝土的制备方法，具体步骤如下：
(1)将PVA纤维和石墨烯倒入部分水中，混合均匀；
(2)将水泥倒入剩余水中，使用水泥搅拌机搅拌均匀；
(3)将PVA纤维和石墨烯的混合液倒入步骤(2)搅拌均匀的水泥中，然后加入减水剂，混合均匀，获得混合液A；
(4)最后将碎石和沙子倒入步骤(3)的混合液A中，充分搅拌，获得高强度混凝土。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述水泥采用P·O42.5级水泥；碎石采用粒径6mm～10mm碎石，减水剂采用聚羧酸系减水剂。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(2)中水的比例为1:2。
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