CN111792883A - 一种掺钢渣预拌混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种掺钢渣预拌混凝土及其制备方法，首先在聚丙烯醇溶液中添加柠檬醛对聚丙烯醇进行改性，再加入碳酸钙、盐酸、钢渣、橡胶粉等物质改善其力学性能，通过静电纺纺丝制成多孔纤维；利用硅烷偶联剂对多孔纤维进行改性，将微生物负载在改性纤维上制得改性纤维；利用脲醛树脂包裹乳酸钙，制成乳酸钙微胶囊；将乳酸钙微胶囊和改性纤维与水泥等物料混合搅拌制成掺钢渣预拌混凝土；本发明中提供了一种掺钢渣预拌混凝土及其制备方法，制备过程中合理控制配比和反应时间，制备得到的混凝土试样的力学性能和抗渗性能得到有效改善，同时还具备一定的自修复能力，大大节省了人力物力财力，具有较高的实用性。

Description

一种掺钢渣预拌混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体是一种掺钢渣预拌混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是当今土木工程中用量最大、应用范围最广的建筑材料。混凝土虽然抗压强度高、耐久性好，但同时也具有一定的脆性，在发生荷载过大或者自身因素缺陷等问题时，极易出现裂缝，如果不及时对裂缝进行修补，很容易使混凝土受到水和其他有害化学物质的侵蚀，引发更严重的经济损失。
传统的修复方式主要是人力修补和加固，这种方法只适用于肉眼可见的裂缝，对于混凝土内部的损伤不易察觉，如果不对混凝土内部的裂缝及时处理，后期还可能会导致二次开裂，并且人力修补费时费力，对于一些特殊结构和危险区域的修补也存在较大难度。对于混凝土的修复工作，目前除了人力修复，还主要包括以下几种方法：矿物修复、预埋形状记忆合金、添加自愈合修复剂等方法。这些方法对于混凝土的自修复有一定的效果，但是也或多或少存在一点局限性。矿物自修复主要消耗混凝土自身矿物质，对混凝土后期的性能有影响，且修复效率较低；预埋形状记忆合金的方法修复效果较好，但是成本较高，应用受到局限；仿生自愈合混凝土虽然可以有效避免上述问题，但是通常采用的自愈合修复剂与混凝土的相容性较差，容易造成环境污染。另外，水泥在生产过程中需要进行粉磨和煅烧，在此过程中除了会消耗大量的化石能源，还会直接或间接的排放出大量的二氧化碳，加重温室效应，影响生态环境。
钢渣是冶金工业生产过程中产生的废渣。我国目前对于钢渣的利用率还比较低，大量钢渣的闲置堆放不仅占用土地，还会造成环境污染，提高钢渣的利用率、使其变废为宝也是我们亟待解决的问题。
针对以上情况，我们提供了一种掺钢渣预拌混凝土及其制备方法，不仅实现了钢渣的废物资源再利用，减少温室气体排放，保护环境，提高了混凝土抗压强度，同时还可以实现混凝土裂缝的自修复，提升了抗渗性能，节省了人力物力财力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种掺钢渣预拌混凝土及其制备方法，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种掺钢渣预拌混凝土，其特征在于：所述各原料组分如下：以重量份计，水泥500-800份、砂石300-500份、水400-600份、乳酸钙微胶囊300-350份、改性纤维250-350份、减水剂100-150份、掺和料150-250份。
2、根据权利要求1所述的一种掺钢渣预拌混凝土，其特征在于：所述改性纤维包括各原料组分如下：以重量份计，聚乙烯醇100-150份、柠檬醛20-30份、纳米氮化硅颗粒30-50份、橡胶粉30-50份、钢渣40-60份、硅烷偶联剂25-35份、碳酸钙25-35份、盐酸25-35份，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
本发明中提供了一种特殊的改性纤维，通过在聚丙烯醇中添加柠檬醛来对聚丙烯醇进行改性，柠檬醛与聚丙烯醇在酸性条件下发生缩醛反应，聚丙烯醇上的羟基含量降低，耐水性能得到提高，继续向聚丙烯醇中添加纳米氮化硅颗粒，纳米氮化硅颗粒的主要成分为二氧化硅，在高温状态下，纳米氮化硅颗粒表面的羟基与聚丙烯醇表面剩余的羟基形成氢键，进一步阻止聚丙烯醇与水分子的结合，同时纳米氮化硅颗粒粒径较小，能够分散在聚丙烯醇分子链的孔隙中，通过氢键与聚丙烯醇分子结合，形成致密的网格结构，有效阻止水分子的进入，以此来达到抗渗的目的。
纳米氮化硅颗粒硬度较大，将纳米氮化硅颗粒加入到聚丙烯醇中可以增加聚丙烯醇的抗压强度，同时在聚丙烯醇中加入橡胶粉来改善其韧性，使得制备出的改性纤维在具有抗压强度的同时还具有抗弯折抗冲击的能力。
本发明在聚丙烯醇中加入碳酸钙和盐酸，使得改性纤维具有多孔结构，增大了改性纤维的比表面积，便于后期微生物的负载，避免了微生物因为直接暴露在混凝土中而失活。
3、根据权利要求1所述的一种掺钢渣预拌混凝土，其特征在于：所述改性多孔复合纤维上负载有微生物菌液，所述微生物菌液包括微生物和微生物营养液，所述微生物和微生物营养液的质量比例为(5-7)：15。
本发明在制得改性纤维后，又通过硅烷偶联剂对改性纤维表面进行处理，在改性纤维表面结合有氨丙基反应性官能团，氨丙基反应官能团带有正电荷，不仅可以通过静电排斥作用使得改性纤维分散更均匀，还能有效固定微生物，防止微生物的流失。
4、根据权利要求3所述的一种掺钢渣预拌混凝土，其特征在于：所述微生物为枯草芽孢杆菌，所述微生物营养液包括各原料组分如下：以重量份计，蛋白胨90-100份、牛肉膏90-100份、尿素70-80份、酵母膏60-70份。
5、根据权利要求1所述的一种掺钢渣预拌混凝土，其特征在于：所述乳酸钙微胶囊包括囊芯和囊壁，所述囊芯主要成分为乳酸钙，所述囊壁主要成分为脲醛树脂，所述囊芯和囊壁的质量比例为(3-5)：4。
本发明中提供了一种乳酸钙微胶囊，将乳酸钙包裹在囊壁中，当混凝土产生裂缝时，乳酸钙微胶囊破裂，乳酸钙从乳酸钙微胶囊中流出，微生物诱导乳酸钙产生碳酸钙沉淀，从而达到修复裂缝的目的。
6、根据权利要求1所述的一种掺钢渣预拌混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，所述掺合料主要由矿渣、粉煤灰和炉渣组成，所述矿渣、炉渣、粉煤灰的质量比例为(8-10)：5：1。
本发明中的掺和料是将矿渣、炉渣、粉煤灰混和得到的，粉煤灰、矿渣、炉渣都是工业废料成本较低，使用性能跟水泥相当，在混凝土中添加粉煤灰、矿渣和炉渣，不仅可以减少水泥用量，间接降低二氧化碳排放，降低建造成本，缓解温室效应，还能改善混凝土的易和性，减少用水量，提高混凝土的抗渗能力，具有较大的实用性。
7、一种掺钢渣预拌混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)原料准备；
2)制备微生物菌液；
3)制备改性纤维；
4)制备乳酸钙微胶囊；
5)制备预拌混凝土砂浆；
6)出料。
8、根据权利要求7所述的一种掺钢渣预拌混凝土的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
1)原料准备；
A.称取各组分原料；
B.将掺和料置于球磨机中球磨1.5-3.5h,过150-250μm筛子，得到掺和料粉体；
2)制备微生物菌液；
A.将蛋白胨、牛肉膏、尿素、酵母膏混合制成微生物营养液；
B.将微生物营养液倒入到培养好的枯草芽孢杆菌菌液中，搅拌1-2min,得到微生物菌液；
3)制备改性多孔复合纤维；
A.制备多孔复合纤维：
a)在聚乙烯醇中加入蒸馏水，加热至85-95℃，以300r/min转速搅拌0.5-1.5h，得到聚乙烯醇水溶液；
b)将聚乙烯醇水溶液温度降至55-65℃，加入盐酸，待pH值为1-3时，加入柠檬醛，交联反应1.5-2.5h；
c)交联反应结束后继续升温至85-95℃，加入多孔纳米氮化硅陶瓷颗粒、碳酸钙、盐酸、橡胶粉和钢渣，以800r/min转速搅拌25-45min，得到纺丝液；
d)将纺丝液通过静电纺丝制成多孔复合纤维；
B.对多孔复合纤维进行改性：将多孔复合纤维浸泡在硅偶联剂中4-6h，取出晾干后置于微生物菌液中浸泡1-2h，取出后置于35-40℃条件下烘干1-2h，重复8-10次，制得改性多孔复合纤维；
4)制备乳酸钙微胶囊；
A.将尿素、甲醇溶于去离子水中，加入三乙醇胺调节pH值为7.5-8.5，在65℃条件下以300r/min转速搅拌2-3h，冷却至室温，制得脲醛树脂预聚物；
B.将乳酸钙溶液、梨糖醇酐三油酸酯、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、十二烷基苯磺酸溶于环己烷中，以400r/min转速搅拌15-30min，制得囊芯乳液；
C.将脲醛树脂预聚物滴加到囊芯乳液中，滴加质量分数10％的氯化铵溶液，反应3-4h后，过滤，用乙醇洗涤，50℃条件下冷冻干燥10-12h，得到乳酸钙微胶囊；
5)制备预拌混凝土砂浆：将水泥、砂石、掺和料在搅拌机中，以80r/min转速搅拌2-4min，加入水和减水剂，以300r/min转速搅拌3-5min，加入乳酸钙微胶囊和改性多孔复合纤维，以500r/min转速搅拌5-8min中，至砂浆不团结成块，制得预拌混凝土砂浆。
6)出料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中提供了一种特殊的改性纤维，通过在聚丙烯醇中添加柠檬醛来对聚丙烯醇进行改性，柠檬醛与聚丙烯醇在酸性条件下发生缩醛反应，聚丙烯醇上的羟基含量降低，耐水性能得到提高，继续向聚丙烯醇中添加纳米氮化硅颗粒，纳米氮化硅颗粒的主要成分为二氧化硅，在高温状态下，纳米氮化硅颗粒表面的羟基与聚丙烯醇表面剩余的羟基形成氢键，进一步阻止聚丙烯醇与水分子的结合，同时纳米氮化硅颗粒粒径较小，能够分散在聚丙烯醇分子链的孔隙中，通过氢键与聚丙烯醇分子结合，形成致密的网格结构，有效阻止水分子的进入，以此来达到抗渗的目的。
纳米氮化硅颗粒硬度较大，将纳米氮化硅颗粒加入到聚丙烯醇中可以增加聚丙烯醇的抗压强度，同时在聚丙烯醇中加入橡胶粉来改善其韧性，使得制备出的改性纤维在具有抗压强度的同时还具有抗弯折抗冲击的能力。
本发明在聚丙烯醇中加入碳酸钙和盐酸，使得改性纤维具有多孔结构，增大了改性纤维的比表面积，便于后期微生物的负载，避免了微生物因为直接暴露在混凝土中而失活。
本发明在制得改性纤维后，又通过硅烷偶联剂对改性纤维表面进行处理，在改性纤维表面结合有氨丙基反应性官能团，氨丙基反应官能团带有正电荷，不仅可以通过静电排斥作用使得改性纤维分散更均匀，还能有效固定微生物，防止微生物的流失。
本发明中提供了一种乳酸钙微胶囊，将乳酸钙包裹在囊壁中，当混凝土产生裂缝时，乳酸钙微胶囊破裂，乳酸钙从乳酸钙微胶囊中流出，微生物诱导乳酸钙产生碳酸钙沉淀，从而达到修复裂缝的目的。
本发明中的掺和料是将矿渣、炉渣、粉煤灰混和得到的，粉煤灰、矿渣、炉渣都是工业废料成本较低，使用性能跟水泥相当，在混凝土中添加粉煤灰、矿渣和炉渣，不仅可以减少水泥用量，间接降低二氧化碳排放，降低建造成本，缓解温室效应，还能改善混凝土的易和性，减少用水量，提高混凝土的抗渗能力，具有较大的实用性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
S1制备微生物菌液：将蛋白胨、牛肉膏、尿素、酵母膏混合制成微生物营养液，将微生物营养液倒入到培养好的枯草芽孢杆菌菌液中，搅拌1min,得到微生物菌液；
S2制备改性纤维；
A.制备多孔纤维：在聚乙烯醇中加入蒸馏水，加热至85℃，以300r/min转速搅拌0.5h，降温至55℃，加入盐酸，待pH值为1时，加入柠檬醛，交联反应1.5h，继续升温至85℃，加入纳米氮化硅颗粒、碳酸钙、盐酸、橡胶粉和钢渣，以800r/min转速搅拌25min，通过静电纺丝制成多孔纤维；
B.对多孔纤维进行改性：将多孔纤维浸泡在硅偶联剂中4h，取出晾干后置于微生物菌液中浸泡1h，取出后置于35℃条件下烘干1h，重复8次，制得改性纤维；
S3制备乳酸钙微胶囊；
A.将尿素、甲醇溶于去离子水中，加入三乙醇胺调节pH值为7.5，在65℃条件下以300r/min转速搅拌2h，冷却至室温，制得脲醛树脂预聚物；
B.将乳酸钙溶液、梨糖醇酐三油酸酯、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、十二烷基苯磺酸溶于环己烷中，以400r/min转速搅拌15，制得囊芯乳液；
C.将脲醛树脂预聚物滴加到囊芯乳液中，滴加质量分数10％的氯化铵溶液，反应3h后，过滤，用乙醇洗涤，50℃条件下冷冻干燥10h，得到乳酸钙微胶囊；
S4制备预拌混凝土砂浆：将水泥、砂石、掺和料在搅拌机中，以80r/min转速搅拌2min，加入水和减水剂，以300r/min转速搅拌3min，加入乳酸钙微胶囊和改性纤维，以500r/min转速搅拌5min中，至砂浆不团结成块，制得预拌混凝土砂浆。
本实施例中：掺钢渣预拌混凝土各原料组分如下：以重量份计，水泥500份、砂石300份、水400份、乳酸钙微胶囊300份、改性纤维250份、减水剂100份、掺和料150份。
改性纤维包括各原料组分如下：以重量份计，聚乙烯醇100份、碳酸钙15份、盐酸15份、柠檬醛20份、纳米氮化硅颗粒30份、橡胶粉30份、钢渣40份、硅烷偶联剂25份。
微生物菌液包括各原料组分如下：以重量份计，枯草芽孢杆菌菌液70份、蛋白胨90份、牛肉膏90份、尿素70份、酵母膏60份。
乳酸钙微胶囊包括各原料组分如下：以重量份计，尿素80份、甲醇20份、三乙醇胺10份、乳酸钙10份、梨糖醇酐三油酸酯20份、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10 5-份、十二烷基苯磺酸6份、环己烷35份、氯化铵6份。
实施例2
S1制备微生物菌液：将蛋白胨、牛肉膏、尿素、酵母膏混合制成微生物营养液，将微生物营养液倒入到培养好的枯草芽孢杆菌菌液中，搅拌1.5min,得到微生物菌液；
S2制备改性纤维；
A.制备多孔纤维：在聚乙烯醇中加入蒸馏水，加热至90℃，以300r/min转速搅拌1h，降温至60℃，加入盐酸，待pH值为2时，加入柠檬醛，交联反应2h，继续升温至90℃，加入纳米氮化硅颗粒、碳酸钙、盐酸、橡胶粉和钢渣，以800r/min转速搅拌35min，通过静电纺丝制成多孔纤维；
B.对多孔纤维进行改性：将多孔纤维浸泡在硅偶联剂中5h，取出晾干后置于微生物菌液中浸泡1.5h，取出后置于37℃条件下烘干1.5h，重复9次，制得改性纤维；
S3制备乳酸钙微胶囊；
A.将尿素、甲醇溶于去离子水中，加入三乙醇胺调节pH值为8.0，在65℃条件下以300r/min转速搅拌2.5h，冷却至室温，制得脲醛树脂预聚物；
B.将乳酸钙溶液、梨糖醇酐三油酸酯、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、十二烷基苯磺酸溶于环己烷中，以400r/min转速搅拌23min，制得囊芯乳液；
C.将脲醛树脂预聚物滴加到囊芯乳液中，滴加质量分数10％的氯化铵溶液，反应3.5h后，过滤，用乙醇洗涤，52℃条件下冷冻干燥11h，得到乳酸钙微胶囊；
S4制备预拌混凝土砂浆：将水泥、砂石、掺和料在搅拌机中，以80r/min转速搅拌3min，加入水和减水剂，以300r/min转速搅拌4min，加入乳酸钙微胶囊和改性纤维，以500r/min转速搅拌6min中，至砂浆不团结成块，制得预拌混凝土砂浆。
本实施例中：掺钢渣预拌混凝土各原料组分如下：以重量份计，水泥650份、砂石400份、水500份、乳酸钙微胶囊330份、改性纤维300份、减水剂120份、掺和料200份。
改性纤维包括各原料组分如下：以重量份计，聚乙烯醇120份、碳酸钙20份、盐酸20份、柠檬醛25份、纳米氮化硅颗粒40份、橡胶粉40份、钢渣50份、硅烷偶联剂30份。
微生物菌液包括各原料组分如下：以重量份计，枯草芽孢杆菌菌液75份、蛋白胨95份、牛肉膏95份、尿素75份、酵母膏65份。
乳酸钙微胶囊包括各原料组分如下：以重量份计，尿素85份、甲醇25份、三乙醇胺13份、乳酸钙13份、梨糖醇酐三油酸酯25份、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10 8份、十二烷基苯磺酸7份、环己烷40份、氯化铵7份。
实施例3
S1制备微生物菌液：将蛋白胨、牛肉膏、尿素、酵母膏混合制成微生物营养液，将微生物营养液倒入到培养好的枯草芽孢杆菌菌液中，搅拌2min,得到微生物菌液；
S2制备改性纤维；
A.制备多孔纤维：在聚乙烯醇中加入蒸馏水，加热至95℃，以300r/min转速搅拌1.5h，降温至65℃，加入盐酸，待pH值为3时，加入柠檬醛，交联反应2.5h，继续升温至95℃，加入纳米氮化硅颗粒、碳酸钙、盐酸、橡胶粉和钢渣，以800r/min转速搅拌45min，通过静电纺丝制成多孔纤维；
B.对多孔纤维进行改性：将多孔纤维浸泡在硅偶联剂中6h，取出晾干后置于微生物菌液中浸泡2h，取出后置于40℃条件下烘干2h，重复10次，制得改性纤维；
S3制备乳酸钙微胶囊；
A.将尿素、甲醇溶于去离子水中，加入三乙醇胺调节pH值为8.5，在65℃条件下以300r/min转速搅拌3h，冷却至室温，制得脲醛树脂预聚物；
B.将乳酸钙溶液、梨糖醇酐三油酸酯、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、十二烷基苯磺酸溶于环己烷中，以400r/min转速搅拌30min，制得囊芯乳液；
C.将脲醛树脂预聚物滴加到囊芯乳液中，滴加质量分数10％的氯化铵溶液，反应4h后，过滤，用乙醇洗涤，55℃条件下冷冻干燥12h，得到乳酸钙微胶囊；
S4制备预拌混凝土砂浆：将水泥、砂石、掺和料在搅拌机中，以80r/min转速搅拌4min，加入水和减水剂，以300r/min转速搅拌5min，加入乳酸钙微胶囊和改性纤维，以500r/min转速搅拌8min中，至砂浆不团结成块，制得预拌混凝土砂浆。
本实施例中：掺钢渣预拌混凝土各原料组分如下：以重量份计，水泥800份、砂石500份、水600份、乳酸钙微胶囊350份、改性纤维350份、减水剂150份、掺和料250份。
改性纤维包括各原料组分如下：以重量份计，聚乙烯醇150份、碳酸钙25份、盐酸25份、柠檬醛30份、纳米氮化硅颗粒50份、橡胶粉50份、钢渣60份、硅烷偶联剂35份。
微生物菌液包括各原料组分如下：以重量份计，枯草芽孢杆菌菌液80份、蛋白胨100份、牛肉膏100份、尿素80份、酵母膏70份。
乳酸钙微胶囊包括各原料组分如下：以重量份计，尿素90份、甲醇30份、三乙醇胺15份、乳酸钙15份、梨糖醇酐三油酸酯30份、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10 10份、十二烷基苯磺酸8份、环己烷45份、氯化铵8份。
实施例4
S1制备改性纤维；
A.制备多孔纤维：在聚乙烯醇中加入蒸馏水，加热至85℃，以300r/min转速搅拌0.5h，降温至55℃，加入盐酸，待pH值为1时，加入柠檬醛，交联反应1.5h，继续升温至85℃，加入纳米氮化硅颗粒、碳酸钙、盐酸、橡胶粉和钢渣，以800r/min转速搅拌25min，通过静电纺丝制成多孔纤维；
B.对多孔纤维进行改性：将多孔纤维浸泡在硅偶联剂中4h，取出后置于35℃条件下烘干1h，重复8次，制得改性纤维；
S2制备预拌混凝土砂浆：将水泥、砂石、掺和料在搅拌机中，以80r/min转速搅拌2min，加入水和减水剂，以300r/min转速搅拌3min，加入改性纤维，以500r/min转速搅拌5min中，至砂浆不团结成块，制得预拌混凝土砂浆。
本实施例中：掺钢渣预拌混凝土各原料组分如下：以重量份计，水泥500份、砂石300份、水400份、改性纤维250份、减水剂100份、掺和料150份。
改性纤维包括各原料组分如下：以重量份计，聚乙烯醇100份、碳酸钙15份、盐酸15份、柠檬醛20份、纳米氮化硅颗粒30份、橡胶粉30份、钢渣40份、硅烷偶联剂25份。
实施例5
S1制备微生物菌液：将蛋白胨、牛肉膏、尿素、酵母膏混合制成微生物营养液，将微生物营养液倒入到培养好的枯草芽孢杆菌菌液中，搅拌1min,得到微生物菌液；
S2制备乳酸钙微胶囊；
A.将尿素、甲醇溶于去离子水中，加入三乙醇胺调节pH值为7.5，在65℃条件下以300r/min转速搅拌2h，冷却至室温，制得脲醛树脂预聚物；
B.将乳酸钙溶液、梨糖醇酐三油酸酯、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、十二烷基苯磺酸溶于环己烷中，以400r/min转速搅拌15，制得囊芯乳液；
C.将脲醛树脂预聚物滴加到囊芯乳液中，滴加质量分数10％的氯化铵溶液，反应3h后，过滤，用乙醇洗涤，50℃条件下冷冻干燥10h，得到乳酸钙微胶囊；
S3制备预拌混凝土砂浆：将水泥、砂石、掺和料在搅拌机中，以80r/min转速搅拌2min，加入水和减水剂，以300r/min转速搅拌3min，加入乳酸钙微胶囊和微生物菌液，以500r/min转速搅拌5min中，至砂浆不团结成块，制得预拌混凝土砂浆。
本实施例中：掺钢渣预拌混凝土各原料组分如下：以重量份计，水泥500份、砂石300份、水400份、乳酸钙微胶囊300份、减水剂100份、掺和料150份。
微生物菌液包括各原料组分如下：以重量份计，枯草芽孢杆菌菌液70份、蛋白胨90份、牛肉膏90份、尿素70份、酵母膏60份。
乳酸钙微胶囊包括各原料组分如下：以重量份计，尿素80份、甲醇20份、三乙醇胺10份、乳酸钙10份、梨糖醇酐三油酸酯20份、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10 5-份、十二烷基苯磺酸6份、环己烷35份、氯化铵6份。
实施例6
S1制备微生物菌液：将蛋白胨、牛肉膏、尿素、酵母膏混合制成微生物营养液，将微生物营养液倒入到培养好的枯草芽孢杆菌菌液中，搅拌1min,得到微生物菌液；
S2制备改性纤维；
A.制备多孔纤维：在聚乙烯醇中加入蒸馏水，加热至85℃，以300r/min转速搅拌0.5h，降温至55℃，加入盐酸，待pH值为1时，加入柠檬醛，交联反应1.5h，继续升温至85℃，加入纳米氮化硅颗粒、碳酸钙、盐酸、橡胶粉和钢渣，以800r/min转速搅拌25min，通过静电纺丝制成多孔纤维；
B.对多孔纤维进行改性：将多孔纤维置于微生物菌液中浸泡1h，取出后置于35℃条件下烘干1h，重复8次，制得改性纤维；
S3制备乳酸钙微胶囊；
A.将尿素、甲醇溶于去离子水中，加入三乙醇胺调节pH值为7.5，在65℃条件下以300r/min转速搅拌2h，冷却至室温，制得脲醛树脂预聚物；
B.将乳酸钙溶液、梨糖醇酐三油酸酯、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、十二烷基苯磺酸溶于环己烷中，以400r/min转速搅拌15，制得囊芯乳液；
C.将脲醛树脂预聚物滴加到囊芯乳液中，滴加质量分数10％的氯化铵溶液，反应3h后，过滤，用乙醇洗涤，50℃条件下冷冻干燥10h，得到乳酸钙微胶囊；
S4制备预拌混凝土砂浆：将水泥、砂石、掺和料在搅拌机中，以80r/min转速搅拌2min，加入水和减水剂，以300r/min转速搅拌3min，加入乳酸钙微胶囊和改性纤维，以500r/min转速搅拌5min中，至砂浆不团结成块，制得预拌混凝土砂浆。
本实施例中：掺钢渣预拌混凝土各原料组分如下：以重量份计，水泥500份、砂石300份、水400份、乳酸钙微胶囊300份、改性纤维250份、减水剂100份、掺和料150份。
改性纤维包括各原料组分如下：以重量份计，聚乙烯醇100份、碳酸钙15份、盐酸15份、柠檬醛20份、纳米氮化硅颗粒30份、橡胶粉30份、钢渣40份。
微生物菌液包括各原料组分如下：以重量份计，枯草芽孢杆菌菌液70份、蛋白胨90份、牛肉膏90份、尿素70份、酵母膏60份。
乳酸钙微胶囊包括各原料组分如下：以重量份计，尿素80份、甲醇20份、三乙醇胺10份、乳酸钙10份、梨糖醇酐三油酸酯20份、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10 5-份、十二烷基苯磺酸6份、环己烷35份、氯化铵6份。
实施例7
S1制备微生物菌液：将蛋白胨、牛肉膏、尿素、酵母膏混合制成微生物营养液，将微生物营养液倒入到培养好的枯草芽孢杆菌菌液中，搅拌1min,得到微生物菌液；
S2制备改性纤维；
A.制备纤维：在聚乙烯醇中加入蒸馏水，加热至85℃，以300r/min转速搅拌0.5h，降温至55℃，加入盐酸，待pH值为1时，加入柠檬醛，交联反应1.5h，继续升温至85℃，以800r/min转速搅拌25min，通过静电纺丝制成纤维；
B.对纤维进行改性：将纤维浸泡在硅偶联剂中4h，取出晾干后置于微生物菌液中浸泡1h，取出后置于35℃条件下烘干1h，重复8次，制得改性纤维；
S3制备乳酸钙微胶囊；
A.将尿素、甲醇溶于去离子水中，加入三乙醇胺调节pH值为7.5，在65℃条件下以300r/min转速搅拌2h，冷却至室温，制得脲醛树脂预聚物；
B.将乳酸钙溶液、梨糖醇酐三油酸酯、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、十二烷基苯磺酸溶于环己烷中，以400r/min转速搅拌15，制得囊芯乳液；
C.将脲醛树脂预聚物滴加到囊芯乳液中，滴加质量分数10％的氯化铵溶液，反应3h后，过滤，用乙醇洗涤，50℃条件下冷冻干燥10h，得到乳酸钙微胶囊；
S4制备预拌混凝土砂浆：将水泥、砂石、掺和料在搅拌机中，以80r/min转速搅拌2min，加入水和减水剂，以300r/min转速搅拌3min，加入乳酸钙微胶囊和改性纤维，以500r/min转速搅拌5min中，至砂浆不团结成块，制得预拌混凝土砂浆。
本实施例中：掺钢渣预拌混凝土各原料组分如下：以重量份计，水泥500份、砂石300份、水400份、乳酸钙微胶囊300份、改性纤维250份、减水剂100份、掺和料150份。
改性纤维包括各原料组分如下：以重量份计，聚乙烯醇100份、柠檬醛20份、硅烷偶联剂25份。
微生物菌液包括各原料组分如下：以重量份计，枯草芽孢杆菌菌液70份、蛋白胨90份、牛肉膏90份、尿素70份、酵母膏60份。
乳酸钙微胶囊包括各原料组分如下：以重量份计，尿素80份、甲醇20份、三乙醇胺10份、乳酸钙10份、梨糖醇酐三油酸酯20份、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10 5-份、十二烷基苯磺酸6份、环己烷35份、氯化铵6份。
实验：分别取实施例1-8中制得的混凝土样品装于正方体试模中，将正方体试模置于标准实验室空气中，在正方体试模上覆盖一层塑料膜，防止水分蒸发，养护24h，拆模，浸于水中养护备用，分别测试混凝土样品的抗压强度、抗弯折强度、透水率，再用压力试验机对混凝土样品施压，直至听到断裂声但表面无明显裂缝为止，将样品养护28天后检测其抗压强度恢复率。
实施例4-8分别为对比实验，其中实施例4中只添加了改性纤维，再将改性纤维与水泥等组分原料搅拌，实施例5中只添加了微生物菌液和乳酸菌微胶囊，再将微生物菌液和乳酸菌微胶囊与水泥等组分原料搅拌，实施例6中改性纤维没有用硅烷偶联剂处理，将改性纤维和乳酸菌微胶囊与水泥等原料组分搅拌，实施例7中，没有对改性纤维进行多孔处理，且改性纤维中未添加橡胶，将改性纤维与乳酸菌微胶囊与水泥等原料组分搅拌，其余参数无明显影响，对实施例4-8所得到的混凝土样品进行以下检测，检测结果如下：
Figure BDA0002557501430000221
根据表中数据可知，实施例4中至添加了改性纤维，再将改性纤维与水泥等组分混合，制备得到的混凝土样品除了自修复性能较差外，其他各项性能对比于传统混凝土样品来看，效果有所提高；实施例5中只添加了微生物菌液和乳酸菌微胶囊，再将微生物菌液和乳酸菌微胶囊与水泥等组分原料搅拌，制备得到的混凝土样品抗压强度、抗弯强度、抗渗性能、自修复性能均不太理想；实施例6中改性纤维没有用硅烷偶联剂处理，将改性纤维和乳酸菌微胶囊与水泥等原料组分搅拌，制备得到的混凝土样品除了自修复性能较差外，其他各项性能对比于传统混凝土样品来看，效果有所提高；实施例7中，没有对改性纤维进行多孔处理，且改性纤维中未添加橡胶，制备得到的混凝土样品除了修复性能和抗弯强度不太理想外，其他各项性能对比于传统混凝土样品来看，效果有所提高；
将实施例1与实施例4-7进行对比，通过表中数据可以看出，实施例1制备得到的混凝土样品实验效果最好，制备得到的混凝土样品透水率最低，抗压强度、抗弯强度、抗压强度恢复率结果都比较理想。
通过以上数据和实验，我们可以得出以下结论：1、传统的混凝土样品力学性能较差，脆性大，易断裂，且在断裂以后不具备自修复能力，本发明在传统混凝土的基础上添加了改性纤维，有效提高了混凝土的力学性能，添加微生物菌液使混凝土出现裂缝时能进行自修复，在改性纤维中加入了纳米氮化硅颗粒和钢渣增加混凝土的抗压强度，在改性纤维中添加橡胶粉来改善混凝土的抗弯强度，制备过程中合理控制配比和反应时间，制备得到的混凝土样品力学性能、自修复能力都得到了有效改善。
2、本发明中通过碳酸钙和盐酸将改性纤维制成多孔纤维，用硅烷偶联剂在多孔纤维表面结合氨丙基，将微生物有效固定在改性纤维中，有效防止了微生物的流失；改性纤维中的聚丙烯醇分子与柠檬醛在酸性条件下发生缩醛反应，聚丙烯醇分子与柠檬醛之间通过氢键相连并形成致密的网格结构，阻止了水分子的进入，使得混凝土的抗渗性能得到了有效改善。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (8)

1.一种掺钢渣预拌混凝土，其特征在于：所述各原料组分如下：以重量份计，水泥500-800份、砂石300-500份、水400-600份、乳酸钙微胶囊300-350份、改性纤维250-350份、减水剂100-150份、掺和料150-250份。
2.根据权利要求1所述的一种掺钢渣预拌混凝土，其特征在于：所述改性纤维包括各原料组分如下：以重量份计，聚乙烯醇100-150份、柠檬醛20-30份、纳米氮化硅颗粒30-50份、橡胶粉30-50份、钢渣40-60份、硅烷偶联剂25-35份，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
3.根据权利要求1所述的一种掺钢渣预拌混凝土，其特征在于：所述改性纤维上负载有微生物菌液，所述微生物菌液包括微生物和微生物营养液，所述微生物和微生物营养液的质量比例为(5-7)：15。
4.根据权利要求3所述的一种掺钢渣预拌混凝土，其特征在于：所述微生物为枯草芽孢杆菌，所述微生物营养液包括各原料组分如下：以重量份计，蛋白胨90-100份、牛肉膏90-100份、尿素70-80份、酵母膏60-70份。
5.根据权利要求1所述的一种掺钢渣预拌混凝土，其特征在于：所述乳酸钙微胶囊包括囊芯和囊壁，所述囊芯主要成分为乳酸钙，所述囊壁主要成分为脲醛树脂，所述囊芯和囊壁的质量比例为(3-5)：4。
6.根据权利要求1所述的一种掺钢渣预拌混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，所述掺合料主要由矿渣、粉煤灰和炉渣组成，所述矿渣、炉渣、粉煤灰的质量比例为(8-10)：5：1。
7.一种掺钢渣预拌混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)原料准备；
2)制备微生物菌液；
3)制备改性纤维；
4)制备乳酸钙微胶囊；
5)制备预拌混凝土砂浆；
6)出料。
8.根据权利要求7所述的一种掺钢渣预拌混凝土的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
1)原料准备；
A.称取各组分原料；
B.将掺和料置于球磨机中球磨1.5-3.5h,过150-250μm筛子，得到掺和料粉体；
2)制备微生物菌液；
A.将蛋白胨、牛肉膏、尿素、酵母膏混合制成微生物营养液；
B.将微生物营养液倒入到培养好的枯草芽孢杆菌菌液中，搅拌1-2min,得到微生物菌液；
3)制备改性纤维；
A.制备多孔纤维：
a)在聚乙烯醇中加入蒸馏水，加热至85-95℃，以300r/min转速搅拌0.5-1.5h，得到聚乙烯醇水溶液；
b)将聚乙烯醇水溶液温度降至55-65℃，加入盐酸，待pH值为1-3时，加入柠檬醛，交联反应1.5-2.5h；
c)交联反应结束后继续升温至85-95℃，加入纳米氮化硅颗粒、碳酸钙、盐酸、橡胶粉和钢渣，以800r/min转速搅拌25-45min，得到纺丝液；
d)将纺丝液通过静电纺丝制成多孔纤维；
B.对多孔纤维进行改性：将多孔纤维浸泡在硅偶联剂中4-6h，取出晾干后置于微生物菌液中浸泡1-2h，取出后置于35-40℃条件下烘干1-2h，重复8-10次，制得改性纤维；
4)制备乳酸钙微胶囊；
A.将尿素、甲醇溶于去离子水中，加入三乙醇胺调节pH值为7.5-8.5，在65℃条件下以300r/min转速搅拌2-3h，冷却至室温，制得脲醛树脂预聚物；
B.将乳酸钙溶液、梨糖醇酐三油酸酯、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、十二烷基苯磺酸溶于环己烷中，以400r/min转速搅拌15-30min，制得囊芯乳液；
C.将脲醛树脂预聚物滴加到囊芯乳液中，滴加质量分数10％的氯化铵溶液，反应3-4h后，过滤，用乙醇洗涤，50-55℃条件下冷冻干燥10-12h，得到乳酸钙微胶囊；
5)制备预拌混凝土砂浆：将水泥、砂石、掺和料在搅拌机中，以80r/min转速搅拌2-4min，加入水和减水剂，以300r/min转速搅拌3-5min，加入乳酸钙微胶囊和改性纤维，以500r/min转速搅拌5-8min中，至砂浆不团结成块，制得预拌混凝土砂浆。
6)出料。
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