CN112028557A - 一种抗裂混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及混凝土的领域，具体公开了一种抗裂混凝土及其制备方法。抗裂混凝土由包括水泥、粉煤灰、粗骨料、细骨料、减水剂、纳米硼纤维、纤维素纤维、纳米碳酸氢铵、聚乙二醇水溶液、硅烷偶联剂以及水制成；其制备方法为：制备预改性纤维素纤维；将预改性纤维素纤维、纳米硼纤维以及纳米碳酸氢铵均匀混合后进行球磨改性制得改性纤维；将水泥和粉煤灰混合制得胶凝材料；将粗骨料、细骨料和改性纤维混合制得骨料；将减水剂与水混合制得减水剂溶液；将胶凝材料、骨料、减水剂溶液均匀混合得到抗裂混凝土。本申请的抗裂混凝土可用于作为建筑材料，其具有抗裂性能好的优点。

Description

一种抗裂混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土的领域，更具体地说，它涉及一种抗裂混凝土及其制备方法。
背景技术
随着我国对基础设施投入的增加，混凝土的应用也越来越广泛。其中，混凝土是指水泥、水、砂、石子、矿物掺合料或减水剂等按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。
目前，根据混凝土性能的不同，可以将混凝土分为高强混凝土、抗渗混凝土以及抗裂混凝土等等。其中，抗裂混凝土是指抵抗干缩变形或温度变形能力较好的混凝土，是目前的一个热门研究方向。原因是混凝土产生裂缝后容易造成混凝土的承载强度降低，而混凝土的承载强度降低后，采用了这些混凝土建成的基础设施的安全隐患也将增加。为此，需要提高混凝土的抗裂性能。
相关技术中，抗裂混凝土通常由水泥、骨料、聚丙烯纤维等制成，由上述原料制得的抗裂混凝土经过28天的养护后不会出现裂缝。但是，经检测发现，由上述原料制得的抗裂混凝土经过60天的养护后，该抗裂混凝土的表面出现了裂缝，对抗裂混凝土的应用造成了限制，因此，需要提供一种能够延长抗裂混凝土出现裂缝的时间的抗裂混凝土。
发明内容
为了延长抗裂混凝土出现裂缝的时间，提高抗裂混凝土的抗裂性能，本申请提供一种抗裂混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种抗裂混凝土，采用如下的技术方案：
一种抗裂混凝土，由包括以下重量份的原料制成：
水泥：210-230份
粉煤灰：125-145份
粗骨料：1040-1080份
细骨料：732-752份
减水剂：7.2-9.2份
纳米硼纤维：5-12份
纤维素纤维：8-20份
纳米碳酸氢铵：10-30份
5-25wt％聚乙二醇水溶液：50-200份
硅烷偶联剂：4-6份
水：155-175份。
通过采用上述技术方案，先采用硅烷偶联剂以及5-25％聚乙二醇水溶液对纤维素纤维进行表面处理得到预改性纤维素纤维，在预改性纤维素纤维、纳米硼纤维与纳米碳酸氢铵的协同作用下，不仅能够降低水泥水化时的水化热，使得抗裂混凝土后期硬化过程中的收缩率减小，还可以提高纤维素纤维的耐碱性能，使得纤维素纤维能够较稳定地存在于抗裂混凝土中，有利于延长抗裂混凝土出现裂缝的时间，同时提高抗裂混凝土的抗裂性能。
优选的，所述纳米硼纤维为6-10份，纤维素纤维为8-12份，纳米碳酸氢铵为15-20份。
通过采用上述技术方案，当纳米硼纤维、纤维素纤维以及纳米碳酸氢铵采用上述配比时，抗裂混凝土中水泥的水化热较低，且纤维素纤维的耐碱性能较好，有利于进一步延长抗裂混凝土出现裂缝的时间以及提高抗裂混凝土的抗裂性能。
优选的，所述抗裂混凝土由包括以下重量份的原料制成：
水泥：220份
粉煤灰：130份
粗骨料：1060份
细骨料：742份
减水剂：8.2份
纳米硼纤维：8份
纤维素纤维：10份
纳米碳酸氢铵：18份
5-25wt％聚乙二醇水溶液：50-200份
硅烷偶联剂：5份
水：165份。
通过采用上述技术方案，水泥水化过程中产生的水化热最低，纤维素的耐性性能最好，故按照上述配比制得的抗裂混凝土出现裂缝的时间时间最长，即该抗裂混凝土的抗裂性能最好。
优选的，所述纤维素纤维为粘胶纤维，所述粘胶纤维的切断长度为36.5-38.5mm，纤度为1.0-2.0dtex。
通过采用上述技术方案，纤维素纤维采用亲水性能好的粘胶纤维，其中，粘胶纤维的切断长度在36.5-38.5mm、纤度在1.0-2.0dtex时，纳米硼纤维可以较好地附着在粘胶纤维上，有利于提高粘胶纤维与纳米硼纤维、纳米碳酸氢铵的结合力，从而提高改性纤维的稳定性，进而延长抗裂混凝土出现裂缝的时间，即提高抗裂混凝土的抗裂性能。
优选的，所述粘胶纤维为粘胶棉型短纤维、粘胶毛型短纤维或富强纤维中的一种或多种的组合物。
通过采用上述技术方案，粘胶棉型短纤维、粘胶毛型短纤维或富强纤维具有较好的耐碱性能，能够延长纤维素纤维在混凝土中的寿命。
优选的，所述5-25wt％聚乙二醇水溶液中所采用的聚乙二醇的分子量为200-600。
通过采用上述技术方案，5-25wt％聚乙二醇水溶液中所采用的聚乙二醇的分子量在200-600时，硅烷偶联剂在聚乙二醇水溶液中的分散能力较好，能够有效使纤维素纤维与硅烷偶联剂结合在一起，而硅烷偶联剂可以连接纳米硼纤维，从而使得纳米硼纤维与纤维素纤维有效结合在一起，并均匀分布在抗裂混凝土的各原料中，有利于提高抗裂混凝土的均匀性。
优选的，所述硅烷偶联剂为KH550、KH560或KH570中的任意一种或几种的组合物。
通过采用上述技术方案，硅烷偶联剂同时具有亲无机的基团以及亲有机的基团，可以使纳米硼纤维与纤维素纤维有效结合在一起，并均匀分布在抗裂混凝土的各原料中，有利于提高抗裂混凝土的均匀性。
优选的，还包括纳米氮化硼，所述纳米氮化硼的重量份为2.2-4.2份。
通过采用上述技术方案，氮化硼的加入能够增强改性纤维的抗拉强度，并增强改性纤维在抗裂混凝土中的稳定性，具有增强抗裂混凝土的抗裂性能的效果。
第二方面，本申请提供一种抗裂混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种抗裂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
按配比将硅烷偶联剂加入5-25wt％聚乙二醇水溶液中，搅拌均匀得到浸泡液，然后将纤维素纤维加入浸泡液中，浸泡1-3h,取出、烘干得到预改性纤维素纤维；
将预改性纤维素纤维、纳米硼纤维以及纳米碳酸氢铵均匀混合得到混合物，对该混合物进行球磨改性，球磨速度为320-560rad/min，球磨时间为30-60min，得到改性纤维；
将水泥和粉煤灰均匀混合得到胶凝材料；
将粗骨料、细骨料和改性纤维均匀混合得到骨料；
将减水剂与水均匀混合得到减水剂溶液；
将胶凝材料、骨料、减水剂溶液均匀混合、成型、养护后得到抗裂混凝土。
通过采用上述技术方案，先在纤维素纤维的表面结合硅烷偶联剂的表面结合硅烷偶联剂，硅烷偶联剂的亲无机基团能够结合纳米硼纤维以及纳米碳酸氢铵，从而使纳米硼纤维以及纳米碳酸氢铵包裹在纤维素纤维的外周侧，有利于对纤维素纤维进行保护，使得纤维素纤维的耐碱性能得以提高；另外，纳米碳酸氢铵溶于水的时候吸热，能够降低水泥发生水化反应时的水化热；由于纤维素纤维稳定性的提高以及水泥水化热的降低，所以实现了提高抗裂混凝土的抗裂性能的目的。
优选的，制备改性纤维时，混合物中还要加入2.2-4.2份纳米氮化硼。
通过采用上述技术方案，氮化硼的加入能够增强改性纤维的抗拉强度，有利于进一步提高抗裂混凝土的抗裂性能。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请先采用硅烷偶联剂以及5-25wt％聚乙二醇水溶液对纤维素纤维进行表面处理得到预改性纤维素纤维，在预改性纤维素纤维、纳米硼纤维与纳米碳酸氢铵的协同作用下，不仅能够降低水泥水化时的水化热，使得抗裂混凝土后期硬化过程中的收缩率减小，还可以提高纤维素纤维的耐碱性能，使得纤维素纤维能够较稳定地存在于抗裂混凝土中，有利于延长抗裂混凝土出现裂缝的时间，同时提高抗裂混凝土的抗裂性能。
2、本申请的方法，通过先在纤维素纤维的表面结合硅烷偶联剂，硅烷偶联剂的亲无机基团能够结合纳米硼纤维以及纳米碳酸氢铵，从而使纳米硼纤维以及纳米碳酸氢铵包裹在纤维素纤维的外周侧，有利于对纤维素纤维进行保护，使得纤维素纤维的耐碱性能得以提高；另外，纳米碳酸氢铵溶于水的时候吸热，能够降低水泥发生水化反应时的水化热；由于纤维素纤维稳定性的提高以及水泥水化热的降低，所以实现了提高抗裂混凝土的抗裂性能的目的。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请所涉及的原料均为市售，其中：
减水剂采用成都市宏盛宏科技有限公司生产的聚羧酸高效减水剂；
纳米硼纤维购于南京先丰纳米材料科技有限公司；
纳米氮化硼购于南京先丰纳米材料科技有限公司；
粘胶棉型短纤维购于杭州萧山曹杨纺织有限公司，型号为cy021；
粘胶毛型短纤维购于杭州萧山曹杨纺织有限公司，型号为cy013；
富强纤维购于杭州萧山曹杨纺织有限公司，型号为cy042；
聚乙二醇购于成都正汇化工有限公司。
下列实施例中5-25wt％聚乙二醇水溶液采用上述聚乙二醇与水均匀混合制得。
实施例
实施例1-3中抗裂混凝土的组分及配比具体如下表1。
表1实施例1-3中抗裂混凝土的组分及配比(单位/kg)
Figure BDA0002681846950000051
实施例1
一种抗裂混凝土，其制备方法如下：
按表1中的配比将硅烷偶联剂KH550加入15wt％聚乙二醇水溶液中，搅拌均匀得到浸泡液，然后将纤维素纤维加入浸泡液中，浸泡1.5h,取出、烘干得到预改性纤维素纤维；
将预改性纤维素纤维、纳米硼纤维以及纳米碳酸氢铵均匀混合得到混合物，对该混合物进行球磨改性，球磨速度为450rad/min，球磨时间为45min，得到改性纤维；
将水泥和粉煤灰均匀混合得到胶凝材料；
将粗骨料、细骨料和改性纤维均匀混合得到骨料；本实施例中；
将减水剂与水均匀混合得到减水剂溶液；
将胶凝材料、骨料、减水剂溶液均匀混合、成型、养护得到抗裂混凝土。
其中，本实施例中配制15wt％聚乙二醇水溶液用的聚乙二醇的分子量为400；
本实施例所采用的纤维素纤维为粘胶棉型短纤维，粘胶棉型短纤维的切断长度为37.5mm，纤度为1.5dtex；
本实施例中的粗骨料为连续级配为5-15mm的碎石，细骨料为河砂。
实施例2
一种抗裂混凝土，其制备方法如下：
按表1中的配比将硅烷偶联剂KH560加入5wt％聚乙二醇水溶液中，搅拌均匀得到浸泡液，然后将纤维素纤维加入浸泡液中，浸泡2h,取出、烘干得到预改性纤维素纤维；
将预改性纤维素纤维、纳米硼纤维以及纳米碳酸氢铵均匀混合得到混合物，对该混合物进行球磨改性，球磨速度为320rad/min，球磨时间为60min，得到改性纤维；
将水泥和粉煤灰均匀混合得到胶凝材料；
将粗骨料、细骨料和改性纤维均匀混合得到骨料；本实施例中；
将减水剂与水均匀混合得到减水剂溶液；
将胶凝材料、骨料、减水剂溶液均匀混合、成型、养护得到抗裂混凝土。
其中，本实施例中配制5wt％聚乙二醇水溶液用的聚乙二醇的分子量为600；
本实施例所采用的纤维素纤维为粘胶毛型短纤维，粘胶毛型短纤维的切断长度为36.5mm，纤度为1.0dtex；
本实施例中的粗骨料为连续级配为5-15mm的碎石，细骨料为河砂。
实施例3
一种抗裂混凝土，其制备方法如下：
按表1中的配比将硅烷偶联剂KH570加入25wt％聚乙二醇水溶液中，搅拌均匀得到浸泡液，然后将纤维素纤维加入浸泡液中，浸泡1h,取出、烘干得到预改性纤维素纤维；
将预改性纤维素纤维、纳米硼纤维以及纳米碳酸氢铵均匀混合得到混合物，对该混合物进行球磨改性，球磨速度为560rad/min，球磨时间为30min，得到改性纤维；
将水泥和粉煤灰均匀混合得到胶凝材料；
将粗骨料、细骨料和改性纤维均匀混合得到骨料；本实施例中；
将减水剂与水均匀混合得到减水剂溶液；
将胶凝材料、骨料、减水剂溶液均匀混合、成型、养护得到抗裂混凝土。
其中，本实施例中配制25wt％聚乙二醇水溶液用的聚乙二醇的分子量为200；
本实施例所采用的纤维素纤维为富强纤维，富强纤维的切断长度为38.5mm，纤度为2.0dtex；本实施例中的粗骨料为连续级配为5-15mm的碎石，细骨料为河砂。
实施例4
一种抗裂混凝土，与实施例2的区别在于：
优化了纳米硼纤维的配比为6kg,纤维素纤维的配比为8kg,纳米碳酸氢铵的配比为20kg。
实施例5
一种抗裂混凝土，与实施例3的区别在于：
优化了纳米硼纤维的配比为10kg，纤维素纤维的配比为12kg，纳米碳酸氢铵的配比为15kg。
实施例6
一种抗裂混凝土，与实施例1的区别在于：
制备改性纤维时，混合物中还要加入2.2kg纳米氮化硼。
实施例7
一种抗裂混凝土，与实施例1的区别在于：
制备改性纤维时，混合物中还要加入4.2kg纳米氮化硼。
实施例8
一种抗裂混凝土，与实施例1的区别在于：
本实施例所采用的纤维素纤维为粘胶棉型短纤维，粘胶棉型短纤维的切断长度为12mm，纤度为1.5dtex。
实施例9
一种抗裂混凝土，与实施例1的区别在于：
本实施例所采用的纤维素纤维为粘胶棉型短纤维，粘胶棉型短纤维的切断长度为37.5mm，纤度为5.0dtex；
实施例10
一种抗裂混凝土，与实施例1的区别在于：
本实施例中配制15wt％聚乙二醇水溶液用的聚乙二醇的分子量为10000。
对比例
对比例1
一种抗裂混凝土，由以下重量份的原料均匀混合制成，其中：
胶凝材料：350kg
细骨料：750kg
粗骨料：1150kg
减水剂：4kg
聚丙烯纤维：20kg
水：155kg。
对比例2
与实施例1的区别在于：
本对比例中，纳米硼纤维采用等量的纤维素纤维代替。
对比例3
与实施例1的区别在于：
本对比例中，纤维素纤维采用等量的纳米硼纤维代替。
对比例4
与实施例1的区别在于：
本对比例中，纳米碳酸氢铵采用等量的纳米硼纤维代替。
对比例5
与实施例1的区别在于：
本对比例中，纳米硼纤维采用等量的钢纤维代替。
对比例6
与实施例1的区别在于：
本对比例中，纤维素纤维采用等量的聚丙烯纤维代替。
性能检测试验
出现裂缝的时间：根据实施例1-10与对比例1-6进行制备各实施例或对比例对应的待测样品，各待测样品的形状及尺寸大小一致，并将各待测样品置于25℃的环境中养护，记录各待测样品开始出现裂缝时的时间，其中，混凝土出现裂缝的时间越长，说明混凝土的抗裂性能越好。
抗拉强度：根据实施例1-10与对比例1-6进行制备各实施例或对比例对应的待测样品，各待测样品的形状及尺寸大小一致，并将各待测样品置于25℃的环境中养护28天，然后根据安徽省地方标准DB34/T2235-2014《钻拉法检测结构混凝土抗拉强度技术规程》进行检测，其中，抗拉强度越高，说明混凝土的抗裂性能越好。
其中，根据实施例1-10与对比例1-6中制得的各待测样品的性能如下表2：
表2实施例1-10与对比例1-6中制得的各待测样品的性能
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8
出现裂缝的时间/天 163 131 136 149 154 184 185 111
抗拉强度/Mpa 8.42 7.66 7.73 8.02 8.13 8.81 8.79 7.04
检测项目 实施例9 实施例10 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5 对比例6
出现裂缝的时间/天 117 123 54 33 36 28 68 75
抗拉强度/Mpa 7.11 7.36 4.57 3.28 3.43 3.13 5.49 5.72
结合实施例1-10和对比例1并结合表2可以看出，采用本申请中的原料制得的抗裂混凝土出现裂缝的时间明显比对比例1中的抗裂混凝土长，且采用本申请中的原料制得的抗裂混凝土的抗拉强度也明显优于对比例1中的抗裂混凝土，说明采用本申请中的原料制得的抗裂混凝土的抗裂性能优于对比例1中的抗裂性能。
结合实施例1和对比例2-6并结合表2可以看出，抗裂混凝土中不添加纳米硼纤维、或不添加纤维素纤维、或不添加纳米碳酸氢铵、或采用钢纤维代替纳米硼纤维、或采用聚丙烯纤维代替纤维素纤维时，得到的抗裂混凝土出现裂缝的时间均加快，且这些抗裂混凝土的抗拉强度也降低，说明本申请中的纳米硼纤维、纤维素纤维以及纳米碳酸氢铵具有协同作用，原因可能是纳米硼纤维的加入提高了纤维素纤维的耐碱性能，同时纳米碳酸氢铵的加入降低了水泥的水化热，从而使得在纳米硼纤维、纤维素纤维以及纳米碳酸氢铵协同作用下，抗裂混凝土的抗裂性能大大提高。
结合实施例1和实施例6-7并结合表2可以看出，纳米氮化硼的加入，使得抗裂混凝土出现裂缝的时间进一步延长，且抗裂混凝土的抗拉强度进一步提高，说明纳米氮化硼的加入进一步提高了抗裂混凝土的抗裂性能。
结合实施例1和实施例8-9并结合表2可以看出，粘胶纤维的切断长度以及纤度会影响抗裂混凝土的抗裂性能，其中，当粘胶纤维的切断长度在36.5-38.5mm、纤度在1.0-2.0dtex时，抗裂混凝土的抗裂性能更好。
结合实施例1和实施例10并结合表2可以看出，5-25wt％聚乙二醇水溶液中所采用的聚乙二醇的分子量会影响抗裂混凝土的抗裂性能，其中，当5-25wt％聚乙二醇水溶液中所采用的聚乙二醇的分子量在200-600时，抗裂混凝土的抗裂性能更好。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，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，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种抗裂混凝土，其特征在于，由包括以下重量份的原料制成：
水泥：210-230份
粉煤灰：125-145份
粗骨料：1040-1080份
细骨料：732-752份
减水剂：7.2-9.2份
纳米硼纤维：5-12份
纤维素纤维：8-20份
纳米碳酸氢铵：10-30份
5-25wt%聚乙二醇水溶液：50-200份
硅烷偶联剂：4-6份
水：155-175份。
2.根据权利要求1所述的一种抗裂混凝土，其特征在于，所述纳米硼纤维为6-10份，纤维素纤维为8-12份，纳米碳酸氢铵为15-20份。
3.根据权利要求1所述的一种抗裂混凝土，其特征在于，由包括以下重量份的原料制成：
水泥：220份
粉煤灰：130份
粗骨料：1060份
细骨料：742份
减水剂：8.2份
纳米硼纤维：8份
纤维素纤维：10份
纳米碳酸氢铵：18份
5-25wt%聚乙二醇水溶液：50-200份
硅烷偶联剂：5份
水：165份。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种抗裂混凝土，其特征在于，所述纤维素纤维为粘胶纤维，所述粘胶纤维的切断长度为36.5-38.5mm，纤度为1.0-2.0dtex。
5.根据权利要求1-3任一所述的一种抗裂混凝土，其特征在于：所述粘胶纤维为粘胶棉型短纤维、粘胶毛型短纤维或富强纤维中的一种或多种的组合物。
6.根据权利要求1-3任一所述的一种抗裂混凝土，其特征在于，所述5-25wt%聚乙二醇水溶液中所采用的聚乙二醇的分子量为200-600。
7.根据权利要求1-3任一所述的一种抗裂混凝土，其特征在于：所述硅烷偶联剂为KH550、KH560或KH570中的任意一种或几种的组合物。
8.根据权利要求1-3所述的一种抗裂混凝土，其特征在于，还包括纳米氮化硼，所述纳米氮化硼的重量份为2.2-4.2份。
9.权利要求1-7任一所述的抗裂混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按配比将硅烷偶联剂加入5-25wt%聚乙二醇水溶液中，搅拌均匀得到浸泡液，然后将纤维素纤维加入浸泡液中，浸泡1-3h,取出、烘干得到预改性纤维素纤维；
将预改性纤维素纤维、纳米硼纤维以及纳米碳酸氢铵均匀混合得到混合物，对该混合物进行球磨改性，球磨速度为320-560rad/min，球磨时间为30-60min，得到改性纤维；
将水泥和粉煤灰均匀混合得到胶凝材料；
将粗骨料、细骨料和改性纤维均匀混合得到骨料；
将减水剂与水均匀混合得到减水剂溶液；
将胶凝材料、骨料、减水剂溶液均匀混合、成型、养护得到抗裂混凝土。
10.根据权利要求9所述的一种抗裂混凝土的制备方法，其特征在于：制备改性纤维时，混合物中还要加入2.2-4.2份纳米氮化硼。
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