CN112159173A - 一种高强度混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及混凝土领域，具体公开了一种高强度混凝土及其制备方法，一种高强度混凝土，包括水泥、环氧树脂胶黏剂、复合型添加剂、增粘剂、卵石、沸石、水。所述复合型添加剂包括超细粉煤灰、矿渣粉、硅灰和锂渣、增稠剂。高强度混凝土制备方法为：步骤1），按配方所需重量份称取水泥、复合型添加剂、沸石、卵石、水搅拌混合均匀,得到混合料A；步骤2），混合料A和环氧树脂胶黏剂混合并搅拌均匀，得到高强度混凝土。本混凝土具有较好的抗压强度同时兼具较好的透水效果；通过加入沸石并且对沸石进行处理使本混凝土的透水效果较好，本混凝土制备方法操作简单，方便操作人员实施。

Description

一种高强度混凝土及其制备方法

技术领域

本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种高强度混凝土及其制备方法。

背景技术

透水混凝土是由凝胶材料、粗骨料、水以及必要时加入外加剂按一定比列配置而成的建筑材料。透水混凝土是一种凝胶材料将骨料胶结形成的多孔混凝土，具有透水的特点。

透水混凝土铺设的道路解决了一般混凝土路面的积水难题，雨水和地表水能通过渗水混凝土构建的渗透层流入地面下。卵石型透水混凝土以卵石作为粗骨料，卵石大多由水反复冲击、砂石反复翻擦形成，使卵石表面圆润光滑，混凝土拌料时凝胶材料容易对卵石包裹性较差，混凝土中浆体容易下沉，混凝土下部孔隙容易被堵塞，影响透水性；混凝土上部浆体较少，影响骨料之间的粘连性，从而影响混凝土的抗压能力。

发明内容

为了提高透水混凝土的抗压强度，本申请提供一种高强度混凝土及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种高强度混凝土，采用如下的技术方案：

一种高强度混凝土，由包含以下重量份的原料制成：

水泥78-86份；

环氧树脂胶黏剂3-4份；

复合型添加剂16-22份；

卵石282-324份；

沸石15-26份；

水35-55份；

所述复合型添加剂包括超细粉煤灰、矿渣粉、硅灰、锂渣和增稠剂，所述超细粉煤灰、矿渣粉、硅灰、锂渣和增稠剂的质量比为（55-62）：（6-15）：（7-12）：（18-20）：（0.5-1）。

通过采用上述技术方案，超细粉煤灰近似球形的形状和光滑表面有利于减小水泥浆体中颗粒表面的内摩擦力，增强水泥浆体的分散性，改善水泥浆体对卵石的包裹的均匀性，同时超细粉煤灰的物理减水效果，降低了混凝土的水胶比。超细粉煤灰、硅灰、矿渣粉的颗粒具有填充作用，能置换颗粒间隙的填充水，在保证混凝土的流动性前提下具有良好的物理减水作用，提高卵石之间的粘连性，从而增强本混凝土的抗压能力。

环氧树脂固化体系中含有活性极大的环氧基、羟基以及胺键、酯键等极性基团，因此对卵石附着较力大，使卵石颗粒间的黏结强度高，从而增强本混凝土的抗压强度。

锂渣粉是一种多孔结构材料，对水由较大的吸附能力，与水有较大的亲和力，增强了混凝土的保水性，保证混凝土水化作用时水的来源，提高混凝土强度。

沸石具有架状结构，沸石晶体内部形成很多空腔、孔道和孔穴，使本混凝土具有较好的透水性。

优选的，还包括重量份为3-5份的增粘剂，所述增粘剂的制备方法如下：

步骤1），将4-6份苯乙烯-丁二烯共聚胶粉掺入10-12份水中，搅拌均匀后形成聚合乳液；

步骤2），将步骤1）的得到的聚合乳液边搅拌边掺入2-5份聚乙烯醇树脂，搅拌均匀后得到增粘剂。

通过采用上述技术方案，苯乙烯-丁二烯共聚胶粉遇水后形成聚合乳液分散于胶凝材料浆体中，水分蒸发后即可以在浆体表面形成相对稳定的聚合物膜，从而提高硬化体黏聚性，增加水泥浆体的稠度；环氧乙烷固化后的体系因极性附着在卵石上使混凝土具由较好的抗压强度，但同时具有较大的脆性问题，苯乙烯-丁二烯共聚物胶粉经乳化反应后能分散于环氧树脂固化体系中，在保证环氧树脂固化体系粘度的情况下还具有提高混凝土韧性的效果，及减小混凝土的脆性。同时苯乙烯-丁二烯共聚物胶粉经乳化后能与环氧树脂胶黏剂协同提高胶凝材料对骨料的均匀包裹性，提高卵石之间的黏结程度，使混凝土的抗压强度显著提高。

聚乙烯醇树脂具有较好的粘黏性，与苯乙烯-丁二烯共聚物胶粉遇水后形成的聚合乳液共同使用，使增粘剂的粘黏效果显著提高。

可选的，所述沸石进行表面处理，具体方法是：将所述沸石放入酸液中浸泡24h，所述酸液包括浓度为80-100g/L硫酸和35-40g/L磷酸氢二钠。

通过采用上述技术方案，沸石内部有较多孔道，通过浸泡在H2SO4、磷酸氢二钠的混合溶液中，使沸石内孔道疏通，同时还能破坏沸石内部结构，使孔道数目增加、孔内径增大，使本混凝土的透水效果增强。

可选的，所述卵石需进行表面处理，具体方法是：将所述卵石放入第一处理液中浸泡5-20min后捞出晾干，所述第一处理液为NaOH溶液或HF溶液。

通过采用上述技术方案，卵石中含有SiO₂，NaOH溶液或HF溶液能与SiO₂发生反应，使卵石表面粗糙度增加、摩擦系数增大，使水泥浆液能更好的附着在卵石表面，使卵石之间的粘连性提高，从而加强混凝的抗压强度。

可选的，将经过第一处理液处理后的卵石放入第二处理液中浸泡2min，捞出晾干，所述第二处理液为乙腈和亚麻酸的混合水溶液。

通过采用上述技术方案，浸泡过第二处理液的卵石与环氧树脂胶黏剂的结合能力增强，进一步使卵石与水泥浆体的粘连性增强，提高混凝土的抗压强度。

可选的，所述增稠剂为聚氧化乙烯。

通过采用上述技术方案，聚氧化乙烯易溶于水，可溶于部分有机溶剂，聚氧化乙烯溶于水后的溶液黏度高，聚氧化乙烯有絮凝作用，聚氧化乙烯与锂渣复掺具有较好的减水协同作用，使本混凝土具有较低的水胶比，降低混凝土的坍落度损失，方便施工。

可选的，还包括重量份为20-30份的增强纤维，所述增强纤维包括碳纤维、玻璃纤维其中的一种或两种。

通过采用上述技术方案，沸石具较高的比表面积，提高了增强纤维的附着性，使增强纤维能在混凝土内形成网状结构，提高混凝土的抗压强度；遭受高温时，网状结构限制透水混凝土在温度急剧变化和高温环境下产生的体积变化，使混凝土不易在高温下爆裂。

碳纤维或玻璃纤维加入到透水混凝土内能形成网状结构，从而提高混凝土的抗冲击性能、抗拉强度、刚性；低温下的玻璃纤维的横向收缩比树脂基体小，使界面摩擦力得到增强，从而获得高的界面粘接强度，使卵石与水泥浆之间的粘结度较高；同时苯乙烯-丁二烯共聚物胶粉遇水后形成的聚合乳液能包裹玻璃纤维或碳纤维，能在玻璃纤维、碳纤维表面形成聚合物膜，被聚合物膜包裹的碳纤维、玻璃纤维的韧性增强，从而增强本混凝土的抗拉性、抗压强度。

第二方面，本申请提供一种高强度混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：

一种高强度混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤1），按配方所需重量份称取水泥、复合型添加剂、沸石、卵石、水搅拌混合均匀,得到混合料A；

步骤2），混合料A和环氧树脂胶黏剂混合并搅拌均匀，得到高强度混凝土。

通过采用上述技术方案，能够制备出抗压强度较好的混凝土，并且本高强度混凝土的制备步骤简单，方便工作人员实施。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、通过采用超细粉煤灰、矿渣粉、锂渣等颗，使水泥浆对卵石包裹性好，使本混凝土具有较好的抗压强度；

2、通过采用增粘剂与环氧树脂胶黏剂的增强抗压协同作用，使本混凝土抗压强度较好；

3、通过加入沸石并且对沸石进行处理使本混凝土的透水效果较好。

具体实施方式

本发明的实施例采用如下原料：

水泥为硅酸盐水泥；硅灰为山东博肯硅材料有限公司的埃肯微硅粉968：矿渣粉为灵寿县强东矿产品加工厂的水泥用s95级矿渣微粉；超细粉煤灰产家为上海集大实业有限公司，超细粉煤灰的比表面积为1000m2／kg，超细粉煤灰的粒径D90为10um。

环氧树脂为(昆山)有限公司产的南亚128树脂，固化剂为巴陵石油化工有限公司产的环氧树脂固化剂593，环氧树脂胶黏剂由质量比为7:2的南亚128树脂：593固化剂搅拌而成，固化时间为24h(室温)；卵石粒径为6-8mm级配，沸石粒径为4-8mm级配；锂渣为碱性锂渣，其比表面积为670m2/kg；聚氧化乙烯为上海源叶生物有限公司生产，CAS号为68441-17-8；苯乙烯-丁二烯共聚胶粉为上海锴源化工科技有限公司生产的丁苯乳胶粉PSB150可再分散乳胶粉，苯乙烯-丁二烯共聚胶粉为可再分散乳胶粉，其为水溶性可再分散粉末；聚乙烯醇树脂为常州艾迪尔进出口有限公司生产，聚乙烯醇树脂为粉末状，其水溶液有很好的粘接性和成膜性。

实施例1：

一种高强度混凝土由包含以下重量份的原料制成：

水泥78份；

环氧树脂胶黏剂3份；

复合型添加剂16份；

卵石282份；

沸石15份；

水35份。

复合型添加剂的制备过程如下：将55份超细粉煤灰、6份矿渣粉、7份硅灰、18份锂渣、0.5份聚氧化乙烯搅拌混合均匀制得，混合搅拌时采用1000r/min的转速。

一种高强度混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤1），按配方所需重量份称取水泥、复合型添加剂、沸石、卵石、水搅拌混合均匀,得到混合料A；

步骤2），混合料A和环氧树脂胶黏剂混合并搅拌均匀，得到高强度混凝土。

实施例2：

一种高强度混凝土由包含以下重量份的原料制成：

水泥86份；

环氧树脂胶黏剂4份；

复合型添加剂22份；

卵石324份；

沸石26份；

水55份。

复合型添加剂的制备过程如下：将62份超细粉煤灰、15份矿渣粉、12份硅灰、20份锂渣、1份聚氧化乙烯搅拌混合均匀制得，混合搅拌时采用1000r/min的转速。

一种高强度混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤1），按配方所需重量份称取水泥、复合型添加剂、沸石、卵石、水搅拌混合均匀,得到混合料A；

步骤2），混合料A和环氧树脂胶黏剂混合并搅拌均匀，得到高强度混凝土。

实施例3：

一种高强度混凝土由包含以下重量份的原料制成：

水泥80份；

环氧树脂胶黏剂3份；

复合型添加剂20份；

卵石310份；

沸石46份；

水45份。

复合型添加剂的制备过程如下：将60份超细粉煤灰、12份矿渣粉、10份硅灰、19份锂渣、0.7份聚氧化乙烯搅拌混合均匀制得，混合搅拌时采用1000r/min的转速。

一种高强度混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤1），按配方所需重量份称取水泥、复合型添加剂、沸石、卵石、水搅拌混合均匀,得到混合料A；

步骤2），混合料A和环氧树脂胶黏剂混合并搅拌均匀，得到高强度混凝土。

实施例4：与实施例3的区别在于：混凝土中还包括重量份为3份的增粘剂，增粘剂加入混凝土制备方法步骤1中，且先与卵石、沸石进行混合，再将增粘剂、卵石、沸石的混合物进行之后的操作，增粘剂的制备方法如下：

步骤1），将4份苯乙烯-丁二烯共聚胶粉掺入10份50°C的水中，搅拌均匀后形成聚合乳液；

步骤2），将步骤1）的得到的聚合乳液升温至90°C，边搅拌边掺入2份聚乙烯醇树脂，搅拌均匀后得到增粘剂。

高强度混凝土的制备方法为：

步骤1），按配方所需重量份称取增粘剂、沸石、卵石在90°C下搅拌混合均匀，得到混合物1。

步骤2），将混合物1与按配方所需重量份称取水泥、复合型添加剂、水搅拌混合均匀,得到混合料A；

步骤2），混合料A和环氧树脂胶黏剂混合并搅拌均匀，得到高强度混凝土。

实施例5：与实施例3的区别在于：混凝土中还包括重量份为5份的增粘剂，增粘剂加入混凝土制备方法步骤1中，且先与卵石、沸石进行混合，再将增粘剂、卵石、沸石的混合物进行之后的操作，增粘剂的制备方法如下：

步骤1），将6份苯乙烯-丁二烯共聚胶粉掺入12份50°C的水中，搅拌均匀后形成聚合乳液；

步骤2），将步骤1）的得到的聚合乳液升温至90°C，边搅拌边掺入5份聚乙烯醇树脂，搅拌均匀后得到增粘剂。

高强度混凝土的制备方法为：

步骤1），按配方所需重量份称取增粘剂、沸石、卵石在90°C下搅拌混合均匀，得到混合物1。

步骤2），将混合物1与按配方所需重量份称取水泥、复合型添加剂、水搅拌混合均匀,得到混合料A；

步骤2），混合料A和环氧树脂胶黏剂混合并搅拌均匀，得到高强度混凝土。

实施例6：与实施例3的区别在于：混凝土中还包括重量份为4份的增粘剂，增粘剂加入混凝土制备方法步骤1中，且先与卵石、沸石进行混合，再将增粘剂、卵石、沸石的混合物进行之后的操作，增粘剂的制备方法如下：

步骤1），将5份苯乙烯-丁二烯共聚胶粉掺入11份50°C的水中，搅拌均匀后形成聚合乳液；

步骤2），将步骤1）的得到的聚合乳液升温至90°C，边搅拌边掺入4份聚乙烯醇树脂，搅拌均匀后得到增粘剂。

实施例7：与实施例6的区别在于增粘剂制备时不加入苯乙烯-丁二烯共聚胶粉。

高强度混凝土的制备方法为：

步骤1），按配方所需重量份称取增粘剂、沸石、卵石在90°C下搅拌混合均匀，得到混合物1。

步骤2），将混合物1与按配方所需重量份称取水泥、复合型添加剂、水搅拌混合均匀,得到混合料A；

步骤2），混合料A和环氧树脂胶黏剂混合并搅拌均匀，得到高强度混凝土。

实施例8：与实施例6的区别在于聚乙烯醇树脂换为市售的氢化松香树脂。

实施例9：与实施例3的区别在于沸石进行表面处理，具体方法是：将沸石放入酸液中浸泡24h，酸液内含有浓度为80g/L硫酸和35g/L磷酸氢二钠。

实施例10：与实施例9的区别在于酸液中不含磷酸氢二钠。

实施例11：与实施例9的区别在于酸液中不含硫酸。

实施例12：与实施例3的区别在于卵石进行表面处理，具体方法是：将卵石放入浓度为100g/L的NaOH溶液中浸泡5min后捞出晾干。

实施例13：与实施例3的区别在于卵石进行表面处理，具体方法是：将卵石放入浓度为100g/L的HF溶液中浸泡10min后捞出晾干。

实施例14：与实施例3的区别在于卵石进行表面处理，具体方法是：将卵石放入浓度为100g/L的NaOH溶液中浸泡20min后捞出晾干。

实施例15：与实施例14的区别在于卵石放入乙腈与亚麻酸混合物的水溶液中浸泡2min，乙腈的浓度为60g/L，亚麻酸的浓度为20g/L，捞出晾干。

实施例16：与实施例15的区别在于卵石放入60g/L乙腈的水溶液中浸泡2min，捞出晾干。

实施例17：与实施例15的区别在于卵石放入20g/L亚麻酸的水溶液中浸泡2min，捞出晾干。

实施例18：与实施例3的区别在于：混凝土中还添加有重量份为25份的碳纤维。

实施例19：与实施例3的区别在于：混凝土中还添加有重量份为25份的玻璃纤维。

实施例20：与实施例3的区别在于：混凝土中还添加有重量份为10份碳纤维、15份的玻璃纤维。

对比例1：透水混凝土包括水泥470kg，卵石1300kg，水100kg，矿粉30kg，硅灰40kg，萘系减水剂4kg；卵石为4mm-6mm配级。

对比例2：与实施例3的区别在于：硅灰等量替代复合型添加剂。

对比例3：与实施例3的区别在于：矿渣粉等量替代复合型添加剂。

对比例4：与实施例3的区别在于：环氧树脂胶黏剂换为江苏靖江特种粘合剂有限公司产的 PU—50 型双组份无溶剂型聚氨酯胶黏剂。

对比例5：与实施例3的区别在于：用等量的卵石替代沸石。

对比例6：与实施例20的区别在于：用等量的卵石替代沸石。

对比例7：与实施例20的区别在于：用等量的卵石替代沸石。

性能检测试验

对实施例1-20与对比例1-7制备得到的高强度混凝土进行常规指标抗压强度、透水性性能测试。

抗压强度的测试标准：GB50081-2002普通混凝土力学性能试验方法。

透水性测试参照甘冰清的硕士论文《透水混凝土的配合比设计及其性能研究》中2.3.2节中的第二种方法进行。

具体测试结果见下表。

表1高强度混凝土常规指标测试结果

	28d抗压强度（MPa）	透水系数(cm/s)x10<sup>-2</sup>，15°C
			实施例1	32.6	6.4
实施例2	32.3	6.2
			实施例3	33.5	6.4
实施例4	38.8	6.6
			实施例5	38.7	6.4
实施例6	39.1	6.6
			实施例7	34.6	6.5
实施例8	35.7	6.4
			实施例9	34.6	7.4
实施例10	34.5	7.1
			实施例11	33.6	6.5
实施例12	37.3	6.6
			实施例13	37.6	6.7
实施例14	37.7	6.8
			实施例15	39.7	6.9
实施例16	38.1	6.8
			实施例17	37.7	6.7
实施例18	39.6	6.6
			实施例19	39.4	6.5
实施例20	39.8	6.4
			对比例1	24.7	4.3
对比例2	28.9	5.6
			对比例3	30.5	6.3
对比例4	31.1	6.4
			对比例5	33.7	6.0
对比例6	37.3	6.1
			对比例7	37.6	6.0

从表1可以看出：

结合实施例6和实施例4并结合表1可以看出，实施例6的抗压强度明显优于实施例3，聚乙烯醇树脂具有较好的粘黏性，其与苯乙烯-丁二烯共聚物胶粉遇水后形成的聚合乳液共同使用，具有增强抗压强度的协同效果，使增粘剂的粘黏效果显著提高。

结合实施例7、实施例8和实施例6并结合表1可以看出，苯乙烯-丁二烯共聚胶粉与聚乙烯醇树脂共同使用的抗压强度优于氢化松香树脂、苯乙烯-丁二烯共聚胶粉共同使用的抗压强度。

结合实施例3和实施例9并结合表1可以看出，实施例3透水能力明显优于实施例9，沸石浸泡在酸液后，使沸石内孔道疏通，同时还能破坏沸石内部结构，使孔道数目增加、孔内径增大，使本混凝土的透水效果增强。

结合实施例9、实施例10和实施例11并结合表1可以看出，磷酸氢二钠与硫酸具有协同作用，使沸石浸泡后疏通孔道或破坏沸石内部通道的效果更好，从而使本混凝土的透水效果增强。

结合实施例3和实施例14并结合表1可以看出，酸液能使卵石表面粗糙度增加，使水泥浆液更好附着在卵石表面，使卵石之间的粘连性提高，从而加强混凝的抗压强度。

结合实施例14与实施例15并结合表1可以看出，浸泡过第二处理液的卵石与环氧树脂胶黏剂的结合能力增强，进一步使卵石与水泥浆体的粘连性增强，提高混凝土的抗压强度。

结合实施例15-17并结合表1可以看出，亚麻酸与乙腈共同作用具有显著增强卵石与环氧树脂胶黏剂结合能力的作用，提高混凝土的抗压强度。

结合实施例18-20并结合表1可以看出，添加玻璃纤维、碳纤维使混凝土的抗压强度显著提高，玻璃纤维、碳纤维能在混凝土内部形成网状结构，网状结构增强混凝土的抗压强度。

结合对比例1与实施例3并结合表1可以看出，本高强度混凝土的抗压强度与透水性能优于一般普通的透水混凝土。

结合实施例3和对比例2-3并结合表1可以看出，混凝土通过添加复合型填料作为填料，使混凝土具有较好的抗压强度。

结合实施例3和对比例4并结合表1可以看出，与聚氨酯胶黏剂相比，环氧树脂胶黏剂对提高混凝土的抗压强度的效果较好，环氧树脂胶黏剂固化后的体系正具有多种基相基团，使水泥浆对卵石、沸石的结合力较好，从而增强本混凝土的抗压强度。

结合实施例3和对比例5并结合表1可以看出，加入沸石使混凝土透水性能增强，沸石内部有较多孔道，使本混凝土具有较好的透水性能。

结合实施例20和对比例6、对比例7并结合表1可以看出，沸石具较高的比表面积，提高了增强纤维的附着性，使增强纤维能在混凝土内形成更加牢固的网状结构，从而提高混凝土的抗压强度。

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 (8)

1.一种高强度混凝土，其特征在于，由包含以下重量份的原料制成：

水泥78-86份；

环氧树脂胶黏剂3-4份；

复合型添加剂16-22份；

卵石282-324份；

沸石15-26份；

水35-55份；

所述复合型添加剂包括超细粉煤灰、矿渣粉、硅灰、锂渣和增稠剂，所述超细粉煤灰、矿渣粉、硅灰、锂渣和增稠剂的质量比为（55-62）：（6-15）：（7-12）：（18-20）：（0.5-1）。

2.根据权利要求1所述的一种高强度混凝土，其特征在于：还包括重量份为3-5份的增粘剂，所述增粘剂的制备方法如下：

步骤1），将4-6份苯乙烯-丁二烯共聚胶粉掺入10-12份水中，搅拌均匀后形成聚合乳液；

步骤2），将步骤1）的得到的聚合乳液边搅拌边掺入2-5份聚乙烯醇树脂，搅拌均匀后得到增粘剂。

3.根据权利要求1所述的一种高强度混凝土，其特征在于：所述沸石进行表面处理，具体方法是：将所述沸石放入酸液中浸泡24h，所述酸液包括浓度为80-100g/L硫酸和35-40g/L磷酸氢二钠。

4.根据权利要求1所述的一种高强度混凝土，其特征在于：所述卵石需进行表面处理，具体方法是：将所述卵石放入第一处理液中浸泡5-20min后捞出晾干，所述第一处理液为NaOH溶液或HF溶液。

5.根据权利要求4所述的一种高强度混凝土，其特征在于：将经过第一处理液处理后的卵石放入第二处理液中浸泡2min，捞出晾干，所述第二处理液为乙腈和亚麻酸的混合水溶液。

6.根据权利要求1所述的一种高强度混凝土，其特征在于：所述增稠剂为聚氧化乙烯。

7.根据权利要求1所述的一种高强度混凝土，其特征在于：还包括重量份为20-30份的增强纤维，所述增强纤维包括碳纤维、玻璃纤维其中的一种或两种。

8.权利要求1-7任一项所述的高强度混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1），按配方所需重量份称取水泥、复合型添加剂、沸石、卵石、水搅拌混合均匀,得到混合料A；

步骤2），混合料A和环氧树脂胶黏剂混合并搅拌均匀，得到高强度混凝土。