CN112456922B - 一种整体疏水自密实橡胶混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种整体疏水自密实橡胶混凝土及其制备方法，所述整体疏水自密实橡胶混凝土的制备方法包括：1)按比例将水泥、粉煤灰、砂、橡胶骨料混合搅拌，得到干燥混合料；2)按比例将水、减水剂和硅烷基混合溶液搅拌，得到均质混合溶液；3)将干燥混合料与均质混合溶液混合搅拌，得到水泥基混合物；4)将水泥基混合物进行硬化、干燥。本发明提供的方法使得硬化后的混凝土材料具有优异的延展性、表面疏水性、抗渗性和抗氯离子侵蚀性；该新型材料生产制备步骤简单、进度快，不用振捣便能将复杂空间填充密实。

Description

一种整体疏水自密实橡胶混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及水利与建筑工程材料领域，尤其涉及一种整体疏水自密实橡胶混凝土及其制备方法。
背景技术
自密实混凝土自上世纪八十年代被首次提出以来凭借其流动性强、抗离析性能优异和施工免振捣的独特优势已被广泛应用于工程建设领域。但是自密实混凝土硬化后通常具有刚度大、脆性强的特点，且在硬化初期容易产生裂缝，从而不利于结构的耐久性和安全性。将废旧轮胎破碎成颗粒掺加到混凝土中不仅可以有效降低混凝土硬化后的刚度和脆性、提升其耐久性，还为大量废旧轮胎的无害化处理提供了一种新思路。此外，由于混凝土材料在硬化后具有多孔性和表面亲水性，外界水很容易进入混凝土内部的孔隙，从而造成寒冷地区的混凝土结构容易受到冻胀损害；同时外界水中通常携带多种侵蚀离子，例如氯离子、硫酸根离子等，这很容易造成混凝土及内部钢筋受到外界离子侵蚀从而严重威胁结构的耐久性和使用寿命。传统自密实混凝土硬化后存在的上述问题是目前业界亟待解决的重要课题。
发明内容
本发明实施例提供一种整体疏水自密实橡胶混凝土的制备方法，本发明提供的方法使得硬化后的混凝土材料具有优异的延展性、表面疏水性、抗渗性和抗氯离子侵蚀性；该新型材料生产制备步骤简单、进度快，不用振捣便能将复杂空间填充密实。
本发明实施例提供一种整体疏水自密实橡胶混凝土的制备方法，所述制备方法包括：
1)按比例将水泥、粉煤灰、砂、橡胶骨料混合搅拌，得到干燥混合料；
2)按比例将水、减水剂和硅烷基混合溶液搅拌，得到均质混合溶液；
3)将所述干燥混合料与所述均质混合溶液混合搅拌，得到水泥基混合物；
4)将所述水泥基混合物进行硬化、干燥。本发明中，在自密实混凝土中掺加了一定体积的橡胶骨料和硅烷基混合溶液，能使硬化后的混凝土材料具有优异的延展性、表面疏水性、抗渗性和抗氯离子侵蚀性。此外，由于该新型材料生产制备步骤简单并且在停止搅拌后的一定时间内，具有较好的自密实性和抗离析性，在实际工程应用中可以不用振捣便能将复杂空间填充密实，从而大大简化施工步骤，加快施工进度，具有很好的推广应用前景。
根据本发明实施例提供的一种整体疏水自密实橡胶混凝土的制备方法，步骤1)中，所述整体疏水自密实橡胶混凝土中用橡胶骨料等体积取代砂子体积的10％；和/或，所述砂和所述橡胶骨料的粒径为0.15～4.75mm，细度模数为2.8～3.0。
根据本发明实施例提供的一种整体疏水自密实橡胶混凝土的制备方法，步骤1)中，搅拌转速为135～145r/min，搅拌时间为30～60s。
根据本发明实施例提供的一种整体疏水自密实橡胶混凝土的制备方法，步骤2)中，手动搅拌30～60s，搅拌的温度为20±2℃。
根据本发明实施例提供的一种整体疏水自密实橡胶混凝土的制备方法，步骤3)中，所述干燥混合料进行低速搅拌，加入所述均质混合溶液，进行高速搅拌，然后静置，进行二次高速搅拌，得到水泥基混合物；优选的，所述低速搅拌的时间为60～100s优选60s；在3～5s内加入所述均质混合溶液；所述高速搅拌的时间为20～50s优选30s；所述静置的时间为80～120s优选90s；所述二次高速搅拌的时间为50～70s优选60s；所述低速搅拌的转速为135～145r/min；所述高速搅拌和所述二次高速搅拌的转速为275～295r/min。
根据本发明实施例提供的一种整体疏水自密实橡胶混凝土的制备方法，步骤3)中，所述水泥基混合物的坍落扩展度为240～300mm；V型漏斗通过时间为6～10s；优选的，还包括使用流动度测定仪和V型漏斗检测所述水泥基混合物的自密实性能的步骤。
本发明中，通过采用上述掺加橡胶颗粒和硅烷基混合溶液处理，能够提升普通混凝土的韧性和延展性，并且能够增强普通混凝土的疏水性、抗渗性和耐腐蚀性，从而提高混凝土材料的耐久性和使用寿命；同时在上述特定制备工艺及参数的处理下各项性能更优异。
根据本发明实施例提供的一种整体疏水自密实橡胶混凝土的制备方法，所述整体疏水自密实橡胶混凝土在硬化24h前，防止雨淋和暴晒。
本发明实施例提供一种整体疏水自密实橡胶混凝土的制备方法，所述制备方法包括：
1)将称量好的水泥、粉煤灰、砂、橡胶骨料在水泥胶砂搅拌机中低速搅拌30～60s，直至混合均匀，得干燥混合料；
2)将称量好的水、减水剂和硅烷基混合溶液倒入烧杯中，在20±2℃下手动搅拌30～60s，直至混合均匀，得均质混合溶液；
3)使用水泥胶砂搅拌机继续低速搅拌所述干燥混合料60s，然后在5s内将均质混合溶液倒入；高速搅拌30s，静置90s；然后高速搅拌60s，得水泥基混合物；
4)使用流动度测定仪和V型漏斗检测所述水泥基混合物的自密实性能；
5)将自密实性能满足要求的水泥基混合物加入模具中并在温度20±2℃室内放置硬化，自然干燥，即得整体疏水自密实橡胶混凝土。
本发明实施例还提供一种整体疏水自密实橡胶混凝土，由所述整体疏水自密实橡胶混凝土的制备方法得到。
根据本发明实施例提供的一种整体疏水自密实橡胶混凝土，所述整体疏水自密实橡胶混凝土的原材料组分中，水泥:粉煤灰:砂:橡胶骨料:减水剂:水:硅烷基混合溶液的质量比为580～600：200～240：1050～1100：45～55：5.5～6.5：200～255：15～90；优选为595：230：1085：50：5.80：200～240：16.5～82.6。
根据本发明实施例提供的一种整体疏水自密实橡胶混凝土，所述减水剂为聚羧酸型高效减水剂，其固含量为20～40％优选20％，掺量为粉体材料总质量的0.5～1.0％优选0.7％；和/或，所述疏水改性剂为硅烷基混合溶液；优选的，所述硅烷基混合溶液有效成分为辛基三乙氧基硅烷，固含量为35～45％优选40％，掺量为粉体材料总质量的2～10％。
根据本发明实施例提供的一种整体疏水自密实橡胶混凝土，所述水泥为标号42.5的普通硅酸盐水泥，表观密度为2.8～3.2g/cm3优选3.1g/cm3；和/或，所述粉煤灰为表观密度2.0～2.5g/cm3的一级粉煤灰；所述水泥占粉体体积的60～70％优选65％，所述粉煤灰占粉体体积的30～40％优选35％。
根据本发明实施例提供的一种整体疏水自密实橡胶混凝土，所述砂为粒径0.15～4.75mm连续级配的标准砂，细度模数为2.8～3.0优选2.9，表观密度为2.5～3.0g/cm3优选2.8g/cm3；和/或，所述橡胶骨料由废弃轮胎破碎加工制成；优选的，所述橡胶骨料的粒径为0.15～4.75mm且级配连续，细度模数为2.8～3.0优选2.9，表观密度为0.9～1.2g/cm3优选1.12g/cm3。
本发明中，通过采用上述配比的各原材料相互配合能够获得各性能优异的整体疏水自密实橡胶混凝土。
根据本发明实施例提供的一种整体疏水自密实橡胶混凝土，所述整体疏水自密实橡胶混凝土应用于整体疏水自密实橡胶钢筋混凝土。
本发明的有益效果至少在于：
1、表面疏水性、抗渗性、抗氯离子侵蚀能力强。本发明所提出的整体疏水自密实橡胶混凝土产品中用橡胶骨料取代部分体积的砂子，并且在制备过程中加入一定份数的硅烷基混合溶液，使得混凝土在硬化后具有较强的表面疏水性、抗渗性和抗氯离子侵蚀能力。
2、制备和施工步骤简单。在制备过程中，只需将橡胶骨料和硅烷基混合溶液加入并搅拌均匀即可，并且该混凝土材料具有较强的流动性和抗离析性，无需人工振捣即可将复杂空间填充密实，施工过程简单易操作。
3、材料使用寿命延长。本发明中使用的整体疏水自密实橡胶混凝土产品相比于常规混凝土具有较强的延展性、表面疏水性、抗渗性和抗氯离子侵蚀性，从而延长材料的使用寿命。
4、生态环保。本发明中将废弃轮胎加工成橡胶骨料用来取代自然砂，从而可以有效减少废弃轮胎堆积、填埋、焚烧对生态环境造成的污染以及对自然砂资源的过度消耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种整体疏水自密实橡胶混凝土的制备流程图；
图2为本发明实施例中所用流动度测定仪(a)和V型漏斗(b)图片；
图3为本发明实施例中制备的整体疏水自密实橡胶混凝土；
图4为本发明实施例中制备的整体疏水自密实橡胶混凝土表面上水滴形貌图；
图5为本发明实施例中整体疏水自密实橡胶混凝土试样与普通混凝土试件电化学加速腐蚀60分钟的钢筋形貌图；其中，普通混凝土试件(左)，整体疏水自密实橡胶混凝土试样(右)。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。
实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。
在本发明以下实施例中，所用水泥为标号42.5的普通硅酸盐水泥，表观密度为3.1g/cm3；粉煤灰为表观密度2.2g/cm3的一级粉煤灰；其中水泥占粉体体积的65％，粉煤灰占粉体体积的35％。砂为粒径0.15～4.75mm连续级配的标准砂，细度模数为2.9，表观密度为2.8g/cm3；橡胶骨料粒径为0.15～4.75mm且级配连续，细度模数为2.9，表观密度为1.12g/cm3，是由废弃轮胎破碎加工制成。实施例中整体疏水自密实橡胶混凝土中用橡胶骨料等体积取代砂子体积的10％。所用水是静置24h的自来水；所用减水剂为聚羧酸型高效减水剂，固含量为20％，优选掺量为粉体材料总质量的0.7％；疏水改性剂为硅烷基混合溶液，所用硅烷基混合溶液中有效疏水成分为辛基三乙氧基硅烷，固含量为40％，掺量为粉体材料总质量的2％～10％。整体疏水自密实橡胶混凝土在硬化24h前，防止雨淋和暴晒。
实施例1
本实施例提供一种整体疏水自密实橡胶混凝土，整体疏水自密实橡胶混凝土中原材料组分的质量比为水泥：粉煤灰：砂：橡胶骨料：减水剂：水：硅烷基混合溶液＝595:230:1085:50:5.80:240:16.50；本实施例中减水剂成分包括100质量份的水、100质量份的减水剂和0.30质量份的消泡剂。
如图1所示，本实施例提供的整体疏水自密实橡胶混凝土制备方法包括如下步骤：
1)将称量好的水泥、粉煤灰、砂、橡胶骨料在水泥胶砂搅拌机中以140r/min的转速低速搅拌30～60s，直至混合均匀，得干燥混合料；
2)将称量好的水、减水剂和硅烷基混合溶液倒入烧杯中，在20±2℃下手动搅拌30～60s，直至混合均匀，得均质混合溶液；
3)使用水泥胶砂搅拌机继续低速搅拌所述干燥混合料60s，然后在5s内将均质混合溶液倒入；以285r/min的转速高速搅拌30s，静置90s；然后以285r/min的转速高速搅拌60s，得水泥基混合物；
4)使用流动度测定仪和V型漏斗(所用流动度测定仪a和V型漏斗b如图2所示)检测所述水泥基混合物的自密实性能；自密实性能是坍落扩展度为240～300mm，V型漏斗时间为6～10s。
5)将自密实性能满足要求的水泥基混合物加入模具中并在温度20±2℃室内放置硬化，自然干燥，即得整体疏水自密实橡胶混凝土。
对上述制备的整体疏水自密实橡胶混凝土和普通混凝土进行电化学加速腐蚀试验，将预先使用质量分数为3.5％的氯化钠溶液浸泡24h的整体疏水自密实橡胶混凝土试样和普通混凝土试样浸入质量分数为3.5％的氯化钠溶液中作为阳极，施加26V恒定电压，电解腐蚀60min。试验结束后发现普通混凝土内部包裹的钢筋表面严重腐蚀，而整体疏水自密实橡胶混凝土内部包裹的钢筋表面无任何腐蚀发生。
实施例2
本实施例的整体疏水自密实橡胶混凝土采用实施例1的方法制备，区别在于：整体疏水自密实橡胶混凝土中原材料组分的质量比为水泥：粉煤灰：砂：橡胶骨料：减水剂：水：硅烷基混合溶液＝595:230:1085:50:5.80:230:33.00；本实施例中减水剂成分包括100质量份的水、100质量份的减水剂和0.30质量份的消泡剂。
对上述制备的整体疏水自密实橡胶混凝土和普通混凝土进行电化学加速腐蚀试验，将预先使用质量分数为3.5％的氯化钠溶液浸泡24h的整体疏水自密实橡胶混凝土试样和普通混凝土试样浸入质量分数为3.5％的氯化钠溶液中作为阳极，施加26V恒定电压，电解腐蚀60min。试验结束后发现普通混凝土内部包裹的钢筋表面严重腐蚀，而整体疏水自密实橡胶混凝土内部包裹的钢筋表面无任何腐蚀发生。
实施例3
本实施例提供的整体疏水自密实橡胶混凝土采用实施例1的方法制备，区别在于：整体疏水自密实橡胶混凝土中原材料组分的质量比为水泥：粉煤灰：砂：橡胶骨料：减水剂：水：硅烷基混合溶液＝595:230:1085:50:5.80:220:49.60；本实施例中减水剂成分包括100质量份的水、100质量份的减水剂和0.30质量份的消泡剂。
对上述制备的整体疏水自密实橡胶混凝土和普通混凝土进行电化学加速腐蚀试验，将预先使用质量分数为3.5％的氯化钠溶液浸泡24h的整体疏水自密实橡胶混凝土试样和普通混凝土试样浸入质量分数为3.5％的氯化钠溶液中作为阳极，施加26V恒定电压，电解腐蚀60min。试验结束后发现普通混凝土内部包裹的钢筋表面严重腐蚀，而整体疏水自密实橡胶混凝土内部包裹的钢筋表面无任何腐蚀发生。
实施例4
本实施例提供的整体疏水自密实橡胶混凝土采用实施例1的方法制备，区别在于：整体疏水自密实橡胶混凝土中原材料组分的质量比为水泥：粉煤灰：砂：橡胶骨料：减水剂：水：硅烷基混合溶液＝595:230:1085:50:5.80:210:66.10；本实施例中减水剂成分包括100质量份的水、100质量份的减水剂和0.30质量份的消泡剂。
对上述制备的整体疏水自密实橡胶混凝土和普通混凝土进行电化学加速腐蚀试验，将预先使用质量分数为3.5％的氯化钠溶液浸泡24h的整体疏水自密实橡胶混凝土试样和普通混凝土试样浸入质量分数为3.5％的氯化钠溶液中作为阳极，施加26V恒定电压，电解腐蚀60min。试验结束后发现普通混凝土内部包裹的钢筋表面严重腐蚀，而整体疏水自密实橡胶混凝土内部包裹的钢筋表面无任何腐蚀发生。
实施例5
本实施例提供的整体疏水自密实橡胶混凝土采用实施例1的方法制备，区别在于：整体疏水自密实橡胶混凝土中原材料组分的质量比为水泥：粉煤灰：砂：橡胶骨料：减水剂：水：硅烷基混合溶液＝595:230:1085:50:5.80:200:82.60；本实施例中减水剂成分包括100质量份的水、100质量份的减水剂和0.30质量份的消泡剂。
对上述制备的整体疏水自密实橡胶混凝土和普通混凝土进行电化学加速腐蚀试验，将预先使用质量分数为3.5％的氯化钠溶液浸泡24h的整体疏水自密实橡胶混凝土试样和普通混凝土试样浸入质量分数为3.5％的氯化钠溶液中作为阳极，施加26V恒定电压，电解腐蚀60min。试验结束后发现普通混凝土内部包裹的钢筋表面严重腐蚀，而整体疏水自密实橡胶混凝土内部包裹的钢筋表面无任何腐蚀发生。
如图3-图4所示为本发明实施例中制备的整体疏水自密实橡胶混凝土及其表面上水滴形貌图；图5为实施例1中整体疏水自密实橡胶混凝土试样与普通混凝土试件电化学加速腐蚀60分钟的钢筋形貌图；其中，普通混凝土试件(左)，整体疏水自密实橡胶混凝土试样(右)。实施例1-5的实施结果如下表所示：
表1流动性能试验
项目 坍落扩展度(mm) V型漏斗通过时间(s)
实施例1 250 7.6
实施例2 255 7.6
实施例3 270 7.5
实施例4 280 7.1
实施例5 290 7.1
表2表面接触角试验：
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
表面接触角 126.3 128.8 129.6 129.8 131.4
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种整体疏水自密实橡胶混凝土的制备方法，其特征在于，包括：
1)按比例将水泥、粉煤灰、砂、橡胶骨料混合搅拌，得到干燥混合料；
2)按比例将水、减水剂和硅烷基混合溶液搅拌，得到均质混合溶液；
3)将所述干燥混合料与所述均质混合溶液混合搅拌，得到水泥基混合物；
4)将所述水泥基混合物进行硬化、干燥；
所述整体疏水自密实橡胶混凝土中用橡胶骨料等体积取代砂子体积的10％；所述砂的粒径为0.15～4.75mm，细度模数为2.8～3.0；所述橡胶骨料的粒径为0.15～4.75mm且级配连续，细度模数为2.8～3.0，表观密度为0.9～1.2g/cm3；所述硅烷基混合溶液有效成分为辛基三乙氧基硅烷，固含量为35～45％；所述整体疏水自密实橡胶混凝土的原材料组分中，水泥:粉煤灰:砂:橡胶骨料:减水剂:水:硅烷基混合溶液的质量比为595：230：1085：50：5.80：200～240：16.5～82.6，所述减水剂为聚羧酸型高效减水剂，其固含量为20～40％；所述水泥为标号42.5的普通硅酸盐水泥，表观密度为2.8～3.2g/cm3；所述粉煤灰为表观密度2.0～2.5g/cm3的一级粉煤灰；
步骤1)中，搅拌转速为135～145r/min，搅拌时间为30～60s；步骤2)中，手动搅拌30～60s，搅拌的温度为20±2℃；步骤3)中，所述干燥混合料进行低速搅拌，加入所述均质混合溶液，进行高速搅拌，然后静置，进行二次高速搅拌，得到水泥基混合物；所述低速搅拌的时间为60s；在3～5s内加入所述均质混合溶液；所述高速搅拌的时间为30s；所述静置的时间为90s；所述二次高速搅拌的时间为60s；所述低速搅拌的转速为135～145r/min；所述高速搅拌和所述二次高速搅拌的转速为275～295r/min；步骤3)中，所述水泥基混合物的坍落扩展度为240～300mm；V型漏斗通过时间为6～10s；还包括使用流动度测定仪和V型漏斗检测所述水泥基混合物的自密实性能的步骤。
2.一种整体疏水自密实橡胶混凝土，其特征在于，由权利要求1所述整体疏水自密实橡胶混凝土的制备方法得到。
3.根据权利要求2所述的整体疏水自密实橡胶混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸型高效减水剂，其固含量为20％，掺量为粉体材料总质量的0.7％；和/或，所述硅烷基混合溶液有效成分为辛基三乙氧基硅烷，固含量为40％，掺量为粉体材料总质量的2～10％。
4.根据权利要求2所述的整体疏水自密实橡胶混凝土，其特征在于，所述水泥的表观密度为3.1g/cm3。
5.根据权利要求3所述的整体疏水自密实橡胶混凝土，其特征在于，所述砂为粒径0.15～4.75mm连续级配的标准砂，细度模数为2.9，表观密度为2.8g/cm3；所述橡胶骨料由废弃轮胎破碎加工制成；所述橡胶骨料的细度模数为2.9，表观密度为1.12g/cm3。
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