CN112500079A - 一种耐用型改性绿色混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及混凝土的领域，具体公开了一种耐用型改性绿色混凝土，其特征在于，由包含以下重量份的原料制成：水泥、河沙、混凝土废料、填充剂、水、增强剂、碎石骨料、改性芳纶纤维丝。一种耐用型改性绿色混凝土的制备方法如下：S1，称取水泥、水搅拌混合均匀，得到混合料A；S2，混合料中加入混凝土废料、河沙、碎石骨料，得到混合料B；S3，在混合料B中加入填充剂、增强剂、改性芳纶纤维丝搅拌混合均匀。本申请的耐用型改性绿色混凝土通过添加混凝土废料，减少废料产生，绿色环保；通过加入改性芳纶纤维丝，使混凝土具有较好的抗压强度与劈裂抗拉强度，同时还具有较好的耐腐蚀能力。

Description

一种耐用型改性绿色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，它涉及一种耐用型改性绿色混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土建筑物常年受到各种腐蚀介质的侵蚀，导致结构强度下降，无法达到使用期限的要求，许多建筑物都需要修补或拆除，而在拆除建筑废料中大部分混凝土废料是可以再生利用的，将拆除下来的建筑废料进行分选，得到的混凝土废料可作为骨料用于新建筑物的重建上，不仅能够根本上解决大部分建筑废料的处理问题，同时减少运输量和天然骨料使用量造。

混凝土废料其本身经过较长时间的腐蚀，其自身的硬度、抗压强度、耐腐蚀能力出现大幅度下降，导致将混凝土废料作为部分骨料生成的新的的混凝土结构的耐腐蚀性能和抗压强度较差。

发明内容

为了改善将混凝土废料作为部分骨料制备得到的混凝土抗压强度较差的问题，本申请提供一种耐用型改性绿色混凝土及其制备方法。

本申请提供的一种耐用型改性绿色混凝土及其制备方法，采用如下的技术方案：

第一方面，本申请提供一种耐用型改性绿色混凝土，采用如下的技术方案：

一种耐用型改性绿色混凝土及其制备方法，由包含以下重量份的原料制成：

水泥130-140份；

河沙330-350份；

混凝土废料200-250份

填充剂35-45份；

水80-90份；

增强剂12-16份；

碎石骨料200-250份；

改性芳纶纤维丝30-40份；

所述改性芳纶纤维丝的长度为0.3-0.7mm，所述改性芳纶纤维丝的制备方法如下：

S1，按重量份计，称取50-60份纳米陶瓷粉放置于40-50份浓度为1.5-1.8g/L的硝酸钠溶液中搅拌均匀，得到混合液；

S2，将30-40份芳纶纤维丝放入混合液中搅拌均匀，边搅拌边蒸干，冷却，得到改性芳纶纤维丝。

通过采用上述技术方案，将混凝土废料作为本绿色混凝土的原料之一，可有效缓解混凝土废料的处理问题，减少废料处理经费，同时还能减少新骨料的添加，节约成本、节约资源。

长度为0.3-0.7mm的改性芳纶纤维丝具有较好的韧性同时也具有较短的弯折力臂，使其弯折所需的力量较大，通过添加改性芳纶纤维丝，改性芳纶纤维丝将混凝土内部结构联系更加紧密，提高混凝土的韧性，同时也保证混凝土的抗压强度。

纳米陶瓷粉的具有较好的耐腐蚀能力，以硝酸钠为诱导剂，将纳米陶瓷附着于芳纶纤维丝的表面，提高芳纶纤维丝的耐腐蚀性能，混凝土经长时间腐蚀后，其内部的改性芳纶纤维丝对混凝土内部结构仍具有较好的作用力，使混凝土不易发生脱落，从而提高混凝土的耐腐蚀性能、耐用性。

可选的，改性芳纶纤维丝的制备方法还包括S4，所述S4的操作方法如下：将改性芳纶丝经过紫外辐照改性，紫外波长为250-255nm。

通过采用上述技术方案，通过紫外波长照射，使改性芳纶纤维丝表面自由基增多，使改性芳纶纤维丝与混凝土体系的结合能力提高，从而增强混凝土的抗压强度。

可选的，还包括4-8份的2，3-吡嗪二羧酸。

通过上述方案，2，3-吡嗪二羧酸中的两个羧酸基团分别与混凝土体系内的羟基、改性芳纶纤维丝表面的活性基团进行接枝，使芳纶纤维丝与混凝土体系的结合能力进一步提高，使混凝土受到外力时，芳纶纤维丝不易因弹性模量不一致而脱离混凝土，使芳纶纤维丝仍作用于混凝土上并提高混凝土的抗压强度。

可选的，所述增强剂为羧酸丁苯胶乳。

通过上述技术方案，羧酸丁苯胶乳，其具有较高的粘结力和结膜强度，同时提高混凝土体系内部的结合能力，使混凝土抗压强度提高。

可选的，所述混凝土废料经过改性，改性方法如下：

S1，改性处理液的制备，将5-9份正硅酸乙酯、4-6份四丙基氢氧化铵、30-36份乙醇混合均匀，得到改性处理液；

S2，改性处理：将混凝土废料浸泡于改性处理液中捞出，在180℃下烘烤4-5h，冷却后得到改性混凝土废料。

通过上述技术方案，正硅酸乙酯、四丙基氢氧化铵为成膜剂，在改性混凝土废料表面形成一层致密的保护膜，保护混凝土废料外表面不受外部的腐蚀。保护膜能有效防止混凝土废料被继续腐蚀，导致混凝土体系中腐蚀程度不一致，建筑物出现局部坍塌的问题。

可选的，所述填充剂选自粉煤灰、矿渣的一种或两种。

通过上述技术方案，填充剂填充于混凝土体系中，在混凝土内部的碱性环境中，矿渣粉能与水泥的水化产物Ca(0H)₂发生“二次水化反应”，而且能促进水泥进一步水化生成更多的C-S-H凝胶，改善了混凝土微观结构，降低水泥浆体的孔隙率，提高了集料界面粘结力，使混凝土的物理力学性能大大提高，从而提高混凝土的抗压强度。

粉煤灰填充于混凝土中使减轻混凝土重量较轻，同时还能降低水泥浆体的孔隙率，提高混凝土的抗压强度。

可选的，所述碎石骨料包括碎石、瓜子片，碎石与瓜子片的重量比为6:1。

通过上述技术方案，碎石骨料在建筑物中起骨架和支撑作用，通过水泥将碎石骨料粘结，从而修建成建筑物。

瓜子片具有片状结构，瓜子片无规则排列在混凝土中并将混凝土进行支撑，使混凝土层不易被折断，使混凝土横向、纵向的均具有较好的抗压能力。

第二方面，本申请提供一种耐用型改性绿色混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：

一种耐用型改性绿色混凝土的制备方法，其制备方法如下：

S1，按配方所需重量份称取水泥、水搅拌混合均匀，得到混合料A；

S2，混合料中加入所需重量份的混凝土废料、河沙、碎石骨料，得到混合料B；

S3，在混合料B中按所需重量份加入填充剂、增强剂、改性芳纶纤维丝、2，3-吡嗪二羧酸搅拌混合均匀，得到混凝土。

通过采用上述技术方案，得到本耐用型改性绿色混凝土。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、通过添加芳纶丝纤维，提高了混凝土的韧性与抗压强度。

2、通过将芳纶丝纤维进行改性，使混凝土的耐用长久性能提高。

3、通过添加2，3-吡嗪二羧酸，其分别与混凝土体系、改性芳纶纤维丝进行接枝，进而提高混凝土的抗压强度。

5、通过将混凝土废料进行改性，使提高混凝土废料的耐腐蚀能力。

4、通过将混凝土废料添加至混凝土中，利用废弃资源，减少废料产生，绿色环保。

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。

水泥为广州石井水泥公司出售的南方水泥42.5R。河沙的粒径小于10mm。混凝土废料经建筑废料经破碎、过筛得到，混凝土废料的粒径小于30mm。碎石骨料为碎石、瓜子片的共混物，碎石与瓜子片的重量比为6:1，其中碎石包括5-31.5mm级配的第一碎石料、5-25mm级配的第二碎石料，第一碎石料、第二碎石料的重量比为1:1，瓜子片的级配为5-16mm。羧酸丁苯胶乳为佛山市昭景环保科技有限公司出售的巴斯夫SD516羧基丁苯胶乳。芳纶纤维丝为泰安瑞亿盛维合成材料有限公司出售，将芳纶纤维丝整理并剪切制成长度为0.1mm、0.3mm、0.5mm、0.7mm、1.0mm的芳纶纤维丝。2，3-吡嗪二羧酸为广州嘉源化工有限公司出售，型号为89-10-0。填充剂选自粉煤灰、矿渣中的一种或两种，本实施例中为粉煤灰、矿渣的混合物，且粉煤灰、矿渣的的重量比为1:7。

制备例

制备例1：

改性纤维丝的制备：

S1，按重量份计，称取50份纳米陶瓷粉放置于40份浓度为1.5g/L的硝酸钠溶液中搅拌均匀，得到混合液；

S2，将30份芳纶纤维丝放入混合液中搅拌均匀，边搅拌边蒸干，搅拌速率为200r/min，搅拌温度为80℃，冷却，得到改性芳纶纤维丝。

制备例2

改性纤维丝的制备：

S1，按重量份计，称取60份纳米陶瓷粉放置于50份浓度为1.8g/L的硝酸钠溶液中搅拌均匀，得到混合液；

S2，将40份芳纶纤维丝放入混合液中搅拌均匀，边搅拌边蒸干，搅拌速率为200r/min，搅拌温度为80℃，冷却，得到改性芳纶纤维丝。

制备例3：

改性纤维丝的制备：

S1，按重量份计，称取55份纳米陶瓷粉放置于45份浓度为1.6g/L的硝酸钠溶液中搅拌均匀，得到混合液；

S2，将35份芳纶纤维丝放入混合液中搅拌均匀，边搅拌边蒸干，搅拌速率为200r/min，搅拌温度为80℃，冷却，得到改性芳纶纤维丝。

制备例4：

改性混凝土废料的制备：

S1，改性处理液的制备，将5份正硅酸乙酯、4份四丙基氢氧化铵、30份乙醇混合均匀，得到改性处理液；

S2，改性处理：将混凝土废料浸泡于改性处理液中捞出，浸泡时间为2min，捞出后在180℃下烘烤4h，冷却，得到改性混凝土废料。

制备例5：

改性混凝土废料的制备：

S1，改性处理液的制备，将9份正硅酸乙酯、6份四丙基氢氧化铵、36份乙醇混合均匀，得到改性处理液；

S2，改性处理：将混凝土废料浸泡于改性处理液中捞出，浸泡时间为2min，捞出后在180℃下烘烤5h，冷却，得到改性混凝土废料。

制备例6：

改性混凝土废料的制备：

S1，改性处理液的制备，将7份正硅酸乙酯、5份四丙基氢氧化铵、33份乙醇混合均匀，得到改性处理液；

S2，改性处理：将混凝土废料浸泡于改性处理液中捞出，浸泡时间为2min，捞出后在180℃下烘烤4.5h，冷却，得到改性混凝土废料。

实施例

实施例1：

一种耐用型改性绿色混凝土，由包含以下重量份的原料制成：

水泥130份；

河沙330份；

混凝土废料200份

填充剂35份；

水80份；

羧酸丁苯胶乳12份；

碎石骨料200份；

改性芳纶纤维丝30份，改性芳纶纤维丝由制备例1制得。

一种耐用型改性绿色混凝土的制备方法如下：

S1，按配方所需重量份称取水泥、水搅拌混合均匀，搅拌速率为500r/min，搅拌时间为10min，得到混合料A；

S2，混合料中加入所需重量份的混凝土废料、河沙、碎石骨料搅拌混合均匀，搅拌速率为100r/min，搅拌时间为10min，得到混合料B；

S3，在混合料B中按所需重量份加入填充剂、羧酸丁苯胶乳、改性芳纶纤维丝搅拌混合均匀，搅拌速率为100r/min，搅拌时间为10min，得到混凝土。

实施例2：

一种耐用型改性绿色混凝土，由包含以下重量份的原料制成：

水泥140份；

河沙350份；

混凝土废料250份

填充剂45份；

水90份；

羧酸丁苯胶乳16份；

碎石骨料250份；

改性芳纶纤维丝40份，改性芳纶纤维丝由制备例2制得。

一种耐用型改性绿色混凝土的制备方法如下：

S1，按配方所需重量份称取水泥、水搅拌混合均匀，搅拌速率为500r/min，搅拌时间为10min，得到混合料A；

S2，混合料中加入所需重量份的混凝土废料、河沙、碎石骨料搅拌混合均匀，搅拌速率为100r/min，搅拌时间为10min，得到混合料B；

S3，在混合料B中按所需重量份加入填充剂、羧酸丁苯胶乳、改性芳纶纤维丝搅拌混合均匀，搅拌速率为100r/min，搅拌时间为10min，得到混凝土。

实施例3

一种耐用型改性绿色混凝土，由包含以下重量份的原料制成：

水泥135份；

河沙340份；

混凝土废料225份

填充剂40份；

水85份；

羧酸丁苯胶乳14份；

碎石骨料225份；

改性芳纶纤维丝35份，改性芳纶纤维丝由制备例3制得。

一种耐用型改性绿色混凝土的制备方法如下：

S1，按配方所需重量份称取水泥、水搅拌混合均匀，搅拌速率为500r/min，搅拌时间为10min，得到混合料A；

S2，混合料中加入所需重量份的混凝土废料、河沙、碎石骨料搅拌混合均匀，搅拌速率为100r/min，搅拌时间为10min，得到混合料B；

S3，在混合料B中按所需重量份加入填充剂、羧酸丁苯胶乳、改性芳纶纤维丝搅拌混合均匀，搅拌速率为100r/min，搅拌时间为10min，得到混凝土。

实施例4：

与实施例3的区别在于，改性芳纶纤维丝的制备方法还包括S4，S4的操作方法如下：将改性芳纶丝经过紫外辐照改性，紫外波长为253.7nm，照射距离为40mm，照射时间为10min。

实施例5：

与实施例3的区别在于，改性芳纶纤维丝的制备方法还包括S4，S4的操作方法如下：将改性芳纶丝经过紫外辐照改性，紫外波长为240nm，照射距离为40mm，照射时间为10min。

实施例6：

与实施例3的区别在于，改性芳纶纤维丝的制备方法还包括S4，S4的操作方法如下：将改性芳纶丝经过紫外辐照改性，紫外波长为260nm，照射距离为40mm，照射时间为10min。

实施例7：

与实施例4的区别在于，耐用型改性绿色混凝土的制备方法的S3中添加有4份的2，3-吡嗪二羧酸。

实施例8：

与实施例4的区别在于，耐用型改性绿色混凝土的制备方法的S3中添加有8份的2，3-吡嗪二羧酸。

实施例9：

与实施例4的区别在于，耐用型改性绿色混凝土的制备方法的S3中添加有6份的2，3-吡嗪二羧酸。

实施例10：

与实施例5的区别在于，耐用型改性绿色混凝土的制备方法的S3中添加有6份的2，3-吡嗪二羧酸

实施例11：

与实施例6的区别在于，耐用型改性绿色混凝土的制备方法的S3中添加有6份的2，3-吡嗪二羧酸

实施例12：

与实施例3的区别在于，改性混凝土废料等量替代混凝土废料，改性混凝土废料由制备例4制得。

实施例13：

与实施例3的区别在于，改性混凝土废料等量替代混凝土废料，改性混凝土废料由制备例5制得。

实施例14：

与实施例3的区别在于，改性混凝土废料等量替代混凝土废料，改性混凝土废料由制备例6制得。

实施例15:

与实施例14的区别在于，改性混凝土废料的制备方法的S1中不添加正硅酸乙酯。

实施例16：

与实施例14的区别在于，改性混凝土废料的制备方法的S1中不添加四丙基氢氧化铵。

对比例

对比例1：

与实施例3的区别在于，不添加改性芳纶纤维丝。

对比例2：

与实施例3的区别在于，改性芳纶纤维丝的长度为0.1mm。

对比例3：

与实施例3的区别在于，改性芳纶纤维丝的长度为1.0mm。

对比例4：

与实施例3的区别在于，芳纶纤维丝不经过改性。

性能检测试验

将实施例与对比例得到的混凝土制备成100mm×100mm×100mm的立方体试件，每组实施例与对比例分别制备两组试样件，放入标准养护室内养护28d，测定其中一组混凝土试件的初始抗压强度和初始劈裂抗拉强度。将另一组试件放置于1wt%硫酸腐蚀溶液中浸泡240h（1wt%硫酸腐蚀溶液2天换一次，防止硫酸消耗后影响试验数据），取出晾干并测定其浸泡抗压强度和浸泡劈裂抗拉强度。

抗压强度测试，参照GB/T50081-2002对试件进行测试，测定试件的抗压强度、劈裂抗拉强度。试样结构详见表1。

表1

	初始抗压强度（MPa）	初始劈裂抗拉强度（MPa）	浸泡抗压强度（MPa）	浸泡劈裂抗拉强度（MPa）
					实施例1	36.3	4.93	23.3	3.91
实施例2	38.5	4.97	23.7	4.01
					实施例3	39.2	4.98	24.4	4.09
实施例4	44.6	5.46	28.6	4.56
					实施例5	41.2	5.19	25.3	4.18
实施例6	42.6	5.26	25.9	4.22
					实施例7	48.3	5.79	30.2	4.66
实施例8	47.8	5.68	30.1	4.59
					实施例9	48.9	5.83	31.7	4.69
实施例10	42.8	5.27	26.6	4.29
					实施例11	43.7	5.33	27.4	4.37
实施例12	39.7	5.02	27.6	4.55
					实施例13	40.2	5.13	28.5	4.62
实施例14	40.7	5.14	28.7	4.67
					实施例15	39.4	4.96	24.1	4.11
实施例16	39.8	5.01	23.4	4.13
					对比例1	27	3.81	10.2	2.63
对比例2	32.7	4.33	14.6	3.41
					对比例3	34.8	4.56	17.3	3.62
对比例4	38.4	4.87	17.6	3.62

结合实施例3和实施例4-6并结合表1可以看出，将改性芳纶纤维丝经过紫外辐照改性使改性芳纶纤维丝表面自由基增多，使改性芳纶纤维丝与混凝土体系的结合能力提高，从而增强混凝土的抗压强度。且紫外波长为253.7nm时，对试样件的抗压强度、劈裂抗拉强度显著增强。其原因是，波长为253.7nm时，其与改性芳纶纤维丝的契合度高，大幅度提高改性芳纶纤维丝活性基团数目，从而显著提高混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度。

结合实施例4和实施例7-8并结合表1可以看出，2，3-吡嗪二羧酸显著增强了试件的抗压强度、劈裂抗拉强度，2，3-吡嗪二羧酸中的两个羧酸基团分别与混凝土体系内的羟基、改性芳纶纤维丝表面的活性基团进行接枝，使芳纶纤维丝与混凝土体系的结合能力进一步提高，使芳纶纤维丝对混凝土的作用增强。

结合实施例4和实施例10、实施例11并结合表1可以看出，2，3-吡嗪二羧酸能与253.7nm的紫外波长具有较好的协同效果，显著增强混凝土的在浸泡后的抗压强度、劈裂抗拉强度。

结合实施例3和实施例12-14并结合表1可以看出，改性混凝土能显著提高混凝土的耐腐蚀能力。正硅酸乙酯、四丙基氢氧化铵为成膜剂，在改性混凝土废料表面形成一层致密的保护膜，保护混凝土废料外表面不受外部的腐蚀。保护膜能有效防止混凝土废料被继续腐蚀，防止混凝土体系中腐蚀程度不一致，从而使混凝土的耐腐蚀能力明显提高。

结合实施例3和实施例15、实施例16并结合表1可以看出，正硅酸乙酯与四丙基氢氧化铵协同作为成膜剂，在混凝土废料表面形成的保护膜具有较好的耐腐蚀性能。

结合实施例3和对比例1并结合表1可以看出，改性芳纶纤维丝能显著提高混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和耐腐蚀能力。改性芳纶纤维丝具有较好的韧性，能提高混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度。纳米陶瓷粉的具有较好的耐腐蚀能力，以硝酸钠为诱导剂，将纳米陶瓷附着于芳纶纤维丝的表面，提高芳纶纤维丝的耐腐蚀性能，混凝土经长时间腐蚀后，其内部的改性芳纶纤维丝对混凝土内部结构仍具有较好的作用力，使混凝土不易发生脱落、破碎，从而提高混凝土的耐腐蚀性能。

结合实施例3和对比例2-3并结合表1可以看出，0.5mm的改性芳纶能有效提高混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度。0.5mm纤维丝具有较好的韧性同时也具有较短的弯折力臂，改性芳纶纤维丝将混凝土内部结构联系更加紧密，同时提高混凝土的韧性，较大程度保证混凝土的物理强度。

结合实施例3和对比例4并结合表1可以看出，纳米陶瓷附着于芳纶纤维丝的表面，有效提高芳纶纤维丝的耐腐蚀性能。

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)

1.一种耐用型改性绿色混凝土，其特征在于，由包含以下重量份的原料制成：

水泥130-140份；

河沙330-350份；

混凝土废料200-250份

填充剂35-45份；

水80-90份；

增强剂12-16份；

碎石骨料200-250份；

改性芳纶纤维丝30-40份；

所述改性芳纶纤维丝的长度为0.3-0.7mm，所述改性芳纶纤维丝的制备方法如下：

S1，按重量份计，称取50-60份纳米陶瓷粉放置于40-50份浓度为1.5-1.8g/L的硝酸钠溶液中搅拌均匀，得到混合液；

S2，将30-40份芳纶纤维丝放入混合液中搅拌均匀，边搅拌边蒸干，冷却，得到改性芳纶纤维丝。

2.根据权利要求1所述的一种耐用型改性绿色混凝土，其特征在于：改性芳纶纤维丝的制备方法还包括S4，所述S4的操作方法如下：将改性芳纶丝经过紫外辐照改性，紫外波长为250-255nm。

3.根据权利要求2所述的一种耐用型改性绿色混凝土，其特征在于：还包括4-8份的2，3-吡嗪二羧酸。

4.根据权利要求1所述的一种耐用型改性绿色混凝土，其特征在于：所述增强剂为羧酸丁苯胶乳。

5.根据权利要求1所述的一种耐用型改性绿色混凝土，其特征在于：所述混凝土废料经过改性，改性方法如下：

S1，改性处理液的制备，将5-9份正硅酸乙酯、4-6份四丙基氢氧化铵、30-36份乙醇混合均匀，得到改性处理液；

S2，改性处理：将混凝土废料浸泡于改性处理液中捞出，在180℃下烘烤4-5h，冷却后得到改性混凝土废料。

6.根据权利要求1所述的一种耐用型改性绿色混凝土，其特征在于：所述填充剂选自粉煤灰、矿渣中的一种或两种。

7.根据权利要求1所述的一种耐用型改性绿色混凝土，其特征在于：所述碎石骨料包括碎石、瓜子片，且碎石与瓜子片的重量比为6:1。

8.一种权利要求1-7任一项所述的耐用型改性绿色混凝土的制备方法，其特征在于，其制备方法如下：

S1，按配方所需重量份称取水泥、水搅拌混合均匀，得到混合料A；

S2，混合料中加入所需重量份的混凝土废料、河沙、碎石骨料，得到混合料B；

S3，在混合料B中按所需重量份加入填充剂、增强剂、改性芳纶纤维丝、2，3-吡嗪二羧酸搅拌混合均匀，得到混凝土。