CN112592133A - 一种柔性早强混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性早强混凝土，是由以下重量份的原料制得的：普通硅酸盐水泥100‑120份、高贝利特水泥10‑15份、改性废橡胶颗粒25‑35份、水性聚氨酯树脂5‑7份、聚乙烯醇2‑4份、改性超支化聚乙烯亚胺2‑5份、复合纤维3‑7份、复合微粉30‑40份、聚羧酸减水剂10‑15份、六偏磷酸钠3‑5份、粉煤灰10‑15份、砂160‑180份、石子450‑500份、水50‑60份。本发明还公开了该柔性早强混凝土的制备方法。本发明的柔性早强混凝土具有低弹性模量、高韧性、高抗压强度和早强的特性，改性废橡胶颗粒与其它材料之间相互配合，显著提升混凝土整体的柔韧性，本发明的制备方法简单，利于在实际工程中推广应用。

Description

一种柔性早强混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种柔性早强混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土是由水泥胶凝材料、颗粒状集料（也称为骨料）和水按照一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。混凝土因具有优越的可塑性、良好的抗水性、优良的耐久性以及极具竞争力的经济性等一系列优点而成为目前全世界用量最大和使用范围最广的材料。在未来的几十年内它仍将会是最重要的工程结构材料之一，尤其对于处于转型期的当代中国而言，由于基建规模高于世界平均水平，混凝土的重要性不言而喻。

随着工程技术的发展，混凝土的刚性大、变形能力不足的特性逐渐显现出来，特别是混凝土裂缝问题愈发凸显。改善混凝土裂缝问题主要有两种方法，一种方法是提高混凝土抗拉强度，增加混凝土对开裂应力的抵抗能力，但混凝土的抗拉强度仅为其抗压强度的十分之一至二十分之一，且随着抗压强度的增高，比例下降，单纯提高混凝土强度等级并不利于提高其抗裂性。另一种方法是降低混凝土抗压弹性模量，降低混凝土刚性，相对的增加混凝土变形能力，提高混凝土抗裂性，如使用轻骨料混凝土可以在一定程度上降低混凝土弹性模量，但混凝土抗压强度下降较大，承载能力受到极大影响。现如今特别渴求一种混凝土材料，其既有钢性混凝土一样强大的承重能力，又具有较强拉伸韧性并具有在一定范围内变形的变形能力，而且此种变形在相对范围内具有可恢复性。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种低弹性模量、高韧性、高抗压强度的柔性早强混凝土。

本发明还提供了改柔性早强混凝土的制备方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种柔性早强混凝土，是由以下重量份的原料制得的：普通硅酸盐水泥100-120份、高贝利特水泥10-15份、改性废橡胶颗粒25-35份、水性聚氨酯树脂5-7份、聚乙烯醇2-4份、改性超支化聚乙烯亚胺2-5份、复合纤维3-7份、复合微粉30-40份、聚羧酸减水剂10-15份、六偏磷酸钠3-5份、粉煤灰10-15份、砂160-180份、石子450-500份、水50-60份。

所述的，改性废橡胶颗粒是由以下步骤制得的：

1）将废轮胎制成粒径为30-50目的废橡胶颗粒；

2）将废橡胶颗粒置于正硅酸乙酯中，室温放置8-12h，过滤，得半溶胀胶粒；

3）40-50℃条件下，将半溶胀胶粒和油酸按照1：1的比例混合均匀，1000r/min条件下搅拌至分散，过滤，得溶胀胶粒；

4）将溶胀胶粒加至浓度为3mol/L的NaOH溶液中，搅拌5-10min后，过滤，烘干，得改性废橡胶颗粒。

所述的，改性超支化聚乙烯亚胺的制备方法，包括如下是由以下方法制得的：

1）将超支化聚乙烯亚胺和环氧丙烯醛缩二乙醇溶于三氯甲烷中，得溶液A；

2）将碳酸钠加至溶液A中，70-80℃条件下搅拌反应6-8h，反应完成后过滤，旋蒸除去三氯甲烷，得改性超支化聚乙烯亚胺。

所述的，超支化聚乙烯亚胺、环氧丙烯醛缩二乙醇、三氯甲烷和碳酸钠的质量比为10：2.5-4.5：20-30：2。

所述的，复合纤维是由3-5mm的聚丙烯纤维和硅灰石粉按质量比1.5-2.5：1制得的。

所述的，复合微粉是由矿渣粉、二炼废渣粉和微硅粉按质量比1：0.5-1：1-2制得的。

所述的，矿渣粉比表面积≥400m²/kg，烧失量≤3%；所述的，二炼废渣粉的比表面积≥400m²/kg，烧失量＜5%；所述的，微硅粉的SiO₂含量大于90％。

一种柔性早强混凝土的制备方法，是由以下步骤制得的：

1）将普通硅酸盐水泥、高贝利特水泥、粉煤灰、砂和石子混合均匀，得料A；

2）将改性橡胶颗粒、水性聚氨酯树脂、聚乙烯醇、复合微粉、聚羧酸减水剂和六偏磷酸钠混合均匀，得料B；

3）将三分之一的料A和料B混合搅拌3-5min，得料C；

4）将料C加至剩余的料A中，混合搅拌30-60s，得料D；

5）将水加至料D中，搅拌2min，再将复合纤维加至其中，搅拌3-5min，得柔性早强混凝土。

本发明中，高贝利特水泥可以弥补普通硅酸盐水泥的化学收缩，两者合理复配后，具有体积稳定性好，不易开裂的特点。本发明通过正硅酸乙酯对废橡胶颗粒进行半溶胀和溶胀，可显著降低废橡胶颗粒的密度，软化废橡胶颗粒表面硬度；再通过NaOH溶液进行改性，改善其相容性，所制备的改性废橡胶颗粒可以显著提高混凝土韧性，降低弹性模量，进而减少混凝土裂缝的发生。在水泥水化过程中，水性聚氨酯树脂和聚乙烯醇可以均匀分散在水泥砂浆中，形成相互填充的均匀整体结构，有效降低混凝土的自收缩量，从而提高混凝土的柔性和早期强度。改性超支化聚乙烯亚胺的不同活性基团可以促进水化反应，改善混凝土拌合物的工作性，有效降低混凝土的自收缩量，提高混凝土的韧性。复合纤维可以改善混凝土刚性和阻裂能力，使混凝土具有较高柔性和变形能力。复合微粉中，矿渣粉、二炼废渣粉和微硅粉可填充于其它材料的间隙，紧密堆积，提高胶凝材料的密实性。聚羧酸减水剂可减少混凝土中有害的多余水，减小孔隙率。六偏磷酸钠可以加速水泥水化反应，改善混凝土的和易性，提高水泥水化结构的致密性，从而提高混凝土的强度。

本发明的有益效果：

1、本发明的柔性早强混凝土具有低弹性模量、高韧性、高抗压强度和早强的特性，改性废橡胶颗粒与其它材料之间相互配合，显著提升混凝土整体的柔韧性，

2、废轮胎目前多以堆积存放或道路填充等处理和利用，不仅占据有限空间，同时产生巨大的环境污染。本发明变废为宝，将废旧资源充分回收利用，实现了资源的合理化，推动了绿色资源的发展，促进节能减排和综合利用。

3、本发明的制备方法简单，利于在实际工程中推广应用。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。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。

本发明所用的粉煤灰为一级粉煤灰。

本发明所用的砂为河砂，细度模数为2.4；石子为5-25mm的连续级配碎石。

实施例1

一种柔性早强混凝土，是由以下重量份的原料制得的：普通硅酸盐水泥110份、高贝利特水泥13份、改性废橡胶颗粒30份、水性聚氨酯树脂6份、聚乙烯醇3份、改性超支化聚乙烯亚胺4份、复合纤维5份、复合微粉35份、聚羧酸减水剂13份、六偏磷酸钠4份、粉煤灰13份、砂170份、石子480份、水55份。

所述的，改性废橡胶颗粒是由以下步骤制得的：

1）将废轮胎制成粒径为30-50目的废橡胶颗粒；

2）将废橡胶颗粒置于正硅酸乙酯中，室温放置10h，过滤，得半溶胀胶粒；

3）45℃条件下，将半溶胀胶粒和油酸按照1：1的比例混合均匀，1000r/min条件下搅拌至分散，过滤，得溶胀胶粒；

4）将溶胀胶粒加至浓度为3mol/L的NaOH溶液中，搅拌8min后，过滤，烘干，得改性废橡胶颗粒。

所述的，改性超支化聚乙烯亚胺的制备方法，包括如下是由以下方法制得的：

1）将超支化聚乙烯亚胺和环氧丙烯醛缩二乙醇溶于三氯甲烷中，得溶液A；

2）将碳酸钠加至溶液A中，75℃条件下搅拌反应7h，反应完成后过滤，旋蒸除去三氯甲烷，得改性超支化聚乙烯亚胺。

所述的，超支化聚乙烯亚胺、环氧丙烯醛缩二乙醇、三氯甲烷和碳酸钠的质量比为10：3.5：25：2。

所述的，复合纤维是由3-5mm的聚丙烯纤维和硅灰石粉按质量比2：1制得的。

所述的，复合微粉是由矿渣粉、二炼废渣粉和微硅粉按质量比1：0.8：1.5制得的。

所述的，矿渣粉比表面积≥400m²/kg，烧失量≤3%；所述的，二炼废渣粉的比表面积≥400m²/kg，烧失量＜5%；所述的，微硅粉的SiO₂含量大于90％。

一种柔性早强混凝土的制备方法，是由以下步骤制得的：

1）将普通硅酸盐水泥、高贝利特水泥、粉煤灰、砂和石子混合均匀，得料A；

2）将改性橡胶颗粒、水性聚氨酯树脂、聚乙烯醇、复合微粉、聚羧酸减水剂和六偏磷酸钠混合均匀，得料B；

3）将三分之一的料A和料B混合搅拌4min，得料C；

4）将料C加至剩余的料A中，混合搅拌45s，得料D；

5）将水加至料D中，搅拌2min，再将复合纤维加至其中，搅拌4min，得柔性早强混凝土。

实施例2

一种柔性早强混凝土，是由以下重量份的原料制得的：普通硅酸盐水泥100份、高贝利特水泥15份、改性废橡胶颗粒25份、水性聚氨酯树脂7份、聚乙烯醇2份、改性超支化聚乙烯亚胺5份、复合纤维7份、复合微粉30份、聚羧酸减水剂15份、六偏磷酸钠3份、粉煤灰10份、砂180份、石子450份、水60份。

所述的，改性废橡胶颗粒是由以下步骤制得的：

1）将废轮胎制成粒径为30-50目的废橡胶颗粒；

2）将废橡胶颗粒置于正硅酸乙酯中，室温放置8h，过滤，得半溶胀胶粒；

3）50℃条件下，将半溶胀胶粒和油酸按照1：1的比例混合均匀，1000r/min条件下搅拌至分散，过滤，得溶胀胶粒；

4）将溶胀胶粒加至浓度为3mol/L的NaOH溶液中，搅拌5min后，过滤，烘干，得改性废橡胶颗粒。

所述的，改性超支化聚乙烯亚胺的制备方法，包括如下是由以下方法制得的：

1）将超支化聚乙烯亚胺和环氧丙烯醛缩二乙醇溶于三氯甲烷中，得溶液A；

2）将碳酸钠加至溶液A中，80℃条件下搅拌反应6h，反应完成后过滤，旋蒸除去三氯甲烷，得改性超支化聚乙烯亚胺。

所述的，超支化聚乙烯亚胺、环氧丙烯醛缩二乙醇、三氯甲烷和碳酸钠的质量比为10：4.5：20：2。

所述的，复合纤维是由3-5mm的聚丙烯纤维和硅灰石粉按质量比2.5：1制得的。

所述的，复合微粉是由矿渣粉、二炼废渣粉和微硅粉按质量比1：0.5：1制得的。

所述的，矿渣粉比表面积≥400m²/kg，烧失量≤3%；所述的，二炼废渣粉的比表面积≥400m²/kg，烧失量＜5%；所述的，微硅粉的SiO₂含量大于90％。

一种柔性早强混凝土的制备方法，是由以下步骤制得的：

1）将普通硅酸盐水泥、高贝利特水泥、粉煤灰、砂和石子混合均匀，得料A；

2）将改性橡胶颗粒、水性聚氨酯树脂、聚乙烯醇、复合微粉、聚羧酸减水剂和六偏磷酸钠混合均匀，得料B；

3）将三分之一的料A和料B混合搅拌5min，得料C；

4）将料C加至剩余的料A中，混合搅拌30s，得料D；

5）将水加至料D中，搅拌2min，再将复合纤维加至其中，搅拌5min，得柔性早强混凝土。

实施例3

一种柔性早强混凝土，是由以下重量份的原料制得的：普通硅酸盐水泥120份、高贝利特水泥10份、改性废橡胶颗粒35份、水性聚氨酯树脂5份、聚乙烯醇4份、改性超支化聚乙烯亚胺2份、复合纤维3份、复合微粉40份、聚羧酸减水剂10份、六偏磷酸钠5份、粉煤灰10份、砂160份、石子500份、水50份。

所述的，改性废橡胶颗粒是由以下步骤制得的：

1）将废轮胎制成粒径为30-50目的废橡胶颗粒；

2）将废橡胶颗粒置于正硅酸乙酯中，室温放置12h，过滤，得半溶胀胶粒；

3）40℃条件下，将半溶胀胶粒和油酸按照1：1的比例混合均匀，1000r/min条件下搅拌至分散，过滤，得溶胀胶粒；

4）将溶胀胶粒加至浓度为3mol/L的NaOH溶液中，搅拌10min后，过滤，烘干，得改性废橡胶颗粒。

所述的，改性超支化聚乙烯亚胺的制备方法，包括如下是由以下方法制得的：

1）将超支化聚乙烯亚胺和环氧丙烯醛缩二乙醇溶于三氯甲烷中，得溶液A；

2）将碳酸钠加至溶液A中，70℃条件下搅拌反应8h，反应完成后过滤，旋蒸除去三氯甲烷，得改性超支化聚乙烯亚胺。

所述的，超支化聚乙烯亚胺、环氧丙烯醛缩二乙醇、三氯甲烷和碳酸钠的质量比为10：2.5：30：2。

所述的，复合纤维是由3-5mm的聚丙烯纤维和硅灰石粉按质量比1.5：1制得的。

所述的，复合微粉是由矿渣粉、二炼废渣粉和微硅粉按质量比1：1：2制得的。

所述的，矿渣粉比表面积≥400m²/kg，烧失量≤3%；所述的，二炼废渣粉的比表面积≥400m²/kg，烧失量＜5%；所述的，微硅粉的SiO₂含量大于90％。

一种柔性早强混凝土的制备方法，是由以下步骤制得的：

1）将普通硅酸盐水泥、高贝利特水泥、粉煤灰、砂和石子混合均匀，得料A；

2）将改性橡胶颗粒、水性聚氨酯树脂、聚乙烯醇、复合微粉、聚羧酸减水剂和六偏磷酸钠混合均匀，得料B；

3）将三分之一的料A和料B混合搅拌3min，得料C；

4）将料C加至剩余的料A中，混合搅拌60s，得料D；

5）将水加至料D中，搅拌2min，再将复合纤维加至其中，搅拌3min，得柔性早强混凝土。

对比例1

一种柔性早强混凝土，是由以下重量份的原料制得的：普通硅酸盐水泥110份、高贝利特水泥13份、废橡胶颗粒30份、水性聚氨酯树脂6份、聚乙烯醇3份、改性超支化聚乙烯亚胺4份、复合纤维5份、复合微粉35份、聚羧酸减水剂13份、六偏磷酸钠4份、粉煤灰13份、砂170份、石子480份、水55份。

所述废橡胶颗粒是由废轮胎制得的，粒径为30-50目。

其余同实施例1。

对比例2

一种柔性早强混凝土，是由以下重量份的原料制得的：普通硅酸盐水泥110份、高贝利特水泥13份、改性废橡胶颗粒30份、改性超支化聚乙烯亚胺4份、复合纤维5份、复合微粉35份、聚羧酸减水剂13份、六偏磷酸钠4份、粉煤灰13份、砂170份、石子480份、水55份。

其余同实施例1。

对比例3

一种柔性早强混凝土，是由以下重量份的原料制得的：普通硅酸盐水泥110份、高贝利特水泥13份、改性废橡胶颗粒30份、水性聚氨酯树脂6份、聚乙烯醇3份、复合纤维5份、复合微粉35份、聚羧酸减水剂13份、六偏磷酸钠4份、粉煤灰13份、砂170份、石子480份、水55份。

其余同实施例1。

性能测试

将实施例1-3和对比例1-3制备的柔性早强混凝土按照GB/T50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行检验；混凝土强度按照GB/T50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行检验。性能测试结果见表1。

由表1可知，本发明的柔性早强混凝土可以显著提高混凝土的1d、3d和28d抗压强度、28d抗折强度和粘结强度，降低28d弹性模量。由此可知，本发明的柔性早强混凝土具有低弹性模量、高韧性、高抗压强度和早强的特性，具有广阔的市场应用前景。

最后应说明的是：以上具体实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述具体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：其依然可以对前述实施方式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方式和具体实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种柔性早强混凝土，其特征在于，是由以下重量份的原料制得的：普通硅酸盐水泥100-120份、高贝利特水泥10-15份、改性废橡胶颗粒25-35份、水性聚氨酯树脂5-7份、聚乙烯醇2-4份、改性超支化聚乙烯亚胺2-5份、复合纤维3-7份、复合微粉30-40份、聚羧酸减水剂10-15份、六偏磷酸钠3-5份、粉煤灰10-15份、砂160-180份、石子450-500份、水50-60份。

2.根据权利要求1所述柔性早强混凝土，其特征在于，所述改性废橡胶颗粒是由以下步骤制得的：

1）将废轮胎制成粒径为30-50目的废橡胶颗粒；

2）将废橡胶颗粒置于正硅酸乙酯中，室温放置8-12h，过滤，得半溶胀胶粒；

3）40-50℃条件下，将半溶胀胶粒和油酸按照1：1的比例混合均匀，1000r/min条件下搅拌至分散，过滤，得溶胀胶粒；

4）将溶胀胶粒加至浓度为3mol/L的NaOH溶液中，搅拌5-10min后，过滤，烘干，得改性废橡胶颗粒。

3.根据权利要求1所述柔性早强混凝土，其特征在于，所述改性超支化聚乙烯亚胺的制备方法，包括如下是由以下方法制得的：

1）将超支化聚乙烯亚胺和环氧丙烯醛缩二乙醇溶于三氯甲烷中，得溶液A；

2）将碳酸钠加至溶液A中，70-80℃条件下搅拌反应6-8h，反应完成后过滤，旋蒸除去三氯甲烷，得改性超支化聚乙烯亚胺。

4.根据权利要求3所述柔性早强混凝土，其特征在于，所述超支化聚乙烯亚胺、环氧丙烯醛缩二乙醇、三氯甲烷和碳酸钠的质量比为10：2.5-4.5：20-30：2。

5.根据权利要求1所述柔性早强混凝土，其特征在于，所述复合纤维是由3-5mm的聚丙烯纤维和硅灰石粉按质量比1.5-2.5：1制得的。

6.根据权利要求1所述柔性早强混凝土，其特征在于，所述复合微粉是由矿渣粉、二炼废渣粉和微硅粉按质量比1：0.5-1：1-2制得的。

7.根据权利要求4所述柔性早强混凝土述，其特征在于，所述矿渣粉比表面积≥400m²/kg，烧失量≤3%；所述二炼废渣粉的比表面积≥400m²/kg，烧失量＜5%；所述微硅粉的SiO₂含量大于90％。

8.一种权利要求1-7所述柔性早强混凝土的制备方法，其特征在于，是由以下步骤制得的：

1）将普通硅酸盐水泥、高贝利特水泥、粉煤灰、砂和石子混合均匀，得料A；

2）将改性橡胶颗粒、水性聚氨酯树脂、聚乙烯醇、复合微粉、聚羧酸减水剂和六偏磷酸钠混合均匀，得料B；

3）将三分之一的料A和料B混合搅拌3-5min，得料C；

4）将料C加至剩余的料A中，混合搅拌30-60s，得料D；

5）将水加至料D中，搅拌2min，再将复合纤维加至其中，搅拌3-5min，得柔性早强混凝土。