CN112723813B - 一种重晶石混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种重晶石混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及混凝土技术领域，具体公开了一种重晶石混凝土及其制备方法，该重晶石混凝土包括以下重量份的原料：水泥300‑320份、粉煤灰40‑50份、矿粉70‑80份、水160‑200份、细骨料700‑800份、粗骨料900‑1000份、聚羧酸减水剂1‑2份、粘结剂1‑2份、增强剂2‑3份；粗骨料由重晶石和重晶砂组成；粘结剂包括橡胶粉、二氧化硅溶胶中的至少一种；增强剂由丙烯酸乳液和植物纤维组成；其制备方法为：将丙烯酸乳液与植物纤维混合，后加入丙三醇甲酸酯混合得到第一混合物；将水、粉煤灰以及细骨料混合均匀后，加入粗骨料混合均匀，后与矿粉、水泥混合，混合均匀后再与第一混合物、粘结剂、增稠剂、抗裂剂、聚羧酸减水剂混合均匀，出料得到重晶石混凝土；该重晶石混凝土具有优异的强度以及均匀粘稠度。

Description

一种重晶石混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土技术领域，尤其是涉及一种重晶石混凝土及其制备方法。
背景技术
随着核技术的不断发展与应用，伴随而来的核辐射及有害废弃物的处理成为一大难题，各种防辐射设备和建筑物应运而生，防辐射混凝土的需求量也越来越大；重晶石混凝土是利用重晶石吸收X射线的性能而制备的具有防辐射功能的混凝土。
公开号为CN110467402A、公开日为2019年11月19日公开了一种防辐射混凝土及其制备方法，由以下原料制备得到：水泥360-380重量份，重晶石砂1355-1420重量份；重晶石碎石1600-1640重量份；钢纤维50-60重量份；减水剂6.4-6.8重量份；水155-160重量份。
针对上述中的相关技术，在混凝土中添加重晶石后，由于重晶石相比于普通碎石更容易出现碎裂的情况，从而导致重晶石混凝土的强度较小，同时由于重晶石的密度较大，容易在泵送过程中出现离析分层的问题，从而影响重晶石混凝土的粘稠度。
申请内容
为了提高重晶石混凝土的强度以及均匀的粘稠度，本申请提供一种重晶石混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供的一种重晶石混凝土，采用以下技术方案：
一种重晶石混凝土，包括以下重量份的原料：
水泥300-320份；
粉煤灰40-50份；
矿粉70-80份；
水160-200份；
细骨料700-800份；
粗骨料900-1000份；
聚羧酸减水剂1-2份；
粘结剂1-2份；
增强剂2-3份；
所述粗骨料为重晶石和重晶砂的混合物；
所述粘结剂包括橡胶粉、二氧化硅溶胶中的至少一种；
所述增强剂由丙烯酸乳液和植物纤维组成。
通过采用上述技术方案，在混凝土中采用重晶石和重晶砂作为粗骨料，并加入粘结剂和增强剂，从而提高重晶石混凝土的粘稠度以及抗压强度；粘结剂采用橡胶粉、二氧化硅溶胶中的一种或者两种，橡胶粉、二氧化硅溶胶通过与水泥、矿粉之间的配合，进一步提高重晶石混凝土的粘稠度，从而减少由于重晶石的密度较大出现离析分层的问题；二氧化硅溶胶的粘度适中，且渗透性较好，从而有助于将增强剂、橡胶粉等充分与重晶石混凝土混合，提高重晶石混凝土的粘结力和抗压强度；增强剂采用丙烯酸乳液和植物纤维的组合物；丙烯酸乳液有助于改善砂浆的柔韧性，植物纤维通过自身具有的限制重晶石混凝土收缩干裂的能力，与丙烯酸乳液一同配合，提高重晶石混凝土的抗压强度和粘结性。
优选的，所述植物纤维包括亚麻纤维、剑麻纤维中的至少一种。
通过采用上述技术方案，植物纤维亚麻纤维、剑麻纤维中的纤维素含量较高，且纤维的强度和硬度更好，通过亚麻纤维、剑麻纤维的加入，抑制重晶石混凝土微裂缝的发展，进而提高重晶石混凝土的粘结力和抗压强度。
优选的，所述重晶石混凝土的原料中还包括重量份数为0.2-0.4份的丙三醇甲酸酯。
通过采用上述技术方案，植物纤维在加入重晶石混凝土后，通过加入丙三醇甲酸酯进行浸渍，从而延长植物纤维变脆的时间，进一步长时间提高重晶石混凝土的抗压强度。
优选的，所述重晶石混凝土的原料中还包括重量份数为0.5-0.9份的增稠剂，所述增稠剂由聚丙烯酰胺和羟丙基甲基纤维素组成。
通过采用上述技术方案，由聚丙烯酰胺和羟丙基甲基纤维素组成的增稠剂，增加重晶石混凝土的粘度，防止发生泌水离析的情况，从而提高重晶石混凝土的均匀性。
优选的，所述聚丙烯酰胺与羟丙基甲基纤维的重量份比为1:(1-2)。
通过采用上述技术方案，优选配比组成的增稠剂与增强剂、粘结剂配合具有较好的增稠效果，从而提高重晶石混凝土的粘稠度和抗压强度。
优选的，所述重晶石混凝土的原料中还包括重量份数为0.5-1份的抗裂剂，所述抗裂剂由膨胀石墨和氧化镁组成。
通过采用上述技术方案，由膨胀石墨和氧化镁组成的抗裂剂，两者相互配合，通过在重晶石混凝土内进行微膨胀，实现对重晶石混凝土的收缩补偿。
优选的，所述膨胀石墨和氧化镁的重量份比为1:(1-1.5)。
通过采用上述技术方案，优选配比组成的抗裂剂具有较好的抗裂效果，更好地限制混凝土的自然收缩，从而提高重晶石混凝土的抗压强度。
优选的，所述细骨料由天然砂和人工砂组成，所述天然砂和人工砂的重量份比为1：(2.5-3)
通过采用上述技术方案，天然砂是由自然条件下形成的，主要是通过岩石风化形成，而人工砂是通过石头粉碎而成，两者的细度、化学成分有一定差异，两者相互配合，提高天然砂的稳定性以及人工砂与混凝土的粘结力，从而提高重晶石混凝土的稳定性。
第二方面，本申请提供的一种重晶石混凝土的制备方法，采用以下技术方案：
一种重晶石混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1:将丙烯酸乳液与植物纤维进行混合，混合均匀后加入丙三醇甲酸酯得到第一混合物；
S2:将水、粉煤灰以及细骨料混合均匀后，加入粗骨料重晶石和重晶砂混合均匀得到第二混合物；
S3:将第二混合物与矿粉、水泥混合，混合均匀后得到第三混合物；
S4:将第三混合物中与第一混合物、粘结剂、增稠剂、抗裂剂进行混合，混合后加入聚羧酸减水剂混合均匀，出料得到重晶石混凝土。
通过采用上述技术方案，首先将增强剂中的丙烯酸乳液、植物纤维与丙三醇甲酸酯进行充分混合，通过先加入细骨料提高重晶石混凝土的密实度，后与粗骨料重晶石和重晶砂进行混合，从而起到骨架作用，提高重晶石混凝土的抗压强度；最后加入粘结剂、增强剂、增稠剂、抗裂剂，减少加水量，减少重晶石混凝土的水化热，从而提高重晶石混凝土的强度和粘稠度的均匀性，防止重晶石混凝土发生离析分层的问题。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1.由于本申请通过采用重晶石和重晶砂作为粗骨料，并加入粘结剂和增强剂提高混凝土的粘稠度和抗压强度；增强剂采用丙烯酸乳液和植物纤维和混合物，共同作用改善混凝土的柔韧性，提高混凝土的抗压强度；粘结剂采用橡胶粉、二氧化硅溶胶中的一种或者两种，通过与水泥矿粉之间的配合，进一步提高重晶石混凝土的粘稠度，防止重晶石混凝土出现离析分层的问题。
2.在本申请中，植物纤维优选采用亚麻纤维、剑麻纤维，抑制混凝土微裂缝的问题，并和丙烯酸乳液配合提高重晶石混凝土的抗压强度；后加入丙三醇甲酸酯与植物纤维作用，延长植物纤维变脆的时间，延长重晶石混凝土的抗压强度；加入由聚丙烯酰胺和羟丙基甲基纤维素组成的增稠剂，进一步减少混凝土发生离析分层的问题，从而提高重晶石混凝土的混合均匀性；加入由膨胀石墨和氧化镁组成的抗裂剂，实现对重晶石混凝土的收缩补偿；细骨料采用人工砂和天然砂，两者混合提高细骨料的稳定性和粘结力，更容易与水泥等物质粘结混合。
3.本申请的制备方法，首先采用丙三醇甲酸酯对植物纤维进行充分浸渍软化，后通过先加入细骨料、后加入粗骨料重晶石和重晶砂，从而提高混凝土的密实度；最后加入增强剂、粘结剂、增稠剂等外加剂，减少加水量，提高重晶石混凝土的强度和粘稠度，防止重晶石混凝土发生离析分层的问题；该制备方法简单，便于操作。
具体实施方式
以下对本申请作进一步详细说明。
各实施例中的所需组分及生产厂家如表1所示。
表1所需组分及生产厂家
所需组分 生产厂家
水泥 海螺水泥厂
粉煤灰 安厦建材
矿粉 拓翔建材
粗骨料重晶石 山东正鸿泰达新型材料有限公司
橡胶粉 灵寿县天隆矿产品加工厂
二氧化硅溶胶 杭州恒纳新材料有限公司
丙烯酸乳液 广东奕美化工科技有限公司
聚羧酸减水剂 河北圣成隆化工有限公司
膨胀石墨 青岛东凯石墨有限公司
氧化镁 江阴市欧森纳化工有限公司
天然砂 河北本格矿产品有限公司
人工砂 杭州鼎昇建材有限公司
亚麻纤维 桐乡市佳愉纺织品有限公司
剑麻纤维 金华万国码头贸易有限公司
聚丙烯酰胺 山东辰达化工有限公司
羟丙基甲基纤维素 安徽宏通生物工程有限公司
丙三醇甲酸酯 无锡希跃力新材料有限公司
木棉纤维 山东旭正纺织有限公司
实施例1:一种重晶石混凝土，所包括的具体组分以及重量如表2所示，所包括的具体步骤如下：
S1:将丙烯酸乳液与1kg的木棉纤维进行混合搅拌，搅拌均匀后得到第一混合物；
S2:将水、粉煤灰以及细骨料混合均匀后，加入粗骨料重晶石和重晶砂搅拌均匀后得到第二混合物；
S3:将第二混合物与矿粉、水泥混合，搅拌均匀后得到第三混合物；
S4:将第三混合物中与第一混合物、粘结剂进行混合，待搅拌均匀后加入聚羧酸减水剂，搅拌均匀后出料得到重晶石混凝土。
实施例2:一种重晶石混凝土，与实施例1的区别在于，各组分重量配比不同，所包括的具体组分及重量如表2所示。
实施例3-4:一种重晶石混凝土，与实施例1的区别在于，植物纤维的具体组分和重量不同，植物纤维中不含有木棉纤维，所包括的各组分及重量如表2所示。
实施例5-6:一种重晶石混凝土，与实施例4的区别在于，在步骤S1中加入丙三醇甲酸酯，所包括的各组分及重量如表2所示。
表2实施例1-6的各组分及其重量
Figure BDA0002879546550000051
实施例7-9:一种重晶石混凝土，与实施例6的区别在于，在步骤S4中加入增稠剂，所包括的各组分及重量如表3所示。
实施例10-12:一种重晶石混凝土，与实施例9的区别在于，在步骤S4中加入抗裂剂，所包括的各组分及重量如表3所示。
实施例13-14:一种重晶石混凝土，与实施例10的区别在于，细骨料的具体组分及重量不同，所包括的各组分及重量如表3所示。
表3实施例7-14的各组分及其重量
Figure BDA0002879546550000061
对比例
对比例1:一种混凝土，与实施例1的区别在于，采用等量的水替代粘结剂中的二氧化硅溶胶。
对比例2:一种混凝土，与实施例1的区别在于，采用等量的水替代粘结剂。
对比例3:一种混凝土，与实施例1的区别在于：采用等量的水替代增强剂中的植物纤维。
对比例4:一种混凝土，与实施例1的区别在于，采用等量的水替代增强剂。
对比例5:一种混凝土，与实施例1的区别在于，采用等量的水替代增强剂和粘结剂。
对比例6:一种混凝土，包括以下重量份的原料：水泥385kg，重晶石砂1355kg，重晶石碎石1600kg，30×0.5mm型剪切波浪型钢纤维60kg，减水剂6.8kg，水155kg；
具体的制备步骤如下：将重晶石砂、重晶石碎石充分拌合后，掺入钢纤维，聚羧酸减水剂和水，搅拌100s后，得到混凝土浆；罐车运输混凝土浆至现场，减半装料运输；运输到现场后采用吊车方式对混凝土进行直放施工，搅拌到浇筑的时间为25min；经过养护后得到混凝土。
实验
实验一：坍落度实验
实验仪器：坍落度筒(品牌为日曌)、铁板、小铲、捣棒、抹刀。
实验样品：分别取0.02m3的实施例1-14以及对比例1-6，并分别命名为实验样品1-14以及对比样品1-6；实验样品1-14以及对比样品1-6均设有6个；取样时间不宜超过15min，制备试样完毕到开始做实验不宜超过5min。
实验方法：坍落度实验：根据GB/T 50080-2002的《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》中的稠度试验，通过测定重晶石混凝土的坍落度，而对重晶石混凝土的粘结性能进行评价。实验步骤为：
(1)湿润坍落度筒及底板，在坍落度筒内壁和底板上应无明水。底板应放置在坚实水平面上，并把筒放在底板中心，然后用脚踩住二边的脚踏板，坍落度筒在装料时应保持固定的位置。
(2)把按要求取得的混凝土试样用小铲分三层均匀地装入筒内，使捣实后每层高度为筒高的三分之一左右。每层用捣棒插捣25次。插捣应沿螺旋方向由外向中心进行，各次插捣应在截面上均匀分布。插捣筒边混凝土时，捣棒可以稍稍倾斜。插捣底层时，捣棒应贯穿整个深度，插捣第二层和顶层时，捣棒应插透本层至下一层的表面；浇灌顶层时，混凝土应灌到高出筒口。插捣过程中，如混凝土沉落到低于筒口，则应随时添加。顶层插捣完后，刮去多余的混凝土，并用抹刀抹平。
(3)清除筒边底板上的混凝土后，垂直平稳地提起坍落度筒。坍落度筒的提离过程应在5-10s内完成；从开始装料到提坍落度简的整个过程应不间断地进行，并应在150s内完成。
(4)提起坍落度筒后，测量筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高度差，即为该混凝土拌合物的坍落度值；坍落度简提离后，如混凝土发生崩坍或--边剪坏现象，则应重新取样另行测定；如第二次试验仍出现上述现象，则表示该混凝土和易性不好，应予记录备查。
采用上述方法对实验样品1-14以及对比样品1-6进行坍落度实验，每个实验样品均进行6次实验，并取6次坍落度的平均值分别作为实施例1-14以及对比例1-6的坍落度。
实验结果：实验样品1-14以及对比样品1-6的坍落度的实验结果如表4所示。
实验二：抗压强度实验
实验仪器：压力试验机(型号为DY-208JC)；
钢垫板(厚度为20mm)；
游标卡尺(品牌为得力、型号为DL91150)；
游标量角器(品牌为得力、型号为DL7301)。
实验样品：将实施例1-14以及对比例1-6分别制成边长为150mm的立方体体试件，分别命名为实验样品1-14以及对比样品1-6；实验样品1-14以及对比样品1-6均设有6个。
抗压强度实验：根据GB/T 50081-2019的《抗裂混凝土物理力学性能实验方法标准的规定》中的抗压强度实验来评定重晶石混凝土的抗压强度。各取每种实验样品的6个数据的平均值作为该实验样品的抗压强度。
实验结果：实验样品1-14以及对比样品1-6的抗压强度实验如表4所示。
表4实施例1-14以及对比例1-6的坍落度、抗压强度的实验结果
Figure BDA0002879546550000081
在表4中，由于配方不同或者制备步骤不同，所检测的坍落度与抗压强度各有不同。实验样品1-14的坍落度为161-185mm，28d的抗压强度为39.5-42.5MPa，坍落度较小，抗压强度较高，而对于对比样品1-6中28d的坍落度为203-224mm，28d的抗压强度为33.2-34.8MPa，实验样品1-14的7d和28d抗压强度均大于实验样品1-6，坍落度均小于对比样品1-6。
对比实验样品1-2和对比样品1-6，采用重晶石和重晶砂作为粗骨料，通过在混凝土中加入粘结剂和增强剂，有利于增强重晶石混凝土的粘稠度和抗压强度，从而进一步减少重晶石混凝土出现离析分层的现象，从而保证重晶石混凝土的均匀性；粘结剂采用橡胶粉、二氧化硅溶胶的至少一种，橡胶粉可以改善混凝土内部细微裂隙的构造，二氧化硅溶胶中的渗透性较好，从而使得橡胶粉、增强剂等充分进入混凝土中进行混合，同时当二氧化硅溶胶水分蒸发后，胶体粒子牢固地附着在混凝土上，粒子之间形成硅氧结合，从而与橡胶粉一同提高重晶石混凝土的抗压强度，并减小坍落度；增强剂采用丙烯酸乳液和植物纤维的组合物，丙烯酸乳液作为由纯丙烯酸酯类单体共聚而成的乳液，乳胶粒是不规则形状，粘度相对较高，当较多乳胶粒团聚在一起呈群体分散时，乳液的粘度比较高；植物纤维中的纤维素含量较多，且植物纤维的强度和硬度较好，从而与丙烯酸乳液共同提高重晶石混凝土的粘结力和抗压强度。
对比实验样品1、实验样品3-4可知，植物纤维采用亚麻纤维、剑麻纤维中的一种或者两种，两者彼此靠近，长径比大，表面积大，粘结强度和抗拉强度较大，对重晶石混凝土的裂缝进行拉伸，提高重晶石混凝土的韧性；同时两者在重晶石混凝土中的几何分布特点也优于其他纤维，两者相互交叉密切，可将重晶石混凝土中的微裂缝限制在更小的范围内，从而提高混凝土的抗拉强度、减小坍落度。
对比实验样品4-6可知，由于植物纤维亚麻纤维、剑麻纤维在加入重晶石混凝土中后，随着时间的增加，剑麻纤维提高重晶石混凝土强度的效果也在减少，剑麻纤维容易变脆，通过在丙三醇甲酸酯中进行浸渍，可以延缓这一过程，从而进一步提高重晶石混凝土抗压强度、减小坍落度。
对比实验样品6-9可知，增稠剂采用聚丙烯酰胺和羟丙基甲基纤维素进行混合，聚丙烯酰胺作为一种线型高分子聚合物，通过加入重晶石混凝土中形成凝胶，从而提高重晶石混凝土的粘结力；羟丙基甲基纤维素是一种水溶性高分子化合物，通过增加拌合水的粘度增加重晶石混凝土的粘稠度，同时具有分散效果，从而与粘结剂、增强剂共同配合，进一步减少重晶石混凝土离析分层的问题；聚丙烯酰胺与羟丙基甲基纤维素共同配合提高重晶石混凝土的抗压强度。
对比实验样品9-12可知，抗裂剂优选采用膨胀石墨和氧化镁的组合，氧化镁通过水化作用，形成固相，固相体积增大，从而引起表观的体积膨胀；膨胀石墨的石墨层之间可嵌入化学物质而具有可膨胀性，从而与粘结剂和增强剂之间配合，减少重晶石混凝土出现裂缝；同时膨胀石墨是一种性能优良的吸附剂，其疏松多孔的结构，对粘结剂和增强剂具有较好的吸附效果，从而与氧化镁配合，引起重晶石混凝土表观膨胀，进一步提高重晶石混凝土的抗压强度。
对比实验样品12-14可知，细骨料中人工砂和天然砂的组合，人工砂材质优良、稳定，性质较为优良；而天然砂是从自然界开采的砂系，经过风雨或水流冲刷后形成的颗粒强度较高，两者相互配合，提高重晶石混凝土的稳定性能和抗压强度。
本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种重晶石混凝土，其特征在于，包括以下重量份的原料：
水泥300-320份；
粉煤灰40-50份；
矿粉70-80份；
水160-200份；
细骨料700-800份；
粗骨料900-1000份；
聚羧酸减水剂1-2份；
粘结剂1-2份；
增强剂2-3份；
增稠剂0.5-0.9份；
抗裂剂0.5-1份；
丙三醇甲酸酯0.2-0.4份；
所述粗骨料为重晶石和重晶砂的混合物；
所述粘结剂由橡胶粉和二氧化硅溶胶组成；
所述增强剂由丙烯酸乳液和植物纤维组成；
所述植物纤维包括亚麻纤维、剑麻纤维中的至少一种；
所述增稠剂由聚丙烯酰胺和羟丙基甲基纤维素组成；
所述抗裂剂由膨胀石墨和氧化镁组成；
所述重晶石混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1:将丙烯酸乳液与植物纤维进行混合，混合均匀后加入丙三醇甲酸酯得到第一混合物；
S2:将水、粉煤灰以及细骨料混合均匀后，加入粗骨料重晶石和重晶砂混合均匀得到第二混合物；
S3:将第二混合物与矿粉、水泥混合，混合均匀后得到第三混合物；
S4:将第三混合物与第一混合物、粘结剂、增稠剂、抗裂剂进行混合，混合后加入聚羧酸减水剂混合均匀，出料得到重晶石混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种重晶石混凝土，其特征在于，所述聚丙烯酰胺与羟丙基甲基纤维素的重量份比为1:(1-2)。
3.根据权利要求1所述的一种重晶石混凝土，其特征在于，所述膨胀石墨和氧化镁的重量份比为1:(1-1.5)。
4.根据权利要求1所述的一种重晶石混凝土，其特征在于，所述细骨料由天然砂和人工砂组成，所述天然砂和人工砂的重量份比为1：(2.5-3)。
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