CN112919875A - 一种抗渗高强的混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及混凝土领域，具体公开了一种抗渗高强的混凝土及其制备方法。一种抗渗高强度混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥30‑50份、水18‑30份、河砂60‑100份、石子90‑120份、煤灰粉9‑20份、石膏2‑5份、氧化钙2‑5份、橡胶颗粒1‑5份、石英砂2‑6份、纤维材料3‑8份、外加剂1‑4份；其制备方法为：将河砂、石子进行搅拌均匀后，加入水泥、煤灰粉、石膏、氧化钙、橡胶颗粒、石英砂、纤维材料搅拌均匀，再加入经混合搅拌均匀的水和外加剂，混合搅拌均匀后得到混凝土。本申请的抗渗高强的混凝土各个成份相互配合，协同作用，提高混凝土的密度、降低孔隙率、切断孔隙，从而提升混凝土的抗渗性和强度。

Description

一种抗渗高强的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，它涉及一种抗渗高强的混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。目前，混凝土作为一种建筑材料，其具有原材料丰富、强度高、耐久性好等优点，被广泛用于建筑结构中。
但是混凝土作为一种多孔性的材料，其气孔的结构会影响制备得到的混凝土的抗渗性能，现有技术中的混凝土抗渗性能较差，因而在使用过程中，由于腐蚀、老化等因素的影响，从而会使混凝土的结构产生影响，进而不可避免的就会导致产生裂缝和损伤，从而影响使用寿命。
因此，目前急需提高混凝土的抗渗性能，从而降低混凝土的吸水性，延长使用寿命。
发明内容
为了提高混凝土的抗渗性，本申请提供一种抗渗高强度混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供的一种抗渗高强度混凝土及其制备方法，采用如下的技术方案：
一种抗渗高强度混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥30-50份、水18-30份、河砂60-100份、石子90-120份、煤灰粉9-20份、石膏2-5份、氧化钙2-5份、橡胶颗粒1-5份、石英砂2-6份、纤维材料3-8份、外加剂1-4份。
通过采用上述技术方案，由于水泥在水化过程中能够产生铝酸三钙，铝酸三钙在氧化钙与石膏的共同作用下，反应生成钙矾石，提高制备得到的混凝土的早期密实度，从而提升其抗渗性；橡胶颗粒具有弹性高、耐磨性好、抗老化、不具有吸水性，其加入有效的切断混凝土的渗水通道，使渗透难度增加，从而提高抗渗性能；石英砂的加入可以形成一种结晶中心，在水泥水化时，石英砂周围结晶并使晶体生长，提高水泥密度，进而提高水泥强度，从而提高制备得到的混凝土的抗渗性和强度；煤灰粉在潮湿的环境中与混凝土中的碱性物质发生化学反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等胶凝物质，可以堵塞混凝土中的毛细组织，从而降低孔隙率，提升混凝土的抗渗性能以及强度。
可选的，所述橡胶颗粒为经硅酸钠改性得到的改性橡胶颗粒。
通过采用上述技术方案，由于采用硅酸钠对橡胶颗粒进行改性，改性得到的橡胶颗粒添加到水泥中，能够提高制备得到的混凝土的强度。
可选的，所述改性橡胶颗粒的制备方法包括：用40-55wt％的硅酸钠溶液浸泡橡胶颗粒25-40min，经过滤后放入烘箱中烘干。
通过采用上述技术方案，采40-55wt％的硅酸钠溶液浸泡橡胶颗粒25-40min，能够很好的对橡胶颗粒进行改性，提升橡胶颗粒的性能，进一步提升制备得到的混凝土的强度。
可选的，所述烘干温度为45-60℃，烘干5-10min。
通过采用上述技术方案，将橡胶颗粒以45-60℃，不仅能够很好的将橡胶颗粒进行烘干，而且还不会破坏掉橡胶颗粒的结构。
可选的，所述外加剂包括聚羧酸减水剂和松香酸钠引气剂。
通过采用上述技术方案，减水剂对对水泥颗粒有分散作用，能够改善混凝土的流动性，使混凝土结构更稳定，从而提升混凝土的强度；引气剂加入后，使微小气泡存在于混凝土空隙中，汇集于毛细孔道上，大量微小的气泡对毛细孔道造成阻塞，从而进一步提高混凝土的抗渗性。
可选的，所述聚羧酸减水剂和松香酸钠引气剂的重量比为1:（2-5）。
通过采用上述技术方案，采用重量比为1:（2-5）的聚羧酸减水剂和松香酸钠引气剂，配比合理，能够进一步提高混凝土的抗渗性，从而提升制备得到的混凝土的性能。
可选的，所述石子粒径为10-20mm。
通过采用上述技术方案，选择添加10-20mm的石子粒径，石子粒径过大在混凝土制备搅拌过程中，容易下沉，从而使得制备得到的混凝土强度不均匀，石子粒径过小，石子的比表面积增大，则需要更多的水泥浆体来包裹，方能使混凝土保持良好的流动性，增加成本，而本申请中选择10-20mm粒径的石子能够更好的提升制备得到的混凝土的强度。
可选的，所述纤维材料包括玻璃纤维和钢纤维，其中玻璃纤维和钢纤维的重量比为（1-3）:1。
通过采用上述技术方案，纤维具有良好的阻裂效应，在混凝土中掺入纤维可以提高混凝土结构的韧性、抗弯、抗拉、抗冲击等性能，而本申请中选择添加量比为（1-3）:1玻璃纤维和钢纤维，可以进一步提升制备得到的混凝土的强度和韧性。
可选的，所述橡胶颗粒的粒径为3-6mm。
通过采用上述技术方案，选择粒径为3-6mm的橡胶颗粒，可以更好的切断混凝土的渗水通道，进一步提升制备得到的混凝土的抗渗性。
第二方面，本申请提供一种抗渗高强度混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种抗渗高强度混凝土的制备方法，包括以下制备步骤：
（1）按重量份数准备抗渗高强度混凝土的各个原料；
（2）将河砂、石子进行搅拌均匀，得到第一混合物；
（3）将水泥、煤灰粉、石膏、氧化钙、橡胶颗粒、石英砂、纤维材料加入到第一混合物中，搅拌均匀，得到第二混合物；
（4）在水中加入外加剂搅拌均匀后，加入到第二混合物中，混合搅拌均匀后得到混凝土。
通过采用上述技术方案，可以使混凝土的各个原料成份充分混合，使各个成份均匀分布于混凝土中，从而进一步提升制备得到的混凝土的抗渗性以及强度，提高混凝土的使用寿命。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用水泥、水、河砂、石子、煤灰粉、石膏、氧化钙、橡胶颗粒、石英砂、纤维材料和外加剂作为混凝土的制备原料，各个成份相互配合，共同配合，提升制备得到的混凝土的密度、降低孔隙率，进而提升混凝土的抗渗性和强度。
2、本申请中采用浓度为40-55％的硅酸钠溶液改性玻璃橡胶，使得橡胶颗粒表面能够很好的与水泥水化产物相结合，从而使制备的混凝土的强度以及抗渗性进一步提高。
3、本申请中添加玻璃纤维和钢纤维，玻璃纤维具有耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高的特点，其加入混凝土中能够增强混凝土的强度和机械性能，钢纤维的加入可以提高混凝土的抗压强度、耐磨强度等性能，因此玻璃纤维与钢纤维相互配合加入到混凝土中，可以进一步提升制备得到的混凝土的抗压强度和耐磨强度，提升混凝土的性能。
4、本申请的方法，可以使各个成份均匀分布于混凝土中，从而进一步提升混凝土的抗渗以及抗压强度。
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：生产厂家：佛山市润合建材有限公司，生产型号：华润425水泥；
煤灰粉：生产厂家：灵寿县图恒矿产品有限公司，生产型号：图恒矿品；
石膏：生产厂家：安徽新缔绿新型建材有限公司，生产型号：XDL-130；
橡胶颗粒：生产厂家：灵寿县德腾矿产品加工厂，生产型号：DT877；
石英砂：生产厂家：河北健石新材料科技有限公司，生产型号：健石新材料；
玻璃纤维：生产厂家：五河县维佳复合材料有限公司，生产型号：维佳复合材料，产品规格1-6cm；
钢纤维：生产厂家：高新技术产业开发区渝磊建材厂，生产型号：01，产品规格：30*0.5mm；
聚羧酸减水剂：生产厂家：山东安泉化工科技有限公司，生产型号：聚酯型聚羧酸减水剂01；
松香酸钠引气剂：生产厂家：河南泰吉化工产品有限公司，生产型号：6541。
实施例
实施例1
一种抗渗高强度混凝土，包括以下原料：水泥30Kg、水30Kg、河砂60Kg、粒径为10mm的石子120Kg、煤灰粉9Kg、石膏5Kg、氧化钙2Kg、粒径为3mm的橡胶颗粒5Kg、石英砂2Kg、纤维材料8Kg、外加剂1Kg。
其中外加剂为羧酸减水剂，纤维材料为玻璃纤维。
一种抗渗高强度混凝土的制备方法，包括以下步骤：将河砂、石子进行搅拌均匀后，加入水泥、煤灰粉、石膏、氧化钙、橡胶颗粒、石英砂、纤维材料混合搅拌均匀后，再加入经混合搅拌均匀后的水和外加剂，混合搅拌均匀后得到混凝土。
实施例2
与实施例1的区别：水泥40Kg、水25Kg、河砂80Kg、粒径10mm的石子100Kg、煤灰粉15Kg、石膏3Kg、氧化钙3Kg、粒径3mm的橡胶颗粒2Kg、石英砂4Kg、纤维材料5Kg、外加剂3Kg。
实施例3
与实施例1的区别：水泥50Kg、水18Kg、河砂100Kg、石子90Kg、煤灰粉20Kg、石膏2Kg、氧化钙5Kg、橡胶颗粒1Kg、石英砂6Kg、纤维材料3Kg、外加剂4Kg。
实施例4
与实施例2的区别：在2Kg橡胶颗粒中加入40wt％的硅酸钠溶液，直到硅酸钠溶液刚好没过橡胶颗粒，浸泡橡胶颗粒40min，经过滤后放入烘箱中在45℃条件下，烘干10min得到的改性橡胶颗粒。
实施例5
与实施例2的区别：在2Kg橡胶颗粒中加入50wt％的硅酸钠溶液，直到硅酸钠溶液刚好没过橡胶颗粒，浸泡橡胶颗粒35min，经过滤后放入烘箱中以55℃，烘干8min得到的改性橡胶颗粒。
实施例6
与实施例2的区别：在2Kg橡胶颗粒中加入55wt％的硅酸钠溶液，直到硅酸钠溶液刚好没过橡胶颗粒，浸泡橡胶颗粒25min，经过滤后放入烘箱中以60℃，烘干5min得到的改性橡胶颗粒。
实施例7
与实施例5的区别：外加剂为重量比为1:2的聚羧酸减水剂和松香酸钠引气剂。
实施例8
与实施例5的区别：外加剂为重量比为1:3的聚羧酸减水剂和松香酸钠引气剂。
实施例9
与实施例5的区别：外加剂为重量比为1:5的聚羧酸减水剂和松香酸钠引气剂。
实施例10
与实施例8的区别：石子粒径为15mm。
实施例11
与实施例8的区别：石子粒径为20mm。
实施例12
与实施例10的区别：改性橡胶颗粒的粒径为4mm。
实施例13
与实施例10的区别：改性橡胶颗粒的粒径为6mm。
实施例14
与实施例12的区别：纤维材料为重量比为1:1的玻璃纤维和钢纤维。
实施例15
与实施例12的区别：纤维材料为重量比为2:1的玻璃纤维和钢纤维。
实施例16
与实施例12的区别：纤维材料为重量比为3:1的玻璃纤维和钢纤维。
实施例17
与实施例15的区别：水24Kg。
实施例18
与实施例15的区别：水30Kg。
对比例
对比例1
与实施例17的区别：水12Kg。
对比例2
与实施例17的区别：水40Kg。
对比例3
与实施例17的区别：在2Kg橡胶颗粒中加入5wt％的硅酸钠溶液，直到硅酸钠溶液刚好没过橡胶颗粒，浸泡橡胶颗粒60min，经过滤后放入烘箱中以30℃，烘干30min得到的改性橡胶颗粒。
对比例4
与实施例17的区别：在2Kg橡胶颗粒中加入70wt％的硅酸钠溶液，直到硅酸钠溶液刚好没过橡胶颗粒，浸泡橡胶颗粒20min，经过滤后放入烘箱中以70℃，烘干3min得到的改性橡胶颗粒。
对比例5
与实施例17的区别：石子粒径为10mm。
对比例6
与实施例17的区别：石子粒径为50mm。
对比例7
与实施例17的区别：不添加石膏。
对比例8
与实施例17的区别：不添加石英砂。
性能检测试验
检测实施例1-18和对比例1-8所制备得到的混凝土的抗压强度、抗折强度和抗渗压力。
检测方法/试验方法
根据《普通混凝土力学性能试验方法标准GB／T50081-2016》测定养护28d时的混凝土的抗压强度和抗折强度，抗压强度和抗折强度越高则说明混凝土的强度越强；根据《GBT50082-2009 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》测定养护28d和56d时的抗渗压力，抗渗压力越大则说明混凝土的抗渗性能最好。检测结果见表1。
表1混凝土性能检测结果
抗压强度/MPa 抗拉伸强度/MPa 抗渗压力（28d）/MPa 抗渗压力（56d）/MPa
实施例1 68.3 54.3 2.5 2.0
实施例2 70.6 56.5 2.7 2.2
实施例3 68.5 54.8 2.6 2.1
实施例4 71.6 56.9 2.8 2.4
实施例5 73.8 57.7 3.1 2.6
实施例6 72.3 57.3 2.9 2.5
实施例7 74.5 58.5 3.2 2.7
实施例8 75.7 58.1 3.4 2.9
实施例9 74.8 58.3 3.3 2.8
实施例10 76.3 60.6 3.6 3.2
实施例11 76.1 59.8 3.5 3.0
实施例12 77.8 51.3 3.8 3.4
实施例13 76.9 50.9 3.7 3.3
实施例14 78.2 51.6 3.9 3.6
实施例15 79.1 52.5 4.1 3.5
实施例16 78.5 51.8 4.0 3.5
实施例17 80.8 63.9 4.3 3.8
实施例18 79.3 62.8 4.2 3.7
对比例1 45.7 33.6 1.7 1.1
对比例2 50.6 40.2 1.5 1.0
对比例3 60.3 46.5 2.3 1.5
对比例4 59.4 42.1 2.1 1.4
对比例5 56.8 46.3 2.0 1.3
对比例6 50.2 48.2 1.8 1.2
对比例7 54.9 49.8 0.9 0.6
对比例8 52.3 48.6 0.7 0.4
结合实施例1-3并结合表1可以看出，各个原料的改变均会对最终制备得到的混凝土的抗渗性以及抗压强度和抗拉伸强度产生影响，而在本申请实施例中，选择实施例2中的原料组份即选择添加水泥40Kg、水25Kg、河砂80Kg、粒径10mm的石子100Kg、煤灰粉15Kg、石膏3Kg、氧化钙3Kg、粒径3mm的橡胶颗粒2Kg、石英砂4Kg、纤维材料5Kg、外加剂3Kg，其最终制备得到的混凝土的抗渗性以及抗压强度和抗拉伸强度最佳。
结合实施例2和实施例4-6以及对比例3-4并结合表1可以看出，橡胶颗粒用40-55％的硅酸钠溶液进行改性，可以有效提高制备得到的混凝土的抗渗性以及强度，在本申请实施例中，选择添加橡胶颗粒为用浓度为50％的硅酸钠溶液浸泡橡胶颗粒35min，经过滤后放入烘箱中以55℃，烘干8min得到的改性橡胶颗粒其制备得到的混凝土的抗渗压力、抗压强度和抗拉伸强度最佳。
结合实施例5和实施例7-9并结合表1可以看出，不同的外加剂种类均会对最终得到的混凝土的性能产生影响，而外加剂中聚羧酸减水剂和松香酸钠引气剂的不同重量比也会影响混凝土的性能，在本申请实施例中，在其他条件不变的情况下，外加剂选择重量比为1:3的聚羧酸减水剂和松香酸钠引气剂，其最终得到的混凝土的抗压强度、抗拉伸强度以及抗渗压力最好，即得到的混凝土的抗渗性以及强度最好。
结合实施例8和实施例10-11及对比例5-6并结合表1可以看出，不同的石子粒径均会对最终得到的混凝土的强度以及抗渗性产生影响，石子粒径过大或过小均会影响最终得到的混凝土的性能。在本申请中，选择粒径为10-20mm的石子能有效提高制备得到的混凝土的抗渗性和强度，在本申请实施例中，选择粒径为15mm的石子，其制备得到的混凝土的性能最佳。
结合实施例10和实施例12-13并结合表1可以看出，在其他条件不变的情况下，改变橡胶颗粒的粒径会对最终制备得到混凝土的性能产生影响，而在本申请实施例中，选择粒径为4mm的橡胶颗粒，其最终制备得到的混凝土的各项性能最佳。
结合实施例12和实施例14-16并结合表1可以看出，在其他条件不变的情况下，不同的纤维材料会影响最终得到的混凝土的性能。并且不同的玻璃纤维和钢纤维的重量比，也会影响最终得到的混凝土的性能，而在本申请中，选择重量比为2:1的玻璃纤维和钢纤维其制备得到的混凝土的抗压强度、抗拉伸强度以及抗渗压力达到最大。
结合实施例15和实施例17-18以及对比例1-2并结合表1可以看出，本申请的水灰比相对于对比例1-2其制备得到的混凝土的抗压强度、抗拉伸强度以及抗渗压力均较高，由此可见，本申请中水灰比合适，其最终制备得到的混凝土的各项性能最佳；而结合本申请实施例15和实施例17-18可以看出，改变水灰比会对制备得到的混凝土的性能产生影响，而在本申请实施例17中，选择添加水泥40Kg、水24Kg，即水灰比为0.6的技术方案，其制备得到的混凝土的抗压强度、抗拉伸强度以及抗渗压力的性能最佳。
结合实施例17和对比例7并结合表1可以看出，在不添加石膏的情况下，制备得到的混凝土的抗压强度、抗拉伸强度和抗渗压力均显著下降，由此可见，本申请中添加石膏可以有效提高混凝土的性能。
结合实施例17和对比例8并结合表1可以看出，在其他条件不变的情况下，不添加石英砂，对均显著降低制备得到的混凝土的各项性能，由此可见，石英砂的加入可以有效提高混凝土的抗渗性和强度。
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 (10)

1.一种抗渗高强度混凝土，其特征在于，包括以下重量份数的原料：水泥30-50份、水18-30份、河砂60-100份、石子90-120份、煤灰粉9-20份、石膏2-5份、氧化钙2-5份、橡胶颗粒1-5份、石英砂2-6份、纤维材料3-8份、外加剂1-4份。
2.根据权利要求1所述的一种抗渗高强度混凝土，其特征在于：所述橡胶颗粒为经硅酸钠改性得到的改性橡胶颗粒。
3.根据权利要求2所述的一种抗渗高强度混凝土，其特征在于：所述改性橡胶颗粒的制备方法包括：40-55wt％的硅酸钠溶液浸泡橡胶颗粒25-40min，经过滤后放入烘箱中烘干。
4.根据权利要求3所述的一种抗渗高强度混凝土，其特征在于：所述烘干温度为45-60℃，烘干5-10min。
5.根据权利要求4所述的一种抗渗高强度混凝土，其特征在于：所述外加剂包括聚羧酸减水剂和松香酸钠引气剂。
6.根据权利要求5所述的一种抗渗高强度混凝土，其特征在于：所述
聚羧酸减水剂和松香酸钠引气剂的重量比为1:（2-5）。
7.根据权利要求1所述的一种抗渗高强度混凝土，其特征在于：所述石子粒径为10-20mm。
8.根据权利要求1所述的一种抗渗高强度混凝土，其特征在于：所述纤维材料包括玻璃纤维和钢纤维，其中玻璃纤维和钢纤维的重量比为（1-3）:1。
9.根据权利要求1所述的一种抗渗高强度混凝土，其特征在于：所述橡胶颗粒的粒径为3-6mm。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种抗渗高强度混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
按重量份数准备抗渗高强度混凝土的各个原料；
将河砂、石子进行搅拌均匀，得到第一混合物；
将水泥、煤灰粉、石膏、氧化钙、橡胶颗粒、石英砂、纤维材料加入到第一混合物中，搅拌均匀，得到第二混合物；
（4）在水中加入外加剂搅拌均匀后，加入到第二混合物中，混合搅拌均匀后得到混凝土。
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