CN113149556A - 一种超长结构用抗裂混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混凝土领域，具体公开了一种超长结构用抗裂混凝土，包括以下重量份的原料组分：水泥100‑115份、河砂190‑220份、碎石380‑440份、水50‑70份、粉煤灰20‑25份、膨润土15‑35份、高性能减水剂2.0‑2.4份、改性剑麻纤维15‑20份、聚丙烯纤维10‑15份，所述改性剑麻纤维通过硅烷偶联剂对剑麻纤维进行表面改性制得，其具有提高混凝土的抗裂性能的优点，另外，还提供了一种超长结构用混凝土的制备方法。

Description

一种超长结构用抗裂混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土的领域，更具体地说，它涉及一种超长结构用抗裂混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土是现代建筑领域中应用最为广泛的建筑材料，常用的混凝土一般由胶凝材料、水、骨料和其它外加剂按照适合比例，均匀搅拌再经养护硬化而形成的人造石材。在建筑领域中，混凝土是不可缺少的原材料之一。

超长结构用混凝土一般包括钢筋和混凝土，钢筋设置于混凝土的内部，利用钢筋与混凝土接触面的化学吸附作用力以形成一个整体，钢筋承受外界施加的拉力，混凝土承受外界施加的压力，使得这种混凝土能够在强度和工作性上保持良好的性能。但是它的抗裂性方面仍然需要很大改进，加之混凝土本身为多孔结构，使得外界环境的一些离子能够通过孔隙和裂缝进入混凝土内部，腐蚀钢筋，使其强度减小，时间较长时，存在断裂的风险。

发明内容

针对超长结构用混凝土的抗裂性能不足的问题，本申请的目的在于提供一种抗裂性效果好的超长结构用混凝土及其制备方法。

本申请提供的一种超长结构混凝土采用如下方案：

一种超长结构用抗裂混凝土，包括以下重量份的原料组分：水泥100-115份、河砂190-220份、碎石380-440份、水50-70份、粉煤灰20-25份、膨润土15-35份、高性能减水剂2.0-2.4份、改性剑麻纤维15-20份、聚丙烯纤维10-15份，所述改性剑麻纤维通过硅烷偶联剂对剑麻纤维进行表面改性制得通过采用上述技术方案，改性剑麻纤维和聚丙烯纤维具有协同作用，两者在混凝土中起到了拉拽混凝土中骨料的作用，其中剑麻纤维的加入有利于提高抗裂混凝土在受到外界负荷时的抗压强度，聚丙烯纤维的加入有利于提高混凝土的抗弯强度，剑麻纤维和聚丙烯纤维配合使用；膨润土是一种主要含量为蒙脱石的非金属矿产，当掺入适量的膨润土时，拌合物中膨润土和水泥浆之间产生粘结固化作用，膨润土具有较强的吸水性，且膨润土在水泥浆内吸水膨胀，从而将混凝土内部的孔隙起到堵塞作用，膨润土、改性剑麻纤维和聚丙烯纤维相互协同，可以对混凝土中的空隙起到较好的阻隔作用，减少空隙之间的连通性，与混凝土其他原料相互协同配合，得到了性能优异的混凝土。

同时，减水剂吸附于水泥浆颗粒表面，使得水灰比得到最大程度的降低，水泥浆内的游离水大幅减少，减水剂和水泥浆颗粒表面通常带有同一种电荷，利用同性电荷相互排斥的原理，促进了水泥浆颗粒的散开，从而被水泥浆颗粒包裹的水分得以流出，降低了混凝土内的水灰比，进一步提高了混凝土的抗压强度。

优选的，所述混凝土包括以下重量份的原料组分：水泥105-110份、河砂195-210份、碎石390-430份、水55-60份、粉煤灰22-25份、膨润土20-30份、高性能减水剂2.0-2.4份、纤维30-45份，改性剑麻纤维16-20份、聚丙烯纤维10-14份。

通过采用上述技术方案，经抗裂性测试试验，各组分的重量份数在上述范围内时，有助于提高抗裂混凝土的抗裂性能。

优选的，所述改性剑麻纤维和所述聚丙烯纤维的重量份比为(1.3-2.5)：1。

通过采用上述技术方案，各组分的重量份数在上述范围内时，有助于发挥纤维对混凝土的抗裂性能。

优选的，所述改性剑麻纤维经过以下方法制备：

1)将1-3重量份的剑麻纤维置入2重量份的10％氢氧化钠溶液中并进行搅拌1-2h；

2)将步骤1)得到的混合液过滤，得到固体，并将其用蒸馏水洗涤至中性，然后烘干；

3)在20-25份的DMF中置入1-3份步骤2)得到的剑麻纤维并进行搅拌，然后加入0.3-0.7份的硅烷偶联剂，并同时加入3-5份0.2％的非离子表面活性剂，继续搅拌，得混合液，然后对混合液进行过滤，得到改性剑麻纤维。

通过采用上述技术方案，氢氧化钠溶液对剑麻纤维表面的半纤维素、木质素等低分子杂质进行去除，通过利用经处理后硅烷偶联剂对剑麻纤维进行处理，有利于剑麻纤维和混凝土的结合，对混凝土内部的骨料起到了更好的拉拽作用。

优选的，所述膨润土为钠基膨润土或钙基膨润土。

通过采用上述技术方案，膨润土遇水膨胀，水分子的进入加大了膨润土矿物晶层的间距，钠基混凝土和钙基膨润土中的阳离子将膨润土颗粒联结在一起，制约了膨润土颗粒的分撒,并且钠基膨润土和钙基膨润土的分散能力较高，且吸水率高、膨胀系数大，将钠基膨润土或钙基膨润土拌和于混凝土内，钠基膨润土或钙基膨润土分别对混凝土内的水分进行吸收，从而自身膨胀，对混凝土内部的孔隙进行了堵塞。

优选的，所述高性能减水剂为聚羧酸减水剂或萘系高效减水剂。

通过采用上述技术方案，聚羧酸减水剂和萘系高效减水剂均具备较强的水泥分散性，且其自身带有一定的引气功能，通过向混凝土内引入一些稳定的气泡，在冬季的环境中，混凝土内由于冻结和过冷水的迁移所产生的膨胀压力集中可以得到环节，使得混凝土的抗冻裂性增强，有利于增强混凝土的耐久性。

优选的，所述碎石的粒径10-25mm。

通过采用上述技术方案，碎石在混凝土内作为粗骨料使用，起到了混凝土骨架的作用，随着碎石的粒径增大，混凝土内部的孔隙呈增大趋势，严重硬性混凝土的抗裂性能。

优选的，所述改性剑麻纤维的长度为5-10mm。

通过采用上述技术方案，5-10mm长度的剑麻纤维在混凝土搅拌的过程中不易打结，容易均匀的分散与混凝土内部，有效的提高了混凝土的抗裂性。

优选的，一种超长结构用抗裂混凝土的制备方法，其特征在于：其制备步骤如下：将水泥、河砂、碎石、粉煤灰、膨润土、改性剑麻纤维和聚丙烯纤维搅拌均匀，再加入水进行拌和，在拌和的过程中加入高性能减水剂，搅拌均匀，即得到超长结构用抗裂混凝土。

通过采用上述技术方案，在混凝土的原料加入水后进行搅拌的过程中，即混凝土还具备可塑性时加入高性能减水剂，减水剂可以吸附在水泥表面提供减水的效果。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、改性剑麻纤维通过向混凝土中添加膨润土，其具有良好的吸水性且吸附于水泥颗粒的表面，膨润土吸水膨胀，从而对混凝土内部的孔隙进行堵塞，大大减少了一些有害物质透过混凝土的孔隙腐蚀钢筋层，也提高了混凝土的抗渗透性。

2.通过采用聚羧酸减水剂，聚羧酸减水剂较其他类型的减水剂拥有更强的水泥分散性，并且其本身含有的氯离子相对其他类型减水剂少，减弱了减水剂对混凝土内部钢筋层的损坏。

3.本申请得到的超长结构用混凝土的抗压强度最大可达到58.3Mpa、抗折强度最大可达到5.2Mpa，裂缝数最少达到2条，抗压折强度损失率最小可达到0.16％。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

原料

水泥：采用硅酸盐水泥，生产厂家为浙江三狮集团特种水泥有限公司；

河砂：生产厂家为石家庄磊泰科技有限公司；

碎石：粒径10-25mm，生产厂家为北京京豫鲁建筑工程有限公司；

粉煤灰：采用二级粉煤灰，生产厂家为石家庄驰霖矿产品有限公司；

膨润土：采用钠基膨润土，生产厂家为信阳市平桥区朋来膨润土厂；

高性能减水剂：采用聚羧酸减水剂，生产厂家为山东同盛建材有限公司；

剑麻纤维：生产厂家为广西剑麻集团；

聚丙烯纤维：生产厂家为泰安同宏纤维有限公司；

非离子表面活性剂：采用聚乙醇型非离子表面活性剂，生产厂家为广州市越佳贸易有限公司；硅烷偶联剂：生产厂家为杭州杰西卡化工有限公司，型号为KH550。

制备例

制备例1

一种改性剑麻纤维，其制备步骤如下：

1)将1kg的剑麻纤维置入2L质量百分比浓度为10％氢氧化钠溶液中，搅拌2h，搅拌的速度为60r/min；

2)步骤1)得到的混合液经过过滤，得到剑麻纤维，用蒸馏水对剑麻纤维洗至中性，然后将剑麻纤维置入烘干箱内进行烘干，调节烘干箱的温度35℃；

3)在25kg的DMF中加入1kg步骤2)得到的剑麻纤维并进行搅拌，然后加入0.3kg的硅烷偶联剂，并同时加入5kg的质量百分比浓度为0.2％的非离子表面活性剂得到混合液，对混合液进行过滤处理，过滤后得到的固体为改性剑麻纤维。

制备例2

一种改性剑麻纤维，其制备步骤如下：

1)将2kg的剑麻纤维置入2L质量百分比浓度为10％氢氧化钠溶液中，搅拌1.5h，搅拌的速度为60r/min；

2)步骤1)得到的混合液经过过滤，得到剑麻纤维，用蒸馏水对剑麻纤维洗至中性，然后将剑麻纤维置入烘干箱内进行烘干，调节烘干箱的温度35℃；

3)在23kg的DMF中加入2kg步骤2)得到的剑麻纤维并进行搅拌，然后加入0.5kg的硅烷偶联剂，并同时加入4kg的质量百分比浓度为0.2％的非离子表面活性剂得到混合液，对混合液进行过滤处理，过滤后得到的固体为改性剑麻纤维。

制备例3

一种改性剑麻纤维，其制备步骤如下：

1)将3kg的剑麻纤维置入2L质量百分比浓度为10％氢氧化钠溶液中，搅拌1h，搅拌的速度为60r/min；

2)步骤1)得到的混合液经过过滤，得剑麻纤维，用蒸馏水对剑麻纤维洗至中性，然后将剑麻纤维置入烘干箱内进行烘干，调节烘干箱的温度35℃；

3)在20kg的DMF中加入1kg步骤2)得到的剑麻纤维并进行搅拌，然后加入0.7kg的硅烷偶联剂，并同时加入3kg的质量百分比浓度为0.2％的非离子表面活性剂得到混合液，对混合液进行过滤处理，过滤后得到的固体为改性剑麻纤维。

实施例

实施例1

一种超长结构用抗裂混凝土，其制备方法：

S1.将100kg水泥、220kg河砂、380kg碎石、25kg粉煤灰、15kg膨润土、16kg改性剑麻纤维和14kg聚丙烯纤维搅拌均匀，再加入50kg水进行拌和；

S2.在拌和的过程中加入2.4kg高性能减水剂，待搅拌均匀后，即得到超长结构用混凝土。

其中，改性剑麻纤维长度为5mm，聚丙烯纤维长度为4mm，改性剑麻纤维来自制备例1，碎石的粒径10mm。

实施例2

一种超长结构用抗裂混凝土，其制备方法：

S1.将105kg水泥、210kg河砂、390kg碎石、24kg粉煤灰、20kg膨润土、16kg改性剑麻纤维和14kg聚丙烯纤维搅拌均匀，再加入55kg水进行拌和；

S2.在拌和的过程中加入2.3kg高性能减水剂，待搅拌均匀后，即得到超长结构用混凝土。

其中，改性剑麻纤维长度为5mm，聚丙烯纤维长度为4mm，改性剑麻纤维来自制备例1，碎石的粒径10mm。

实施例3

一种超长结构用抗裂混凝土，其制备方法：

S1.将110kg水泥、195kg河砂、430kg碎石、22kg粉煤灰、25kg膨润土、16kg改性剑麻纤维和14kg聚丙烯纤维搅拌均匀，再加入60kg水进行拌和；

S2.在拌和的过程中加入2.2kg高性能减水剂，待搅拌均匀后，即得到超长结构用混凝土。

其中，改性剑麻纤维长度为5mm，聚丙烯纤维长度为4mm，改性剑麻纤维来自制备例1，碎石的粒径10mm。

实施例4

一种超长结构用抗裂混凝土，其制备方法：

S1.将115kg水泥、190kg河砂、440kg碎石、20kg粉煤灰、30kg膨润土、16kg改性剑麻纤维和14kg聚丙烯纤维搅拌均匀，再加入70kg水进行拌和；

S2.在拌和的过程中加入2.0kg高性能减水剂，待搅拌均匀后，即得到超长结构用混凝土。

其中，改性剑麻纤维长度为5mm，聚丙烯纤维长度为4mm，改性剑麻纤维来自制备例1，碎石的粒径10mm。

实施例5

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例3不同的是，与实施例3中等量的改性剑麻纤维来自制备例2，其余步骤与实施例3均相同。

实施例6

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例3不同的是，与实施例3中等量的改性剑麻纤维来自制备例3，其余步骤与实施例3均相同。

实施例7

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例3不同的是，碎石的粒径为18mm，其余步骤与实施例3均相同。

实施例8

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例3不同的是，碎石的粒径为25mm，其余步骤与实施例3均相同。

实施例9

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例3不同的是，改性剑麻纤维的长度为8mm，其余步骤与实施例3相同。

实施例10

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例3不同的是，改性剑麻纤维的长度为10mm，其余步骤与实施例3相同。

实施例11

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例3不同的是，添加的钠基膨润土替换为等重量份的钙基膨润土，其余步骤与实施例3相同。

实施例12

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例3不同的是，添加的聚羧酸减水剂替换为等重量份的萘系高效减水剂，其余步骤与实施例3相同。

实施例13

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例3不同的是，添加的聚丙烯纤维的量为10kg，其余步骤与实施例3相同。

实施例14

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例3不同的是，添加的聚丙烯纤维的量为15kg，其余步骤与实施例3相同。

实施例15

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例3不同的是，添加的改性剑麻纤维的量为15kg，其余步骤与实施例3相同。

实施例16

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例3不同的是，添加的改性剑麻纤维的量为20kg，其余步骤与实施例3相同。

对比例

对比例1

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例3不同之处，添加的改性剑麻纤维均替换为等重量份的剑麻纤维，其余步骤与实施例3相同。

对比例2

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例3不同的是，添加的改性剑麻纤维替换为等重量份的聚丙烯纤维，其余步骤与实施例3相同。

对比例3

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例3不同的是，添加的聚丙烯纤维替换为等重量份的改性剑麻纤维，其余步骤与实施例3相同。

对比例4

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例3不同的是，碎石的粒径为5mm，其余步骤与实施例3相同。

对比例5

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例3不同的是，碎石的粒径为30mm，其余步骤与实施例3相同。

对比例6

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例3不同的是，改性剑麻纤维的长度为3mm，其余步骤与实施例3相同。

对比例7

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例3不同的是，改性剑麻纤维的长度为13mm，其余步骤与实施例3相同。

性能检测试验

检测方法

分别按照实施例1-16和对比例1-7中的方法进行制备混凝土，并且所养护的方法相同，依据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》和GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，对养护28天后的混凝土进行抗压强度、抗折强度、测定各项性能，测定结果如表1所示。

表1实施例1-16和对比例1-7的检测结果

从表1的检测数据可以看出，本申请的超长结构混凝土的抗压强度均在50.3Mpa之上，抗折强度均在4.0Mpa之上，抗压折强度损失率0.28％之下，裂缝数均在14条之下。

从实施例1-4的检测数据可以看出，本申请制得的超长结构用混凝土的其中实施例3的混凝土的抗压强度、抗折强度、抗压折强度损失以及裂缝数均表现最佳，说明混凝土的这种原料的使用量在此范围内制得的混凝土的抗裂性能最佳。

从实施例3和实施例5-6的检测数据可以看出，制备例1的得到的改性剑麻纤维对混凝土的抗裂性能起到较好的效果。

从实施例3和实施例7-8的检测数据可以看出，碎石的粒径在10-25mm的范围内，随着粒径的增加，混凝土的抗裂性能逐渐减弱。

从实施例3和实施例9-10的检测数据可以看出，改性剑麻纤维的长度在5-10mm的范围内，随着改性剑麻纤维长度的增加，混凝土的抗压强度逐渐减弱，抗折强度也有减弱的趋势，其内部的裂缝数呈增加的趋势。

从实施例3和实施例11的检测数据可以看出，钠基膨润土处理后的混凝土表现出更优的抗裂性能。

从实施例3和实施例12的检测数据可以看出，经聚羧酸减水剂处理后的混凝土表现出更优的抗裂性能。

从实施例3和实施例13-14的检测数据可以看出，聚丙烯纤维的投入量在10-15kg的范围内，随着聚丙烯纤维的投入量逐渐增加的过程中，混凝土的抗裂性能呈先增强后减弱的变化趋势，当聚丙烯纤维的投入量为14kg时，混凝土表现出更优的抗裂性能。

从实施例3和实施例15-16的检测数据可以看出，改性剑麻纤维的投入量在15-20kg的范围内，随着改性剑麻纤维的投入量逐渐增加的过程中，混凝土的抗裂性能呈先增强后减弱的变化趋势，当改性剑麻纤维的投入量为16kg时，混凝土表现出更优的抗裂性能。

结合实施例3和对比例1，并根据表1可以看出，本申请制得的混凝土的抗压强度与抗折强度均强于对比例1的抗压强度和抗折强度，说明改性剑麻纤维到对混凝土内部的骨料起到了更好的拉拽作用。

结合实施例3和对比例1-2，并根据表1可以看出，本申请制得的混凝土的抗压强度与抗折强度均强于对比例1和对比例2的抗压强度和抗折强度，当向混凝土中只加入聚丙烯纤维而不添加改性剑麻纤维时，或只添加改性剑麻纤维而不添加聚丙烯纤维时，混凝土的抗裂性能均表现不佳，剑麻纤维和聚丙烯纤维同时加入时，混凝土的抗压强度和抗折强度均得到提升，改性剑麻纤维和聚丙烯纤维具有协同作用。

结合实施例3和对比例4-5，并根据表1可以看出，本申请制得的混凝土的抗压强度与抗折强度均强于对比例4和对比例5的抗压强度和抗折强度，碎石的粒径在10-25mm的范围内，混凝土能表现处较优的抗裂性能。

结合实施例3和对比例6-7，并根据表1可以看出，本申请制得的混凝土的抗压强度与抗折强度均强于对比例6和对比例7的抗压强度和抗折强度，改性剑麻纤维的长度在5-10mm的范围内，混凝土能表现处较优的抗裂性能。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，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，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种超长结构用抗裂混凝土，其特征在于：包括以下重量份的原料组分：水泥100-115份、河砂190-220份、碎石380-440份、水50-70份、粉煤灰20-25份、膨润土15-35份、高性能减水剂2.0-2.4份、改性剑麻纤维15-20份、聚丙烯纤维10-15份，所述改性剑麻纤维通过硅烷偶联剂对剑麻纤维进行表面改性制得。

2.根据权利要求1所述的一种超长结构用抗裂混凝土，其特征在于：所述混凝土包括以下重量份的原料组分：水泥105-110份、河砂195-210份、碎石390-430份、水55-60份、粉煤灰22-25份、膨润土20-30份、高性能减水剂2.0-2.4份、纤维30-45份，改性剑麻纤维16-20份、聚丙烯纤维10-14份。

3.根据权利要求1所述的一种超长结构用抗裂混凝土，其特征在于：所述改性剑麻纤维和所述聚丙烯纤维的重量份比为（1.3-2.5）：1。

4.根据权利要求1所述的一种超长结构用抗裂混凝土，其特征在于：所述改性剑麻纤维的制备步骤如下：

1）将1-3重量份的剑麻纤维置入2重量份的10%氢氧化钠溶液中并进行搅拌1-2h；

2）将步骤1）得到的混合液过滤，得到固体，并将其用蒸馏水洗涤至中性，然后烘干；

3）在20-25份的DMF中置入1-3份步骤2）得到的剑麻纤维并进行搅拌，然后加入0.3-0.7份的硅烷偶联剂，并同时加入3-5份0.2%的非离子表面活性剂，继续搅拌，得混合液，然后对混合液进行过滤，得到改性剑麻纤维。

5.根据权利要求1所述的一种超长结构用抗裂混凝土，其特征在于：所述膨润土为钠基膨润土或钙基膨润土。

6.根据权利要求1所述的一种超长结构用抗裂混凝土，其特征在于：所述高性能减水剂为聚羧酸减水剂或萘系高效减水剂。

7.根据权利要求1所述的一种超长结构用抗裂混凝土，其特征在于：所述碎石的粒径10-25mm。

8.根据权利要求1所述的一种超长结构用抗裂混凝土，其特征在于：所述改性剑麻纤维的长度为5-10mm。

9.一种权利要求1-8任一所述的超长结构用抗裂混凝土的制备方法，其特征在于：其制备步骤如下：

将水泥、河砂、碎石、粉煤灰、膨润土、改性剑麻纤维和聚丙烯纤维搅拌均匀，再加入水进行拌和，在拌和的过程中加入高性能减水剂，搅拌均匀，即得到超长结构用抗裂混凝土。