CN113213836A - 一种高强度耐久性好的水泥混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度耐久性好的水泥混凝土及其制备方法，属于混凝土技术领域，包括水泥、粗细骨料，以及增强组份、增韧组份和添加剂；所述增强组份包括氧化石墨烯、硅微粉和玻璃微珠；所说增韧组份包括改性硅酸钠、复合纤维、聚氨酯和二氧化钛；所述添加剂包括减水剂；余量为水；并通过相应的制备方法制备得到。本发明水泥混凝土，具有良好的抗压能力，还能够避免裂纹的产生，并保持良好的抗渗透和抗碳化性能。

Description

一种高强度耐久性好的水泥混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，具体属于一种高强度耐久性好的水泥混凝土及其制备方法。

背景技术

水泥混凝土是指由水泥、砂、石等加水进行混合、搅拌，进而结成整体的工程复合材料，混凝土结构在现代施工和土木工程中具有重要的意义，并其也是保障整体工程质量和安全性的关键材料，因此，高质量、高性能的水泥混凝土一直是行业中的追求。

目前的水泥混凝土的强度一般，抗压能力相对不高，承受能力相对较差，长期使用需要经常就行维护，维护成本较高，甚至有可能出现安全问题。

行业中对水泥混凝土的强度也有了较多的研究，也出现了一些强度比较高的水泥混凝土，但可惜的是，一味追求水泥混凝土的高强度，就会容易导致脆性过大，容易出现裂纹、裂缝，以及抗渗透和抗碳化能力下降等问题，导致水泥混凝土的耐久性能不佳，使用寿命不长，甚至开裂严重时还会导致安全事故的发生，即使在水泥混凝土材料中加大纤维的添加量，也无济于事，还会不断产生大小不等的裂纹，还影响渗透性，导致耐久性效果一直难以得到突破。

因此，如何才能够提高水泥混凝土抗压性能力的同时，避免裂纹裂缝的产生，并保持良好的抗渗透性能，实现同步提高水泥混凝土的强度和耐久性，这成为了本领域中一直存在，并且难以解决的技术难题。

发明内容

针对背景技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种高强度耐久性好的水泥混凝土，具有良好的抗压能力，还能够避免裂纹的产生，保持良好的抗渗透和抗碳化性能。

本发明的目的之二是提供一种高强度耐久性好的水泥混凝土的制备方法，通过该制备方法能够有效促进各物质之间的充分混合、反应，使得制备出来的水泥混凝土强度高，耐久性好。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种高强度耐久性好的水泥混凝土，包括水泥、粗细骨料，以及增强组份、增韧组份和添加剂；

所述增强组份包括氧化石墨烯、硅微粉和玻璃微珠；

所说增韧组份包括改性硅酸钠、复合纤维、聚氨酯和二氧化钛；

所述添加剂包括减水剂；

余量为水。

进一步所采取的措施是：一种高强度耐久性好的水泥混凝土，其特征在于：包括以下物质及其相应质量百分比：水泥9.00％-13.00％、粗细骨料52％-65％、氧化石墨烯0.20％-0.80％、硅微粉1.00％-3.00％、玻璃微珠1.50％-2.50％、改性硅酸钠0.50％-1.50％、复合纤维8.00％-14.00％、聚氨酯2.00％-4.00％、二氧化钛0.50％-1.00％、减水剂0.20％-0.60％，以及余量为水。

进一步所采取的措施是：增强组份还包括四氟乙烯粉。

进一步所采取的措施是：所述四氟乙烯粉所占质量百分比为0.50％-1.00％。

进一步所采取的措施是：所述添加剂还包括相应质量百分比的焦磷酸四钠0.40％-0.80％。

进一步所采取的措施是：所述添加剂还包括相应质量百分比的磷片石墨0.80％-1.20％。

进一步所采取的措施是：所述粗细骨料包括粗骨料、中骨料和细骨料。

进一步所采取的措施是：所述粗细骨料包括的物质及其质量百分比为：粗骨料28.00％-33.00％、中骨料6.00％-8.00％和细骨料18.00％-25.00％。

进一步所采取的措施是：所述复合纤维为高强度纤维、环氧树脂纤维以及改性纤维中的一种或者几种。

一种高强度耐久性好的水泥混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将相应质量百分比的增强组份和增韧组份进行混合预处理，备用；

(2)再将相应质量百分比的细骨料、中骨料与入水进行混合、湿润预处理，备用；

(3)在预处理后的细骨料和中骨料的混合物中加入相应质量百分比的粗骨料和水泥进行混合、搅拌均匀，然后再逐渐加入减水剂和预处理后的增强组份和增韧组份的混合物，并充分搅拌均匀，即可得到水泥混凝土。

本发明在传统的水泥混凝土的技术上开拓创新，通过深入研究、挖掘不同物质间的相互作用，以提高整体的强度和韧性，避免容易开裂，达到强度高、耐久性强的效果。本发明通过加入玻璃微珠和氧化石墨烯一定程度上提升混凝土的强度，但是不够明显，但再通过加入硅微粉，使得硅微粉、玻璃微珠和氧化石墨烯有机结合，玻璃微珠起到强有力的支撑，硅微粉和氧化石墨烯加强整体的凝固强度和均匀效果，三者相互促进，使得整体的强度显著的提升，从而增强整体的抗压、耐受效果。

然而，单纯从强度上提升水泥混凝土的质量会很容易给水泥混凝土带来另一问题，脆性过大，容易出现裂纹，虽然增加复合纤维能够提升水泥混凝土的韧性，能够一定程度上减缓裂纹的出现，然而这是远远不够的，特别是强度的显著提高，普通的复合纤维所能起到的作用有限，还是会在水泥混凝土上不断出现裂纹，这就需要耗费更多的人工、人力和材料进行修补。为解决这一技术难题，本发明人团队经过不断的尝试和研究，采用了行业中不常用，也一直未被应用于改善混凝土韧性效果的改性硅酸钠和聚氨酯，在不影响强度的情况下，有效提高整体的混溶和粘结效果，抗渗透能力强，同时改善复合纤维与其他成分的粘附效果，提升整体的韧性，避免开裂，同时二氧化钛与改性硅酸钠和聚氨酯相互作用，能够增强韧性的同时降低收缩率，避免在温差过大的环境，容易出现开裂，且增强整体的耐磨碳化程度，从而实现提高强度的同时，真正提高整体的品质，还能够长期使用也不容易出现裂纹的问题，同时抗渗透和碳化能力强，达到耐久性好、使用寿命长的特点。

本发明还通过添加适量的减水剂，减少混合过程中的用水量，并促进后续水分蒸发和整体凝固；通过加入四氟乙烯粉还能够提升整体的耐高温和绝缘性能，并进一步改善整体的强度和耐久性。还通过加入焦磷酸四钠提升整体的平滑效果，同时与二氧化钛共同作用，降低收缩率，避免裂纹的产生，而鳞片石墨则改善整体的抗老化性能，进而提升整体质量，有效提升整体的耐久性能；同时控制粗、中、细骨料的含量，以及采用高强度纤维、环氧树脂纤维以及改性纤维作为复合纤维，也能够促进整体抗压能力和耐久性能，进而提升整体的质量。

另外，需要特别注意的是，磷片石墨的用量需要严格控制，用量过低，作用不明显，而用量过高容易降低整体的相溶和凝结效果，经过研究，控制磷片石墨的用量在0.80％-1.20％之间，才能够起到良好的抗渗透、老化，促进整体耐久性的效果。

通过上述技术方案，本发明与现有技术相比，所具有的有益效果如下：

1、本发明通过硅微粉、玻璃微珠和氧化石墨烯的有机结合，很好的解决了混凝土强度的问题，并通过二氧化钛与改性硅酸钠和聚氨酯相互作用，增强韧性的同时降低收缩率，实现提高整体强度的同时，还能够避免长期使用容易开裂，具有耐久性好的特点。

2、本发明还通过四氟乙烯粉进一步改善整体的强度和耐久性能，而通过焦磷酸四钠与二氧化钛共同作用降低收缩率，鳞片石墨则改善整体的抗渗透、碳化性能，进而提高整体的质量，避免裂纹的产生，进一步提升整体的耐久性能；同时搭配精简的制备方法，降低制备工序，并保障了整体的效果。

具体实施方式

为了更清楚的了解本发明所采用的技术方案，下面对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

一种高强度耐久性好的水泥混凝土，具体实施例1-5包括的物质及相应重量百分比如下表1所示，余量由水补充至100％。

表1：实施例1-5包括的物质及占比明细

本发明还进行了对照例试验，其中对照例1-6的水泥混凝土具体包括的物质及相应重量百分比如下表2所示，余量由水补充至100％。

表2：对照例1-6所包括的物质及占比明细

其中，上述施例1-5以及对照例1-4的水泥混凝土所采用的复合纤维为高强度纤维、环氧树脂纤维以及改性纤维中的一种或者几种

上述实施例1-5的水泥混凝土，以及对照例1-4的水泥混凝土均通过以下制备方法制得，具体包括以下步骤：

(1)将相应质量百分比的增强组份和增韧组份进行混合预处理，备用；

(2)再将相应质量百分比的细骨料、中骨料与入水进行混合、湿润预处理，备用；

(3)在预处理后的细骨料和中骨料的混合物中加入相应质量百分比的粗骨料和水泥进行混合、搅拌均匀，然后再逐渐加入减水剂和预处理后的增强组份和增韧组份的混合物，并充分搅拌均匀，得到水泥混凝土，即可进行施工。

注意要先将增强组份和增韧组份进行混合预处理，并且加入的时候边搅拌边逐渐一点点的加入，这样才能使得增强组份和增韧组份相互混合反应后，再与整体进行充分反应，使得增强组份和增韧组份的功效得到更好的发挥，保障整体水泥混凝土的质量和效果。

对本实施例1-5的水泥混凝土以及对照例1-6的水泥混凝土进行性能测试。

一、抗压强度测试：根据GB/T50010-2010《混凝土结构设计规范》中的规范，对实施例1-5以及对照例1-6的水泥混凝土标养28天后、第56天后，检测各样品水泥混凝土的抗压强度/MPa，并进行记录和统计，结果如下表3所示。

表3：各样品水泥混凝土的抗压强度测试结果

由上表3可以明显看出，本实施例1-5得到的水泥混凝土的强度高，抗压能力强，特别是实施例5得到的水泥混凝在56天后抗压强度达到110.1MPa的超高强度。由对照例1-3中也可以明显看出，硅微粉、玻璃微珠和氧化石墨烯对提高整体强度具有重要作用，并且三者的有机结合才能相互促进，达到1+1＞2的效果，而且由实施例2也可以看出四氟乙烯粉等对提升水泥混凝土的强度也具有一定的促进作用。

二、抗压强度测试：根据GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的规范，对实施例1-5以及对照例1-6的水泥混凝土分别在标养3个月后、6个月后进行表观裂纹检查，并进行记录和统计，结果如下表4所示。

表4：各样品水泥混凝土的表观裂纹测试结果

三、抗压强度测试：根据GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的规范，对实施例1-5以及对照例1-6的水泥混凝土在标养28天后测试碳化深度/mm，并在标养6个月渗水深度/mm，并进行记录和统计，结果如下表5所示。

表5：各样品水泥混凝土的碳化深度测试结果

由上表4-5的测试结果可以看出，本实施例1-5得到的水泥混凝土的抗渗透性和抗碳化性能强，并且长期使用也不容易出现裂纹，能够达到耐久性好的效果。而由实施例5与对照例4-6中也可以明显看出，二氧化钛、改性硅酸钠和聚氨酯对提高整体的抗渗透、抗碳化和预防裂纹产生具有突出的作用，并且这三种物质与复合纤维的相互作用，才能够真正达到提高抗渗透、抗碳化，并预防裂纹产生的效果，缺少其中之一，效果也会相差较大，难以达到令人满意的效果。

此外，由实施例2也可以看出焦磷酸四钠、鳞片石墨等对提升水泥混凝土的耐久性能上也具有一定的作用。其中实施例5是本耐久性实验中的最优实施例。

综合上述实施例、对照例和对比试验检测结果可知，本发明水泥混凝土具有优异的抗压、抗渗透、抗碳化和预防裂纹产生的性能，能够同时达到高强度，耐久性好的特点，能够满足市场对高质量水泥混凝土的要求。

以上所述仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通人员对本发明的技术方案所做的均等修饰与变化，只要不脱离本发明创造整体构思的情况下，均仍属于本发明创造涵盖的范围之中。

Claims (10)

1.一种高强度耐久性好的水泥混凝土，其特征在于：包括水泥、粗细骨料，以及增强组份、增韧组份和添加剂；

所述增强组份包括氧化石墨烯、硅微粉和玻璃微珠；

所说增韧组份包括改性硅酸钠、复合纤维、聚氨酯和二氧化钛；

所述添加剂包括减水剂；

余量为水。

2.根据权利要求1所述的一种高强度耐久性好的水泥混凝土，其特征在于：一种高强度耐久性好的水泥混凝土，其特征在于：包括以下物质及其相应质量百分比：水泥9.00％-13.00％、粗细骨料52％-65％、氧化石墨烯0.20％-0.80％、硅微粉1.00％-3.00％、玻璃微珠1.50％-2.50％、改性硅酸钠0.50％-1.50％、复合纤维8.00％-14.00％、聚氨酯2.00％-4.00％、二氧化钛0.50％-1.00％、减水剂0.20％-0.60％，以及余量为水。

3.根据权利要求1所述的一种高强度耐久性好的水泥混凝土，其特征在于：增强组份还包括四氟乙烯粉。

4.根据权利要求3所述的一种高强度耐久性好的水泥混凝土，其特征在于：所述四氟乙烯粉所占质量百分比为0.50％-1.00％。

5.根据权利要求1所述的一种高强度耐久性好的水泥混凝土，其特征在于：所述添加剂还包括相应质量百分比的焦磷酸四钠0.40％-0.80％。

6.根据权利要求1所述的一种高强度耐久性好的水泥混凝土，其特征在于：所述添加剂还包括相应质量百分比的磷片石墨0.80％-1.20％。

7.根据权利要求1所述的一种高强度耐久性好的水泥混凝土，其特征在于：所述粗细骨料包括粗骨料、中骨料和细骨料。

8.根据权利要求1所述的一种高强度耐久性好的水泥混凝土，其特征在于：所述粗细骨料包括的物质及其质量百分比为：粗骨料28.00％-33.00％、中骨料6.00％-8.00％和细骨料18.00％-25.00％。

9.根据权利要求1所述的一种高强度耐久性好的水泥混凝土，其特征在于：所述复合纤维为高强度纤维、环氧树脂纤维以及改性纤维中的一种或者几种。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种高强度耐久性好的水泥混凝土的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)将相应质量百分比的增强组份和增韧组份进行混合预处理，备用；

(2)再将相应质量百分比的细骨料、中骨料与入水进行混合、湿润预处理，备用；

(3)在预处理后的细骨料和中骨料的混合物中加入相应质量百分比的粗骨料和水泥进行混合、搅拌均匀，然后再逐渐加入减水剂和预处理后的增强组份和增韧组份的混合物，并充分搅拌均匀，即可得到水泥混凝土。