CN113233838B - 一种抗裂耐久混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种抗裂耐久混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及建筑材料的领域，具体公开了一种抗裂耐久混凝土及其制备方法。抗裂耐久混凝土的制备原料按重量份计，包括水泥150‑220份、水40‑70份、碎石600‑800份、减缩剂3‑6份、减水剂2‑4份、支化聚对苯二甲酸乙二醇酯50‑90份、聚乙二醇20‑60份、二氧化硅15‑30份，所述支化聚对苯二甲酸乙二醇酯为经PBT‑GS扩链剂支化的聚对苯二甲酸乙二醇酯；其制备方法为：S1、将水泥、水、碎石、减缩剂和减水剂混合均匀制得混合料；S2、在混合料中加入熔融支化聚对苯二甲酸乙二醇酯搅拌均匀，后依次投入二氧化硅和聚乙二醇混合均匀制得抗裂耐久混凝土。本申请的混凝土在高温差环境下出现开裂的可能性较低。

Description

一种抗裂耐久混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及建筑材料的领域，更具体地说，它涉及一种抗裂耐久混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是由凝胶材料和水、砂、石子掺和制得的建筑材料。随着我国经济的不断发展，我国对基础设施的经费投入越来越多，因此混凝土的应用也越来越广泛。
而随着混凝土的使用，人们逐渐发现常会出现混凝土开裂的问题。混凝土的开裂极大地影响了混凝土的正常使用功能及混凝土的耐久性，而裂缝宽度较大时，不但大大降低了混凝土构件的承载力，且尤为重要的是降低了混凝土的抗渗透性能，为水、氯离子的渗透提供了路径，使混凝土内部的钢筋被锈蚀而造成混凝土的耐久性极差。因此防止混凝土的开裂对于混凝土的使用具有重大意义。
当前防止混凝土开裂的方法主要是通过添加减缩剂来减缓混凝土开裂的情况，例如公开号为CN105314938A的中国专利提出了一种低干缩抗裂混凝土，其按照重量份计包括水泥320-380份、稻壳灰50-100份、金刚砂粉30-60份、机制砂620-720份、金刚砂60-100份、碎石1000-1090份、减缩剂8-12份、减水剂5-7份和水120-200份。
上述中的技术方案中通过添加减缩剂降低了凝土的干缩值，在一定程度上提高了混凝土的抗裂性，但是对于在温差较大的环境中使用的混凝土来说，高温差易导致混凝土的开裂，大大降低了混凝土的耐久性。
发明内容
为了降低混凝土在高温差环境下出现开裂的可能性，本申请提供一种抗裂耐久混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种抗裂耐久混凝土，采用如下的技术方案：
一种抗裂耐久混凝土，制备原料按重量份计，包括水泥150-220份、水40-70份、碎石600-800份、减缩剂3-6份、减水剂2-4份、支化聚对苯二甲酸乙二醇酯50-90份、聚乙二醇20-60份、二氧化硅15-30份，所述支化聚对苯二甲酸乙二醇酯为经PBT-GS扩链剂支化的聚对苯二甲酸乙二醇酯。
通过采用上述技术方案，由于采用在混凝土中添加支化聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙二醇和二氧化硅，其中支化聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性黏数较高，聚乙烯醇二醇也具有黏结作用，且具有三维立体结构，能够和聚对苯二甲酸乙二醇酯之间形成互穿网络，二氧化硅具有稳定的正四面体结构，能够提高混凝土的耐久性，二氧化硅和聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙二醇三者之间协同作用，能够提高混凝土的黏性，提高混凝土的稳定性，降低了混凝土在高温差环境下发生开裂的可能性。
优选的，所述支化聚对苯二甲酸乙二醇酯的制备方法为：将PBT-GS扩链剂烘干后与聚对苯二甲酸乙二醇酯熔融反应制得支化聚对苯二甲酸乙二醇酯。
优选的，所述支化聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性黏数为0.86-0.95dL/g。
通过采用上述技术方案，聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性黏数为0.86-0.95dL/g时，聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性黏数较高，混凝土的稳定性较高，混凝土的抗裂性较高。
优选的，所述聚乙二醇为PEG2000和PEG4000的混合物。
通过采用上述技术方案，本申请使用PEG2000和PEG4000复配，进一步提高混凝土的稳定性，降低了混凝土在高温差环境下发生开裂的可能性。
优选的，所述PEG2000和PEG4000的重量比为(0.4-0.7):1。
通过采用上述技术方案，本申请通过进一步控制PEG2000和PEG4000的重量比，进一步提高了混凝土的稳定性，降低了混凝土在高温差环境下发生开裂的可能性。
优选的，所述二氧化硅为纳米二氧化硅。
通过采用上述技术方案，纳米二氧化硅粒径较小，活性较高，易在溶液中形成凝胶相，提高了混凝土的稳定性，降低了混凝土在高温差环境下发生开裂的可能性。
优选的，所述减水剂为聚羧酸型减水剂。
优选的，所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
第二方面，本申请提供一种抗裂耐久混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种抗裂耐久混凝土的制备方法，包括如下制备步骤：
S1、将水泥、水、碎石、减缩剂和减水剂混合均匀制得混合料；
S2、在混合料中加入熔融支化聚对苯二甲酸乙二醇酯搅拌均匀，后依次投入二氧化硅和聚乙二醇混合均匀制得抗裂耐久混凝土。
通过采用上述技术方案，本申请通过在混凝土中添加支化聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙二醇和二氧化硅，二氧化硅和聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙二醇三者之间协同作用，能够提高混凝土的黏性，提高混凝土的稳定性，降低了混凝土在高温差环境下发的可能性。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用在混凝土中添加支化聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙二醇和二氧化硅，由于其中支化聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性黏数较高，聚乙烯醇二醇也具有黏结作用，且具有三维立体结构，能够和聚对苯二甲酸乙二醇酯之间形成互穿网络，二氧化硅具有稳定的正四面体结构，能够提高混凝土的耐久性，二氧化硅和聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙二醇三者之间协同作用，能够提高混凝土的黏性，提高混凝土的稳定性，降低了混凝土在高温差环境下发生开裂的可能性；
2、本申请中优选采用特性黏数为0.86-0.95dL/g的支化聚对苯二甲酸乙二醇酯，由于0.86-0.95dL/g的支化聚对苯二甲酸乙二醇酯，与聚乙二醇、二氧化硅之间的相互作用较强，使混凝土的稳定性较高，降低了混凝土在高温差环境下发生开裂的可能性；
3、本申请中优选采用PEG4000和PEG2000复配，增强了支化聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙二醇和二氧化硅之间的协同作用，提高了混凝土的稳定性，降低混凝土在高温差环境下发生开裂的可能性。
具体实施方式
以下结合制备例和实施例对本申请作进一步详细说明，本申请所用P.O42.5普通硅酸盐水泥购自亚泰集团图们水泥有限公司；所用碎石为2-4mm碎石和12-15mm碎石的混合物，2-4mm碎石和12-15mm碎石的重量比为1:3，2-4mm碎石和12-15mm碎石均购自灵寿县彩宇矿物粉体厂；本申请所用减缩剂的型号为CQJSJ-A2，购自唐山北极熊建材有限公司；如无特殊说明，本申请所用其余原料来源均见表1。
表1.本申请所用原料来源
Figure BDA0003089978690000031
支化聚对苯二甲酸乙二醇酯的制备例
制备例1
一种支化聚对苯二甲酸乙二醇酯，制备方法为：将3.5g PBT-GS扩链剂在140℃下真空干燥8h后，将干燥后的PBT-GS扩链剂与46.5g聚对苯二甲酸乙二醇酯在270℃下熔融后反应4h制得支化聚对苯二甲酸乙二醇酯。
制备例2-5
制备例2-5均以制备例1为基础，与制备例1的区别仅在于：各原料的用量不同，具体见表2。
表2.制备例1-5各原料用量
Figure BDA0003089978690000041
按照按Schulz-Blaschke’s公式分别对制备例1-5制得的支化聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性黏数[η]进行计算：
Figure BDA0003089978690000042
式中c为溶液浓度，ηrel为相对黏度，[η]为特性黏数，单位为dL/g，KSB＝0.2345(25℃)。
制备例1-5制得的支化聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性黏数的数值见表3。
表3.制备例1-5的支化聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性黏数
制备例 特性黏数dL/g
制备例1 0.79
制备例2 0.97
制备例3 0.86
制备例4 0.94
制备例5 0.95
实施例
实施例1
一种抗裂耐久混凝土，制备方法包括如下制备步骤：
S1、将185g水泥、60g水、700g碎石、4g减缩剂和3g减水剂混合均匀制得混合料；
S2、将70g支化聚对苯二甲酸乙二醇酯加热至270℃制得熔融支化聚对苯二甲酸乙二醇酯，接着在混合料中加入熔融支化聚对苯二甲酸乙二醇酯搅拌均匀，后依次投入20g二氧化硅和40g聚乙二醇混合均匀制得抗裂耐久混凝土；所用聚乙二醇为PEG2000；所用支化聚对苯二甲酸乙二醇酯来源于制备例1。
实施例2-9
实施例2-9均以实施例1为基础，与实施例1的区别仅在于：各原料用量不同，具体见表4。
表4.实施例1-9各原料用量
Figure BDA0003089978690000043
Figure BDA0003089978690000051
实施例10-13
实施例10-13均以实施例1为基础，与实施例1的区别仅在于：所用支化聚对苯二甲酸乙二醇酯来源不同，具体见表5。
表5.实施例10-13支化聚对苯二甲酸乙二醇酯来源
实施例 支化聚对苯二甲酸乙二醇酯来源
实施例10 制备例2
实施例11 制备例3
实施例12 制备例4
实施例13 制备例5
实施例14
实施例14以实施例13为基础，与实施例13的区别仅在于：所用聚乙二醇为PEG4000。
实施例15
实施例15以实施例14为基础，与实施例14的区别仅在于：所用聚乙二醇为PEG2000和PEG4000的混合物，PEG2000和PEG4000的重量比为1:1。
实施例16
实施例16以实施例14为基础，与实施例14的区别仅在于：所用聚乙二醇为PEG2000和PEG4000的混合物，PEG2000和PEG4000的重量比为0.3:1。
实施例17
实施例17以实施例15为基础，与实施例15的区别仅在于：所用PEG2000和PEG4000的重量比为0.4:1。
实施例18
实施例18以实施例15为基础，与实施例15的区别仅在于：所用PEG2000和PEG4000的重量比为0.7:1。
实施例19
实施例19以实施例15为基础，与实施例15的区别仅在于：所用PEG2000和PEG4000的重量比为0.5:1。
实施例20
实施例20以实施例19为基础，与实施例19的区别仅在于：以等质量的纳米二氧化硅代替二氧化硅。
对比例
对比例1
对比例1以实施例5为基础，与实施例5的区别仅在于：以等质量的聚对苯二甲酸乙二醇酯代替支化聚对苯二甲酸乙二醇酯。
对比例2
对比例1以实施例5为基础，与实施例5的区别仅在于：以等质量的水泥代替聚乙二醇。
对比例3
对比例1以实施例5为基础，与实施例5的区别仅在于：以等质量的水泥代替二氧化硅。
性能检测试验
分别对实施例1-20、对比例1-3制得的抗裂混凝土进行如下性能测试。
抗冻融测试：按照GB/T 50082—2009以实施例1-20、对比例1-3制得抗渗耐久混凝土制作试件并养护，养护28天后按照GB/T 50082—2009中提到的慢冻法进行冻融循环试验，观察试件上有无裂缝出现并以最大冻融循环次数进行评价，测试结果见表6。
透水系数测试：按照T/CSTM 00040-2018中透水系数试验的规定，以实施例1-20、对比例1-3制得抗渗耐久混凝土制作试件，在标准条件下养护28天后，进行高温差循环储存，高温差循环储存的一个循环具体为将试件于-16℃的环境中放置8h，接着将试件于24℃的环境中放置8h为高温差循环储存的一个循环，循环10次后按照T/CSTM 00040-2018中透水系数试验对试件进行透水系数测定并观察试件上有无裂缝的出现，透水系数越高，混凝土的抗渗透性能越差，相反透水系数越低，混凝土的抗渗透性能越优，测试结果见表6。
抗压强度测试：按照GB/T 50010《普通混凝土力学性能实验方法》的规定，将混凝土制作成边长为150mm的立方体试件，在标准条件(温度20±3℃，相对湿度90％以下)下养护28天，接着对试件进行高温差循环储存，高温差循环储存的一个循环具体为将试件于-16℃的环境中放置8h，接着将试件于24℃的环境中放置8h为高温差循环储存的一个循环，循环10次后对试件进行抗压强度测试，并对抗压强度进行分级，抗压强度为50Mpa及50Mpa以上的记为A级，40-50Mpa(包含40Mpa不包含50Mpa)的记为B级，30-40Mpa(包含30Mpa不包含40Mpa)的记为C级，30Mpa以下的记为D级，测试结果见表6。
表6.实施例1-20、对比例1-3的测试结果
Figure BDA0003089978690000071
分析上述数据可知，本申请制得抗裂耐久混凝土的透水系数均不高于3nm/s，且最大冻融次数均不低于280次，分析实施例1-9的数据可知，实施例1为实施例1-9的最佳实施例。
分析实施例5与对比例1-3的数据，本申请中在混凝土中添加支化聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙二醇和二氧化硅大大提高了混凝土在高温差环境下的最大冻融次数和和高温差环境下的抗渗透性能，说明支化聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性黏数较高，聚乙烯醇二醇也具有黏结作用，且具有三维立体结构，能够和聚对苯二甲酸乙二醇酯之间形成互穿网络，二氧化硅具有稳定的正四面体结构，支化聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙二醇和二氧化硅能够协同作用，能够提高混凝土的稳定性，降低了抗裂耐久混凝土在高温差环境下出现裂缝的可能性。
分析实施例9、实施例10与实施例11-13的数据，实施例11-13所用的支化聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性黏数为0.86-0.95dL/g，实施例9所用的支化聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性黏数为0.79dL/g，实施例10所用的支化聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性黏数为0.97dL/g，实施例11-13制得的混凝土的最大冻融次数和高温差环境下的抗渗透性能均高于实施例9和实施例10，说明支化聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性黏数为0.86-0.95dL/g时，支化聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚乙二醇、二氧化硅之间的相互作用较强，使混凝土的稳定性较高，混凝土在高温差环境下的抗裂性能较高，其耐久性较高。
分析实施例15-16与实施例14、实施例13的数据，聚乙二醇采用PEG4000和PEG2000的混合物时，制得的混凝土的最大冻融次数和混凝土的抗渗透性能明显高于单独使用PEG4000或PEG2000时混凝土的最大冻融次数和混凝土的高温差环境下的抗渗透性能；说明使用PEG4000和PEG2000复配，能够增强支化聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙二醇和二氧化硅之间的协同作用，提高了混凝土的稳定性，降低混凝土在高温差环境下发生开裂的可能性，提高其耐久性。
分析实施例17-19与实施例16的数据，当PEG4000和PEG2000的重量比为(0.4-0.7)：1时，制得的混凝土的最大动容次数和抗渗透性能有所提高，说明通过控制PEG4000和PEG2000的重量比，能够提高混凝土的稳定性，提高了混凝土在高温差环境下的抗裂性，提高了混凝土的耐久性。其中当PEG4000和PEG2000的重量比为0.5:1时，制得的混凝土在高温环境下的抗裂性较高。
分析实施例20与实施例19的数据，当使用纳米二氧化硅代替二氧化硅时，制得的混凝土的最大冻融次数和在高温差环境下的抗渗透性能均较高，说明粒径较小、活性较高的纳米二氧化硅易在溶液中形成凝胶相，能够提高混凝土的稳定性，降低了混凝土在高温差环境下发生开裂的可能性，提高其耐久性。
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 (5)

1.一种抗裂耐久混凝土，其特征在于，制备原料按重量份计，包括水泥150-220份、水40-70份、碎石600-800份、减缩剂3-6份、减水剂2-4份、支化聚对苯二甲酸乙二醇酯50-90份、聚乙二醇20-60份、二氧化硅15-30份，所述支化聚对苯二甲酸乙二醇酯为PBT-GS扩链剂支化的聚对苯二甲酸乙二醇酯；所述支化聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性黏数为0.86-0.95dL/g；
所述聚乙二醇为PEG2000和PEG4000的混合物；所述PEG2000和PEG4000的重量比为（0.4-0.7）:1；所述二氧化硅为纳米二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的一种抗裂耐久混凝土，其特征在于，所述支化聚对苯二甲酸乙二醇酯的制备方法为：将PBT-GS扩链剂烘干后与聚对苯二甲酸乙二醇酯熔融反应制得支化聚对苯二甲酸乙二醇酯。
3.根据权利要求1所述的一种抗裂耐久混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸型减水剂。
4.根据权利要求1所述的一种抗裂耐久混凝土，其特征在于：所述水泥为P.O42 .5普通硅酸盐水泥。
5.权利要求1-4任一项所述的一种抗裂耐久混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
S1、将水泥、水、碎石、减缩剂和减水剂混合均匀制得混合料；
S2、在混合料中加入熔融支化聚对苯二甲酸乙二醇酯搅拌均匀，后依次投入二氧化硅和聚乙二醇混合均匀制得抗裂耐久混凝土。
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