CN113354351A - 一种抗渗抗裂混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种抗渗抗裂混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及抗渗混凝土领域，尤其涉及一种抗渗抗裂混凝土及其制备方法，一种抗渗抗裂混凝土包括水泥、河砂、碎石、粉煤灰、矿粉、水、纤维素增效剂、膨胀剂和聚丙烯短纤维、二辛基琥珀酸磺酸钠、聚羧酸减水剂。一种抗渗抗裂混凝土的制备方法为：先将聚丙烯短纤维改性，得到改性聚丙烯短纤维，再将河砂、碎石、膨胀剂和聚丙烯短纤维混合搅拌均匀，得到干料，再将聚羧酸减水剂、水、二辛基琥珀酸磺酸钠和纤维素增效剂混合均匀得到外加剂溶液，将外加剂溶液和水泥、粉煤灰以及矿粉混合搅拌均匀得到水泥浆，将水泥浆加入干料搅拌均匀即得一种抗渗抗裂混凝土。本申请具有提高抗渗混凝土抗裂性能的效果。

Description

一种抗渗抗裂混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及抗渗混凝土领域，尤其是涉及一种抗渗抗裂混凝土及其制备方法。
背景技术
抗渗混凝土是指自身密实度高，而使得水分难以渗透穿过的混凝土，抗渗混凝土至少需要能抵抗0.6MPa的静水压力，抗渗混凝土广泛用于水下桩、海下工程等领域。
提高抗渗能力常用的办法就是提高混凝土配合比中胶材的用量和增大混凝土的含气量，但含气量的提高和水胶比的降低都提高了混凝土出现裂缝的风险，或者抗渗混凝土在水化过程中出现收缩剧烈导致抗渗混凝土出现开裂情况，这些裂缝将使得抗渗混凝土的工作性和耐久性极大的降低。
发明内容
为了提高抗渗混凝土的抗裂能力，本申请提供一种抗渗抗裂混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种抗渗抗裂混凝土及其制备方法采用如下技术方案：
一种抗渗抗裂混凝土，包括如下质量份数的组分：
水泥300-330份；
水130-150份；
粉煤灰50-60份；
矿粉90-100份；
河砂620-650份；
碎石1060-1120份；
聚羧酸减水剂11-13份；
二辛基琥珀酸磺酸钠0.1-0.2份；
纤维素增效剂2-3份；
膨胀剂10.5-13.3份；
聚丙烯短纤维16.7-29.5份。
通过采用上述技术方案，可能因为聚羧酸减水剂、二辛基琥珀酸磺酸钠、纤维素增效剂、膨胀剂和聚丙烯短纤维配合，可在延长水泥水化的同时减少水泥的收缩率，整体减少了混凝土的内部应力，降低了混凝土开裂的风险，且二辛基琥珀酸磺酸钠、膨胀剂和聚丙烯短纤维相互配合可堵塞混凝土中的毛细管，减少水分渗入混凝土的通道，进而提高混凝土的密实性，提高混凝土的抗渗能力，且还能有效控制抗渗混凝土体系中的气泡直径，使得有害的大气泡减少，进而可提升抗渗混凝土的抗裂能力，另外，可能因为聚羧酸减水剂、二辛基琥珀酸磺酸钠和纤维素增效剂相互配合影响了水泥水化形成结晶的过程，使得水泥石与骨料之间的粘结更加稳固，进而提高抗压强度。
优选的，所述纤维素增效剂为羟丙基甲基纤维素、辛醇和水的混合物，其中羟丙基甲基纤维素、辛醇和水的质量比为(2-3):(14-15):33。
过采用上述技术方案，羟丙基甲基纤维素和辛醇配合控制混凝土体系中的含气量处于合理的水平，进而能改善抗渗混凝土的和易性，有利于抗渗混凝土达到预想的抗裂性能。
优选的，所述聚丙烯短纤维进行改性处理，将N,N-二甲基甲酰胺、硝酸和环氧丙烷和聚丙烯短纤维混合搅拌10-15min，得到改性聚丙烯短纤维，其中N,N-二甲基甲酰胺、硝酸、环氧丙烷和聚丙烯短纤维的质量比为(8-10)：(3-6)：(1-3)：(10-14)。
通过采用上述技术方案，经过改性后的聚丙烯短纤维表面粗糙且提高了亲水性，可能使得改性聚丙烯短纤维表面增加反应活性，可在水泥的水化进程和水泥石反应进而与水泥石粘结紧密，使得改性聚丙烯短纤维还能有利于提高抗渗混凝土的抗渗性能和抗压性能。
优选的，聚丙烯短纤维的长度为4-6mm。
通过采用上述技术方案，4-6mm长度的聚丙烯短纤维有利于聚丙烯短纤维在混凝土体系中延展，减少因聚丙烯短纤维折叠而降低聚丙烯短纤维提升抗裂效果的情况。
优选的，所述聚羧酸减水剂为缓凝型减水剂。
通过采用上述技术方案，缓凝型减水剂可延缓水泥的水化速度，降低抗渗混凝土的局部水泥水化热，降低抗渗混凝土的开裂风险。
优选的，所述河砂细度模数2.8-3.0。
优选的，所述水泥为PO42.5。
第二方面，本申请还提供一种抗渗抗裂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将聚羧酸减水剂、水、二辛基琥珀酸磺酸钠和纤维素增效剂混合均匀，得到外加剂溶液；
将外加剂溶液与水泥、粉煤灰和矿粉混合后搅拌均匀，得到水泥浆；
将河砂、碎石、膨胀剂和聚丙烯短纤维搅拌均匀，得到干料；
将水泥浆加入干料搅拌均匀，得到一种抗渗抗裂混凝土。
通过采用上述技术方案，外加剂溶液先与水泥结合再与膨胀剂和聚丙烯短纤维混合可减少膨胀剂和聚丙烯短纤维对外加剂溶液的无效吸附，可提高外加剂溶液的效果。
优选的，外加剂溶液与水泥、粉煤灰和矿粉的搅拌时间为1-3min。
通过采用上述技术方案，使得外加剂溶液与水泥充分接触，提高外加剂溶液的效果。
综上所述，本申请至少具有如下两个有益效果：
1.可能因为聚羧酸减水剂、二辛基琥珀酸磺酸钠、纤维素增效剂、膨胀剂和聚丙烯短纤维配合，可在延长水泥水化的同时减少水泥的收缩率，整体减少了混凝土的内部应力，降低了混凝土开裂的风险，且二辛基琥珀酸磺酸钠、膨胀剂和聚丙烯短纤维相互配合可堵塞混凝土中的毛细管，减少水分渗入混凝土的通道，进而提高混凝土的密实性，提高混凝土的抗渗能力，且还能有效控制抗渗混凝土体系中的气泡直径，使得有害的大气泡减少，进而可提升抗渗混凝土的抗裂能力，另外，可能因为聚羧酸减水剂、二辛基琥珀酸磺酸钠和纤维素增效剂相互配合影响了水泥水化形成结晶的过程，使得水泥石与骨料之间的粘结更加稳固，进而提高抗压强度。
2.经过改性后的聚丙烯短纤维表面粗糙且提高了亲水性，使得改性聚丙烯短纤维能更好的与水泥石粘结，有利于提高抗渗混凝土的抗渗性能和抗压性能。
具体实施方式
以下结合制备例、实施例和对比例对本发明进行进一步的说明。
以下制备例、实施例及对比例中所用原料的来源信息详见表1。
表1原料来源信息
水泥 台湾水泥股份有限公司
粉煤灰 灵寿金生矿业加工厂
矿粉 唐山成业建材有限公司
河砂 山东东吴实业有限公司
碎石 山东东吴实业有限公司
二辛基琥珀酸磺酸钠(纯度99%) 南通迪佳化工有限公司
羟丙基甲基纤维素 河北宇泰化工有限公司
膨胀剂(型号：UEA) 济南超意兴化工有限公司
聚丙烯短纤维(长度4-6mm) 廊坊如亨纤维素有限公司
非缓凝型聚羧酸减水剂(型号MS-PC) 汕头五山建材有限公司
缓凝型聚羧酸减水剂(型号MSH-PC) 汕头五山建材有限公司
萘系减水剂(型号MSN-1) 汕头五山建材有限公司
聚丙烯酰胺（分子量50万） 山东辰达化工有限公司
羧乙基纤维素 长沙固盟化工科技有限公司
制备例
制备例1
一种纤维素增效剂的制备方法为：将8g的羟丙基甲基纤维素、56g的辛醇和132g的水混合后于120r/min转速的条件下搅拌5min，得到一种聚合物增效剂。
制备例2
本制备例与制备例1的区别在于：
羟丙基甲基纤维素的用量为18g、辛醇的用量为90g、增效剂用水的用量为198g。
制备例3
本制备例与制备例1的区别在于:
使用等量的羧乙基纤维素替换羟丙基甲基纤维素。
实施例
实施例1-5
一种抗渗抗裂混凝土，包括以下组分：
水泥、粉煤灰、矿粉、水、河砂、碎石、聚羧酸减水剂、羟丙基甲基纤维素、辛醇、二辛基琥珀酸磺酸钠、膨胀剂和聚丙烯短纤维。
实施例1-5中各组份的用量见表2。
表2 各组分用量（g）。
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
水泥 3000 3200 3300 3300 3300
粉煤灰 1500 1400 1300 1300 1300
混凝土用水 500 550 600 600 600
矿粉 900 950 1000 1000 1000
河砂 6500 6200 6400 6400 6400
碎石 10600 11200 10800 10800 10800
聚羧酸减水剂 120 120 120 110 130
二辛基琥珀酸磺酸钠 1.5 1.5 1.5 1 2
纤维素增效剂 25 25 25 20 30
膨胀剂 120 120 120 105 133
聚丙烯短纤维 280 280 280 295 167
在实施例1-5中，一种抗渗抗裂混凝土的制备方法包括以下步骤：
1、将称量好的聚羧酸减水剂、水、二辛基琥珀酸磺酸钠、纤维素增效剂混合后于60r/min转速条件下搅拌5min，得到外加剂溶液；
2、将外加剂溶液倒入称量好的水泥、粉煤灰和矿粉中，120r/min转速条件下搅拌2min，得到水泥浆；
3、将河砂、碎石、膨胀剂和聚丙烯短纤维混合，120r/min条件下搅拌2min，得到干料；
4、将水泥浆与干料混合，120r/min条件下搅拌2min，得到一种抗渗抗裂混凝土。
在实施例1-5中，所使用的河砂细度模数为3.0，所使用的水泥为PO42.5，步骤3中的聚丙烯短纤维的长度为4-6mm，步骤1中所用的聚羧酸减水剂为非缓凝型减水剂(型号MS-PC)，使用的纤维素增效剂为制备例1中所制备的纤维素减水剂。
实施例6
本申请实施例与实施例1的不同点在于：
在步骤3前增加聚丙烯短纤维改性步骤，将80g的N,N-二甲基甲酰胺10g的环氧丙烷和30g的硝酸(摩尔浓度6mol/L)混合，120r/min条件下搅拌1min，得到改性液，再将改性液和300g的聚丙烯短纤维混合搅拌10min，得到改性聚丙烯短纤维，且步骤3使用的聚丙烯短纤维等量替换为改性聚丙烯短纤维。
实施例7
本申请的实施例与实施例1的不同点在于：
在步骤3前增加聚丙烯短纤维改性步骤，将10g的N,N-二甲基甲酰胺30g的环氧丙烷和60g的硝酸(摩尔浓度6mol/L)混合，120r/min条件下搅拌1min，得到改性液，再将改性液和30g的聚丙烯短纤维混合搅拌10min，得到改性聚丙烯短纤维，且步骤3使用的聚丙烯短纤维等量替换为改性聚丙烯短纤维。
实施例8
本实施例与实施例1的不同点在于：
在步骤3前增加聚丙烯短纤维改性步骤，将80g的N,N-二甲基甲酰胺10g的环氧丙烷和30g的硝酸(摩尔浓度6mol/L)混合，120r/min条件下搅拌1min，得到改性液，再将改性液和100g的聚丙烯短纤维混合搅拌10min，得到改性聚丙烯短纤维，且步骤3使用的聚丙烯短纤维等量替换为改性聚丙烯短纤维。
实施例9
本实施例与实施例1的不同点在于：
在步骤3前增加聚丙烯短纤维改性步骤，将100g的N,N-二甲基甲酰胺、30g的环氧丙烷和60g的硝酸(摩尔浓度6mol/L)混合，120r/min条件下搅拌1min，得到改性液，再将改性液和140g的聚丙烯短纤维混合搅拌10min，得到改性聚丙烯短纤维，且步骤3使用的聚丙烯短纤维等量替换为改性聚丙烯短纤维。
实施例10
本实施例与实施例1的不同点在于：
本实施例中使用的聚羧酸减水剂为缓凝型减水剂(型号MSH-PC)。
实施例11
本实施例与实施例1的不同点在于：
本实施例中河砂的细度模数为2.8。
实施例12
本实施例与实施例1的不同点在于：
步骤1中加入的纤维素增效剂等量替换为制备例3所制得的纤维素增效剂。
实施例13
本实施例与实施例1的不同点在于：
步骤1中加入的纤维素增效剂等量替换为制备例2所制得的纤维素增效剂。
实施例14
本实施例与实施例1的不同点在于：
步骤3中河砂的细度模数为3.3。
对比例
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：
组分中不包括二辛基琥珀酸磺酸钠。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于：
组分中不包括制备例1中的纤维素增效剂。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于：
组分中不包括膨胀剂。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于：
组分中不包括聚丙烯纤维。
对比例5
本对比例与实施例1的区别在于：
聚羧酸减水剂等量替换为减水率相当的萘系减水剂(型号MSN-1)。
对比例6
本对比例与实施例1的区别在于：
将步骤1中的纤维素增效剂替换为聚合物增效剂。聚合物增效剂的制备方法为：将10g的聚丙烯酰胺、10g的三乙醇胺和30g的水混合后于120r/min转速的条件下搅拌5min，得到一种聚合物增效剂。
性能检测试验
实验1
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》检测各实施例及对比例所制得的抗渗抗裂混凝土未出现渗水的最大静水压力（MPa）。
实验2
根据GB50144-2019《工业建筑可靠性鉴定标准》检测各实施例和各对比例成型后28d的抗渗抗裂混凝土试样的裂缝是否有c级或d级。
实验3
根据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》检测各实施例及对比例所制得的抗渗抗裂混凝土试样的28d抗压强度（MPa）。
实验1的实验数据详见表3。
表3 抗渗数据。
未出现渗水的最大静水压力
实施例1 0.8
实施例2 0.7
实施例3 0.7
实施例4 0.6
实施例5 0.7
实施例6 0.4
实施例7 0.4
实施例8 1.0
实施例9 1.0
实施例10 0.8
实施例11 0.8
实施例12 0.7
实施例13 0.7
实施例14 0.5
对比例1 0.3
对比例2 0.7
对比例3 0.3
对比例4 0.5
对比例5 0.8
对比例6 0.7
实验2和实验3的数据详见表4。
是否有c级裂缝 是否有d级裂缝 28d抗压强度
实施例1 是 否 34.7
实施例2 是 否 32.6
实施例3 是 否 33.1
实施例4 是 否 30.5
实施例5 是 否 32.2
实施例6 否 否 32.6
实施例7 否 否 33.1
实施例8 否 否 38.1
实施例9 否 否 37.8
实施例10 是 否 36.9
实施例11 是 否 35.1
实施例12 是 否 31.9
实施例13 是 否 33.4
实施例14 是 否 31.7
对比例1 是 是 25.7
对比例2 是 是 26.6
对比例3 是 是 32.1
对比例4 是 是 32.5
对比例5 是 是 27.9
对比例6 是 是 24.8
结合实施例1和对比例1-4并结合表3和表4可以看出，当缺少聚羧酸减水剂、二辛基琥珀酸磺酸钠、纤维素增效剂、膨胀剂和聚丙烯短纤维中的任意组分时，出现有c级或d级的高风险的裂缝，当缺少二辛基琥珀酸磺酸钠、膨胀剂和聚丙烯短纤维中的任意组分时抗渗混凝土的抗渗效果明显下降，即当同时使用聚羧酸减水剂、二辛基琥珀酸磺酸钠、纤维素增效剂、膨胀剂和聚丙烯短纤维时，对抗渗混凝土的抗渗能力和抗裂能力有较好的改善，此外，组分中同时含有聚羧酸减水剂、二辛基琥珀酸磺酸钠和纤维素增效剂时还能提高抗渗混凝土的抗压强度。
结合实施例1和对比例5并结合表3和表4可以看出，使用聚羧酸减水剂制得的抗渗混凝土相较于使用萘系减水剂制得的抗渗混凝土的抗裂能力和抗压强度都更优异。
结合实施例1和对比例6并结合表3和表4可以看出，在本申请中使用纤维素增效剂相对于聚合物增效剂能更好的提高混凝土的抗渗和抗裂性能。
结合实施例1和实施例6-9并结合表3和表4可以看出，改性后的聚丙烯短纤维对抗渗混凝土的抗裂能力有所提升，且改性步骤中N,N-二甲基甲酰胺、硝酸、环氧丙烷和聚丙烯短纤维的质量比为(8-10)：(3-6)：(1-3)：(10-14)时可获得效果较优的改性聚丙烯短纤维，使得抗渗混凝土的抗渗能力和抗压能力提升明显。
结合实施例1和实施例10并结合表4可以看出，缓凝型的聚羧酸减水剂有利于抗渗混凝土内水泥石的结晶生长，可提高抗渗混凝土的密实性，进而提高混凝土的抗压强度和抗渗能力。
结合实施例1和实施例11以及实施例14并结合表3和表4可以看出，2.8-3.0细度模数的河砂适用于本申请的抗渗混凝土配合比，河砂可填充抗渗混凝土体系中的空隙，进而提高抗渗混凝土的密实度，可提高抗渗混凝土的抗渗能力和抗压能力。
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 (9)

1.一种抗渗抗裂混凝土，其特征在于：包括如下质量份数的组分：
水泥300-330份；
水130-150份；
粉煤灰50-60份；
矿粉90-100份；
河砂620-650份；
碎石1060-1120份；
聚羧酸减水剂11-13份；
二辛基琥珀酸磺酸钠0.1-0.2份；
纤维素增效剂2-3份；
膨胀剂10.5-13.3份；
聚丙烯短纤维16.7-29.5份。
2.根据权利要求1所述的一种抗渗抗裂混凝土，其特征在于：所述纤维素增效剂为羟丙基甲基纤维素、辛醇和水的混合物，其中羟丙基甲基纤维素、辛醇和水的质量比为(2-3):(14-15):33。
3.根据权利要求1所述的一种抗渗抗裂混凝土，其特征在于：所述聚丙烯短纤维进行改性处理，将N,N-二甲基甲酰胺、硝酸和环氧丙烷和聚丙烯短纤维混合搅拌10-15min，得到改性聚丙烯短纤维，其中N,N-二甲基甲酰胺、硝酸、环氧丙烷和聚丙烯短纤维的质量比为(8-10)：(3-6)：(1-3)：(10-14)。
4.根据权利要求1所述的一种抗渗抗裂混凝土，其特征在于：聚丙烯短纤维的长度为4-6mm。
5.根据权利要求1所述的一种抗渗抗裂混凝土，其特征在于：所述聚羧酸减水剂为缓凝型减水剂。
6.根据权利要求4所述的一种抗渗抗裂混凝土，其特征在于：所述河砂细度模数2.8-3.0。
7.根据权利要求3所述的一种抗渗抗裂混凝土，其特征在于：所述水泥为PO42.5。
8.权利要求1-7中任一所述的一种抗渗抗裂混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
将聚羧酸减水剂、水、二辛基琥珀酸磺酸钠和纤维素增效剂混合均匀，得到外加剂溶液；
将外加剂溶液与水泥、粉煤灰和矿粉混合后搅拌均匀，得到水泥浆；
将河砂、碎石、膨胀剂和聚丙烯短纤维搅拌均匀，得到干料；
将水泥浆加入干料搅拌均匀，得到一种抗渗抗裂混凝土。
9.根据权利要求8所述的一种抗渗抗裂混凝土的制备方法，其特征在于：外加剂溶液与水泥、粉煤灰和矿粉的搅拌时间为1-3min。
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