CN113816680A - 一种清水混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及混凝土材料领域，具体公开了一种清水混凝土及其制备方法。一种清水混凝土，以重量份数计，包括如下原料：水泥280‑300份、细骨料750‑800份、粗骨料850‑900份、复合纤维10‑14份、掺合料160‑180份、填料30‑40份、水170‑180份以及减水剂4‑6份；所述复合纤维由重量比8‑10:4‑6:4‑6:1‑2的为木质素纤维、玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维以及水镁石纤维组成。本申请的清水混凝土具有强度高、抗渗性能好的优点。

Description

一种清水混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土材料领域，更具体地说，它涉及一种清水混凝土及其制备方法。
背景技术
清水混凝土又称装饰混凝土，其以混凝土本身的自然质感与螺栓孔眼、明缝和禅缝等组合形成的自然状态作为装饰面，以其特有的表现形式与朴素大气的建筑风格深受人们的喜爱，是一种现代主义的建筑艺术形式。清水混凝土是一次性浇筑成型，可以减少不必要的损耗，又因其省去了装饰缓解，使得施工更加便捷，也减少了建筑垃圾，因此是一种很好的绿色环保建材。
由于清水混凝土长期裸露在自然环境中，极易受到环境的侵蚀破坏而产生微细裂纹，随着微细裂纹的生长会导致混凝土出现开裂、脱落、钢筋腐蚀等问题，不仅影响建筑物的装饰效果，而且还会影响到整个建筑物的稳定性以及坚固性，严重制约了清水混凝土的推广与发展。因此，亟需一种抗开裂的清水混凝土材料。
发明内容
为了提高清水混凝土的抗开裂性能，本申请提供一种清水混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种清水混凝土，采用如下的技术方案：
一种清水混凝土，以重量份数计，包括如下原料：
水泥280-300份、细骨料750-800份、粗骨料850-900份、复合纤维10-14份、掺合料160-180份、填料30-40份、水170-180份以及减水剂4-6份；
所述复合纤维由重量比8-10:4-6:4-6:1-2的为木质素纤维、玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维以及水镁石纤维组成。
通过采用上述技术方案，木质素纤维具有抗裂性好、保水性好的优点，玄武岩纤维具有强度高、稳定性高的优点，聚乙烯醇纤维具有强度高、模量高、分散性好、耐光性好以及耐腐蚀性好的特点，水镁石纤维具有刚性大、抗碱性能强、耐热性好的优点。采用玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维、木质素纤维以及水镁石纤维复配的复合纤维，可以在混凝土中分散形成三维网络结构，可以使拌合好的混凝土拌合料均匀的保持原状稳定，更好的抵抗由收缩带来的应力开裂，从而降低混凝土的开裂问题。
引起清水混凝土开裂的因素有很多，除了内部因素外，外界环境的碳化破坏、氯离子侵蚀以及硫酸盐侵蚀等因素都是造成清水混凝土出现开裂现象的重要因素，特别是当混凝土抗渗性较差时，水分子的侵入也会加重混凝土的开裂。在本申请中，复合纤维的加入还可以有效抵抗氯离子侵蚀以及硫酸盐侵蚀，从而降低环境因素的影响。
另一方面，本申请通过掺合料和填料的加入，可以提高混凝土的密实性，以降低二氧化碳的侵蚀碳化和水分子的渗入，降低碳化破坏，从而抑制混凝土的开裂以及裂缝的进一步增长。
优选的，所述掺合料采用如下方法制备：
将高岭石、粉煤灰、电石渣、石灰石以及高镁铁矿石按照10:6-8:6-8:2-3:1-2的比例混合，得到混合料；
将混合料进行不同程度的粉碎，分别得到细度为100-200目的细混料和细度为60-80目的粗混料；
将细混料800-900℃的温度下，煅烧1-2h，得到轻烧混合料；
将粗混料1200-1400℃的温度下，煅烧4-6h，得到重烧混合料；
取轻烧混合料和重烧混合料按照重量比为1-3:1的比例混合，得到掺合料。
通过采用上述技术方案，由于水泥与水作用时会产生水化热，水化热会导致混凝土的内外出现温度差而收缩不一致，从而会出现微细裂缝，因此降低水泥的用量，增加掺合料的用量是降低混凝土早期开裂的一个方法。但是普通掺合料的活性远低于水泥熟料，过量使用会导致混凝土出现早期强度降低、凝结时间延长的问题。因此，本申请一方面通过对掺合料进行煅烧改性处理，以提高其活性，改善掺合料与水泥浆体的界面结构，降低混凝土的孔隙率以及自收缩，提高混凝土的密实性，从而降低水泥用量不足对混凝土早期强度的影响；另一方面，通过复合纤维的加入，可以进一步提高混凝土的早期强度。
此外，本申请的掺合料由高岭石、粉煤灰、电石渣、石灰石以及高镁铁矿石组成，经过煅烧后，掺合料还包含氧化钙、氧化镁以及亚铁粒子，将其用于混凝土中，可以作为提供多种膨胀源的膨胀剂，可以为提供稳定而持续的膨胀，从而可以修复填充已经产生的微细裂缝，通过其与复合纤维的配合，可以进一步提高清水混凝土的抗渗抗裂性能。
优选的，所述玄武岩纤维由重量比为10:1-2的玄武岩和海泡石混合后，经过熔融、拉丝后制得。
通过采用上述技术方案，玄武岩的主要成分为二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁等，海泡石的主要成分为二氧化硅、氧化镁、三氧化二铝、氧化铜、氧化钙等。通过采用上述技术方案，在制备玄武岩纤维时，添加一定量的海泡石，可以提高纤维中的氧化镁的含量，以提高玄武岩纤维的柔韧性以及强度，从而有利于提高混凝土的抗开裂性能。
优选的，所述填料包括如下重量份的原料：贝壳粉100-120份、云母粉50-60份、凹凸棒土40-50份、磺化纤维素纳米晶须10-15份、木质磺酸钙4-6份以及对氨基苯磺酸钠3-5份。
通过采用上述技术方案，以贝壳粉、云母粉以及凹凸棒土为主要原料，通过磺化纤维素纳米晶须、木质磺酸钙以及氨基本磺酸钠对其进行改性处理，得到的填料可以填充至骨料以及水泥料的空隙中，从而提高混凝土的致密性，降低水的渗透性，以提高混凝土的抗渗抗裂性能。
优选的，所述填料采用如下方法制备：
将贝壳粉、云母粉以及凹凸棒土混合后，在400-500℃的温度下，加热2-3h，得到预处理粉料；
将预处理粉料与磺化纤维素纳米晶须、木质磺酸钙以及对氨基苯磺酸钠混合，湿法研磨，干燥后得到细度为400-500目的填料。
通过采用上述技术方案，将贝壳粉、云母粉以及凹凸棒土经过低温焙烧，可以改善其孔隙结构，增大其比表面积，有利于后续的处理.
优选的，所述干燥温度为80-90℃，干燥时间为8-12h。
优选的，所述粗骨料为5-20mm的连续级配的玄武岩碎石，表观密度为2700-2720kg/m3，压碎值＜8％，针片状颗粒质量含量＜5.0％，含泥量＜0.2％。
通过采用上述技术方案，玄武岩具有抗压性强、吸水量低的优点，采用连续级配的玄武岩碎石可以堆积形成密实填充的搭接骨架，从而提高混凝土的抗压强度。
优选的，所述细骨料为Ⅱ区中砂，细度模数为2.8-3.0，表观密度为2670-2680kg/m3，含泥量＜1.0％。
通过采用上述技术方案，以颗粒圆润、光滑的中砂作为细骨料，可以填充至水泥与粗骨料之间的空隙中，以提高混凝土的密实性；通过良好的骨料级配可以降低水泥的用量，可以降低混凝土的自收缩。
第二方面，本申请提供一种清水混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种清水混凝土的制备方法，包括以下步骤：按照比例，将水泥、细骨料、粗骨料、复合纤维、掺合料、填料、减水剂以及水混合均匀即可。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维、木质素纤维以及水镁石纤维复配的复合纤维，可以在混凝土中分散形成三维网络结构，可以使拌合好的混凝土拌合料均匀的保持原状稳定并减少系统的收缩和膨胀，从而降低混凝土的开裂现象。
2、本申请中优选采用以经过煅烧后的高岭石、粉煤灰、电石渣、石灰石以及高镁铁矿石组成掺合料，可以降低混凝土的孔隙率以及自收缩，提高混凝土的密实性，从而降低水泥用量不足对混凝土早期强度的影响；并且本申请的掺合料还可以作为提供多种膨胀源的膨胀剂，可以为提供稳定而持续的膨胀，从而可以提高混凝土的抗渗性。
3、本申请在制备玄武岩纤维时，添加一定量的海泡石，可以提高纤维中的氧化镁的含量，以提高玄武岩纤维的柔韧性以及强度，从而有利于提高混凝土的抗开裂性能。
4、本申请以贝壳粉、云母粉以及凹凸棒土为主要原料，通过磺化纤维素纳米晶须、木质磺酸钙以及氨基本磺酸钠对其进行改性处理，得到的填料可以填充至骨料以及水泥料的空隙中，从而提高混凝土的致密性，降低水的渗透，以提高混凝土的抗渗抗裂性能。
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。
掺合料的制备例
以下制备例中的粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰。
掺合料的制备例1
掺合料采用如下方法制备：
(1)将高岭石、粉煤灰、电石渣、石灰石以及高镁铁矿石按照10:6:6:2:1的比例混合，得到混合料；
(2)将混合料进行不同程度的粉碎，分别得到细度为100-200目的细混料和细度为60-80目的粗混料；
(3)将细混料850℃的温度下，煅烧1.5h，得到轻烧混合料；
(4)将粗混料1300℃的温度下，煅烧5h，得到重烧混合料；
(5)取轻烧混合料和重烧混合料按照重量比为1:1的比例混合，得到掺合料。
掺合料的制备例2
本制备例与掺合料的制备例1的不同之处在于，步骤(1)中高岭石、粉煤灰、电石渣、石灰石以及高镁铁矿石的重量比为10:8:8:3:2。
掺合料的制备例3
本制备例与掺合料的制备例1的不同之处在于，步骤(5)中轻烧混合料和重烧混合料的重量比为3:1。
掺合料的制备例4
本制备例与制备例1的不同之处在于，不包含步骤(4)，即掺合料仅为轻烧混合料。
掺合料的制备例5
本制备例与制备例1的不同之处在于，不包含步骤(3)，即掺合料仅为重烧混合料。
玄武岩纤维的制备例
玄武岩纤维的制备例1
玄武岩纤维采用如下方法制备：
将玄武岩、海泡石分别粉碎、过筛后，得到玄武岩粉、海泡石粉以及水镁石粉；
将玄武岩粉、海泡石粉按照10:1的重量比混合，得到混合粉料；
将混合粉料加热至1300℃，得到纺丝熔液；
将纺丝熔液以1500m/min的速度拉丝，得到平均直径为15μm、长度为6mm的玄武岩纤维。
玄武岩纤维的制备例2
本制备例与玄武岩纤维的制备例1的不同之处在于，玄武岩粉和海泡石粉的重量比为10:2。
填料的制备例
以下制备例中的磺化纤维素纳米晶须购自桂林奇宏科技有限公司，型号为CNC-C。
填料的制备例1
填料采用如下方法制备：将10kg贝壳粉、5kg云母粉以及4kg凹凸棒土混合后，在450℃的温度下，加热2.5h，得到预处理粉料；
将预处理粉料与1kg磺化纤维素纳米晶须、0.4kg木质磺酸钙以及0.3kg对氨基苯磺酸钠混合，湿法研磨，在85℃的温度下干燥10h后得到细度为400-500目的填料。
填料的制备例2
本制备例与填料的制备例1的不同之处在于原料的用量如下：
贝壳粉12kg、云母粉6kg、凹凸棒土5kg、磺化纤维素纳米晶须1.5kg、木质磺酸钙0.6kg、对氨基苯磺酸钠0.5kg。
填料的制备例3
本制备例与填料的制备例1的不同之处在于，原料中不包含磺化纤维素纳米晶须。
填料的制备例4
本制备例与填料的制备例1的不同之处在于，原料中不包含木质磺酸钙和对氨基苯磺酸钠。
实施例
实施例中的原料除特殊说明外，均来源于市售。其中，水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥；粗骨料为5-20mm的连续级配的玄武岩碎石，表观密度为2700-2720kg/m3，压碎值＜8％，针片状颗粒质量含量＜5.0％，含泥量＜0.2％；细骨料为Ⅱ区中砂，细度模数为2.8-3.0，表观密度为2670-2680kg/m3，含泥量＜1.0％；木质素纤维购自山东浩森新材料有限公司，其长度为2-3mm，直径为15-20μm；聚乙烯醇纤维购自山东浩森新材料有限公司，其长度为6mm，直径为15μm；水镁石纤维购自灵寿县嘉硕建材有限公司，长度为10mm；减水剂购自江苏苏博特新材料股份有限公司，型号为PCA-1聚羧酸高性能减水剂，实测减水率28.5％。
实施例1
一种清水混凝土，采用如下方法制备而成：
将290kg水泥、78kg细骨料、870kg粗骨料、12kg复合纤维、170kg掺合料、35kg填料、5kg减水剂以及175kg水混合均匀即可。
其中，复合纤维由重量比8:4:4:1的为木质素纤维、玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维以及水镁石纤维组成，玄武岩纤维购自山东森泓工程材料有限公司，其主要成分为玄武岩纤维原丝，直径为15μm、长度为6mm。
掺合料为F类Ⅱ级粉煤灰。
填料为细度为400-500目的贝壳粉。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，复合纤维由10:6:6:2的为木质素纤维、玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维以及水镁石纤维组成。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于，复合纤维中的玄武岩纤维由玄武岩的制备例1制备而得。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于，复合纤维中的玄武岩纤维由玄武岩的制备例2制备而得。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于，掺合料由掺合料的制备例1制备而得。
实施例6
本实施例与实施例1的不同之处在于，掺合料由掺合料的制备例2制备而得。
实施例7
本实施例与实施例1的不同之处在于，掺合料由掺合料的制备例3制备而得。
实施例8
本实施例与实施例1的不同之处在于，掺合料由掺合料的制备例4制备而得。
实施例9
本实施例与实施例1的不同之处在于，掺合料由掺合料的制备例5制备而得。
实施例10
本实施例与实施例1的不同之处在于，填料由填料的制备例1制备而得。
实施例11
本实施例与实施例1的不同之处在于，填料由填料的制备例2制备而得。
实施例12
本实施例与实施例1的不同之处在于，填料由填料的制备例3制备而得。
实施例13
本实施例与实施例1的不同之处在于，填料由填料的制备例4制备而得。
实施例14
本实施例与实施例1的不同之处在于，复合纤维中玄武岩纤维由玄武岩纤维的制备例1制备而得；掺合料由掺合料的制备例1制备而得；填料由填料的制备例1制备而得。
对比例
对比例1
本对比例与实施例1的不同之处在于，复合纤维由重量比为2:1的木质素纤维和玄武岩纤维组成。
对比例2
本对比例与实施例1的不同之处在于，复合纤维由重量比为4:1的聚乙烯醇纤维和水镁石纤维组成。
性能检测试验
将实施例1-14以及对比例1-2制备的混凝土作为样品，按照如下方法，对其性能进行测试，将测试结果示于表1。
坍落度与扩展度：根据GB/T50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》中的方法测试其坍落度与扩展度。
早期抗裂性能：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》中的方法，计算混凝土试块在24h的单位面积上的总开裂面积。
抗压强度以及劈拉强度：根据GB/T50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》中的方法制作标准试块，并测量标准试块养护3d、28d的抗压强度。
抗水渗透性能：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》中的逐级加压法测试标准试块的渗水深度。
收缩率：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》中的接触法进行测试其在90d的收缩率。
抗氯离子扩散系数：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RCM法测试标准试块的氯离子扩散系数。
抗硫酸盐侵蚀：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》中的抗硫酸盐侵蚀试验进行测试。
表1实施例1-14以及对比例1-2的混凝土性能测试表
Figure BDA0003278417100000081
Figure BDA0003278417100000091
根据表1数据，结合实施例1、对比例1、对比例2可以看出，采用本申请复配的木质素纤维、玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维以及水镁石纤维时，其具有很好的协同作用，可以同时改善混凝土的抗裂、抗渗性能以及力学强度。
结合实施例1、实施例3可以看出，相较于普通的玄武岩纤维，采用本申请的方法制得的玄武岩纤维用于混凝土时，可以明显提高混凝土的劈拉强度，降低混凝土的开裂以及收缩率。
结合实施例1、实施例5-9可以看出，相较于普通的粉煤灰，采用本申请的方法制备的掺合料用于混凝土时，可以降低混凝土的收缩率，明显提高混凝土的早期抗压强度、劈拉强度、抗裂性能、抗渗性能、抗氯离子以及抗硫酸盐侵蚀性能。
结合实施例1、实施例10-13可以看出，相较于普通的贝壳粉填料，采用本申请的方法制得的填料用于混凝土时，可以明显提高混凝土的早期抗压强度、劈拉强度、抗裂性能、抗渗性能，降低混凝土的收缩率、抗氯离子以及抗硫酸盐侵蚀性能。
结合实施例1、实施例5、实施例10、实施例14可以看出，通过使用本申请的制备方法的玄武岩纤维、掺合料以及填料，在一定程度上均可改善混凝土的性能，尤其是同时使用经过特殊处理过的玄武岩纤维、掺合料以及填料后，其可以大幅度改善混凝土的力学强度以及抗渗、抗裂性能，从而明显改善混凝土的综合性能。
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)

1.一种清水混凝土，其特征在于，以重量份数计，包括如下原料：
水泥280-300份、细骨料750-800份、粗骨料850-900份、复合纤维10-14份、掺合料160-180份、填料30-40份、水170-180份以及减水剂4-6份；
所述复合纤维由重量比8-10:4-6:4-6:1-2的为木质素纤维、玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维以及水镁石纤维组成。
2.根据权利要求1所述的清水混凝土，其特征在于，所述掺合料采用如下方法制备：
将高岭石、粉煤灰、电石渣、石灰石以及高镁铁矿石按照10:6-8:6-8:2-3:1-2的比例混合，得到混合料；
将混合料进行不同程度的粉碎，分别得到细度为100-200目的细混料和细度为60-80目的粗混料；
将细混料800-900℃的温度下，煅烧1-2h，得到轻烧混合料；
将粗混料1200-1400℃的温度下，煅烧4-6h，得到重烧混合料；
取轻烧混合料和重烧混合料按照重量比为1-3:1的比例混合，得到掺合料。
3.根据权利要求1所述的清水混凝土，其特征在于，所述玄武岩纤维由重量比为10:1-2的玄武岩和海泡石混合后，经过熔融、拉丝后制得。
4.根据权利要求1所述的清水混凝土，其特征在于，所述填料包括如下重量份的原料：贝壳粉100-120份、云母粉50-60份、凹凸棒土40-50份、磺化纤维素纳米晶须10-15份、木质磺酸钙4-6份以及对氨基苯磺酸钠3-5份。
5.根据权利要求4所述的清水混凝土，其特征在于，所述填料采用如下方法制备：
将贝壳粉、云母粉以及凹凸棒土混合后，在400-500℃的温度下，加热2-3h，得到预处理粉料；
将预处理粉料与磺化纤维素纳米晶须、木质磺酸钙以及对氨基苯磺酸钠混合，湿法研磨，干燥后得到细度为400-500目的填料。
6.根据权利要求5所述的清水混凝土，其特征在于，所述干燥温度为80-90℃，干燥时间为8-12h。
7.根据权利要求1所述的清水混凝土，其特征在于，所述粗骨料为5-20mm的连续级配的玄武岩碎石，表观密度为2700-2720kg/m3，压碎值＜8%，针片状颗粒质量含量＜5.0%，含泥量＜0.2%。
8.根据权利要求1所述的清水混凝土，其特征在于，所述细骨料为Ⅱ区中砂，细度模数为2.8-3.0，表观密度为2670-2680kg/m3，含泥量＜1.0%。
9.权利要求1所述的一种清水混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照比例，将水泥、细骨料、粗骨料、复合纤维、掺合料、填料、减水剂以及水混合均匀即可。
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