CN113831071B - 一种耐久性混凝土 - Google Patents

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Abstract

本申请属于混凝土技术领域，具体涉及一种耐久性混凝土，包括如下重量份的各组分：水泥300‑400份、细骨料450‑550份、粗骨料720‑820份、水100‑200份、纤维20‑40份、聚合物乳液20‑40份、聚羧酸减水剂10‑20份。本申请的耐久性混凝土，通过在基料中添加柔性纤维，可以增强混凝土材料的抗冲击韧性，起到有效的防裂防渗作用，另外，所添加的聚羧酸减水剂中具有可吸收紫外线的邻羟基苯甲酸苯酯结构，该紫外线吸收结构是键合在聚羧酸减水剂中，不易像小分子的紫外线吸收剂一样发生迁移、析出等情况，从而可以起到长久的抗老化作用，提高混凝土的耐久性。

Description

一种耐久性混凝土
技术领域
本申请属于混凝土技术领域，具体涉及一种耐久性混凝土。
背景技术
混凝土和其他土木工程材料相比，具有经济廉价、强度高、可装饰性强、施工便利等优点，在桥梁、隧道、房屋建筑、港口堤坝等实际工程中得到了广泛应用。混凝土的发展经历了最初的普通混凝土，后来的钢筋混凝土及预应力混凝土，再到近年来应用比较广泛的高强度、高性能混凝土。
但是，水泥混凝土容易开裂，造成工程结构服役寿命短，比如，有的公路桥梁实用3-5年后就出现破损，个别的建成后尚未投入使用已需要维修，甚至边建边修的情况也时有发生。中国工程院调研报告表明，我国每年土建工程仅因钢筋混凝土结构的过早失效造成的直接经济损失超过1000亿元。
中国专利文献CN 101497510 A公开了一种改性环氧树脂混凝土材料及其制备方法，该改性环氧树脂混凝土材料包括A组分、B组分和石料，其通过在A组分中添加紫外线吸收剂来吸收紫外线，提高混凝土的抗老化性能。但是，其中选用的紫外线吸收剂为紫外线吸收剂UV-P、紫外线吸收剂UV-O，紫外线吸收剂UV-326，紫外线吸收剂327中的一种或多种，这些紫外线吸收剂均为小分子结构，容易发生迁移、析出，从而失去抗老化的作用。
因此，如何减少混凝土开裂造成的危害，改善混凝土的耐久性是混凝土发展过程中一直需要解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本申请公开了一种耐久性混凝土，通过在基料中添加柔性纤维可以增强混凝土材料的抗冲击韧性，起到有效的防裂防渗作用，另外，所添加的聚羧酸减水剂中具有可吸收紫外线的邻羟基苯甲酸苯酯结构，该紫外线吸收结构是键合在聚羧酸减水剂中，不易像小分子紫外线吸收剂一样发生迁移、析出等情况，从而可以起到长久的抗老化作用，提高混凝土的耐久性。
本申请提供一种耐久性混凝土，采用如下的技术方案：
一种耐久性混凝土，包括如下重量份的各组分：
水泥300-400份
细骨料450-550份
粗骨料720-820份
水100-200份
柔性纤维20-40份
聚合物乳液20-40份
聚羧酸减水剂10-20份；
所述聚羧酸减水剂的结构式为：
Figure BDA0003317662470000021
其中，a、b、c均为1-30的整数，n为20-60的整数。
所述聚羧酸减水剂的制备方法为：氮气保护下将异戊烯醇聚氧乙烯醚溶于去离子水中，搅拌升温至55℃，然后分别缓慢加入丙烯酸、邻羟基苯甲酸邻烯丙基苯酯、链转移剂和引发剂，加入完毕后保温反应2h即得到聚羧酸减水剂，反应方程式为：
Figure BDA0003317662470000022
柔性纤维可以增强混凝土材料的抗冲击韧性，起到有效的防裂防渗作用，另外，所添加的聚羧酸减水剂中具有可吸收紫外线的邻羟基苯甲酸苯酯结构，该紫外线吸收结构是键合在聚羧酸减水剂中，不易像小分子紫外线吸收剂一样发生迁移、析出等情况，从而可以起到长久的抗老化作用，提高混凝土的耐久性。
作为优选，上述细骨料包括如下重量份的各组分：砂600-700份、粉煤灰30-50份、硅粉40-80份。
硅粉中的主要活性成分为无定型二氧化硅，具有很高的火山灰活性，掺入混凝土后能够迅速的与水泥水化物氢氧化钙反应，生成低碱度的C-S-H凝胶，而且硅粉的小球状颗粒填充于水泥颗粒之间，使宁交材料具有良好的级配，降低了其标准稠度下的用水量，从而有助于提高混凝土的强度和耐久性。
作为优选，上述粗骨料为人造轻骨料。
作为优选，上述柔性纤维为聚丙烯纤维、尼龙纤维、纤维素纤维、聚乙烯纤维中的一种或几种。
作为优选，上述柔性纤维为聚丙烯纤维。
作为优选，上述聚丙烯纤维的抗拉强度为500-650MPa，纤维长度为2-30mm。
作为优选，上述聚丙烯纤维的截面呈三叶型。
作为优选，上述聚合物乳液为丙烯酸酯乳液、聚乙酸乙烯酯乳液、氯丁胶乳、丁苯胶乳中的一种或几种。
作为优选，上述的耐久性混凝土，还包括膨胀剂、减缩剂、缓蚀剂中的一种或几种。
作为优选，上述的耐久性混凝土，采用如下方法配制而成：按配比准备各组分，不断搅拌下分别将细骨料、粗骨料和柔性纤维加入水泥中，搅拌均匀后依次加入外加剂和水，继续搅拌均匀，最后加入聚合物乳液，搅拌均匀即可。
本申请具有如下的有益效果：
(1)本申请的耐久性混凝土，通过在基料中添加柔性纤维，可以增强混凝土材料的抗冲击韧性，起到有效的防裂防渗作用，另外，所添加的聚羧酸减水剂中具有可吸收紫外线的邻羟基苯甲酸苯酯结构，该紫外线吸收结构是键合在聚羧酸减水剂中，不易像小分子紫外线吸收剂一样发生迁移、析出等情况，从而可以起到长久的抗老化作用，提高混凝土的耐久性。
(2)本申请的细骨料中添加了硅粉，硅粉中的主要活性成分为无定型二氧化硅，具有很高的火山灰活性，掺入混凝土后能够迅速的与水泥水化物氢氧化钙反应，生成低碱度的C-S-H凝胶，而且硅粉的小球状颗粒填充于水泥颗粒之间，使凝胶材料具有良好的级配，降低了其标准稠度下的用水量，从而有助于提高混凝土的强度和耐久性。
(3)聚丙烯纤维具有较好的化学稳定性，一般对混凝土不会产生腐蚀的化学物质也不会腐蚀聚丙烯纤维，而且聚丙烯纤维表面具有疏水性，不会被水泥浆浸润，需水量为零，另外，聚丙烯纤维的截面呈三叶型，具有更大的比表面积，可以显著增加聚丙烯纤维与混凝土基体之间的结合力，而且纤维长度为2-30mm，大量分散的短纤维可以起到抑制微裂纹扩展和延伸的作用，消耗内部应力，提高抗裂效果，抗裂的同时，由于混凝土内部的微裂缝显著减少，从而使混凝土密实度显著提高，从而增强混凝土的抗渗性能。
具体实施方式
现在结合实施例对本申请作进一步详细的说明。
实施例所用聚羧酸减水剂的制备方法为：氮气保护下将去离子水加入反应釜内，然后加入异戊烯醇聚氧乙烯醚，搅拌溶解后升温至55℃，然后分别缓慢滴加丙烯酸、邻羟基苯甲酸邻烯丙基苯酯的乙醇溶液、链转移剂(亚硫酸氢钠的水溶液)和引发剂(双氧水和维生素C的水溶液)，加入完毕后保温反应2h，蒸馏除去乙醇，得到固含量为20％的聚羧酸减水剂。
实施例和对比例所用的砂的粒径为5mm以下；粉煤灰为I级粉煤灰；硅粉的粒径为35-45μm；粗骨料为人造轻骨料，粒径为5-15mm；柔性纤维的长度为5-20mm。
实施例1
细骨料准备：砂600kg，粉煤灰30kg，硅粉40kg。
混凝土原料准备：水泥300kg，细骨料450kg，粗骨料720kg，水100kg，聚丙烯纤维10kg，尼龙纤维10kg，丙烯酸酯乳液10kg，丁苯胶乳10kg，聚羧酸减水剂3kg。
混凝土配制方法：不断搅拌下分别将细骨料，粗骨料，聚丙烯纤维和尼龙纤维加入水泥中，搅拌均匀后依次加入聚羧酸减水剂和水，继续搅拌均匀，最后加入丙烯酸酯乳液和丁苯胶乳，搅拌均匀即可。
实施例2
细骨料准备：砂620kg，粉煤灰35kg，硅粉50kg。
混凝土原料准备：水泥320kg，细骨料470kg，粗骨料740kg，水120kg，聚丙烯纤维15kg，纤维素纤维10kg，丙烯酸酯乳液15kg，聚乙酸乙烯酯乳液10kg，聚羧酸减水剂4kg。
混凝土配制方法：不断搅拌下分别将细骨料，粗骨料，聚丙烯纤维和纤维素纤维加入水泥中，搅拌均匀后依次加入聚羧酸减水剂和水，继续搅拌均匀，最后加入丙烯酸酯乳液和聚乙酸乙烯酯乳液，搅拌均匀即可。
实施例3
细骨料准备：砂700kg，粉煤灰50kg，硅粉80kg。
混凝土原料准备：水泥400kg，细骨料550kg，粗骨料820kg，水200kg，聚丙烯纤维20kg，纤维素纤维20kg，丙烯酸酯乳液20kg，氯丁胶乳20kg，聚羧酸减水剂7kg。
混凝土配制方法：不断搅拌下分别将细骨料，粗骨料，聚丙烯纤维和纤维素纤维加入水泥中，搅拌均匀后依次加入聚羧酸减水剂和水，继续搅拌均匀，最后加入丙烯酸酯乳液和氯丁胶乳，搅拌均匀即可。
实施例4
细骨料准备：砂670kg，粉煤灰45kg，硅粉70kg。
混凝土原料准备：水泥380kg，细骨料520kg，粗骨料800kg，水180kg，聚丙烯纤维20kg，尼龙纤维15kg，丙烯酸酯乳液20kg，丁苯胶乳15kg，聚羧酸减水剂6kg。
混凝土配制方法：不断搅拌下分别将细骨料，粗骨料，聚丙烯纤维和尼龙纤维加入水泥中，搅拌均匀后依次加入聚羧酸减水剂和水，继续搅拌均匀，最后加入丙烯酸酯乳液和丁苯胶乳，搅拌均匀即可。
实施例5
细骨料准备：砂650kg，粉煤灰40kg，硅粉60kg。
混凝土原料准备：水泥350kg，细骨料500kg，粗骨料770kg，水150kg，纤维素纤维30kg，丙烯酸酯乳液15kg，聚乙酸乙烯酯乳液15kg，聚羧酸减水剂5kg。
混凝土配制方法：不断搅拌下分别将细骨料，粗骨料和纤维素纤维加入水泥中，搅拌均匀后依次加入聚羧酸减水剂和水，继续搅拌均匀，最后加入丙烯酸酯乳液和聚乙酸乙烯酯乳液，搅拌均匀即可。
实施例6
细骨料准备：砂650kg，粉煤灰40kg，硅粉60kg。
混凝土原料准备：水泥350kg，细骨料500kg，粗骨料770kg，水150kg，聚丙烯纤维15kg，纤维素纤维15kg，丙烯酸酯乳液15kg，聚乙酸乙烯酯乳液15kg，聚羧酸减水剂5kg。
混凝土配制方法：不断搅拌下分别将细骨料，粗骨料，聚丙烯纤维和纤维素纤维加入水泥中，搅拌均匀后依次加入聚羧酸减水剂和水，继续搅拌均匀，最后加入丙烯酸酯乳液和聚乙酸乙烯酯乳液，搅拌均匀即可。
对比例1与实施例6基本相同，不同之处在于，对比例1所用的聚羧酸减水剂在制备过程中未添加邻羟基苯甲酸邻烯丙基苯酯(控制去离子水用量，使固含量也为20％)。
对比例2与对比例1基本相同，不同之处在于对比例2所用的与对比例1相同的聚羧酸减水剂的用量为3kg，另外添加了2kg光稳定剂邻羟基苯甲酸苯酯(即，用2kg光稳定剂邻羟基苯甲酸苯酯替换了2kg对比例1中的聚羧酸减水剂)。
将实施例1-6和对比例1-2配制的混凝土进行成型和养护得到混凝土试块，并对所获得的混凝土试块进行性能检测，测试结果见表1。
表1
Figure BDA0003317662470000061
其中，紫外老化后冻融劈裂抗拉强度比中的紫外老化条件为：紫外老化箱，紫外线强度为210W/m2，老化温度为60℃，老化时间为10d。
从表1可以看出，实施例1-6所制备的混凝土的抗压强度达到58.74以上，劈裂抗拉强度达到8.43MPa以上，紫外老化后的劈裂抗拉强度依然能够保持在7.70MPa以上，说明各实施例所制备的混凝土具有较高的强度和抗裂性能，且抗紫外线性能较好，具有较好的耐久性。从对比例1可以看出，当对比例1所用的聚羧酸减水剂中不含有邻羟基苯甲酸苯酯结构时，聚羧酸减水剂整体为长链段柔性结构，混凝土的抗压强度略有下降，劈裂抗拉强度略有上升，但紫外老化后劈裂抗拉强度从9.54MPa显著下降至6.73MPa，抗紫外性能下降明显，这是由于体系中不含可吸收紫外线的结构，导致抗紫外线性能差，耐久性差。从对比例2可以看出，当对比例2所用的聚羧酸减水剂不含有邻羟基苯甲酸苯酯结构，但补充了适当的光稳定剂邻羟基苯甲酸苯酯时，虽然紫外老化后劈裂抗拉强度仍然能够达到7.62MPa，但劈裂抗拉强度保持率仅为85.62％，而实施例6中的劈裂抗拉强度保持率为91.56％，说明对比例2通过单独添加小分子光稳定剂的方式虽然能够在一定程度上改善混凝土的抗紫外线性能，但效果明显不如实施例中将光稳定剂的结构嵌段链接于聚羧酸减水剂中的效果，这可能是由于小分子的光稳定剂在紫外老化过程中或者在长期使用过程中容易发生迁移、析出等情况，从而导致抗紫外线效果相对较差。
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，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种耐久性混凝土，其特征在于：包括如下重量份的各组分：
水泥300-400份
细骨料450-550份
粗骨料720-820份
水100-200份
柔性纤维20-40份
聚合物乳液20-40份
聚羧酸减水剂3-7份；
所述聚羧酸减水剂的结构式为：
Figure FDA0003726782800000011
其中，a、b、c均为1-30的整数，n为20-60的整数；
所述聚羧酸减水剂的制备方法为：氮气保护下将异戊烯醇聚氧乙烯醚溶于去离子水中，搅拌升温至55℃，然后分别缓慢加入丙烯酸、邻羟基苯甲酸邻烯丙基苯酯、链转移剂和引发剂，加入完毕后保温反应2h即得到聚羧酸减水剂。
2.如权利要求1所述的耐久性混凝土，其特征在于：所述细骨料包括如下重量份的各组分：砂600-700份、粉煤灰30-50份、硅粉40-80份。
3.如权利要求1所述的耐久性混凝土，其特征在于：所述粗骨料为人造轻骨料。
4.如权利要求1所述的耐久性混凝土，其特征在于：所述柔性纤维为聚丙烯纤维、尼龙纤维、纤维素纤维、聚乙烯纤维中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的耐久性混凝土，其特征在于：所述柔性纤维为聚丙烯纤维。
6.如权利要求5所述的耐久性混凝土，其特征在于：所述聚丙烯纤维的抗拉强度为500-650MPa，纤维长度为2-30mm。
7.如权利要求5所述的耐久性混凝土，其特征在于：所述聚丙烯纤维的截面呈三叶型。
8.如权利要求1所述的耐久性混凝土，其特征在于：所述聚合物乳液为丙烯酸酯乳液、聚乙酸乙烯酯乳液、氯丁胶乳、丁苯胶乳中的一种或几种。
9.如权利要求1所述的耐久性混凝土，其特征在于：还包括膨胀剂、减缩剂、缓蚀剂中的一种或几种。
10.如权利要求1所述的耐久性混凝土，其特征在于：采用如下方法配制而成：按配比准备各组分，不断搅拌下分别将细骨料、粗骨料和柔性纤维加入水泥中，搅拌均匀后依次加入外加剂和水，继续搅拌均匀，最后加入聚合物乳液，搅拌均匀即可。
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