CN113880527A - 一种有机仿钢纤维聚合物混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机仿钢纤维聚合物混凝土及其制备方法，属于混凝土技术领域。本发明以混凝土为基体，将不同长度和掺量的有机仿钢纤维和水性环氧树脂乳液均匀添加到混凝土基体中获得有机仿钢纤维聚合物混凝土，各组份配比为：混凝土基体2020‑3230kg/m3；水性环氧树脂乳液41‑45kg/m3；水性环氧固化剂10.25‑11.25kg/m3；消泡剂4.1‑4.5kg/m3；有机仿钢纤维2.76‑5.52kg/m3；水余量。本发明制备出的有机仿钢纤维聚合物混凝土具有抗拉强度高、抗开裂性好、耐腐蚀性强等优点。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种有机仿钢纤维聚合物混凝土及其制备方法。
背景技术
公路是国家快速发展、国民经济腾飞的基础，海工建筑是国家发展壮大的必然产物，桥梁更是连接海、山、路的纽带，这三个方面的工程都有一个相同的特点就是对结构耐久性要求非常高，由于现有沥青铺装层和混凝土构造物经常会出现过早损坏的情况，远达不到要求的服役寿命，需花大量人力、财力进行维修补强，为国家经济带来巨大损失。为此国家已经大力研究适合路桥，海工结构的耐腐蚀材料，该研究方向已经成为当今一大热点问题。可见研制具有优良抗裂及抗腐蚀特性的混凝土材料，有效提高路桥和海工建筑物的耐久性，降低结构全寿命期投入的经济费用具有重大的工程意义。
掺入纤维是提高混凝土基体韧性、抗冲击性和抑制其收缩开裂的一种有效途径。目前混凝土常用纤维主要是钢纤维，但钢纤维存在造价高、比重大、不易分散和易锈蚀等问题。因而探索新型复合材料、配制高性能复合混凝土来保留钢纤维混凝土已有的优点，并改善钢纤维混凝土存在的缺点至关重要。
有机仿钢纤维的主要成分是聚丙烯，由于钢纤维能有效提高混凝土的抗拉强度、抗开裂性和韧性，但存在价较高、易腐蚀、易结团等问题，研究学者发明出有机仿钢纤维来代替钢纤维，有机仿钢纤维不但能有效提高混凝土的抗拉强度、抗开裂性，其成本低，耐腐蚀性好，克服了钢纤维存在的缺点，但有机仿钢纤维与混凝土集体间的粘结性不如钢纤维，出现了粘结强度不好从而导致基本力学性能不达标的情况。而单一的聚合物混凝土，虽然存在耐腐蚀性高的优点，但聚合物会降低混凝土的抗压强度。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述不足之处，本发明提供一种有机仿钢纤维聚合物混凝土及其制备方法，将有机仿钢纤维和水性环氧树脂乳液均匀添加到混凝土基体中，获得具有高抗拉强度、强耐腐蚀的有机仿钢纤维聚合物混凝土。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种有机仿钢纤维聚合物混凝土，该有机仿钢纤维聚合物混凝土是将有机仿钢纤维和水性环氧树脂乳液均匀添加到混凝土基体中配制而成，其制备原料中各组份配比如下：
该有机仿钢纤维聚合物混凝土的制备原料中各组分配比优选如下：
所述混凝土基体(C40混凝土)按重量份数计的优选组分如下：
所述有机仿钢纤维的直径1.23-1.27mm，长度25-30mm，密度0.87-0.97g/cm3，断裂强度450-500MPa；有机仿钢纤维聚合物混凝土中有机仿钢纤维的体积掺量为0.3％-0.6％。
所述消泡剂为矿物油系消泡剂。
所述水性环氧固化剂为K系列水性环氧固化剂。
所述河砂与铁尾矿砂的细度模数为2.6，粒径小于4.75mm；所述碎石为连续级配的粒径为4.75～20mm的碎石；所述水泥为普通硅酸盐水泥。
所述有机仿钢纤维聚合物混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述有机仿钢纤维按所需量掺入到装有混凝土基体的混凝土搅拌机中，搅拌1-2min至分散均匀；所述混凝土基体的制备过程为：将碎石、河砂、铁尾矿砂和水泥按所需比例依次加入到混凝土搅拌机中，干拌1-2min使均匀混合，即得到所述混凝土基体。
(2)将水性环氧树脂乳液、消泡剂、水性环氧固化剂和三分之二的水混合，并使用泥浆搅拌机充分搅拌2min得到混合物料，备用；
(3)分多次向混凝土搅拌机中加入步骤(2)中混合物料，混合物料加入完毕后，将剩下三分之一水加入盛有混合物料的容器中，搅拌均匀后加入混凝土搅拌机中，继续搅拌2-3min至混合均匀得到纤维聚合物混凝土拌合物；
(4)将准备好的试模刷上润滑油，以便脱模，然后将所述纤维聚合物混凝土拌合物一次装入试模，装料时用抹刀沿试模内壁插捣，并使所述纤维聚合物混凝土拌合物高出试模上口，采用振动成型方法成型，将装满所述纤维聚合物混凝土拌合物试模放在振动台，振动持续到混凝土表面出浆为止；
(5)成型后在试模表面覆盖薄膜，以防止水分蒸发，并做好相应标记，并在20±5℃的室内静置24-48h，然后拆模并编号，拆模后的试件在标准条件下放入水中进行水养护至28d，即得到所述有机仿钢纤维聚合物混凝土。
所述有机仿钢纤维聚合物混凝土中有机仿钢纤维以短切、乱向和不连续的状态均匀分布。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明提供的一种有机仿钢纤维聚合物混凝土及其制备方法，本发明是首次提出将有机仿钢纤维和聚合物均匀添加到混凝土基体中制成机仿钢纤维聚合物混凝土。有机仿钢纤维具有钢纤维相同的抗拉强度高、抗冲击强度高等优点，同时还克服了钢纤维成本高，易锈蚀等缺点；聚合物加入到混凝土中能有效提高混凝土的耐久性和抗裂性，但会减弱混凝土的抗压性能，因此本发明提出将有机仿钢纤维和聚合物同时加入到混凝土中，同时通过优化各组分配比以及选择合适规格的有机仿钢纤维，不但可以叠加各自对混凝土的优点，更大程度的提高耐久性，更重要的是，由于聚合物具有一定粘性可以增强有机仿钢纤维与混凝土基体的粘结性，粘结性是纤维混凝土充分发挥工作性能的前提，因此进一步提高了混凝土的力学性能，又因为有机仿钢纤维的存在弥补了聚合物对混凝土抗压强度的降低作用。两种材料相辅相成，共同发挥作用，因此有机仿钢纤维聚合物混凝土具有较高的的抗拉强度、抗裂性和抗腐蚀性，使其更适用于磨损严重，使用率高的路桥铺装层和需长期暴露在恶劣海洋环境中的港口、码头、桥墩等海工建筑物。本发明提出的有机仿钢纤维聚合物混凝土可有效改善路桥铺装层和海工结构的耐久性，增加其使用寿命，不仅具有重要的科学价值，也具有明显的经济社会效益。
聚合物选择水性环氧树脂乳液，其主要成分是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚物，聚合物混凝土本身具有良好的耐腐蚀性，但由于聚合物对混凝土抗裂性和抗拉强度提高不够明显，故与有机仿钢纤维复合使用，不但能双重提高混凝土耐腐蚀性，也能保证将混凝土抗拉强度、抗开裂性发挥到最大程度。本发明是首次提出将有机仿钢纤维和水性环氧树脂均匀添加到混凝土基体中制成复合混凝土材料。
有机仿钢纤维聚合物混凝土良好的抗裂性能和抗腐蚀性能，使其更适用于磨损严重，使用率高的路桥铺装层和需长期暴露在恶劣海洋环境中的港口、码头、桥墩等海工建筑物。本发明提出的有机仿钢纤维聚合物混凝土可有效改善路桥铺装层和海工结构的耐久性，增加其使用寿命，不仅具有重要的科学价值，也具有明显的经济社会效益。
附图说明
图1为本发明实例表1对应的抗压强度曲线图。
图2为本发明实例表1对应的劈拉强度曲线图。
图3为本发明实例表1对应的抗折强度曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步详细说明。
本发明提供一种有机仿钢纤维聚合物混凝土，
.........其制备原料中各组份配比如下：
以下实施例中，所用有机仿钢纤维的直径1.23-1.27mm、长度25-30mm，密度0.87-0.97g/cm3，断裂强度450-500MPa；体积掺量0.3％-0.6％。
所用水性环氧树脂乳液型号K-051，固含量为48％-52％，比重为1.05-1.10g/cm3，具有优异的耐水性、耐磨性和极好的附着力、极高的柔韧性和抗冲击能力，能显著增强混凝土基体的耐腐蚀性。
所用消泡剂为矿物油系消泡剂BW225，比重为0.87-0.90g/cm3，加在聚合物混凝土中起到消泡作用，不影响体系基本力学性质，不发生反应，具有良好的耐热性，渗透性和耐氧化性，可以增强混凝土基体的耐腐蚀性。
所用水性环氧固化剂为K系列水性环氧固化剂(如K-15或K-17)，其与水性环氧树脂配合使用，不影响体系基本力学性质，不发生反应，能增强混凝土基体的耐水性和耐腐蚀性。
所用河砂与铁尾矿砂的细度模数为2.6，粒径小于4.75mm；所用碎石为连续级配的粒径为4.75～20mm的碎石；所用水泥为P·O 42.5级普通硅酸盐水泥，其规格及性能满足《通用硅酸盐水泥》(GB 175-2007)标准的要求。
以下实施例中有机仿钢纤维聚合物混凝土的制备过程如下：
(1)将碎石、河砂、铁尾矿砂和水泥按所需比例依次加入到混凝土搅拌机中，干拌1-2min使均匀混合，即得到所述混凝土基体。将有机仿钢纤维按所需量掺入到装有混凝土基体的混凝土搅拌机中，搅拌1-2min至分散均匀；
(2)将水性环氧树脂乳液、消泡剂、水性环氧固化剂和三分之二的水混合，并使用泥浆搅拌机充分搅拌2min得到混合物料，备用；
(3)分多次向混凝土搅拌机中加入步骤(2)中混合物料，混合物料加入完毕后，为避免混合物料中聚合物损失过多，将剩下三分之一水加入盛有混合物料的容器中，搅拌均匀后加入混凝土搅拌机中，继续搅拌2-3min至混合均匀得到纤维聚合物混凝土拌合物，保证有机仿钢纤维在基体中均匀分散；
(4)将准备好的试模刷上润滑油，以便脱模，然后将所述纤维聚合物混凝土拌合物一次装入试模，装料时用抹刀沿试模内壁插捣，并使所述纤维聚合物混凝土拌合物高出试模上口，采用振动成型方法成型，将装满所述纤维聚合物混凝土拌合物试模放在振动台，振动持续到混凝土表面出浆为止；
(5)成型后在试模表面覆盖薄膜，以防止水分蒸发，并做好相应标记，并在20±5℃的室内静置24-48h，然后拆模并编号，拆模后的试件在标准条件下放入水中进行水养护至28d，即得到所述有机仿钢纤维聚合物混凝土。
实施例1：
水泥412kg/m3，河砂330kg/m3，铁尾矿砂330kg/m3，碎石1124kg/m3，水159.25kg/m3，水性环氧树脂乳液41.2kg/m3，水性环氧固化剂10.3kg/m3，消泡剂4.12kg/m3，有机仿钢纤维2.76kg/m3，纤维长度25mm。
实施例2：
水泥412kg/m3，河砂330kg/m3，铁尾矿砂330kg/m3，碎石1124kg/m3，水159.25kg/m3，水性环氧树脂乳液41.2kg/m3，水性环氧固化剂10.3kg/m3，消泡剂4.12kg/m3，有机仿钢纤维4.14kg/m3，纤维长度25mm。
实施例3：
水泥412kg/m3，河砂330kg/m3，铁尾矿砂330kg/m3，碎石1124kg/m3，水159.25kg/m3，水性环氧树脂乳液41.2kg/m3，水性环氧固化剂10.3kg/m3，消泡剂4.12kg/m3，有机仿钢纤维5.52kg/m3，纤维长度25mm。
实施例4：
水泥412kg/m3，河砂330kg/m3，铁尾矿砂330kg/m3，碎石1124kg/m3，水159.25kg/m3，水性环氧树脂乳液41.2kg/m3，水性环氧固化剂10.3kg/m3，消泡剂4.12kg/m3，有机仿钢纤维2.76kg/m3，纤维长度30mm。
实施例5：
水泥412kg/m3，河砂330kg/m3，铁尾矿砂330kg/m3，碎石1124kg/m3，水159.25kg/m3，水性环氧树脂乳液41.2kg/m3，水性环氧固化剂10.3kg/m3，消泡剂4.12kg/m3，有机仿钢纤维4.14kg/m3，纤维长度30mm。
实施例6：
水泥412kg/m3，河砂330kg/m3，铁尾矿砂330kg/m3，碎石1124kg/m3，水159.25kg/m3，水性环氧树脂乳液41.2kg/m3，水性环氧固化剂10.3kg/m3，消泡剂4.12kg/m3，有机仿钢纤维5.52kg/m3，纤维长度30mm。
对比例1：
水泥412kg/m3，河砂330kg/m3，铁尾矿砂330kg/m3，碎石1124kg/m3，水159.25kg/m3水性环氧树脂乳液41.2kg/m3，水性环氧固化剂10.3kg/m3，消泡剂4.12kg/m3。
对比例2：
水泥412kg/m3，河砂330kg/m3，铁尾矿砂330kg/m3，碎石1124kg/m3，水185kg/m3。
综上所有实例共分为八组，每组九个试件，分别是：100*100*100mm3标准立方体件3个水养护至28天龄期进行抗压试验、100*100*100mm3标准立方体件3个水养护至28天龄期进行劈拉试验、100*100*400mm3标准棱柱体件3个水养护至28天龄期进行抗折试验，试验全程符合《混凝土强度检验评定标准》(GBT_50107-2010)结果如表1、2、3：
表1不同掺量、长度有机仿钢纤维聚合物混凝抗压强度(MPa)
表2不同掺量、长度有机仿钢纤维聚合物混凝劈拉强度(MPa)
表3不同掺量、长度有机仿钢纤维聚合物混凝抗折强度(MPa)
根据试验数据处理可知，本发明配方制备的有机仿钢纤维聚合物混凝土，相对于现有同配合比的C40普通混凝土和聚合物混凝土对照品，掺加了有机仿钢纤维后的有机仿钢纤维聚合物混凝土在有机仿钢纤维和聚合物共同作用下，其在抗压强度、劈拉强度，抗折强度以及延性方面较传统混凝土均有不同程度的提高(参考图1-3，图中L25、L30是指纤维长度为25mm、30mm)，其中以有机仿钢纤维掺量43.2-72kg/m3时最适宜。
以上已以试验中效果最佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种有机仿钢纤维聚合物混凝土，其特征在于：该有机仿钢纤维聚合物混凝土是将有机仿钢纤维和水性环氧树脂乳液均匀添加到混凝土基体中配制而成，其制备原料中各组份配比如下：
2.根据权利要求1所述的有机仿钢纤维聚合物混凝土，其特征在于：该有机仿钢纤维聚合物混凝土的制备原料中各组分配比如下：
3.根据权利要求1或2所述的有机仿钢纤维聚合物混凝土，其特征在于：所述混凝土基体按重量份数计的组分如下：
4.根据权利要求1或2所述的有机仿钢纤维聚合物混凝土，其特征在于：所述有机仿钢纤维的直径1.23-1.27mm，长度25-30mm，密度0.87-0.97g/cm3，断裂强度450-500MPa；有机仿钢纤维聚合物混凝土中有机仿钢纤维的体积掺量为0.3％-0.6％。
5.根据权利要求1所述的有机仿钢纤维聚合物混凝土，其特征在于：所述消泡剂为矿物油系消泡剂。
6.根据权利要求1所述的机仿钢纤维聚合物混凝土，其特征在于：所述水性环氧固化剂为K系列水性环氧固化剂。
7.根据权利要求3所述的有机仿钢纤维聚合物混凝土，其特征在于：所述河砂与铁尾矿砂的细度模数为2.6，粒径小于4.75mm；所述碎石为连续级配的粒径为4.75～20mm的碎石。
8.根据权利要求3所述的有机仿钢纤维聚合物混凝土，其特征在于：所述水泥为普通硅酸盐水泥。
9.根据权利要求1所述的有机仿钢纤维聚合物混凝土的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)将所述有机仿钢纤维按所需量掺入到装有混凝土基体的混凝土搅拌机中，搅拌1-2min至分散均匀；
(2)将水性环氧树脂乳液、消泡剂、水性环氧固化剂和三分之二的水混合，并使用泥浆搅拌机充分搅拌2min得到混合物料，备用；
(3)分多次向混凝土搅拌机中加入步骤(2)中混合物料，混合物料加入完毕后，将剩下三分之一水加入盛有混合物料的容器中，搅拌均匀后加入混凝土搅拌机中，继续搅拌2-3min至混合均匀得到纤维聚合物混凝土拌合物；
(4)将准备好的试模刷上润滑油，以便脱模，然后将所述纤维聚合物混凝土拌合物一次装入试模，装料时用抹刀沿试模内壁插捣，并使所述纤维聚合物混凝土拌合物高出试模上口，采用振动成型方法成型，将装满所述纤维聚合物混凝土拌合物试模放在振动台，振动持续到混凝土表面出浆为止；
(5)成型后在试模表面覆盖薄膜，以防止水分蒸发，并做好相应标记，并在20±5℃的室内静置24-48h，然后拆模并编号，拆模后的试件在标准条件下放入水中进行水养护至28d，即得到所述有机仿钢纤维聚合物混凝土。
10.根据权利要求9所述的有机仿钢纤维聚合物混凝土的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述混凝土基体的制备过程为：将碎石、河砂、铁尾矿砂和水泥按所需比例依次加入到混凝土搅拌机中，干拌1-2min使均匀混合，即得到所述混凝土基体。
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