CN114315268A - 一种高强应急混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及混凝土技术领域，具体公开了一种高强应急混凝土及其制备方法，包括以下重量份的原料：水泥350‑550份、粉煤灰30‑50份、矿渣30‑100份、细骨料700‑900份、粗骨料900‑1200份、聚羧酸减水剂0.8‑1.2份、三乙醇胺0.3‑0.5份、三异丙醇胺0.4‑0.6份、碳纤维1‑1.5份、碳纳米纤维0.3‑0.5份、聚合物乳液1‑2份、增强剂1‑3份、水140‑200份；增强剂为尼龙纤维、聚丙烯纤维中的至少一种；本申请制备的高强应急混凝土具有较高的强度。
Description
技术领域
本申请涉及混凝土技术领域，尤其是涉及一种高强应急混凝土及其制备方法。
背景技术
高强混凝土是指强度等级为C60及其以上的混凝土，是重要的建筑材料，使用也较为广泛。
近年来，随着泥石流、滑坡等自然灾害的影响，高强应急混凝土越来越受到重视。高强应急混凝土主要在应急抢险情况下使用，采用高强应急混凝土浇筑施工技术对水库大坝、水电站等混凝土建筑物进行抢修加固，具有施工方法简单、强度高的优点。目前应急类混凝土主要由水泥、砂、石等原料外加减水剂、粉煤灰、矿渣等混合料，经常规工艺获得，通常也加入一些碳纤维等物质，提高混凝土强度。
通过上述相关技术，但碳纤维表面光滑，极性官能团少，表面活性低与混凝土中其他组分之间界面粘结性能较差，容易导致混凝土强度降低，影响建筑使用等问题。
申请内容
为了增强应急混凝土的强度，本申请提供了一种高强应急混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种高强应急混凝土，采用如下的技术方案：
一种高强应急混凝土，包括以下重量份的原料：
水泥350-550份；
粉煤灰30-50份；
矿渣30-100份；
细骨料700-900份；
粗骨料900-1200份；
聚羧酸减水剂0.8-1.2份；
三乙醇胺0.3-0.5份；
三异丙醇胺0.4-0.6份；
碳纤维1-1.5份；
碳纳米纤维0.3-0.5份；
聚合物乳液1-2份；
增强剂1-3份；
水140-200份；
所述增强剂为尼龙纤维、聚丙烯纤维中的至少一种。
通过采用上述技术方案，加入碳纳米纤维，增强碳纤维表面的活性，使得碳纤维、增强剂与聚合物乳液之间结合程度较高，增强纤维与混凝土其他组分之间的界面连接，从而增强高强应急混凝土的抗压强度和抗折强度。增强剂选用尼龙纤维、聚丙烯纤维中的至少一种，并和碳纤维、碳纳米纤维、聚合物乳液，增强与混凝土中其他组分的粘结性能，同时增强剂强度也较高，进一步提高高强应急混凝土的抗压强度和抗折强度。三乙醇胺和三异丙醇胺复配，并和聚羧酸减水剂共同应用，减少水泥用量的同时，提高高强应急混凝土的强度。
综上所述，选用碳纤维和碳纳米纤维配合，提高碳纤维表面活性，并和由尼龙纤维、聚丙烯纤维中的至少一种组成的增强剂、聚合物乳液共同配合，提高混凝土的强度，更适用于应急抢险工程中。
优选的，所述聚合物乳液为醋酸乙烯－乙烯共聚乳液、丙烯酸酯聚合物乳液中的至少一种。
通过采用上述技术方案，醋酸乙烯－乙烯共聚乳液是一种高分子聚合物，是由乙酸乙烯和乙烯单体在加压条件下经乳液共聚得到的树脂乳液；丙烯酸酯聚合物乳液是一种乳状液体树脂；当优选上述聚合物乳液后，聚合物乳液在水泥水化物与碳纤维、骨料、增强剂之间形成聚合物薄膜，更好地配合，有效提高混凝土的抗压强度和抗折强度。
优选的，所述增强剂由重量比为1:(1-2)的尼龙纤维和聚丙烯纤维组成。
通过采用上述技术方案，优选尼龙纤维和聚丙烯纤维共同组成增强剂，更好地与碳纤维、碳纳米纤维、聚合物乳液配合，进一步增强混凝土的抗压强度和抗折强度。
优选的，所述高强应急混凝土的水灰比为0.28-0.32。
通过采用上述技术方案，若水灰比较小，同意造成水泥水化困难，部分水泥得不到充分水化，不利于混凝土强度的提高；若水灰比较大，混凝土拌合物中水泥颗粒较少，水化产生的胶体不足以填充颗粒间的孔隙，导致混凝土较小。优选水灰比后，混凝土的强度提高的同时，流动性也较好。
优选的，所述高强应急混凝土的原料中还包括重量份数为0.1-0.2份的氧化石墨烯。
通过采用上述技术方案，氧化石墨烯是石墨的氧化产物分散到1个或者几个片层的产物，与聚合物乳液混合配合使用后，增强了聚合物乳液表面的粗糙度，从而更好地与其他组分配合，增强混凝土组分之间的粘结强度，进一步增强混凝土的抗压强度和抗折强度。
优选的，所述高强应急混凝土的原料中还包括重量份数为0.4-0.6份的添加剂，所述添加剂为葡萄糖酸钠、柠檬酸钠、骨胶中的至少一种。
通过采用上述技术方案，骨胶是一种动物类粘结材料，粘结强度较高，当加入葡萄糖酸钠、柠檬酸钠、骨胶中的至少一种作为添加剂后，有效与聚羧酸减水剂复配使用，明显提高减水率，同时也与水泥颗粒表面的氢键结合，延缓水化，将混凝土凝结时间控制在适当范围内，方便浇筑，提高施工效率；另外提高混凝土的抗压强度和抗折强度同时，不影响混凝土应用于应急抢险工程中。
优选的，所述添加剂由重量比为1:(0.3-0.8):(0.7-1.2)的葡萄糖酸钠、柠檬酸钠以及骨胶组成。
通过采用上述技术方案，选用葡萄糖酸钠、柠檬酸钠以及骨胶共同组成添加剂，并优选各组分之间的重量配比，进一步提高混凝土的抗压强度和抗折强度，同时更好地控制混凝土凝结时间，减少过早凝结，影响施工进度，也避免过晚凝结，从而提高施工效率。
第二方面，本申请提供一种高强应急混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种高强应急混凝土的制备方法，包括以下制备步骤：
S1:将碳纤维、碳纳米纤维混合，混合均匀后加入增强剂、聚合物乳液混合，混合均匀后得到第一混合物；
S2:将水、粉煤灰、矿渣以及粗骨料混合，混合均匀后加入细骨料，混合均匀后加入水泥，混合均匀后得到第二混合物；
S3:在第二混合物中加入第一混合物、聚羧酸减水剂、三乙醇胺、三异丙醇胺进行混合，待混合均匀后出料，得到高强应急混凝土。
通过采用上述技术方案，首先将碳纤维、碳纳米纤维混合，提高碳纤维表面活性，后加入增强剂、聚合物乳液更好地配合，得到强度较高的第一混合物；后加入其它组分，减少用水量，提高混凝土的密实度，从而进一步增强混凝土的强度。该制备方法简单，方便操作。
优选的，所述步骤S3中，进行混合搅拌的速度为200-250r/min。
通过采用上述技术方案，优选步骤S3的搅拌速度，使得各组分之间混合均匀，进一步提高各组分之间的界面粘结强度，提高混凝土的抗压强度和抗折强度。
优选的，在所述步骤S1中，氧化石墨烯和增强剂、聚合物乳液一同加入；在所述步骤S3中，加入添加剂并共同混合。
通过采用上述技术方案，分步加入氧化石墨烯、添加剂，使得氧化石墨烯与聚合物乳液更快配合，提高增强混凝土的强度；添加剂有效与聚羧酸减水剂复配使用，提高混凝土的抗压强度、抗折强度，延长凝结时间。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1.在本申请中，选用碳纤维和碳纳米纤维配合，提高碳纤维表面活性，并和由尼龙纤维、聚丙烯纤维中的至少一种组成的增强剂、聚合物乳液共同配合，提高混凝土的强度，更适用于应急抢险工程中。
2.本申请中，优选聚合物乳液的组分，优选增强剂的组分及重量配比，同时控制水灰比，后加入氧化石墨烯和添加剂，有效增强混凝土的抗压强度和抗折强度，同时延缓混凝土凝结时间，进一步提高混凝土的强度。
3.本申请的制备方法，将各组分进行分步配置，并优选制备过程中的搅拌速度，提高各组分之间的粘结强度，进一步增强混凝土的抗压强度和抗折强度。
具体实施方式
以下对本申请作进一步详细说明。
各实施例中的组分及生产厂家如表1所示。
表1组分及生产厂家
| 组分 | 型号/规格 | 生产厂家 |
| 水泥 | PII52.5R | 金洋水泥 |
| 粉煤灰 | FII | 灵寿洁亿 |
| 细骨料 | 砂 | / |
| 粗骨料 | 碎石 | / |
| 聚羧酸减水剂 | HQ-1(S) | / |
| 碳纤维 | ECP | corker |
| 碳纳米纤维 | LG PC CP-6067 | 上海缘塑新材料有限公司 |
| 尼龙纤维 | 2D-38MM | 余姚市金老鼠化纤有限公司 |
| 聚丙烯纤维 | 008 | 莱芜市兴泰工程材料有限公司 |
| 醋酸乙烯－乙烯共聚乳液 | HY-400 | 北京宏亚建业建材有限公司 |
| 丙烯酸酯聚合物乳液 | 03 | 河北康道橡塑科技有限公司 |
| 氯丁乳液 | C84 | 南京百聚科技有限公司 |
| 骨胶 | / | 济南汇锦川商贸有限公司 |
| 氧化石墨烯 | ZM-SM05 | 杭州柘铭新材料有限公司 |
| 竹炭纤维 | 中性捻度 | 润宇纺纱 |
| 萘磺酸盐减水剂 | DNF-C | 海岩兴业 |
实施例
实施例1:一种高强应急混凝土，所包括的具体组分及重量如表2所示，由以下步骤制得：
S1:将碳纤维、碳纳米纤维混合搅拌，搅拌速度为150r/min，搅拌均匀后加入增强剂、聚合物乳液混合，混合均匀后得到第一混合物；
S2:将水、粉煤灰、矿渣以及粗骨料混合搅拌，搅拌速度为120r/min，搅拌均匀后加入细骨料，混合均匀后加入水泥，混合均匀后得到第二混合物；
S3:在第二混合物中加入第一混合物、聚羧酸减水剂、三乙醇胺、三异丙醇胺进行混合搅拌，搅拌速度为150r/min，搅拌均匀后出料，得到高强应急混凝土。
实施例2:一种高强应急混凝土，与实施例1的区别在于，具体组分及重量不同，所包括的具体组分及重量如表2所示。
实施例3-4:一种高强应急混凝土，与实施例1的区别在于，聚合物乳液的具体组分不同，所包括的具体组分及重量如表2所示。
实施例5-6:一种高强应急混凝土，与实施例4的区别在于，增强剂的组分及重量不同，所包括的具体组分及重量如表2所示。
实施例7-8:一种高强应急混凝土，与实施例6的区别在于，水灰比不同，所包括的具体组分及重量如表2所示。
表2实施例1-8中各组分及重量
实施例9-10:一种高强应急混凝土，与实施例8的区别在于，在步骤S1中，氧化石墨烯和增强剂、聚合物乳液一同加入，所包括的具体组分及重量如表3所示。
实施例11-12:一种高强应急混凝土，与实施例10的区别在于，在步骤S3中，加入添加剂，所包括的具体组分及重量如表3所示。
实施例13-14:一种高强应急混凝土，与实施例12的区别在于，添加剂的具体组分及重量不同，所包括的具体组分及重量如表2所示。
实施例15:一种高强应急混凝土，与实施例14的区别在于，步骤S3中搅拌速度为200r/min。
实施例16:一种高强应急混凝土，与实施例12的区别在于，步骤S3中搅拌速度为250r/min。
实施例17-18:一种高强应急混凝土，与实施例16的区别在于，步骤S1中，氧化石墨烯和增强剂、聚合物乳液一同加入；在步骤S3中，加入添加剂；所包括的具体组分及重量如表3所示。
表3实施例9-14、实施例17-18中各组分及重量
对比例
对比例1:一种混凝土，与实施例1的区别在于，不含有碳纤维。
对比例2:一种混凝土，与实施例1的区别在于，不含有碳纳米纤维。
对比例3:一种混凝土，与实施例1的区别在于，不含有碳纤维和碳纳米纤维。
对比例4:一种混凝土，与实施例1的区别在于，不含有聚合物乳液。
对比例5:一种混凝土，与实施例1的区别在于，不含有增强剂。
对比例6:一种混凝土，与实施例1的区别在于，不含有碳纤维、碳纳米纤维和聚合物乳液。
对比例7:一种混凝土，与实施例1的区别在于，不含有碳纤维、碳纳米纤维、聚合物乳液以及增强剂。
对比例8:一种混凝土，其组成成份如下：水泥350kg、粗骨料50kg、细骨料30kg、氯化钙17.5kg、氯化钠17.5kg、石灰石20kg、碎石40kg、竹炭纤维20kg、柠檬酸30kg、萘磺酸盐减水剂16kg、水200kg。
制备方法为:将上述各组分加入后，混合搅拌，搅拌速度为150r/min，搅拌均匀后得到混凝土。
检测方法
实验一:抗压强度实验实验样品：将实施例1-18以及对比例1-8制成边长为150mm的立方体，将实施例1-18制成的立方体分别命名为实验样品1-18，将对比例1-6制成的立方体分别命名为对比样品1-8，每个实验样品和对比样品均有5个。
实验仪器：抗压实验机。
实验方法：根据国家标准GB/T50081-2019的《混凝土物理力学性能实验方法标准》中的抗压强度实验对高透水混凝土的抗压强度进行评价，具体的抗压强度实验步骤如下：实验样品到达实验龄期即28d时，从养护地点取出，并放置于抗压实验机前，将实验样品表面与上、下承压板面擦拭干净；以实验样品成型时的侧面为承压面。将实验样品安放在抗压实验机的下压板或垫板上，实验样品的中心应与抗压实验机下压板中心对准。启动抗压实验机，实验样品1表面与上、下承压板或钢垫板均匀接触。实验过程中连续均匀加荷，加荷速度参照上述国家标准GB/T50081-2019。手动控制抗压实验机加荷速度时，当实验样品接近破坏开始急剧变形时，停止并调整抗压实验机油门直至破坏实验样品，此时记录破坏荷载，并计算实验样品的抗压强度。例如，分别得到5个实验样品1的抗压强度，将5个实验样品1抗压强度的平均值作为实验样品1最终的抗压强度。
按照上述实验方法对实验样品1-18以及对比样品1-8进行抗压强度测试实验。
实验结果：实验样品1-18以及对比样品1-8的抗压强度实验结果如表4所示。
实验二:抗折强度实验实验样品：将实施例1-18以及对比例1-8分别制成边长150mm×150mm×600mm的棱柱体试件，分别命名为实验样品1-18以及对比样品1-8。
实验仪器：压力试验机(品牌为河北华锡试验仪器有限公司，型号：WD-50S)；抗折实验装置：符合GB/T 50081-2019《抗裂混凝土物理力学性能实验方法标准的规定》中的要求。
实验方法：抗折强度实验：根据GB/T 50081-2019的《抗裂混凝土物理力学性能实验方法标准的规定》中的抗折强度实验来评定抗裂混凝土的抗折强度。例如，分别得到5个实验样品1的抗折强度，将5个实验样品1抗折强度的平均值作为实验样品1最终的抗折强度。
按照上述实验方法对实验样品1-18以及对比样品1-8进行抗折强度测试实验。
实验结果：实验样品1-18以及对比样品1-8的抗折强度表4所示。
实验三：缓凝性实验实验样品：采用实施例1-18以及对比例1-8制备得到的混凝土，并将由实施例1-18得到的混凝土分别命名为实验样品1-18，将由对比例1-8得到的混凝土分别命名为对比样品1-8，实验样品1-18以及对比样品1-8均有5个。
实验仪器：湿气养护箱、计时表。
实验方法：参照GB/T1346-2019的《水泥标准稠度、凝结时间、安定性检验方法》对实验样品1-18以及对比样品1-8的初凝时间和终凝时间进行检测。分别对每种实验样品的5个样品进行检测，并采用5个实验样品的初凝时间、终凝时间的平均值分别作为最终该实验样品的初凝时间、终凝时间。
实验结果：实验样品1-18以及对比样品1-8的缓凝实验结果如表4所示。
表4实验样品1-18和对比样品1-8的实验结果
根据表4的实验数据可知，实验样品1-18的28d的抗压强度为72.1-75.4MPa，28d抗折强度为16.8-18.4MPa，终凝时间为68.9h；对比样品1-8的28d抗压强度为52.3-68.1MPa，28d抗折强度为12.3-16.4Mpa，终凝时间为67.3-68.8h。实验样品1-18相比于对比样品1-8具有更好的抗压强度和抗折强度，且凝结时间在适宜范围内。
对比实验样品1和对比样品1-3可知，加入碳纤维和碳纳米纤维后，相比于单独加入碳纤维或单独加入碳纳米纤维，混凝土的抗压强度和抗折强度提高，说明碳纤维和碳纳米纤维加入后，相互配合，有助于提高混凝土的强度。对比实验样品1和对比样品4-7可知，采用碳纤维、碳纳米纤维、聚合物乳液以及增强剂共同配合，有助于增强混凝土的抗压强度和抗折强度，说明各组分之间具有较好地配合效果。
对比实验样品1和实验样品3-4可知，优选聚合物乳液的具体组分后，混凝土的强度提高，说明采用的聚合物乳液可有效提高混凝土的强度。可能是由于聚合物乳液在水泥水化物、骨料、增强剂之间形成聚合物薄膜，各组分之间更有效地配合，从而提高强度，对比实验样品4-6可知，优选增强剂配比，当丙烯酸纤维和尼龙纤维组合后，混凝土的强度提高。可能是组成的增强剂与碳纤维、碳纳米纤维等纤维类物质复配，并和聚合物乳液配合，提高纤维与混凝土中其他组分之间的粘结强度，进而提高强度。对比实验样品6-8可知，优选水灰比后，可提高混凝土的抗压强度和抗折强度。
对比实验样品8-10可知，加入氧化石墨烯后，混凝土的强度提高。可能是由于一方面氧化石墨烯具有较好的强度，从而赋予混凝土一定的强度；另一方面，氧化石墨烯与聚合物乳液配合使用后，有助于增强聚合物乳液与其他组分的配合，进一步增强混凝土的抗压强度和抗折强度。
对比实验样品10-12可知，加入添加剂后，混凝土凝结时间较为适宜，同时强度也有一定的增强，可能是由于添加剂一方面延缓水化，延长凝结时间，一方面和聚羧酸减水剂复配，提高减水率，进一步提高混凝土的强度。对比实验样品12-14可知，优选添加剂配比，可进一步提高混凝土的强度。对比实验样品1和实验样品15-16可知，当优选各组分的具体组分和重量，并加入氧化石墨烯、添加剂后，混凝土的抗压强度和抗折强度较大幅度提高，同时凝结时间较为适宜，方便后期应急施工。
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 (10)
1.一种高强应急混凝土，其特征在于，包括以下重量份的原料：
水泥350-550份；
粉煤灰30-50份；
矿渣30-100份；
细骨料700-900份；
粗骨料900-1200份；
聚羧酸减水剂0.8-1.2份；
三乙醇胺0.3-0.5份；
三异丙醇胺0.4-0.6份；
碳纤维1-1.5份；
碳纳米纤维0.3-0.5份；
聚合物乳液1-2份；
增强剂1-3份；
水140-200份；
所述增强剂为尼龙纤维、聚丙烯纤维中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种高强应急混凝土，其特征在于，所述聚合物乳液为醋酸乙烯－乙烯共聚乳液、丙烯酸酯聚合物乳液中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种高强应急混凝土，其特征在于，所述增强剂由重量比为1:(1-2)的尼龙纤维和聚丙烯纤维组成。
4.根据权利要求1所述的一种高强应急混凝土，其特征在于，所述高强应急混凝土的水灰比为0.28-0.32。
5.根据权利要求1所述的一种高强应急混凝土，其特征在于，所述高强应急混凝土的原料中还包括重量份数为0.1-0.2份的氧化石墨烯。
6.根据权利要求1所述的一种高强应急混凝土，其特征在于，所述高强应急混凝土的原料中还包括重量份数为0.4-0.6份的添加剂，所述添加剂为葡萄糖酸钠、柠檬酸钠、骨胶中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的一种高强应急混凝土，其特征在于，所述添加剂由重量比为1:(0.3-0.8):(0.7-1.2)的葡萄糖酸钠、柠檬酸钠以及骨胶组成。
8.权利要求1-7中任意一项所述的一种高强应急混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤:
S1:将碳纤维、碳纳米纤维混合，混合均匀后加入增强剂、聚合物乳液混合，混合均匀后得到第一混合物；
S2:将水、粉煤灰、矿渣以及粗骨料混合，混合均匀后加入细骨料，混合均匀后加入水泥，混合均匀后得到第二混合物；
S3:在第二混合物中加入第一混合物、聚羧酸减水剂、三乙醇胺、三异丙醇胺进行混合，待混合均匀后出料，得到高强应急混凝土。
9.根据权利要求8所述的一种高强应急混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，进行混合搅拌的速度为200-250r/min。
10.根据权利要求8所述的一种高强应急混凝土的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，氧化石墨烯和增强剂、聚合物乳液一同加入；在所述步骤S3中，加入添加剂并共同混合。
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