CN114477919A - 一种抗渗再生混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种抗渗再生混凝土，原料中的碳纤维通过二苯基甲烷二异氰酸酯和纳米二氧化硅对碳纤维进行表面处理，改善其在混凝土制备过程中的分散性，与钢纤维配合作为混合纤维使用，能够提高再生混凝土的力学性能和抗渗性能。本发明还提供了所述混凝土的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗渗再生混凝土，以及所述混凝土的制备方法。
背景技术
随着城市建筑业的不断发展，混凝土材料的消耗量越来越大，随之而来产生的废旧混凝土数量巨大。将废旧混凝土作为再生骨料开发利用，一方面解决了大量废弃混凝土处理困难以及由此造成的生态环境日益恶化等问题；另一方面可以减少建筑业对天然骨料的消耗，从而减少对天然砂石的开采，解决天然骨料日益匮乏和开采对生态环境的破坏问题，保护了人类的生存环境，符合可持续发展的要求。但是，目前将废旧混凝土作为再生骨料应用于新混凝土的制备，其内部的缺陷会影响再生骨料混凝土的力学性能和综合性能。
因此，需要提供一种能够有效利用废旧混凝土作为原料，且具有良好性能的混凝土，以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明提供了一种抗渗再生混凝土，原料中的碳纤维通过二苯基甲烷二异氰酸酯和纳米二氧化硅对碳纤维进行表面处理，改善其在混凝土制备过程中的分散性，与钢纤维配合作为混合纤维使用，能够提高再生混凝土的力学性能和抗渗性能。本发明还提供了所述混凝土的制备方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种抗渗再生混凝土，原料包括水泥、再生粗骨料、细骨料、减水剂、混合纤维和水；
其中，所述混合纤维包含钢纤维和改性碳纤维；
所述改性碳纤维的制备方法为：
步骤一，在反应器中加入二苯基甲烷二异氰酸酯和有机溶剂，分散均匀后加入催化剂和经强酸处理的碳纤维，开启搅拌，控制反应器温度在40～50℃反应5～6小时，出料，经洗涤、干燥得到中间产物；
步骤二，将1,4-二氧六环和纳米二氧化硅加入反应器，分散均匀后加入所述中间产物和三乙胺，开启搅拌，控制反应器温度在40～50℃反应20～25小时，出料，经洗涤、干燥得到所述改性碳纤维。
所述经强酸处理的碳纤维指的是经过浓硫酸或浓硝酸等强酸处理的碳纤维，目的是使碳纤维表面添加上活性基团，如羟基、羧基等。其获取途径可以从商业采购获得，或通过本领域常用方法获得。在本发明的一个优选实例中，所述经强酸处理的碳纤维的制备方法为：将碳纤维用丙酮进行洗涤、干燥后加入反应器，然后加入浓硝酸，控制反应器温度在80℃下反应3小时，反应结束后用去离子水洗涤、干燥，得到所述经强酸处理的碳纤维。
所述再生粗骨料为废旧混凝土经回收后得到的粗骨料。其中，用于所述再生粗骨料的废旧混凝土可以通过商业采购的方式获得，且需要经过破碎并除去杂质，达到可以作为粗骨料的尺寸。此外，废旧混凝土是否经过化学处理、表面打磨等，不影响本发明技术方案对于再生粗骨料制备的混凝土各方面性能的提升作用。
本发明通过添加高性能碳纤维的方法来提高再生混凝土的各项性能。但是，直接添加碳纤维会面临碳纤维容易团聚和与混凝土中其他组分结合性不足的问题，不容易发挥碳纤维的优势。因此，本发明选择所述经强酸处理的碳纤维，利用其表面带有的羟基基团与二苯基甲烷二异氰酸酯反应，使碳纤维表面包覆一层具有异氰酸酯基团的聚合物，再利用纳米二氧化硅表面的硅羟基与异氰酸酯基团反应，得到杂化改性碳纤维。经过改性的碳纤维表面具有空间结构合适的基团，后期制备混凝土的步骤中，与钢纤维配合使用，能够提高再生混凝土的力学性能和抗渗性能，使得利用再生粗骨料制备的混凝土达到能够实际应用的水平。
所述改性碳纤维的制备方法步骤一中，以下列各组分之间的相对质量份计：
所述二苯基甲烷二异氰酸酯的用量为10质量份；
所述有机溶剂的用量为180～200质量份；
所述经强酸处理的碳纤维用量为3～5质量份；
所述催化剂的用量为0.01～0.03质量份。
所述改性碳纤维的制备方法步骤二中，以下列各组分之间的相对质量份计：
所述1,4-二氧六环的用量为180～200质量份；
所述纳米二氧化硅的用量为10质量份；
所述中间产物的用量为3～5质量份；
所述三乙胺的用量为0.1～0.3质量份。
所述有机溶剂为甲苯，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡，所述纳米二氧化硅的平均粒径为15nm。
所述改性碳纤维的制备方法步骤一中有机溶剂和步骤二中1,4-二氧六环的用量仅指反应过程中对应化学品的用量，不包括洗涤过程中使用的化学品用量。洗涤过程中用于洗涤的化学品的种类、用量、洗涤次数、具体步骤等可以参考本领域常用的技术方案进行，不影响本发明的实施。
所述混合纤维中，钢纤维和改性碳纤维的质量比为3～4：1。
以下列各组分之间的相对质量份计：
所述水泥的用量为360～580质量份；
所述再生粗骨料的用量为1100～1300质量份；
所述细骨料的用量为500～700质量份；
所述减水剂的用量为2～5质量份；
所述混合纤维的用量为10～20质量份；
所述水的用量为150～350质量份。
所述再生粗骨料为废旧混凝土破碎得到，粒径在5～25mm连续级配；所述细骨料为天然河沙；所述混合纤维的平均长度为10～13mm。
一种所述混凝土的制备方法：将所述水泥、再生粗骨料、细骨料、减水剂、混合纤维和水混合均匀后浇注成型，经拆模、养护得到所述混凝土。
需要说明的是，本发明未做说明的内容，均可参考本领域常用的技术方案进行，不影响本发明的实施。
在本发明的一个优选实例中，所述混凝土的制备方法为：将再生粗骨料、细骨料、混合纤维加入搅拌机中搅拌均匀，然后加入总用水量1/2的水，搅拌均匀后加入水泥、减水剂和剩余的水，搅拌均匀后出料，得到所述混凝土。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例和对比例所用原料如下：
水泥，P.W52.5白色硅酸盐水泥，北京峰云伟业科技发展有限公司；
再生粗骨料通过自制混凝土破碎得到，粒径在5～25mm连续级配；其中自制混凝土的原料配比为：P.O42.5水泥280质量份，中砂730质量份，破碎天然石料1040质量份，一级粉煤灰80质量份，S95级矿粉70质量份，高效减水剂10.3质量份；
细骨料，天然河沙，中砂，细度模数2.5；
减水剂，牌号UNF-5AST，天津市雍阳减水剂厂；
钢纤维，平均长度为13mm，纤维直径220um，聊城弘升源金属制品有限公司；
碳纤维，牌号LS-CF10-S，平均长度10mm，上海力硕科技新材料有限公司；
二苯基甲烷二异氰酸酯，MDI100，万华化学公司。
实施例和对比例中所用经强酸处理的碳纤维的制备方法为：将10质量份的碳纤维用丙酮进行洗涤、干燥后加入反应器，然后加入50质量份的浓硝酸，控制反应器温度在80℃下反应3小时，反应结束后用去离子水洗涤、干燥，得到经强酸处理的碳纤维。
实施例和对比例所用改性碳纤维的制备方法为：
步骤一，在反应器中加入二苯基甲烷二异氰酸酯和甲苯，分散均匀后加入二月桂酸二丁基锡和经强酸处理的碳纤维，开启搅拌，控制反应器温度在40℃反应5小时，出料，经甲苯洗涤、干燥得到中间产物；
步骤二，将1,4-二氧六环和纳米二氧化硅加入反应器，分散均匀后加入步骤一中得到的中间产物和三乙胺，开启搅拌，控制反应器温度在40℃反应25小时，出料，经1,4-二氧六环洗涤、干燥得到改性碳纤维。
实施例和对比例所用改性碳纤维制备方法中各原料用量分别列于表1和表2，以各组分之间的相对质量份计。
表1改性碳纤维步骤一中各原料用量(质量份)
表2改性碳纤维步骤二中各原料用量(质量份)
| 类别 | 改性碳纤维1 | 改性碳纤维2 | 对比改性碳纤维1 | 对比改性碳纤维2 |
| 1,4-二氧六环 | 180 | 200 | 200 | 200 |
| 纳米二氧化硅 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 中间产物1 | 3 | |||
| 中间产物2 | 5 | |||
| 对比中间产物1 | 5 | |||
| 对比中间产物2 | 5 | |||
| 三乙胺 | 0.1 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
实施例和对比例中采用的混合纤维按照表3所列种类和用量进行配比，经搅拌机混合均匀后待用。
表3混合纤维所用原料种类和用量(质量份)
实施例和对比例混凝土样品的制备方法为：将再生粗骨料、细骨料、混合纤维(或钢纤维)加入搅拌机中搅拌均匀，然后加入总用水量1/2的水，搅拌均匀后加入水泥、减水剂和剩余的水，搅拌均匀后出料，得到混凝土样品。
实施例和对比例所用各原料用量列于表4，以各组分之间的相对质量份计。
表4实施例和对比例各原料用量(质量份)
| 类别 | 实施例1 | 实施例2 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 |
| 水泥 | 580 | 580 | 580 | 580 | 580 | 580 |
| 再生粗骨料 | 1119 | 1119 | 1119 | 1119 | 1119 | 1119 |
| 细骨料 | 578 | 578 | 578 | 578 | 578 | 578 |
| 减水剂 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 混合纤维1 | 10 | |||||
| 混合纤维2 | 20 | |||||
| 对比混合纤维1 | 20 | |||||
| 对比混合纤维2 | 20 | |||||
| 对比混合纤维3 | 20 | |||||
| 钢纤维 | 20 | |||||
| 水 | 180 | 180 | 180 | 180 | 180 | 180 |
实施例和对比例样品经养护28d后进行各项性能测试，测试标准或方法如下：
1、抗渗性能测试标准为GB/T 50082-2009；
2、力学性能测试标准为GB/T 50081-2019。
实施例和对比例测试结果列于表5。
表5实施例和对比例测试结果
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种抗渗再生混凝土，其特征在于，原料包括水泥、再生粗骨料、细骨料、减水剂、混合纤维和水；
其中，所述混合纤维包含钢纤维和改性碳纤维；
所述改性碳纤维的制备方法为：
步骤一，在反应器中加入二苯基甲烷二异氰酸酯和有机溶剂，分散均匀后加入催化剂和经强酸处理的碳纤维，开启搅拌，控制反应器温度在40～50℃反应5～6小时，出料，经洗涤、干燥得到中间产物；
步骤二，将1,4-二氧六环和纳米二氧化硅加入反应器，分散均匀后加入所述中间产物和三乙胺，开启搅拌，控制反应器温度在40～50℃反应20～25小时，出料，经洗涤、干燥得到所述改性碳纤维。
2.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述改性碳纤维的制备方法步骤一中，以下列各组分之间的相对质量份计：
所述二苯基甲烷二异氰酸酯的用量为10质量份；
所述有机溶剂的用量为180～200质量份；
所述经强酸处理的碳纤维用量为3～5质量份；
所述催化剂的用量为0.01～0.03质量份。
3.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述改性碳纤维的制备方法步骤一中，以下列各组分之间的相对质量份计：
所述1,4-二氧六环的用量为180～200质量份；
所述纳米二氧化硅的用量为10质量份；
所述中间产物的用量为3～5质量份；
所述三乙胺的用量为0.1～0.3质量份。
4.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述有机溶剂为甲苯，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡，所述纳米二氧化硅的平均粒径为15nm。
5.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述混合纤维中，钢纤维和改性碳纤维的质量比为3～4：1。
6.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，以下列各组分之间的相对质量份计：
所述水泥的用量为360～420质量份；
所述再生粗骨料的用量为1100～1300质量份；
所述细骨料的用量为500～700质量份；
所述减水剂的用量为2～5质量份；
所述混合纤维的用量为10～20质量份；
所述水的用量为150～350质量份。
7.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述再生粗骨料为废旧混凝土破碎得到，粒径在5～25mm连续级配；所述细骨料为天然河砂；所述混合纤维的平均长度为10～13mm。
8.一种权利要求1～7任一项所述混凝土的制备方法，其特征在于，将所述水泥、再生粗骨料、细骨料、减水剂、混合纤维和水混合均匀后浇注成型，经拆模、养护得到所述混凝土。
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