CN115124309B - 一种高强抗渗混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种高强抗渗混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及建筑材料技术领域，具体公开了一种高强抗渗混凝土及其制备方法。一种高强抗渗混凝土包括如下重量份数的原料：胶凝材料500‑700份、拌合水130‑170份、细骨料570‑730份、粗骨料950‑1200份、减水剂2.5‑4.5份、改性聚丙烯纤维0.5‑1.5份；所述改性聚丙烯纤维由包括聚丙烯纤维、2‑（3,4‑二羟基苯基）乙胺盐酸盐、水等原料经过混合、干燥后得到。本申请具有提高高强混凝土抗渗效果的优点。

Description

一种高强抗渗混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是涉及一种高强抗渗混凝土及其制备方法。
背景技术
高强混凝土作为一种新的建筑材料，以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性，在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。高强混凝土最大的特点是抗压强度高，一般为普通强度混疑土的4～6倍，故可减小构件的截面，因此最适宜用于高层建筑。
虽然高强混凝土作为经济的土木工程材料具有很多的优点，但是高强混凝土中未水化的水泥颗粒很多，几乎占据水泥总量的40％～70％，在潮湿环境下高强混凝土吸水后，内部未水化的水泥会继续水化，生成的水化产物体积明显大于原来水泥的体积，水化产物逐渐填充满混凝土内部孔隙；若继续反应，则会使水泥水化产物的体积大于混凝土内部孔隙的体积，从而在混凝土内部产生膨胀应力，导致混凝土出现较多的微裂缝。
针对上述中的相关技术，发明人认为高强混凝土存在水化不充分导致其内部产生微裂缝进而影响混凝土抗渗性能的问题。
发明内容
为了提高高强混凝土抗渗性能，本申请提供一种高强抗渗混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种高强抗渗混凝土，采用如下的技术方案：
一种高强抗渗混凝土，包括如下重量份数的原料：胶凝材料500-700份、拌合水130-170份、细骨料570-730份、粗骨料950-1200份、减水剂2.5-4.5份、改性聚丙烯纤维0.5-1.5份；所述改性聚丙烯纤维由包括聚丙烯纤维、2-(3,4-二羟基苯基)乙胺盐酸盐、水等原料经过混合、干燥后得到。
通过采用上述技术方案，由于高强混凝土内部未水化产物较多，因此，混凝土中未水化水泥颗粒在潮湿环境中吸水后会继续水化，生成的水化产物体积明显大于原来水泥的体积，从而逐渐填充满混凝土内部孔隙；而当未水化水泥颗粒继续水化一段时间后，其生成的水泥水化产物的体积最终会大于混凝土内部孔隙的体积，从而在混凝土内部产生膨胀应力，导致混凝土出现较多的微裂缝，进而降低混凝土的抗渗性能。
而改性聚丙烯纤维的表面引入了羟基、氨基等极性基团，一方面，使改性聚丙烯纤维对水具有更好的润湿性，从而使改性聚丙烯纤维能够与混凝土中的胶凝材料紧密联结，并提高联结界面的稳定性；并且，改性聚丙烯纤维与混凝土基体之间的化学键和摩擦键由于产生羟基和氨基的存在而得到适当的增强，从而提高混凝土的密实程度，降低外部环境中的水、侵蚀性离子等进入混凝土内部的概率；另一方面，改性聚丙烯纤维表面引入的羟基、氨基等极性有助于促进水泥水化，并且会与水泥水化产物反应，进一步提高混凝土内部的密实程度，从而降低外界环境中的水、侵蚀性离子等进入混凝土中的情况出现，减少高强混凝土中未水化水泥颗粒继续水化在混凝土中产生膨胀应力的情况出现，从而降低混凝土结构产生裂缝的概率，进而进一步提升混凝土的抗渗性能。
可选的，以所述改性聚丙烯纤维为基准，所述改性聚丙烯纤维包括如下重量份数的原料：聚丙烯纤维3-8份、2-(3,4-二羟基苯基)盐酸乙胺0.05-1.2份、蒸馏水90-110份。
通过采用上述技术方案，在聚丙烯纤维表面引入羟基、氨基等极性基团，并使2-(3,4-二羟基苯基)盐酸乙胺能够均匀覆盖在聚丙烯纤维的表面，得到与混凝土中胶凝材料结合紧密的改性聚丙烯纤维，进而提高混凝土的密实程度和混凝土的抗渗性能。
可选的，所述改性聚丙烯纤维采用包括如下步骤的方法制备得到：
S1：将聚丙烯纤维、丙醇和蒸馏水混合，超声，干燥，得到预处理聚丙烯纤维；
S2：将预处理聚丙烯纤维、2-(3,4-二羟基苯基)乙胺盐酸盐与蒸馏水混合得到固液混合物，静置，再使用2-氨基-2-(羟甲基)丙烷-1,3-二醇的水溶液调节固液混合物的pH值至8-9，清洗，干燥，得到改性聚丙烯纤维。
通过采用上述技术方案，使各原料之间充分反应，得到与混凝土中胶凝材料结合性能好的改性聚丙烯纤维，提高混凝土的密实程度，进而提高混凝土的抗渗性能。
可选的，S1中聚丙烯纤维、丙醇和蒸馏水的重量比为1:(5-10):(6-16)，超声时间为1-2h，干燥温度为50-70℃，干燥时间为20-30h；S2中静置时间为6-30h，2-氨基-2-(羟甲基)丙烷-1,3-二醇的水溶液质量浓度为0.02-0.3％，干燥之前的处理步骤均在室温下进行，干燥温度为50-70℃，干燥时间为18-30h。
通过采用上述技术方案，使各原料之间充分反应，得到与混凝土中胶凝材料结合性能好的改性聚丙烯纤维，进而提高混凝土的抗渗性能。
可选的，以所述高强抗渗混凝土为基准：所述高强抗渗混凝土中还包括0.5-2份的水解十二烷基三甲氧基硅烷。
通过采用上述技术方案，采用水解十二烷基三甲氧基硅烷处理后混凝土表面会产生拓扑结构，表现为微米/纳米复合条纹状凸起，使混凝土表面具有一定的疏水效果，降低外部环境中的水或侵蚀性离子进入混凝土中的概率；并且，水解十二烷基三甲氧基硅烷会在混凝土内部形成硅烷气凝胶微观结构，与改性聚丙烯纤维共同作用，一方面，使改性聚丙烯纤维能够均匀地分布在混凝土基体中，另一方面，与改性聚丙烯纤维共同作用，生成在混凝土中均匀分布的大量絮状结构，从而进一步提高混凝土内部密实程度，减少环境中的水、氯离子等渗入混凝土中的情况出现，进一步提高混凝土的抗渗性能。
可选的，所述水解十二烷基三甲氧基硅烷采用包括如下步骤的方法制备得到：在室温下将蒸馏水与无水乙醇混合，得到混合溶液，调节混合溶液pH值为3-5时，向混合溶液中加入十二烷基三甲氧基硅烷，搅拌，得到水解十二烷基三甲氧基硅烷。
通过采用上述技术方案，制备得到与混凝土和改性聚丙烯纤维适配性能好的水解十二烷基三甲氧基硅烷，从而提高混凝土的密实程度，降低外部环境中的水、侵蚀性离子等渗入混凝土中的概率，从而降低混凝土中裂缝出现的概率，进一步提高混凝土的抗渗性能。
可选的，所述蒸馏水、无水乙醇与十二烷基三甲氧基硅烷的重量比为(60-80):(15-25):1；搅拌转速为500-1000rpm，搅拌时间为3-6h。
通过采用上述技术方案，使各原料之间能够充分反应，得到性能优异的水解十二烷基三甲氧基硅烷，进而提高混凝土的抗渗性能。
第二方面，本申请提供一种高强抗渗混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种高强抗渗混凝土的制备方法，包括包括以下步骤：
步骤一，将减水剂、水解十二烷基三甲氧基硅烷和拌和水混合，搅拌，得到液体预混物；
步骤二，将胶凝材料、细骨料、粗骨料、改性聚丙烯纤维和液体预混物混合、搅拌，得到高强抗渗混凝土。
通过采用上述技术方案，各原料分批拌合、充分混合，使各原料充分配合使用、发挥作用，制得高强抗渗混凝土，上述制备方法简单高效，便于工业化生产。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请中使用改性聚丙烯纤维，其表面引入了羟基、氨基等极性基团，这些基团的引入能够提高改性聚丙烯纤维与胶凝材料之间的界面联结力，并使改性聚丙烯纤维与混凝土基体之间的化学键和摩擦键得到适当的增强，从而提高混凝土的密实程度；另外，改性聚丙烯纤维表面引入的羟基、氨基等极性有助于促进水泥水化，并且会与水泥水化产物反应，进一步提高混凝土内部的密实程度，从而降低外界环境中的水、侵蚀性离子等进入混凝土中的情况出现，降低混凝土结构产生裂缝的概率，进而提升混凝土的抗渗性能。
2、由于本申请中使用水解十二烷基三甲氧基硅烷，一方面，提高混凝土结构表面的疏水性能，降低外部环境水渗入混凝土中的情况出现，另一方面，水解十二烷基三甲氧基硅烷能够与改性聚丙烯纤维作用，使改性聚丙烯纤维能够均匀地分布在混凝土基体中，并且生成在混凝土中均匀分布的大量絮状结构，从而进一步提升混凝土内部密实程度，进而进一步提高混凝土的抗渗性能。
改性聚丙烯纤维的制备例
在本制备例中，聚丙烯纤维的长度为5-20mm，直径为20-30μm。
制备例1
一种改性聚丙烯纤维，包括如下重量的原料：
长度5mm，直径20-30μm的聚丙烯纤维3g、2-(3,4-二羟基苯基)乙胺盐酸盐0.05g、蒸馏水90g。
一种改性聚丙烯纤维，采用如下步骤制备得到：
S1：将聚丙烯纤维、丙醇和蒸馏水按照重量比1:5:6混合，超声处理1h后，在50℃下干燥30h，得到预处理聚丙烯纤维；
S2：在室温下将预处理聚丙烯纤维、2-(3,4-二羟基苯基)乙胺盐酸盐与蒸馏水混合得到固液混合物，静置6h，再使用质量浓度0.02％的2-氨基-2-(羟甲基)丙烷-1,3-二醇的水溶液调节固液混合物的pH值至8-9，使用去离子水清洗后，在50℃下干燥30h，得到改性聚丙烯纤维。
制备例2
一种改性聚丙烯纤维，包括如下重量的原料：
长度20mm，直径20-30μm的聚丙烯纤维8g、2-3乙胺盐酸盐1.2g、蒸馏水110g。
一种改性聚丙烯纤维，采用如下步骤制备得到：
S1：将聚丙烯纤维、丙醇和蒸馏水按照重量比1:10:16混合，超声处理2h后，在70℃下干燥20h，得到预处理聚丙烯纤维；
S2：在室温下将预处理聚丙烯纤维、2-(3,4-二羟基苯基)乙胺盐酸盐与蒸馏水混合得到固液混合物，静置30h，再使用质量浓度0.3％的2-氨基-2-(羟甲基)丙烷-1,3-二醇的水溶液调节固液混合物的pH值至8-9，使用去离子水清洗后，在70℃下干燥18h，得到改性聚丙烯纤维。
制备例3
一种改性聚丙烯纤维，包括如下重量的原料：
长度12mm，直径20-30μm的聚丙烯纤维5.5g、2-(3,4-二羟基苯基)乙胺盐酸盐0.6g、蒸馏水100g。
一种改性聚丙烯纤维，采用如下步骤制备得到：
S1：将聚丙烯纤维、丙醇和蒸馏水按照重量比1:7:11混合，超声处理1.5h后，在60℃下干燥25h，得到预处理聚丙烯纤维；
S2：在室温下将预处理聚丙烯纤维、2-(3,4-二羟基苯基)乙胺盐酸盐与蒸馏水混合得到固液混合物，静置18h，再使用质量浓度0.15％的2-氨基-2-(羟甲基)丙烷-1,3-二醇的水溶液调节固液混合物的pH值至8-9，使用去离子水清洗后，在60℃下干燥24h，得到改性聚丙烯纤维。
制备例4
一种改性聚丙烯纤维，与制备例3的不同之处在于，制备改性聚丙烯纤维的过程中省略S1步骤，并将S2步骤中的预处理聚丙烯纤维等重量替代为聚丙烯纤维。
制备例5
一种改性聚丙烯纤维，与制备例3的不同之处在于，制备过程中不使用2-氨基-2-(羟甲基)丙烷-1,3-二醇的水溶液调节pH值。
制备例6
一种改性聚丙烯纤维，与制备例3的不同之处在于，制备过程中不使用2-(3,4-二羟基苯基)乙胺盐酸盐。
水解十二烷基三甲氧基硅烷的制备例
在本制备例中，使用硝酸水溶液调节调节混合溶液的pH值，硝酸水溶液的质量浓度为10-15％。
制备例7
一种水解十二烷基三甲氧基硅烷，采用如下步骤制备得到：
在室温下将蒸馏水与无水乙醇混合，得到混合溶液，使用质量浓度10％的硝酸水溶液调节混合溶液pH值为3-5时，向混合溶液中加入十二烷基三甲氧基硅烷，其中，蒸馏水、无水乙醇与十二烷基三甲氧基硅烷的重量比为60:15:1，以转速500rpm搅拌6h后，得到水解十二烷基三甲氧基硅烷。
制备例8
在室温下将蒸馏水与无水乙醇混合，得到混合溶液，使用质量浓度15％的硝酸水溶液调节混合溶液pH值为3-5时，向混合溶液中加入十二烷基三甲氧基硅烷，其中，蒸馏水、无水乙醇与十二烷基三甲氧基硅烷的重量比为80:25:1，以转速1000rpm搅拌3h后，得到水解十二烷基三甲氧基硅烷。
制备例9
在室温下将蒸馏水与无水乙醇混合，得到混合溶液，使用质量浓度13％的硝酸水溶液调节混合溶液pH值为3-5时，向混合溶液中加入十二烷基三甲氧基硅烷，其中，蒸馏水、无水乙醇与十二烷基三甲氧基硅烷的重量比为70:20:1，以转速700rpm搅拌4.5h后，得到水解十二烷基三甲氧基硅烷。
实施例
在本实施例中，使用的胶凝材料为P.O.42.5，减水剂为聚羧酸型减水剂。
实施例1
一种高强抗渗混凝土，包括如下重量的原料：
胶凝材料500kg、拌合水130kg、细骨料570kg、粗骨料950kg、减水剂2.5kg、改性聚丙烯纤维0.5kg，改性聚丙烯纤维由制备例1制备得到、水解十二烷基三甲氧基硅烷0.5kg，水解十二烷基三甲氧基硅烷由制备例7制备得到。
一种高强抗渗混凝土，采用如下步骤制备得到：
步骤一，将减水剂、水解十二烷基三甲氧基硅烷和拌和水混合，搅拌，得到液体预混物；
步骤二，将胶凝材料、细骨料、粗骨料、改性聚丙烯纤维和液体预混物混合、搅拌，得到高强抗渗混凝土。
实施例2
一种高强抗渗混凝土，包括如下重量的原料：
胶凝材料700kg、拌合水170kg、细骨料730kg、粗骨料1200kg、减水剂4.5kg、改性聚丙烯纤维1.5kg，改性聚丙烯纤维由制备例2制备得到、水解十二烷基三甲氧基硅烷2kg，水解十二烷基三甲氧基硅烷由制备例8制备得到。
一种高强抗渗混凝土，采用如下步骤制备得到：
步骤一，将减水剂、水解十二烷基三甲氧基硅烷和拌和水混合，搅拌，得到液体预混物；
步骤二，将胶凝材料、细骨料、粗骨料、改性聚丙烯纤维和液体预混物混合、搅拌，得到高强抗渗混凝土。
实施例3
一种高强抗渗混凝土，包括如下重量的原料：
胶凝材料600kg、拌合水150kg、细骨料650kg、粗骨料1070kg、减水剂3.5kg、改性聚丙烯纤维1kg，改性聚丙烯纤维由制备例3制备得到、水解十二烷基三甲氧基硅烷1.2kg，水解十二烷基三甲氧基硅烷由制备例9制备得到。
一种高强抗渗混凝土，采用如下步骤制备得到：
步骤一，将减水剂、水解十二烷基三甲氧基硅烷和拌和水混合，搅拌，得到液体预混物；
步骤二，将胶凝材料、细骨料、粗骨料、改性聚丙烯纤维和液体预混物混合、搅拌，得到高强抗渗混凝土。
实施例4
一种高强抗渗混凝土，与实施例3的不同之处在于，使用的改性聚丙烯纤维由制备例4制备得到。
实施例5
一种高强抗渗混凝土，与实施例3的不同之处在于，使用的改性聚丙烯纤维由制备例5制备得到。
实施例6
一种高强抗渗混凝土，与实施例3的不同之处在于，制备过程中不使用水解十二烷基三甲氧基硅烷。
实施例7
一种高强抗渗混凝土，与实施例3的不同之处在于，制备过程中使用等重量的十二烷基三甲氧基硅烷替代水解十二烷基三甲氧基硅烷。
对比例
对比例1
一种高强抗渗混凝土，与实施例3的不同之处在于，使用的改性聚丙烯纤维由制备例6制备得到。
对比例2
一种高强抗渗混凝土，与实施例3的不同之处在于，制备过程中使用等重量的聚丙烯纤维替代改性聚丙烯纤维。
对比例3
一种高强抗渗混凝土，与实施例3的不同之处在于，制备过程中不使用改性聚丙烯纤维。
检测方法
一、力学性能测试
对实施例1-7及对比例1-3制得的混凝土进行28d抗压强度测试，测试方法根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》。将试件从养护地点取出后应及时进行试验，试件的承压面应与成型时的顶面垂直。试件的中心应与试验机下压板中心对准，开动试验机。在试验过程中应连续均匀地加荷，混凝土强度等级<C30时，加荷速度取每秒钟0.3～0.5Mpa；混凝土强度等级≥C30且<C60时，取每秒钟0.5～0.8MPa；混凝土强度等级≥C60时，取每秒钟0.8～1.0MPa。当试件接近破坏开始急剧变形时，应停止调整试验机油门，直至破坏。然后记录破坏荷载于表1中。
二、抗水渗透性能测试
对实施例1-7及对比例1-3制得的混凝土进行抗水渗性能测试，测试方法根据GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的渗水高度法进行，检测各试件的渗水高度并记录数据在表1中；
三、抗氯离子渗透性能测试
对实施例1-7及对比例1-3制得的混凝土进行抗氯离子渗性能测试，测试方法根据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RCM法进行，检测各试件的氯离子扩散系数DRCM并记录数据在表1中。
表1
Figure BDA0003762663590000081
结合实施例1-5、对比例1-2和表1，可以看出，聚丙烯纤维经过2-(3,4-二羟基苯基)乙胺盐酸盐改性后，混凝土的抗压强度升高，渗水高度和氯离子扩散系数降低，这是由于改性过程在聚丙烯纤维表面引入羟基和氨基等极性基团，改善聚丙烯纤维表面的疏水性能，得到亲水性能佳的改性聚丙烯纤维，使改性聚丙烯纤维能够与混凝土中的水性胶凝材料联结紧密，使联结界面更加稳定，从而提高混凝土的密实程度；另外，改性聚丙烯纤维表面引入的羟基、氨基等极性有助于促进水泥水化，并且会与水泥水化产物反应，进一步提高混凝土内部的密实程度，降低环境中的水或侵蚀性离子等渗入混凝土中的情况出现，进而提高混凝土的抗渗性能。
结合实施例3、实施例6-7、对比例2-3和表1，可以看出，改性聚丙烯纤维和水解十二烷基三甲氧基硅烷共同作用，能够进一步提高混凝土的抗渗强度和抗压强度，水解十二烷基三甲氧基硅烷能够提高混凝土表面的疏水性能，并且，水解十二烷基三甲氧基硅烷能够与使改性聚丙烯纤维能够均匀地分布在混凝土基体中，并且生成在混凝土中均匀分布的大量絮状结构，从而进一步提升混凝土内部的密实程度，进而提高混凝土的抗渗性能。
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 (6)

1.一种高强抗渗混凝土，其特征在于，包括如下重量份数的原料：胶凝材料500-700份、拌合水130-170份、细骨料570-730份、粗骨料950-1200份、减水剂2.5-4.5份、改性聚丙烯纤维0.5-1.5份；
所述改性聚丙烯纤维由聚丙烯纤维、丙醇、2-（3,4-二羟基苯基）乙胺盐酸盐、水、2-氨基-2-（羟甲基）丙烷-1,3-二醇的水溶液经过混合、干燥后得到；
以所述改性聚丙烯纤维为基准，所述改性聚丙烯纤维包括如下重量份数的原料：聚丙烯纤维3-8份、2-（3,4-二羟基苯基）乙胺盐酸盐0.05-1.2份、蒸馏水90-110份；
所述改性聚丙烯纤维采用包括如下步骤的方法制备得到：
S1：将聚丙烯纤维、丙醇和蒸馏水混合，超声，干燥，得到预处理聚丙烯纤维；
S2：将预处理聚丙烯纤维、2-（3,4-二羟基苯基）乙胺盐酸盐与蒸馏水混合得到固液混合物，静置，再使用2-氨基-2-（羟甲基）丙烷-1,3-二醇的水溶液调节固液混合物的pH值至8-9，清洗，干燥，得到改性聚丙烯纤维。
2.根据权利要求1所述的一种高强抗渗混凝土，其特征在于：S1中聚丙烯纤维、丙醇和蒸馏水的重量比为1:（5-10）:（6-16），超声时间为1-2h，干燥温度为50-70℃，干燥时间为20-30h；S2中静置时间为6-30h，2-氨基-2-（羟甲基）丙烷-1,3-二醇的水溶液质量浓度为0.02-0.3%，干燥之前的处理步骤均在室温下进行，干燥温度为50-70℃，干燥时间为18-30h。
3.根据权利要求1所述的一种高强抗渗混凝土，其特征在于，以所述高强抗渗混凝土为基准：所述高强抗渗混凝土中还包括0.5-2份的水解十二烷基三甲氧基硅烷。
4.根据权利要求3所述的一种高强抗渗混凝土，其特征在于，所述水解十二烷基三甲氧基硅烷采用包括如下步骤的方法制备得到：在室温下将蒸馏水与无水乙醇混合，得到混合溶液，调节混合溶液pH值为3-5时，向混合溶液中加入十二烷基三甲氧基硅烷，搅拌，得到水解十二烷基三甲氧基硅烷。
5.根据权利要求4所述的一种高强抗渗混凝土，其特征在于：所述蒸馏水、无水乙醇与十二烷基三甲氧基硅烷的重量比为（60-80）:（15-25）:1；搅拌转速为500-1000rpm，搅拌时间为3-6h。
6.权利要求3-5任一项所述的高强抗渗混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将减水剂、水解十二烷基三甲氧基硅烷和拌和水混合，搅拌，得到液体预混物；
步骤二，将胶凝材料、细骨料、粗骨料、改性聚丙烯纤维和液体预混物混合、搅拌，得到高强抗渗混凝土。
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