CN115196913A - 一种高密度防辐射抗裂混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种高密度防辐射抗裂混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及混凝土技术领域，具体公开了一种高密度防辐射抗裂混凝土及其制备方法。混凝土包括如下重量份的原料：水泥17‑25份、矿渣粉10‑15份、粉煤灰3‑7份、重晶石150‑160份、重晶砂110‑130份、混合纤维0.1‑1份、减水剂0.5‑1份、镁质抗裂剂0.1‑0.3份和水15‑20份；混合纤维选自改性聚乙烯醇纤维、改性碳纤维和芳纶纤维中的至少两种；改性碳纤维由次氯酸钠溶液对碳纤维表面改性制得；改性聚乙烯醇纤维由改性剂对聚乙烯醇纤维表面改性制得，改性剂选自聚丙烯酸酯、有机硅乳液和聚氨酯中的至少一种。本申请中各组分相互配合可制得具有密度高、防辐射且抗裂效果好混凝土。

Description

一种高密度防辐射抗裂混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种高密度防辐射抗裂混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土已经有一百多年的发展历史，是当今一种非常普遍的建筑材料，它具有高强、轻质、耐腐蚀和耐高温等性能，因此在建筑结构领域中得到广泛的应用。随着工程技术以及材料科学的不断发展，当前水泥混凝土的性能需要进一步提高，才能满足现代工程日益增长的需求。
辐射存在于整个宇宙空间，辐射来源有天然辐射和人工辐射，天然辐射包括环境中宇宙射线、γ射线、α粒子射线；人工辐射有核电、军事、教育、科研、医疗等领域应用过程中所产生的α、β、γ、X和中子等各种射线，受到这些射线长期辐射会诱发癌症、白血病、恶性肿瘤或生育缺陷等多种病症，所以，为防止环境中的各种射线对人体伤害，在建造有辐射源的建筑时，一般需设置防辐射材料以屏蔽各种射线，混凝土是建筑主体防辐射的基础材料，所以防辐射混凝土是发展的必然趋势。
现有的防辐射混凝土一般采用部分重晶石和/或重晶砂作为骨料，从而使混凝土具有防辐射性能，但是，相比于普通碎石，重晶石与胶凝材料的界面结合能力更弱，更容易出现开裂的现象，因此，亟待需要研发一种抗裂性好的高密度防辐射混凝土。
发明内容
为了提高高密度防辐射混凝土的抗裂性能，本申请提供一种高密度防辐射抗裂混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种高密度防辐射抗裂混凝土，采用如下的技术方案：
一种高密度防辐射抗裂混凝土，包括如下重量份的原料：
水泥17-25份、矿渣粉10-15份、粉煤灰3-7份、重晶石150-160份、重晶砂110-130份、混合纤维0.1-1份、减水剂0.5-1份、镁质抗裂剂0.1-0.3份和水15-20份；
所述混合纤维选自改性聚乙烯醇纤维、改性碳纤维和芳纶纤维中的至少两种；
所述改性碳纤维由次氯酸钠溶液对碳纤维表面改性制得；
所述改性聚乙烯醇纤维由改性剂对聚乙烯醇纤维表面改性制得，所述改性剂选自聚丙烯酸酯、有机硅乳液和聚氨酯中的至少一种；
所述混合纤维与镁质抗裂剂的重量份数之比为(7-8.4)：(1-2)。
通过采用上述技术方案，镁质抗裂剂可提高混凝土的早强抗裂性能，混合纤维可提高混凝土的后期的抗开裂性能，镁质抗裂剂和混合纤维相互配合，能更好的提高混凝土的抗裂性能；重晶石和重晶石作为骨料，具有很好的防辐射效果，且密度大；本申请中各组分相互配合可制得具有密度高、防辐射且抗裂效果好的混凝土。
体系中，混合纤维与镁质抗裂剂的重量份数之比为(7-8.4)：(1-2)时，体系的整体抗裂性能较好；最优的，混合纤维与镁质抗裂剂的重量份数之比为7.7:1.5时，体系的整体抗裂性能最好。
优选的，所述混合纤维为改性聚乙烯醇纤维和改性碳纤维。
通过采用上述技术方案，改性聚乙烯醇纤维和改性碳纤维作为混合纤维，实现了高弹纤维和低弹纤维的互补，可很好的改善混凝土的抗裂性能，且在保证性能的同时，节约了成本。此外，改性后的改性聚乙烯醇纤维和改性碳纤维在混凝土体系中的分散性好。选择改性聚乙烯醇纤维和改性碳纤维作为混合纤维，在提高纤维韧性的同时，改善了纤维在混凝土体系的分散性，且成本较低。
优选的，所述改性聚乙烯醇纤维、改性碳纤维和镁质抗裂剂的质量比为(1-2.5)：(3.2-6.6)：(1.2-1.5)。
体系中加入镁质抗裂剂基本不对混凝土的抗压强度有影响，但是，加入过量的改性聚乙烯醇会损害混凝土的抗压强度，而少量则起不到抗裂效果。本申请中，改性聚乙烯醇纤维、改性碳纤维的质量和镁质抗裂剂的质量比为(1-2.5)：(3.2-6.6)：(1.2-1.5)时，在提升抗裂效果的同时可提升抗压强度。最优的，当改性聚乙烯醇纤维、改性碳纤维的质量和镁质抗裂剂的质量比为1.7:5.3：1.5，混凝土的抗裂效果和抗压强度可达到最佳。
优选的，所述次氯酸钠溶液的浓度为8％-15％。
通过采用上述技术方案，次氯酸钠溶液的浓度低于8％，改性碳纤维的接触角大于72°，亲水性和浸润性比较差、分散性差、不利于和水泥基的界面结合；次氯酸钠溶液的浓度高于15％，改性碳纤维的接触角至少为53°，亲水性和浸润性好、分散好、利于和水泥基的界面结合，但是会损害改性碳纤维韧性，改性碳纤维的模量变低。
进一步优选，所述改性碳纤维由以下制备方法制得：
将碳纤维完全浸渍在浓度为8％-15％的次氯酸钠溶液中，搅拌3-10min，随后在100-120℃下加热8-12h，去除溶液，用蒸馏水清洗3-5遍，烘干，得到改性碳纤维。
通过采用上述技术方案，制得的改性碳纤维具有良好的亲水性和浸润性，有利于和水泥基的界面结合，能提高碳纤维在水中的分散性，且不会损害改性碳纤维的模量，从而可更好的提高混凝土的抗裂效果。
优选的，所述混凝土中还包括微硅粉，所述微硅粉的质量是改性碳纤维质量的3.3-5.6倍。进一步优选，所述微硅粉的质量占改性碳纤维质量的4.2倍。
通过采用上述技术方案，微硅粉的加入有利于改性碳纤维的进一步分散，从而可提升混凝土的抗压强度和抗裂性能。微硅粉用量过多，体系粘度太大，不利于分散；用量过少，达不到改善改性碳纤维分散性的效果。
优选的，所述改性剂为有机硅乳液。
通过采用上述技术方案，改性剂为有机硅乳液时，改性聚乙烯醇纤维的韧性好，且具有良好的分散性，可更好的改善混凝土的抗裂性能，提高抗压强度。
聚丙烯酸酯和/或聚氨酯作为改性剂时，得到的改性聚乙烯醇纤维具有很好的韧性，但是此时改性聚乙烯醇纤维的分散性比较差，需要配合分散剂使用，若无分散剂，在混凝土体系中，反而会影响混凝土的综合性能。
优选的，所述改性聚乙烯醇纤维由以下制备方法制得：
将聚乙烯醇纤维完全浸渍在浓度为0.8-1.5g/ml的改性剂中，浸润8-12h，随后在60-80℃下烘干，得到改性聚乙烯醇纤维。
通过采用上述技术方案，得到的改性聚乙烯醇纤维的韧性、分散性等综合性能最好。改性剂浓度为0.8-1.5g/ml，具有适合的粘结力，改性聚乙烯醇纤维增韧性好。烘干温度太高(超过80℃)，改性聚乙烯醇纤维的模量越低、断裂伸长率大，所以在60-80℃烘干，得到的改性聚乙烯醇纤维的韧性好。
优选的，改性聚乙烯醇纤维的长度为3-6mm，改性碳纤维的长度为6-9mm；所述重晶石的粒径范围为5-16mm连续级配，所述重晶砂的粒径范围为0-4.75mm连续级配。
所述重晶石的表观密度为4300-4400kg/m3，所述重晶砂的表观密度4600-5000kg/m3。
通过采用上述技术方案，5-16mm连续级配的重晶石和0-4.75mm连续级配的重晶砂相互配合，可改善混凝土的抗压强度。
本申请中，改性聚乙烯醇纤维的长度为3-6mm，改性碳纤维的长度为6-9mm，此时，体系中重晶石的最大粒径超过16mm，会损害混凝土的抗压强度，所以，优选的，重晶石的最大粒径不超过16mm。
本申请中，减水剂优选为聚羧酸减水剂，减水率大于等于25％。
本申请在提升混凝土抗裂性能的同时，不会损害混凝土原本的密度和防辐射性能。按本申请的配方制得的混凝土的表观密度为3785-3985kg/m3，且抗辐射能力好，能抗中子射线和γ射线，混凝土的衰减系数为0.27-0.39meV。本申请中衰减系数为被测射线(中子射线)穿透1cm厚度的混凝土后衰减的能量与初始能量的比值。
第二方面，本申请提供一种高密度防辐射抗裂混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种如上所述高密度防辐射抗裂混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将30％-40％的水和混合纤维分散均匀，得到混合物Ⅰ；
将60％-70％的水、减水剂和镁质抗裂剂混合均匀，随后加入水泥、矿渣粉和粉煤灰搅拌均匀，再加入重晶石和重晶砂搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ加入混合物Ⅱ中，搅拌均匀，得到高密度防辐射抗裂混凝土。
通过采用上述技术方案，混合纤维较为均匀分散在混凝土中，有利于得到均质稳定的混凝土。
优选的，当体系中存在微硅粉，且混合纤维为改性聚乙烯醇纤维和改性碳纤维时，所述制备方法包括如下步骤：
将30％-40％的水和微硅粉搅拌均匀，随后加入改性碳纤维，分散均匀，再加入改性聚乙烯醇纤维，分散均匀，得到混合物Ⅰ；
将60％-70％的水、减水剂和镁质抗裂剂混合均匀，随后加入水泥、矿渣粉和粉煤灰搅拌均匀，再加入重晶石和重晶砂搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ加入混合物Ⅱ中，搅拌均匀，得到高密度防辐射抗裂混凝土。
通过采用上述技术方案，先将改性碳纤维均匀分散在含微硅粉的水溶液中，再将改性聚乙烯醇纤维均匀分散开，体系中纤维的分散好，从而进一步提高了混凝土的性能。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、镁质抗裂剂和混合纤维相互配合，能更好的提高混凝土的抗裂性能；
2、选择改性聚乙烯醇纤维和改性碳纤维作为混合纤维，在提高纤维韧性的同时，改善了纤维在混凝土体系的分散性，且成本较低；
3、改性聚乙烯醇纤维、改性碳纤维的质量和镁质抗裂剂的质量比为(1-2.5)：(3.2-6.6)：(1.2-1.5)时，在提升抗裂效果的同时可提升抗压强度。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。予以特别说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行；以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
碳纤维的长度为9mm，聚乙烯醇纤维的长度为3mm；
有机硅乳液：固化含量30％，pH值7-9；
重晶石的粒径：5-16mm连续级配；
重晶砂的粒径：0-4.75mm连续级配；
镁质抗裂剂：S型镁质抗裂剂，活性指数120-180s，自由膨胀率0.045％。
制备例
改性碳纤维制备例
改性碳纤维制备例1
改性碳纤维由以下制备方法制得：
将碳纤维完全浸渍在浓度为3％的次氯酸钠溶液中，搅拌10min，随后在120℃下加热10h，去除溶液，用蒸馏水清洗4遍，烘干，得到改性碳纤维1。
改性碳纤维制备例2
改性碳纤维由以下制备方法制得：
将碳纤维完全浸渍在浓度为8％的次氯酸钠溶液中，搅拌10min，随后在120℃下加热10h，去除溶液，用蒸馏水清洗4遍，烘干，得到改性碳纤维2。
改性碳纤维制备例3
改性碳纤维由以下制备方法制得：
将碳纤维完全浸渍在浓度为11％的次氯酸钠溶液中，搅拌10min，随后在120℃下加热10h，去除溶液，用蒸馏水清洗4遍，烘干，得到改性碳纤维3。
改性碳纤维制备例4
改性碳纤维由以下制备方法制得：
将碳纤维完全浸渍在浓度为15％的次氯酸钠溶液中，搅拌10min，随后在120℃下加热10h，去除溶液，用蒸馏水清洗4遍，烘干，得到改性碳纤维4。
改性碳纤维制备例5
改性碳纤维由以下制备方法制得：
将碳纤维完全浸渍在浓度为20％的次氯酸钠溶液中，搅拌10min，随后在120℃下加热10h，去除溶液，用蒸馏水清洗4遍，烘干，得到改性碳纤维5。
对比改性碳纤维
将碳纤维完全浸渍在浓度为50％的硝酸溶液中，搅拌10min，随后在120℃下加热10h，去除溶液，用蒸馏水清洗3遍，随后用乙醇清洗，最后再用蒸馏水清洗，烘干，得到对比改性碳纤维。
改性聚乙烯醇纤维制备例
改性聚乙烯醇纤维制备例1
改性聚乙烯醇纤维由以下制备方法制得：
将聚乙烯醇纤维完全浸渍在浓度为0.8g/ml的有机硅乳液中，浸润12h，随后在60℃下烘干，得到改性聚乙烯醇纤维1。
改性聚乙烯醇纤维制备例2
改性聚乙烯醇纤维由以下制备方法制得：
将聚乙烯醇纤维完全浸渍在浓度为1.5g/ml的有机硅乳液中，浸润8h，随后在80℃下烘干，得到改性聚乙烯醇纤维2。
改性聚乙烯醇纤维制备例3
改性聚乙烯醇纤维由以下制备方法制得：
将聚乙烯醇纤维完全浸渍在浓度为1.5g/ml的有机硅乳液中，浸润10h，随后在65℃下烘干，得到改性聚乙烯醇纤维3。
改性聚乙烯醇纤维制备例4
改性聚乙烯醇纤维由以下制备方法制得：
将聚乙烯醇纤维完全浸渍在浓度为1.5g/ml的有机硅乳液中，浸润10h，随后在100℃下烘干，得到改性聚乙烯醇纤维4。
改性聚乙烯醇纤维制备例5
改性聚乙烯醇纤维由以下制备方法制得：
将聚乙烯醇纤维完全浸渍在浓度为1.5g/ml的改性剂中，浸润10h，随后在65℃下烘干，得到改性聚乙烯醇纤维5；
改性剂为聚丙烯酸酯和聚氨酯按质量比为1.3:0.8混合制得。
实施例
实施例1
一种高密度防辐射抗裂混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将4.5kg水、0.05kg改性聚乙烯醇纤维1和0.05kg改性碳纤维1分散均匀，得到混合物Ⅰ；
将10.5kg水、0.5kg减水剂和0.1kg镁质抗裂剂混合均匀，随后加入17kg水泥、10kg矿渣粉和7kg粉煤灰搅拌均匀，再加入150kg重晶石和130kg重晶砂搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ加入混合物Ⅱ中，搅拌均匀，得到高密度防辐射抗裂混凝土。
实施例2
一种高密度防辐射抗裂混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将5.1kg水、0.05kg改性聚乙烯醇纤维1和0.05kg改性碳纤维1分散均匀，得到混合物Ⅰ；
将11.9kg水、0.734kg减水剂和0.1kg镁质抗裂剂混合均匀，随后加入23kg水泥、11kg矿渣粉和5.5kg粉煤灰搅拌均匀，再加入154kg重晶石和124.5kg重晶砂搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ加入混合物Ⅱ中，搅拌均匀，得到高密度防辐射抗裂混凝土。
实施例3
一种高密度防辐射抗裂混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将8kg水、0.05kg改性聚乙烯醇纤维1和0.05kg改性碳纤维1分散均匀，得到混合物Ⅰ；
将12kg水、1kg减水剂和0.1kg镁质抗裂剂混合均匀，随后加入25kg水泥、15kg矿渣粉和3kg粉煤灰搅拌均匀，再加入160kg重晶石和110kg重晶砂搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ加入混合物Ⅱ中，搅拌均匀，得到高密度防辐射抗裂混凝土。
实施例4
一种高密度防辐射抗裂混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将5.1kg水、0.35kg改性聚乙烯醇纤维1和0.35kg芳纶纤维分散均匀，得到混合物Ⅰ；
将11.9kg水、0.734kg减水剂和0.1kg镁质抗裂剂混合均匀，随后加入23kg水泥、11kg矿渣粉和5.5kg粉煤灰搅拌均匀，再加入154kg重晶石和124.5kg重晶砂搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ加入混合物Ⅱ中，搅拌均匀，得到高密度防辐射抗裂混凝土。
实施例5
一种高密度防辐射抗裂混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将5.1kg水、0.35kg改性碳纤维1和0.35kg芳纶纤维分散均匀，得到混合物Ⅰ；
将11.9kg水、0.734kg减水剂和0.1kg镁质抗裂剂混合均匀，随后加入23kg水泥、11kg矿渣粉和5.5kg粉煤灰搅拌均匀，再加入154kg重晶石和124.5kg重晶砂搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ加入混合物Ⅱ中，搅拌均匀，得到高密度防辐射抗裂混凝土。
实施例6
一种高密度防辐射抗裂混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将5.1kg水、0.256kg改性碳纤维1、0.256kg改性聚乙烯醇纤维1和0.256kg芳纶纤维分散均匀，得到混合物Ⅰ；
将11.9kg水、0.734kg减水剂和0.1kg镁质抗裂剂混合均匀，随后加入23kg水泥、11kg矿渣粉和5.5kg粉煤灰搅拌均匀，再加入154kg重晶石和124.5kg重晶砂搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ加入混合物Ⅱ中，搅拌均匀，得到高密度防辐射抗裂混凝土。
实施例7
一种高密度防辐射抗裂混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将5.1kg水、0.35kg改性聚乙烯醇纤维1和0.35kg改性碳纤维1分散均匀，得到混合物Ⅰ；
将11.9kg水、0.734kg减水剂和0.3kg镁质抗裂剂混合均匀，随后加入23kg水泥、11kg矿渣粉和5.5kg粉煤灰搅拌均匀，再加入154kg重晶石和124.5kg重晶砂搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ加入混合物Ⅱ中，搅拌均匀，得到高密度防辐射抗裂混凝土。
实施例8
一种高密度防辐射抗裂混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将5.1kg水、0.21kg改性聚乙烯醇纤维1和0.56kg改性碳纤维1分散均匀，得到混合物Ⅰ；
将11.9kg水、0.734kg减水剂和0.15kg镁质抗裂剂混合均匀，随后加入23kg水泥、11kg矿渣粉和5.5kg粉煤灰搅拌均匀，再加入154kg重晶石和124.5kg重晶砂搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ加入混合物Ⅱ中，搅拌均匀，得到高密度防辐射抗裂混凝土。
实施例9
一种高密度防辐射抗裂混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将5.1kg水、0.11kg改性聚乙烯醇纤维1和0.66kg改性碳纤维1分散均匀，得到混合物Ⅰ；
将11.9kg水、0.734kg减水剂和0.15kg镁质抗裂剂混合均匀，随后加入23kg水泥、11kg矿渣粉和5.5kg粉煤灰搅拌均匀，再加入154kg重晶石和124.5kg重晶砂搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ加入混合物Ⅱ中，搅拌均匀，得到高密度防辐射抗裂混凝土。
实施例10
一种高密度防辐射抗裂混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将5.1kg水、0.66kg改性聚乙烯醇纤维1和0.11kg改性碳纤维1分散均匀，得到混合物Ⅰ；
将11.9kg水、0.734kg减水剂和0.15kg镁质抗裂剂混合均匀，随后加入23kg水泥、11kg矿渣粉和5.5kg粉煤灰搅拌均匀，再加入154kg重晶石和124.5kg重晶砂搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ加入混合物Ⅱ中，搅拌均匀，得到高密度防辐射抗裂混凝土。
实施例11-18
实施例11-18与实施例9的区别仅在于，实施例11-18中，选择不同制备例制得的改性聚乙烯醇纤维或改性碳纤维，其余均与实施例9保持一致。实施例11-18中具体的改性聚乙烯醇纤维或改性碳纤维的选择如下表1所示。
表1
实施例 改性聚乙烯醇纤维 改性碳纤维
实施例9 改性聚乙烯醇纤维1 改性碳纤维1
实施例11 改性聚乙烯醇纤维2 改性碳纤维1
实施例12 改性聚乙烯醇纤维3 改性碳纤维1
实施例13 改性聚乙烯醇纤维4 改性碳纤维1
实施例14 改性聚乙烯醇纤维5 改性碳纤维1
实施例15 改性聚乙烯醇纤维3 改性碳纤维2
实施例16 改性聚乙烯醇纤维3 改性碳纤维3
实施例17 改性聚乙烯醇纤维3 改性碳纤维4
实施例18 改性聚乙烯醇纤维3 改性碳纤维5
实施例19
一种高密度防辐射抗裂混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将5.1kg水和2.78kg微硅粉搅拌均匀，随后加入0.66kg改性碳纤维3，分散均匀；再加入0.11kg改性聚乙烯醇纤维3，分散均匀，得到混合物Ⅰ；
将11.9kg水、0.734kg减水剂和0.15kg镁质抗裂剂混合均匀，随后加入23kg水泥、11kg矿渣粉和5.5kg粉煤灰搅拌均匀，再加入154kg重晶石和124.5kg重晶砂搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ加入混合物Ⅱ中，搅拌均匀，得到高密度防辐射抗裂混凝土。
实施例20
一种高密度防辐射抗裂混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将5.1kg水、0.66kg改性碳纤维3和0.11kg改性聚乙烯醇纤维3分散均匀，得到混合物Ⅰ；
将11.9kg水、0.734kg减水剂和0.15kg镁质抗裂剂混合均匀，随后加入23kg水泥、11kg矿渣粉、5.5kg粉煤灰和2.78kg微硅粉搅拌均匀，再加入154kg重晶石和124.5kg重晶砂搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ加入混合物Ⅱ中，搅拌均匀，得到高密度防辐射抗裂混凝土。
实施例21
实施例21与实施例19的区别仅在于，实施例21中，重晶砂粒径为5-21mm连续级配，其余均与实施例19保持一致。
对比例
对比例1
对比例1与实施例19的区别仅在于，对比例1中，用对比改性碳纤维等量代替改性碳纤维3，其余均与实施例19保持一致。
对比例2
对比例2与实施例9的区别仅在于，对比例2中，不使用镁质抗裂剂，其余均与实施例9保持一致。
对比例3
对比例3与实施例9的区别仅在于，对比例3中，不使用改性碳纤维1和改性聚乙醇纤维1，镁质抗裂剂的质量为1.5kg，其余均与实施例9保持一致。
对比例4
对比例4与实施例9的区别仅在于，对比例4中，用碳纤维等量代替改性碳纤维1，用聚乙醇纤维等量代替改性聚乙醇纤维1，其余均与实施例9保持一致。
性能检测试验
根据GB/T50081-2002《混凝土力学性能试验方法标准》和GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，检测实施例1-21和对比例1-4制得的混凝土试块的基本力学性能；测试结果具体如下表2所示。
表2
Figure BDA0003776731050000101
Figure BDA0003776731050000111
Figure BDA0003776731050000121
结合实施例1-3并结合表2可以看出，水胶比和胶凝材料的选择和用量也会影响混凝土的抗裂性能和抗压强度。
结合实施例4-6并结合表2可以看出，混合纤维的选择会影响混凝土的性能，当混合纤维为改性聚乙烯醇纤维和改性碳纤维时，混凝土的抗裂性能和抗压强度较好。
结合实施例7-10并结合表2可以看出，改性聚乙烯醇纤维、改性碳纤维和镁质抗裂剂的质量比会影响混凝土的抗裂性能和抗压强度，当改性聚乙烯醇纤维、改性碳纤维和镁质抗裂剂的质量比(1-3.2)：(2.5-6.6)：(1.2-1.5)时，混凝土的抗裂性能和抗压强度较好；最优的，当改性聚乙烯醇纤维、改性碳纤维的质量和镁质抗裂剂的质量比为1.7:5.3：1.5，混凝土的抗裂效果和抗压强度达到最佳。
结合实施例9和11-14并结合表2可以看出，改性聚乙烯醇纤维的改性方法会影响混凝土的性能；对比实施例12和13的数据可知，实施例13的抗裂性能和抗压强度明显小于实施例12，可能的原因是，改性聚乙烯醇纤维在改性时，烘干温度太高(大于80℃)，从而导致改性聚乙烯醇纤维的模量低、断裂伸长率大，韧性差；对比实施例12和14的数据可知，二者的抗裂性数据比较接近，但是实施例14的抗压强度明显小于实施例12，可能的原因是，用聚丙烯酸酯和聚氨酯作为改性剂对聚乙烯醇纤维改性时，得到的改性聚乙醇纤维虽然韧性较好，但是不利于在混凝土中分散，在没有分散剂存在的混凝土体系中，改性聚乙醇纤维会团聚，从而影响混凝土的抗压强度。
结合实施例12和15-18并结合表2可以看出，改性碳纤维的改性方法(次氯酸钠溶液的浓度)会影响混凝土的性能；实施例12和实施例18的数据较实施例15-17差，可能的原因是，次氯酸钠溶液浓度过小(小于8％)，改性碳纤维的接触角较大，亲水性和浸润性比较差，分散性差，不利于和水泥基界面结合，混凝土性能差，次氯酸钠溶液浓度过大(大于15％)则会损害改性碳纤维韧性，改性碳纤维的模量变低，混凝土的抗压强度差。
结合实施例16和19-20并结合表2可以看出，微硅粉在适当的时机加入会提高混凝土的抗裂性能和抗压强度，加入时机不对，反而会损害混凝土的性能；本申请中，微硅粉的质量占改性碳纤维质量的3.3-5.6倍，且当体系中存在微硅粉，微硅粉在改性碳纤维与水混合前，先均匀分散在水中，有利于改性碳纤维在水中均匀分散，从而能提高混凝土的抗压强度。
结合实施例19和21并结合表2可以看出，本申请中，重晶石的粒径不会影响混凝土的抗裂性能，但是会影响混凝土的强压强度，当重晶石的粒径大于16mm，会损害混凝土的抗压强度，所以，本申请的配方中，重晶石的粒径范围优选为5-16mm连续级配。
结合实施例19和对比例1并结合表2可以看出，与次氯酸钠改性碳纤维相比，用硝酸改性碳纤维得到的混凝土的性能更差，可能的原因是，硝酸可使碳纤维表面的沟槽加深，在改善与水泥基界面结合的同时损害了碳纤维的韧性，与水泥基界面结合提高的强度不足以弥补纤维韧性损失所带来的强度，所以，混凝土的抗压强度较差。
结合实施例9和对比例2-3并结合表2可以看出，单独使用镁质抗裂剂或混合纤维(改性碳纤维和改性聚乙醇纤维)，均会影响混凝土的抗裂性和抗压强度。
结合实施例9和对比例4并结合表2可以看出，没有经过表面改性的碳纤维和聚乙醇纤维直接使用，反而会降低混凝土的性能，可能的原因是，碳纤维和聚乙醇纤维的韧性差、在混凝土中的分散性差，从而影响了混凝土的综合性能。
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 (10)

1.一种高密度防辐射抗裂混凝土，其特征在于：包括如下重量份的原料：
水泥17-25份、矿渣粉10-15份、粉煤灰3-7份、重晶石150-160份、重晶砂110-130份、混合纤维0.1-1份、减水剂0.5-1份、镁质抗裂剂0.1-0.3份和水15-20份；
所述混合纤维选自改性聚乙烯醇纤维、改性碳纤维和芳纶纤维中的至少两种；
所述改性碳纤维由次氯酸钠溶液对碳纤维表面改性制得；
所述改性聚乙烯醇纤维由改性剂对聚乙烯醇纤维表面改性制得，所述改性剂选自聚丙烯酸酯、有机硅乳液和聚氨酯中的至少一种；
所述混合纤维与镁质抗裂剂的重量份数之比为（7-8.4）：（1-2）。
2.根据权利要求1所述的高密度防辐射抗裂混凝土，其特征在于：所述混合纤维为改性聚乙烯醇纤维和改性碳纤维。
3.根据权利要求1所述的高密度防辐射抗裂混凝土，其特征在于：所述改性聚乙烯醇纤维、改性碳纤维和镁质抗裂剂的质量比为（1-2.5）：（3.2-6.6）：（1.2-1.5）。
4.根据权利要求1或3所述的高密度防辐射抗裂混凝土，其特征在于：所述次氯酸钠溶液的浓度为8%-15%。
5.根据权利要求4所述的高密度防辐射抗裂混凝土，其特征在于：所述混凝土中还包括微硅粉，所述微硅粉的质量是改性碳纤维质量的3.3-5.6倍。
6.根据权利要求1或3所述的高密度防辐射抗裂混凝土，其特征在于：所述改性剂为有机硅乳液，所述有机硅乳液的浓度为0.8-1.5g/ml。
7.根据权利要求6所述的高密度防辐射抗裂混凝土，其特征在于：所述改性聚乙烯醇纤维由以下制备方法制得：
将聚乙烯醇纤维完全浸渍在浓度为0.8-1.5g/ml的有机硅乳液中，浸润8-12h，随后在60-80℃下烘干，得到改性聚乙烯醇纤维。
8.根据权利要求1所述的高密度防辐射抗裂混凝土，其特征在于：所述改性聚乙烯醇纤维的长度为3-6mm，改性碳纤维的长度为6-9 mm，所述重晶石的粒径范围为5-16mm连续级配，所述重晶砂的粒径范围为0-4.75mm连续级配。
9.如权利要求1-8中任一项所述的高密度防辐射抗裂混凝土的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
将30%-40%的水和混合纤维分散均匀，得到混合物Ⅰ；
将60%-70%的水、减水剂和镁质抗裂剂混合均匀，随后加入水泥、矿渣粉和粉煤灰搅拌均匀，再加入重晶石和重晶砂搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ加入混合物Ⅱ中，搅拌均匀，得到高密度防辐射抗裂混凝土。
10.根据权利要求9所述的高密度防辐射抗裂混凝土的制备方法，其特征在于：当体系中存在微硅粉，且混合纤维为改性聚乙烯醇纤维和改性碳纤维时，所述制备方法包括如下步骤：
将30%-40%的水和微硅粉搅拌均匀，随后加入改性碳纤维，分散均匀；再加入改性聚乙烯醇纤维，分散均匀，得到混合物Ⅰ；
将60%-70%的水、减水剂和镁质抗裂剂混合均匀，随后加入水泥、矿渣粉和粉煤灰搅拌均匀，再加入重晶石和重晶砂搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ加入混合物Ⅱ中，搅拌均匀，得到高密度防辐射抗裂混凝土。
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