CN115215578B - 一种机制砂混凝土专用抗裂功能材料及其应用 - Google Patents

一种机制砂混凝土专用抗裂功能材料及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于抗裂材料技术制备领域，具体涉及一种机制砂混凝土专用抗裂功能材料及其应用。以重量份数计，包括10‑30份磨细天然沸石粉；70‑90份磨细再生骨料；1‑3份可再分散乳胶粉；0.2‑0.5份羧基化改性淀粉；其中，可再分散乳胶粉包括醋酸乙烯酯与丙烯酸酯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉。将本发明提供的抗裂功能材料用于混凝土的制备时，可以延缓水泥水化反应的放热峰，通过降低混凝土前期的水化热，进而降低混凝土早期的绝热温升值及开裂趋势。

Description

一种机制砂混凝土专用抗裂功能材料及其应用
技术领域
本发明属于抗裂材料技术制备领域，具体涉及一种机制砂混凝土专用抗裂功能材料及其应用。
背景技术
混凝土浇筑完毕后在凝结硬化的过程中，水泥发生水化反应放出大量水化热，使混凝土内部的温度升高，混凝土外部的散热比内部快，出现表面收缩而内部膨胀，内外温差较大使混凝土表面出现拉应力。在降温过程中，混凝土内部产生收缩，当收缩受到外部拉应力的约束时，混凝土内部也会产生拉应力，两种拉应力叠加超过混凝土的抗拉强度时，表面也会出现开裂。
混凝土的水化速率随着外界温度的升高而加快，进而促进了水化反应，水化放热量也就越高，混凝土内部的绝热温升发展的也就越快，从而加重了混凝土产生温度裂缝的发展。为了减少混凝土出现温度裂缝，应控制混凝土的绝热温升。砂作为混凝土的重要组成部分，占其总质量的30-40％，品质不仅直接影响拌和物的工作性能，而且影响混凝土的开裂性能。但随着优质河沙资源的日益减少，并不可再生。机制砂已经成为混凝土的主要砂源。机制砂颗粒形状粗糙尖锐，多棱角，通常用它来配制混凝土时砂率比河砂混凝土机制砂颗粒内部微裂纹多、空隙率大、开口的和相互贯通的空隙多、比表面积大，加上石粉含量难控制的特点，致使混凝土拌和物的拌和用水比水中粗河砂混凝土大，工作性差，水泥用量增加，由此带来的收缩开裂问题比常规混凝土更加严重。
尽管开裂的原因涉及设计、施工和材料收缩等各方面，但是研究机制砂混凝土收缩、开裂规律以及采取适宜的措施抑制或降低混凝土开裂趋势对于机制砂混凝土的应用水平和推广使用具有重要的意义。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的混凝土内部拉应力导致表面开裂等缺陷，从而提供一种机制砂混凝土专用抗裂功能材料及其应用。
为此，本发明提供了以下技术方案。
本发明提供了一种机制砂混凝土专用抗裂功能材料，以重量份数计，包括以下组分，
10-30份磨细天然沸石粉；
70-90份磨细再生骨料；
1-3份可再分散乳胶粉；
0.2-0.5份羧基化改性淀粉；
其中，可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与丙烯酸酯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉。
所述磨细天然沸石粉的比表面积为320-400m2/kg；
所述磨细再生骨料的比表面积为320-400m2/kg。
所述可再分散乳胶粉的摩尔质量为50000-80000g/mol；
所述羧基化改性淀粉的摩尔质量为1000-5000g/mol。
所述磨细再生骨料来自固体废弃建筑物垃圾。
固体废弃建筑物垃圾破碎、筛选后磨细，得到比表面积为320-400m2/kg的磨细再生骨料。
本发明提供了一种上述抗裂功能材料在机制砂混凝土防裂中的应用。
进一步地，以混凝土中的凝胶材料的总质量为基准，所述抗裂功能材料的添加量为20-30wt％。
进一步地，混凝土中的凝胶材料包括抗裂功能材料、水泥以及其它常规的凝胶材料。
本发明提供的抗裂功能材料是通过本领域的常规方法制备得到的，比如，将各原料混合，搅拌均匀，得到抗裂功能材料。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的一种机制砂混凝土专用抗裂功能材料，以重量份数计，包括10-30份磨细天然沸石粉；70-90份磨细再生骨料；1-3份可再分散乳胶粉；0.2-0.5份羧基化改性淀粉；其中，可再分散乳胶粉包括醋酸乙烯酯与丙烯酸酯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉。将本发明提供的抗裂功能材料用于混凝土的制备时，可以延缓水泥水化反应的放热峰，通过降低混凝土前期的水化热，进而降低混凝土早期的绝热温升值及开裂趋势。
本发明通过利用特定用量的磨细天然沸石粉、磨细再生骨料、可再分散乳胶粉和羧基化改性淀粉间的协同增效，将抗裂功能材料用于混凝土时，可以显著降低水化放热量，减少混凝土的开裂。本发明提供的抗裂功能材料还可以用于颗粒内部微裂纹多、空隙率大的机制砂混凝土，防止其出现开裂等问题。
2.本发明提供的抗裂功能材料，还可以用于颗粒内部微裂纹多、空隙率大的机制砂混凝土，防止其出现开裂等问题。通过控制磨细天然沸石粉和磨细再生骨料的比表面积、可再分散乳胶粉和羧基化改性淀粉的相对分子量，减小抗裂功能材料的粒度，能够减小水泥水化产物的孔隙率，改善混凝土孔结构，与水泥石中生成了较多的Aft(钙矾石)，能够在一定程度上补偿混凝土的收缩，进而减少混凝土早期因收缩而产生的裂缝，进而增强混凝土抗裂性能。
该抗裂功能材料应用于机制砂混凝土时，可以改善颗粒内部微裂纹多、空隙率大等缺陷，改善混凝土开裂的问题。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
下列实施例中的可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与丙烯酸酯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉通过市购获得，且采用相同厂家生产的可再分散乳胶粉。在试验例中用到的基准水泥的厂家为抚顺水泥股份有限公司。
实施例1
本实施例提供了一种抗裂功能材料，包括15kg磨细天然沸石粉、84kg磨细再生骨料、1kg可再分散乳胶粉和0.3kg羧基化改性淀粉。其中，磨细天然沸石粉的比表面积为350m2/kg，磨细再生骨料的比表面积为320m2/kg，羧基化改性淀粉的摩尔质量为2000g/mol。
实施例2
本实施例提供了一种抗裂功能材料，包括10.5kg磨细天然沸石粉、88kg磨细再生骨料、1.5kg可再分散乳胶粉和0.2kg羧基化改性淀粉。其中，磨细天然沸石粉的比表面积为365m2/kg，磨细再生骨料的比表面积为340m2/kg，羧基化改性淀粉的摩尔质量为3000g/mol。
实施例3
本实施例提供了一种抗裂功能材料，包括20kg磨细天然沸石粉、78kg磨细再生骨料、2kg可再分散乳胶粉和0.25kg羧基化改性淀粉。其中，磨细天然沸石粉的比表面积为380m2/kg，磨细再生骨料的比表面积为370m2/kg，羧基化改性淀粉的摩尔质量为3800g/mol。
实施例4
本实施例提供了一种抗裂功能材料，包括22.5kg磨细天然沸石粉、75kg磨细骨料、2.5kg可再分散乳胶粉和0.4kg羧基化改性淀粉。其中，天然沸石粉的比表面积为400m2/kg，骨料的比表面积为390m2/kg，羧基化改性淀粉的摩尔质量为4500g/mol。
实施例5
本实施例提供了一种抗裂功能材料，包括27kg磨细天然沸石粉、70kg磨细再生骨料、3kg可再分散乳胶粉和0.5kg羧基化改性淀粉。其中，磨细天然沸石粉的比表面积为330m2/kg，磨细再生骨料的比表面积为400m2/kg，羧基化改性淀粉的摩尔质量为4000g/mol。
实施例6
本对比例提供了一种抗裂功能材料，包括15kg磨细天然沸石粉、84kg磨细再生骨料、1kg可再分散乳胶粉和0.3kg羧基化改性淀粉。其中，磨细天然沸石粉的比表面积为450m2/kg，磨细再生骨料的比表面积为600m2/kg，羧基化改性淀粉的摩尔质量为8000g/mol。
对比例1
本对比例提供了一种抗裂功能材料，包括15kg磨细天然沸石粉、84kg磨细再生骨料和1kg可再分散乳胶粉。其中，磨细天然沸石粉的比表面积为350m2/kg，磨细再生骨料的比表面积为320m2/kg。
对比例2
本对比例提供了一种抗裂功能材料，包括15kg磨细天然沸石粉、84kg磨细再生骨料和0.3kg羧基化改性淀粉。其中，磨细天然沸石粉的比表面积为350m2/kg，磨细再生骨料的比表面积为320m2/kg，羧基化改性淀粉的摩尔质量为2000g/mol。
对比例3
本对比例提供了一种抗裂功能材料，包括6kg磨细天然沸石粉、92kg磨细再生骨料、0.5kg可再分散乳胶粉和0.1kg羧基化改性淀粉。其中，磨细天然沸石粉的比表面积为350m2/kg，磨细再生骨料的比表面积为320m2/kg，羧基化改性淀粉的摩尔质量为2000g/mol。
试验例1
本试验例测试了添加不同量的实施例1抗裂功能材料的水化放热量。在本试验例中，凝胶材料包括抗裂功能材料和基准水泥。
实施例1-6和对比例1-3的抗裂功能材料的制备方法包括，将各原料混合，搅拌均匀，得到抗裂功能材料。
具体测试方法：取2kg实施例1的抗裂功能材料，与8kg基准水泥混合均匀，按照GB/T12959-2008规定的水泥水化热(直接法)试验方法，测定凝胶材料系统水化放热量，测试龄期为3d和7d，测试结果见表1，该测试记为实验组a。
取3kg实施例1的抗裂功能材料，与7kg基准水泥混合均匀，按照上述方法测定凝胶材料系统的水化放热量，结果见表1，该测试记为实验组b。
以10kg基准水泥作为对照，测定水化放热量，记为实验组c。
表1不同凝胶材料系统的水化放热量
Figure BDA0003029400440000071
表1的实验结果来看，与添加抗裂功能材料相比，不加本发明抗裂功能材料的凝胶材料体系的放热量更多，易使混凝土出现开裂。本发明加入抗裂功能材料后，可以显著降低凝胶体系的放热量。
试验例2
本试验例提供了实施例2-6和对比例1-3提供的抗裂功能材料的水化放热量，测试方法包括，分别取实施例2-6和对比例1-3的抗裂功能材料3kg，分别与7kg基准水泥混合均匀，按照试验例1中的方法测定凝胶材料系统的水化放热量，结果见表2。在本试验例中，凝胶材料包括抗裂功能材料和基准水泥。
表2含不同实施例和对比例抗裂功能材料的凝胶材料体系水化放热量
Figure BDA0003029400440000072
Figure BDA0003029400440000081
通过表2的实验结果，可以知道的是，本发明通过特定用量的磨细天然沸石粉、磨细再生骨料、可再分散乳胶粉和羧基化改性淀粉协同增效得到的抗裂功能材料的水化放热量低。去掉其中的一种组分或改变组分的用量会使抗裂功能材料的放热量提高。例如，对比例1去掉羧基化改性淀粉后，含对比例1抗裂功能材料的凝胶材料体系的水化放热量升高；对比例2去掉可再分散乳胶粉后，含对比例2抗裂功能材料的凝胶材料体系的水化放热量升高；对比例3改变各组分的用量比例后，含对比例3抗裂功能材料的凝胶材料体系的水化放热量升高。
实施例6与实施例1的测试结果显示，若对磨细天然沸石粉和磨细再生骨料的比表面积进行优选，对羧基化改性淀粉的摩尔质量进行优选，可以进一步降低凝胶材料体系的水化放热量，很好的预防混凝土出现开裂的问题。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种机制砂混凝土专用抗裂功能材料，其特征在于，以重量份数计，包括以下组分，
10-30份磨细天然沸石粉；
70-90份磨细再生骨料；
1-3份可再分散乳胶粉；
0.2-0.5份羧基化改性淀粉；
其中，可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与丙烯酸酯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉；
所述磨细天然沸石粉的比表面积为320-400 m2/kg；
所述磨细再生骨料的比表面积为320-400 m2/kg；
所述可再分散乳胶粉的摩尔质量为50000-80000g/mol；
所述羧基化改性淀粉的摩尔质量为1000-5000 g/mol。
2.根据权利要求1所述的抗裂功能材料，其特征在于，所述磨细再生骨料来自固体废弃建筑物垃圾。
3.权利要求1或2所述的抗裂功能材料在机制砂混凝土防裂中的应用。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，以混凝土中的凝胶材料的总质量为基准，所述抗裂功能材料的添加量为20-30wt%。
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