CN115745525A - 一种高强度再生骨颗粒混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度再生骨颗粒混凝土及其制备方法，涉及混凝土技术领域。本发明以硅油为芯层、以聚碳硅烷为壳层，经梯度煅烧处理，形成疏水内壁的中空结构，为混凝土在冻融过程中内部水的迁移提供了空间，平均内部压力，提高混凝土的抗冻性能；然后在表面沉积二氧化硅层，经酸洗，形成多孔结构的亲水表面，有效吸附混凝土中的水分子，提高混凝土的抗渗性能；然后在羧甲基纤维素钠的作用下，复合纤维粘附在再生骨颗粒上，形成三维交联网状的支撑结构，同时共同填充进混凝土内部，密实混凝土孔隙结构，提高混凝土的抗压效果。本发明制备的混凝土具有抗压、抗冻、抗渗的效果。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，具体为一种高强度再生骨颗粒混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，它是由水泥、砂石和水按照适当的比例配合而成，以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。混凝土因其原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点在土木工程中使用广泛。
但随着城市建设的速度加快，建筑行业的发展也不断加快，使得人们对混凝土的需求量也越来越高，混凝土的制造需要消耗大量的砂石，而再生混凝土的出现很好的缓解对砂石的消耗。再生混凝土是在混凝土集料中加入再生骨料，减少新砂石等骨料的加入，再生骨料一般是从废弃的混凝土中获得，废弃混凝土经破碎和清洗后重新作为骨料加入到混凝土集料中，从而减少新砂石的使用，减少砂石资源的消耗。
在我国北方寒冷地区，在冬季很多建筑物容易发生冻融破坏现象。混凝土冻融破坏是指混凝土中的游离水受冻结冰后体积膨胀，在混凝土内部产生应力，由于反复作用或内应力超过混凝土抵抗强度致使混凝土整体强度下降。混凝土的冻融破坏是我国建筑物老化病害的主要问题之一，严重影响了建筑物的长期使用和安全运行。
此外，混凝土在实际的工程应用中，在混凝土的制备过程中由于搅拌过程中带入的气泡，而使得混凝土硬化后内部出现孔隙；这些孔隙在混凝土的应用过程中，在外界环境的作用下(温湿度变化、腐蚀介质的渗入等)会逐渐扩展形成微裂缝；混凝土内部的孔隙、微裂缝的存在会改变混凝土内部的孔结构，增大孔隙率，使得混凝土吸水率增加、耐久性降低，而影响混凝土的抗渗能力，成为制约高性能混凝土发展的重要因素。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度再生骨颗粒混凝土及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高强度再生骨颗粒混凝土，所述高强度再生骨颗粒混凝土包括再生骨颗粒、复合纤维、羧甲基纤维素钠、硅酸盐水泥、粉煤灰、减水剂、去离子水、引气剂。
进一步的，所述再生骨颗粒为直径10～20mm的再生粗骨料、直径1～10mm的再生细骨料。
进一步的，所述复合纤维由以下方法制得，以硅油IOTA278为芯液，以聚碳硅烷溶液为壳液，静电纺丝后，经过梯度煅烧，制得中空纤维，然后采用纯单晶硅板作为溅射靶材，溅射沉积得复合纤维。
进一步的，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂或萘系高效减水剂；所述引气剂为皂苷类引气剂或烷基芳烃磺酸类引气剂。
进一步的，一种高强度再生骨颗粒混凝土的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)以硅油IOTA278为芯液，以聚碳硅烷溶液为壳液，在流速比为1、电压为15kV、接收距离为15cm下静电纺丝，升温至190℃，煅烧5～7h后，升温至254℃，煅烧2～3h后，氮气氛围下，升温至1350℃，煅烧4～5h得中空纤维；
(2)将中空纤维置于磁控溅射设备中，抽真空至4×10-3Pa，以30mL/min通入氩气至气压为0.6Pa，采用纯单晶硅板作为溅射靶材，溅射85～104s后，浸入中空纤维质量3～5倍的质量分数为5％氢氟酸，浸泡10～15min后，过滤，用去离子水洗涤6～8次，100℃干燥6h，得复合纤维；
(3)将再生骨颗粒、去离子水、羧甲基纤维素钠、复合纤维按质量比1∶0.1∶0.003∶0.03～1∶0.1∶0.005∶0.05混合，搅拌均匀后，加入再生骨颗粒质量0.3～0.4倍的硅酸盐水泥、再生骨颗粒质量0.1倍的去离子水，搅拌均匀后，按质量比1∶0.1∶0.0003～1∶0.2∶0.0006加入粉煤灰、减水剂、引气剂，粉煤灰和再生骨颗粒的质量比为0.03∶1～0.04∶1，搅拌均匀，得高强度再生骨颗粒混凝土。
进一步的，步骤(1)所述聚碳硅烷溶液为分子量为1800～2200的聚碳硅烷、四氢呋喃、聚乙烯吡咯烷酮、无水乙醇按质量比1∶3.5∶0.5∶0.7～1∶5.3∶0.5∶0.9混合。
进一步的，步骤(2)所述溅射条件：溅射电流为6～10A，氧气流量为40～60mL/min，氧气体积分数为10～25％。
进一步的，步骤(3)所述再生骨颗粒为再生粗骨料、再生细骨料按质量比1∶0.7～1∶1混合。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明依次通过电纺、梯度煅烧处理、沉积处理，制得复合纤维，与羧甲基纤维素钠、再生骨颗粒等制得混凝土，以实现抗冻、防渗透、抗压的效果。
首先，本发明以硅油为芯层、以聚碳硅烷为壳层，经电纺后获得前驱体纤维，然后进行梯度煅烧处理，碳化硅烧结成型过程中，硅油中的亲水基团与碳化硅表面的羟基结合，而硅油中疏水基团向外，并随着温度的升高，芯层逐步瓦解，形成疏水内壁的中空结构，减少混凝土中的水分进入纤维内部，在冻融过程中，静水压与渗透压的作用下，水会进入到中空内部，为混凝土在冻融过程中内部水的迁移提供了空间，平均内部压力，提高混凝土的抗冻性能，有利于提高混凝土强度；然后进行磁控溅射沉积处理，在中空纤维表面沉积一层二氧化硅层，再经酸洗，形成多孔结构，与表面二氧化硅共同作用，形成亲水表面，吸附混凝土中的水分子，在固化过程中，中空纤维表面的微孔逐渐缓释水，减少聚集，提高混凝土的抗渗性能，同时混凝土内部的空气进入微孔，减少混凝土内部孔隙和裂缝发生的概率，从而提高混凝土的抗渗性能，增益混凝土的强度。
其次，本发明利用羧甲基纤维素钠的粘性，将复合纤维粘附在再生骨颗粒上，形成三维交联网状的支撑结构，提高混凝土的抗压效果；复合纤维在水化过程中，与氢氧化钙反应，生成凝胶后，填充再生骨颗粒的微细裂痕种，并与复合纤维相互缠结，填充进混凝土内部，密实混凝土孔隙结构，提高混凝土的抗压效果，同时通过相互缠结存在的应力，阻止混凝土在高压环境下裂隙不断扩大导致其崩坏的现象；此外，混凝土将支撑结构表面包裹，固化后能够阻挡复合纤维脱离，提高凝胶填补裂缝时的稳定性，有利于提高混凝土的抗压效果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更清楚的说明本发明提供的方法通过以下实施例进行详细说明，在以下实施例中制作的高强度再生骨颗粒混凝土的各指标测试方法如下：
取相同质量的实施例与对比例浇筑至模具中，震动处理后，干燥脱模，在25℃下标准养护，进行抗压、抗渗、抗冻效果测试；
抗压：参照GB/T 50081对各个试件进行抗压强度测试，检测混凝土在养护28d后的抗压强度；
抗渗：参照GB/T 50082测定混凝土渗水深度；
抗冻：参照GB/T 50082对养护28d后的混凝土冻融循环50次作用下的抗压强度损失量进行测试。
实施例1
(1)将分子量为1800的聚碳硅烷、四氢呋喃、聚乙烯吡咯烷酮、无水乙醇按质量比1∶3.5∶0.5∶0.7混合，得聚碳硅烷溶液；以硅油IOTA278为芯液，以聚碳硅烷溶液为壳液，在流速比为1、电压为15kV、接收距离为15cm下静电纺丝，升温至190℃，煅烧5h后，升温至254℃，煅烧2h后，氮气氛围下，升温至1350℃，煅烧4h得中空纤维；
(2)将中空纤维置于磁控溅射设备中，抽真空至4×10-3pa，以30mL/min通入氩气至气压为0.6Pa，采用纯单晶硅板作为溅射靶材，在溅射电流为6A、氧气流量为40mL/min、氧气体积分数为10％的条件下溅射85s后，浸入中空纤维质量3倍的质量分数为5％氢氟酸，浸泡10min后，过滤，用去离子水洗涤6次，100℃干燥6h得复合纤维；
(3)将直径10mm的再生粗骨料、直径1mm的再生细骨料按质量比1∶0.7混合得再生骨颗粒；将再生骨颗粒、去离子水、羧甲基纤维素钠、复合纤维按质量比1∶0.1∶0.003∶0.03混合，搅拌均匀后，加入再生骨颗粒质量0.3倍的硅酸盐水泥、再生骨颗粒质量0.1倍的去离子水，搅拌均匀后，按质量比1∶0.1∶0.0003加入粉煤灰、聚羧酸高效减水剂、皂苷类引气剂，粉煤灰和再生骨颗粒的质量比为0.03∶1，搅拌均匀，得高强度再生骨颗粒混凝土。
实施例2
(1)将分子量为2000的聚碳硅烷、四氢呋喃、聚乙烯吡咯烷酮、无水乙醇按质量比1∶4.4∶0.5∶0.8混合，得聚碳硅烷溶液；以硅油IOTA278为芯液，以聚碳硅烷溶液为壳液，在流速比为1、电压为15kV、接收距离为15cm下静电纺丝，升温至190℃，煅烧6h后，升温至254℃，煅烧2.5h后，氮气氛围下，升温至1350℃，煅烧4.5h得中空纤维；
(2)将中空纤维置于磁控溅射设备中，抽真空至4×10-3Pa，以30mL/min通入氩气至气压为0.6Pa，采用纯单晶硅板作为溅射靶材，在溅射电流为8A、氧气流量为50mL/min、氧气体积分数为18％的条件下溅射95s后，浸入中空纤维质量4倍的质量分数为5％氢氟酸，浸泡13min后，过滤，用去离子水洗涤7次，100℃干燥6h，得复合纤维；
(3)将直径15mm的再生粗骨料、直径5.5mm的再生细骨料按质量比1∶0.85混合得再生骨颗粒；将再生骨颗粒、去离子水、羧甲基纤维素钠、复合纤维按质量比1∶0.1∶0.004∶0.04混合，搅拌均匀后，加入再生骨颗粒质量0.35倍的硅酸盐水泥、再生骨颗粒质量0.1倍的去离子水，搅拌均匀后，按质量比1∶0.15∶0.0004.5加入粉煤灰、萘系高效减水剂、烷基芳烃磺酸类引气剂，粉煤灰和再生骨颗粒的质量比为0.035∶1，搅拌均匀，得高强度再生骨颗粒混凝土。
实施例3
(1)将分子量为2200的聚碳硅烷、四氢呋喃、聚乙烯吡咯烷酮、无水乙醇按质量比1∶5.3∶0.5∶0.9混合，得聚碳硅烷溶液；以硅油IOTA278为芯液，以聚碳硅烷溶液为壳液，在流速比为1、电压为15kV、接收距离为15cm下静电纺丝，升温至190℃，煅烧7h后，升温至254℃，煅烧3h后，氮气氛围下，升温至1350℃，煅烧5h得中空纤维；
(2)将中空纤维置于磁控溅射设备中，抽真空至4×10-3Pa，以30mL/min通入氩气至气压为0.6Pa，采用纯单晶硅板作为溅射靶材，在溅射电流为10A、氧气流量为60mL/min、氧气体积分数为25％的条件下溅射104s后，浸入中空纤维质量5倍的质量分数为5％氢氟酸，浸泡15min后，过滤，用去离子水洗涤8次，100℃干燥6h得复合纤维；
(3)将直径20mm的再生粗骨料、直径10mm的再生细骨料按质量比1∶1混合得再生骨颗粒；将再生骨颗粒、去离子水、羧甲基纤维素钠、复合纤维按质量比1∶0.1∶0.005∶0.05混合，搅拌均匀后，加入再生骨颗粒质量0.4倍的硅酸盐水泥、再生骨颗粒质量0.1倍的去离子水，搅拌均匀后，按质量比1∶0.2∶0.0006加入粉煤灰、聚羧酸高效减水剂、烷基芳烃磺酸类引气剂，粉煤灰和再生骨颗粒的质量比为0.04∶1，搅拌均匀，得高强度再生骨颗粒混凝土。
对比例1
(1)将分子量为2000的聚碳硅烷、四氢呋喃、聚乙烯吡咯烷酮、无水乙醇按质量比1∶4.4∶0.5∶0.8混合，在电压为15kV、接收距离为15cm下静电纺丝，升温至254℃，煅烧2.5h后，氮气氛围下，升温至1350℃，煅烧4.5h得纤维；
(2)将中空纤维置于磁控溅射设备中，抽真空至4×10-3Pa，以30mL/min通入氩气至气压为0.6Pa，采用纯单晶硅板作为溅射靶材，在溅射电流为8A、氧气流量为50mL/min、氧气体积分数为18％的条件下溅射95s后，浸入中空纤维质量4倍的质量分数为5％氢氟酸，浸泡13min后，过滤，用去离子水洗涤7次，100℃干燥6h，得复合纤维；
(3)将直径15mm的再生粗骨料、直径5.5mm的再生细骨料按质量比1∶0.85混合得再生骨颗粒；将再生骨颗粒、去离子水、羧甲基纤维素钠、复合纤维按质量比1∶0.1∶0.004∶0.04混合，搅拌均匀后，加入再生骨颗粒质量0.35倍的硅酸盐水泥、再生骨颗粒质量0.1倍的去离子水，搅拌均匀后，按质量比1∶0.15∶0.0004.5加入粉煤灰、萘系高效减水剂、烷基芳烃磺酸类引气剂，粉煤灰和再生骨颗粒的质量比为0.035∶1，搅拌均匀，得高强度再生骨颗粒混凝土。
对比例2
(1)将分子量为2000的聚碳硅烷、四氢呋喃、聚乙烯吡咯烷酮、无水乙醇按质量比1∶4.4∶0.5∶0.8混合，得聚碳硅烷溶液；以硅油IOTA278为芯液，以聚碳硅烷溶液为壳液，在流速比为1、电压为15kV、接收距离为15cm下静电纺丝，升温至190℃，煅烧6h后，升温至254℃，煅烧2.5h后，氮气氛围下，升温至1350℃，煅烧4.5h得中空纤维；
(2)将直径15mm的再生粗骨料、直径5.5mm的再生细骨料按质量比1∶0.85混合得再生骨颗粒；将再生骨颗粒、去离子水、羧甲基纤维素钠、中空纤维按质量比1∶0.1∶0.004∶0.04混合，搅拌均匀后，加入再生骨颗粒质量0.35倍的硅酸盐水泥、再生骨颗粒质量0.1倍的去离子水，搅拌均匀后，按质量比1∶0.15∶0.0004.5加入粉煤灰、萘系高效减水剂、烷基芳烃磺酸类引气剂，粉煤灰和再生骨颗粒的质量比为0.035∶1，搅拌均匀，得高强度再生骨颗粒混凝土。
对比例3
(1)将分子量为2000的聚碳硅烷、四氢呋喃、聚乙烯吡咯烷酮、无水乙醇按质量比1∶4.4∶0.5∶0.8混合，得聚碳硅烷溶液；以硅油IOTA278为芯液，以聚碳硅烷溶液为壳液，在流速比为1、电压为15kV、接收距离为15cm下静电纺丝，升温至190℃，煅烧6h后，升温至254℃，煅烧2.5h后，氮气氛围下，升温至1350℃，煅烧4.5h得中空纤维；
(2)将中空纤维置于磁控溅射设备中，抽真空至4×10-3Pa，以30mL/min通入氩气至气压为0.6Pa，采用纯单晶硅板作为溅射靶材，在溅射电流为8A、氧气流量为50mL/min、氧气体积分数为18％的条件下溅射95s后，浸入中空纤维质量4倍的质量分数为5％氢氟酸，浸泡13min后，过滤，用去离子水洗涤7次，100℃干燥6h，得复合纤维；
(3)将直径15mm的再生粗骨料、直径5.5mm的再生细骨料按质量比1∶0.85混合得再生骨颗粒；将再生骨颗粒、去离子水、复合纤维按质量比1∶0.1∶0.04混合，搅拌均匀后，加入再生骨颗粒质量0.35倍的硅酸盐水泥、再生骨颗粒质量0.1倍的去离子水，搅拌均匀后，按质量比1∶0.15∶0.0004.5加入粉煤灰、萘系高效减水剂、烷基芳烃磺酸类引气剂，粉煤灰和再生骨颗粒的质量比为0.035∶1，搅拌均匀，得高强度再生骨颗粒混凝土。
效果例
下表1给出了采用本发明实施例1至3与对比例1至3的高强度再生骨颗粒混凝土的性能分析结果。
表1
| 抗压强度(MPa) | 抗压强度损失量(MPa) | 渗水深度(mm) | |
| 实施例1 | 63.2 | 5.0 | 4.9 |
| 实施例2 | 63.5 | 4.7 | 4.7 |
| 实施例3 | 63.3 | 4.9 | 4.8 |
| 对比例1 | 57.9 | 7.7 | 5.1 |
| 对比例2 | 58.0 | 5.2 | 7.3 |
| 对比例3 | 58.4 | 5.9 | 6.0 |
从实施例与对比例的实验数据比较可以发现，本发明以硅油为芯层、以聚碳硅烷为壳层，电纺后，经过梯度煅烧处理，形成疏水内壁的中空结构，在冻融过程中，为混凝土在冻融过程中内部水的迁移提供了空间，平均内部压力，提高混凝土的抗冻性能，有利于提高混凝土强度；然后磁控溅射形成二氧化硅层，经酸洗，形成多孔结构，与表面二氧化硅共同作用，形成亲水表面，吸附混凝土中的水分子，减少混凝土水分聚集，同时混凝土内部的空气进入微孔，减少混凝土内部孔隙和裂缝发生的概率，从而提高混凝土的抗渗性能，增益混凝土的强度；在羧甲基纤维素钠的作用下，将复合纤维粘附在再生骨颗粒上，形成三维交联网状的支撑结构，提高混凝土的抗压效果；在水化过程中，复合纤维与氢氧化钙反应，生成凝胶后，填充再生骨颗粒的微细裂痕种，并与复合纤维相互缠结，填充进混凝土内部，密实混凝土孔隙结构，提高混凝土的抗压效果，同时通过相互缠结存在的应力，阻止混凝土在高压环境下裂隙不断扩大导致其崩坏的现象。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (8)
1.一种高强度再生骨颗粒混凝土，其特征在于，所述高强度再生骨颗粒混凝土包括再生骨颗粒、复合纤维、羧甲基纤维素钠、硅酸盐水泥、粉煤灰、减水剂、去离子水、引气剂。
2.根据权利要求1所述的一种高强度再生骨颗粒混凝土，其特征在于，所述再生骨颗粒为直径10～20mm的再生粗骨料、直径1～10mm的再生细骨料。
3.根据权利要求1所述的一种高强度再生骨颗粒混凝土，其特征在于，所述复合纤维由以下方法制得，以硅油IOTA278为芯液，以聚碳硅烷溶液为壳液，静电纺丝后，经过梯度煅烧，制得中空纤维，然后采用纯单晶硅板作为溅射靶材，溅射沉积得复合纤维。
4.根据权利要求1所述的一种高强度再生骨颗粒混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂或萘系高效减水剂；所述引气剂为皂苷类引气剂或烷基芳烃磺酸类引气剂。
5.一种高强度再生骨颗粒混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
(1)以硅油IOTA278为芯液，以聚碳硅烷溶液为壳液，在流速比为1、电压为15kV、接收距离为15cm下静电纺丝，升温至190℃，煅烧5～7h后，升温至254℃，煅烧2～3h后，氮气氛围下，升温至1350℃，煅烧4～5h得中空纤维；
(2)将中空纤维置于磁控溅射设备中，抽真空至4×10-3Pa，以30mL/min通入氩气至气压为0.6Pa，采用纯单晶硅板作为溅射靶材，溅射85～104s后，浸入中空纤维质量3～5倍的质量分数为5％氢氟酸，浸泡10～15min后，过滤，用去离子水洗涤6～8次，100℃干燥6h，得复合纤维；
(3)将再生骨颗粒、去离子水、羧甲基纤维素钠、复合纤维按质量比1∶0.1∶0.003∶0.03～1∶0.1∶0.005∶0.05混合，搅拌均匀后，加入再生骨颗粒质量0.3～0.4倍的硅酸盐水泥、再生骨颗粒质量0.1倍的去离子水，搅拌均匀后，按质量比1∶0.1∶0.0003～1∶0.2∶0.0006加入粉煤灰、减水剂、引气剂，粉煤灰和再生骨颗粒的质量比为0.03∶1～0.04∶1，搅拌均匀，得高强度再生骨颗粒混凝土。
6.根据权利要求5所述的一种高强度再生骨颗粒混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述聚碳硅烷溶液为分子量为1800～2200的聚碳硅烷、四氢呋喃、聚乙烯吡咯烷酮、无水乙醇按质量比1∶3.5∶0.5∶0.7～1∶5.3∶0.5∶0.9混合。
7.根据权利要求5所述的一种高强度再生骨颗粒混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述溅射条件：溅射电流为6～10A，氧气流量为40～60mL/min，氧气体积分数为10～25％。
8.根据权利要求5所述的一种高强度再生骨颗粒混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述再生骨颗粒为再生粗骨料、再生细骨料按质量比1∶0.7～1∶1混合。
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