CN115806416A - 一种高灵敏度的绿色智能高强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灵敏度的绿色智能高强混凝土及其制备方法，在不掺加常规的微纳米导电填料的前提下，仅采用废弃陶瓷替代部分水泥和全部石英砂制备出具有高压敏灵敏度的高性能智能混凝土。制备原料按质量份包括：水泥70‑80份，陶瓷粉20‑30份，陶瓷砂(骨料)100‑110份，水15‑20份，聚羧酸高效减水剂2‑4份。本发明提供的绿色智能高强混凝土采用常规搅拌工艺和养护方法，在循环荷载作用下可实现良好地自感知性能，应变灵敏度高达913.63；抗压强度和抗折强度可达113.9MPa和20.7MPa；不仅成本低廉，而且制备工艺简单，适合大规模推广应用；并可实现废弃陶瓷的高附加值处理和资源化利用。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化利用和智能混凝土技术领域，具体为一种高灵敏度的绿色智能高强混凝土及其制备方法。
背景技术
随着城镇化建设的不断推进，混凝土仍是当今用量最大的建筑材料。然而，以混凝土为主的大量建筑物和构筑物服役寿命长达几十年，在服役过程中不可避免因内部材料和外界环境作用出现耐久性问题，如受风荷载、不均匀沉降、地震作用等出现结构开裂，以及混凝土因自身材料老化而出现的功能性退化等问题。这些问题由于缺乏实时有效监测和维修，导致混凝土结构处于损伤状态，进而使得结构承载力下降甚至结构破坏。因此混凝土的结构健康监测显得尤为重要。使用具有自感知能力的智能混凝土作为传感器对混凝土进行结构健康监测是一种有效的监测手段，智能混凝土传感器与混凝土结构兼容好，并且相比传统传感器其造价更低，因而智能混凝土是解决上述问题的一种理想材料。
目前，智能混凝土的制备主要通过添加导电填料或导电纤维以提高其电导率和机敏性，如碳纳米管、碳纤维、石墨、金属粉末及金属纤维等，其中纳米导电填料及碳纤维等普遍存在难分散、易团聚、吸水性强等问题，这些问题容易使得混凝土孔隙增加进而导致力学性能下降，并且相比普通混凝土，导电填料难分散，往往需要较复杂的工艺，并且将大幅提升工程实际应用造价。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明所要解决是目前智能混凝土所添加的导电填料或导电纤维导致其力学性能下降，制备工艺复杂，造价高等技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种高灵敏度的绿色智能高强混凝土及其制备方法，在保证智能混凝土高灵敏度和高强度的情况下，采用简单的制备工艺，获得低造价的绿色智能混凝土。所述智能高强混凝土利用经破碎研磨处理后的废弃陶瓷粉、陶瓷砂作为制备原料，并采用常规标准养护方式，具有高强度、高应力应变灵敏度、低制备成本等优点；并且为固废陶瓷的再次利用提供了一种高附加值的应用途径。
所述一种高灵敏度的绿色智能高强混凝土，包括以下质量份数的组分：水泥70-80份，陶瓷粉20-30份，陶瓷砂(骨料)100-110份，水15-20份，减水剂2-4份。由所述水泥和陶瓷粉组成胶凝材料，所述水泥采用普通硅酸盐水泥，等级为52.5，所述水泥占胶凝材料质量的70％-80％；所述陶瓷粉是由废弃瓷砖颗粒研磨而成，加工后比表面积约为1000kg/m3，所述陶瓷粉占胶凝材料的20％-30％。所述陶瓷砂在混凝土中起骨料作用，其由废弃瓷砖破碎而成，破碎后细度模数为2-3，表观密度为2-3，吸水率为8-12％；所述陶瓷砂为所述胶凝材料质量的1-1.1倍。所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，含固量为40-50％，减水率大于60％；所述减水剂占胶凝材料质量的2-4％。所述水的质量占胶凝材料的15-20％。
一种上述高灵敏度的绿色智能高强混凝土的制备方法，所述方法包括如下步骤：
①按照水泥70-80份，陶瓷粉20-30份，陶瓷砂(骨料)100-110份，水15-20份，减水剂2-4份的质量份数称量所需原材料；将称量好的减水剂和80-90％的水放入烧杯A中，预留10-20％水放入烧杯B中，用玻璃棒将烧杯A中的水和减水剂搅拌均匀，搅拌时间为1min。
②将所述水泥和陶瓷粉倒入搅拌机中搅拌，搅拌时间为2min，使得水泥和陶瓷粉混合均匀。
③将步骤①获得的烧杯A中水和减水剂的混合液，倒入步骤②获得的水泥和陶瓷粉的混合料中，并搅拌1min；再将步骤①获得的烧杯B中的预留水，倒入上述拌合物中，搅拌2min。
④将称量好的陶瓷砂作为骨料倒入搅拌机中，搅拌3-5min，直至胶凝材料与骨料混和均匀；铲刮除去锅壁和搅拌叶上粘附的浆体，再搅拌3-5min，直至拌合物具有较好的流动性。
⑤将步骤④搅拌后的混凝土拌合物填入试模(40mm×40mm×160mm)中；在试模垂直方向上插入不锈钢网作为测量电极，并放在振动台上振动20s，直至混凝土拌合物表面渗出浆液并无明显气泡排出。
⑥试件制作好后将其放在温度为20±1℃，相对湿度大于95％的恒温恒湿养护箱中养护，24h后拆模。拆模以后试件立即放入到20±1℃的水中继续养护。
所述搅拌机为卧式强制性搅拌机，转速为80r/min；所述不锈钢电极网布置间距为140mm，两端距离均为10mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明利用固废陶瓷制备的绿色智能高强混凝土，具有优异的自感知性能；并且在不同加载幅值和加载速率下均具有稳定且高灵敏度的压敏性。该方法不掺加常规的微米和纳米导电填料，并且充分利用废弃陶瓷粉火山灰活性和陶瓷骨料内养护效应，实现较为优异的力学性能，后期抗折强度和抗压强度显著提高。由于采用了固废陶瓷作为原料，与现有智能混凝土相比，其造价更低、工艺简单且具有优异的力学性能和高压敏灵敏度。所用原材料简单易取，成本低廉；制备工艺简便，传统搅拌方法即可制备；在一定程度上促进了制陶和建材产业低碳绿色可持续发展，能够实现经济和环境的双收益；可在绿色建筑材料、智能混凝土、智能建筑、健康检测等诸多领域推广应用。
附图说明
图1为实施例1利用固废陶瓷制备的绿色智能高强混凝土试件的抗折和抗压强度随龄期的增长图；
图2为实施例1利用固废陶瓷制备的绿色智能高强混凝土试件的电阻率变化率对压应力的响应曲线；
图3为实施例1利用固废陶瓷制备的绿色智能高强混凝土试件的电阻率变化率对压应变的响应曲线。
具体实施方式
下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明的绿色智能高强混凝土试件的抗折和抗压强度的检测依据GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》。
实施例1
本发明提供了一种高灵敏度的绿色智能高强混凝土，包括以下质量份数的组分：水泥(普通硅酸盐水泥，等级为52.5)75份，陶瓷粉25份，陶瓷砂(骨料)100份，水20份，聚羧酸高效减水剂2.5份。由上述水泥和陶瓷粉组成胶凝材料，所述陶瓷粉是由瓷砖颗粒研磨而成，加工后比表面积约为1000kg/m3；所述陶瓷砂在混凝土中起骨料作用，其由废弃瓷砖破碎而成，破碎后细度模数为2.02，表观密度为2.43，吸水率为9.6％；所述聚羧酸高效减水剂的含固量为45％，减水率大于60％。
一种上述高灵敏度的绿色智能高强混凝土的制备方法，所述方法包括如下步骤：
①按照水泥(普通硅酸盐水泥，等级为52.5)75份，陶瓷粉25份，陶瓷砂(骨料)100份，水20份，聚羧酸高效减水剂2.5份的质量份数称量所需原材料；将称量好的减水剂和80％的水(即16质量份)放入烧杯A中，预留20％水(即4质量份)放入烧杯B中，用玻璃棒将烧杯A中的水和减水剂搅拌均匀，搅拌时间为1min。
②将所述水泥和陶瓷粉倒入卧式强制性搅拌机中搅拌，转速为80r/min，搅拌时间为2min，使得水泥和陶瓷粉混合均匀。
③将步骤①获得的烧杯A中水和减水剂的混合液，倒入步骤②获得的水泥和陶瓷粉的混合料中，并搅拌1min；再将步骤①获得的烧杯B中的预留水，倒入上述拌合物中，搅拌2min。
④将称量好的陶瓷砂作为骨料倒入卧式强制性搅拌机中，转速为80r/min，搅拌5min，直至胶凝材料与骨料混和均匀；铲刮去除锅壁和搅拌叶上粘附的浆体，再搅拌5min，直至拌合物具有较好的流动性。
⑤将步骤④搅拌后的混凝土拌合物填入试模(40mm×40mm×160mm)中；在试模垂直方向上插入不锈钢网作为测量电极，所述不锈钢电极网布置间距为140mm，两端距离均为10mm；并放在振动台上振动20s，直至混凝土拌合物表面渗出浆液并无明显气泡排出。
⑥试件制作好后将其放在温度为20±1℃，相对湿度大于95％的恒温恒湿养护箱中养护，24小时后拆模。拆模以后试件立即放入到20±1℃的水中继续养护。
对实施例1制备的绿色智能高强混凝土试件进行测试，如图1-3所示，利用固废陶瓷制备的智能高强混凝土，能充分利用废弃陶瓷粉火山灰活性和陶瓷骨料内养护效应，实现较为优异的力学性能，后期抗折和抗压强度可达20.7MPa和113.9MPa；并且具有优异的自感知性能，在循环荷载作用下，其最大电阻率变化率可达22.4％，应变灵敏度可达913.63，在不同加载幅值和加载速率下均具有稳定且高灵敏度的压敏性。
对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (6)
1.一种高灵敏度的绿色智能高强混凝土，其特征在于，包括以下质量份数的组分：水泥70-80份，陶瓷粉20-30份，陶瓷砂100-110份，水15-20份，减水剂2-4份。
2.根据权利要求1所述一种高灵敏度的绿色智能高强混凝土，其特征在于：由所述水泥和陶瓷粉组成胶凝材料，所述水泥采用普通硅酸盐水泥，等级为52.5，所述水泥占胶凝材料质量的70-80％；所述陶瓷粉是由废弃瓷砖颗粒研磨而成，加工后比表面积约为1000kg/m3，所述陶瓷粉占胶凝材料的20-30％。
3.根据权利要求1所述一种高灵敏度的绿色智能高强混凝土，其特征在于：所述陶瓷砂在混凝土中起骨料作用，其由废弃瓷砖破碎而成，破碎后细度模数为2-3，表观密度为2-3，吸水率为8-12％；所述陶瓷砂为所述胶凝材料质量的1-1.1倍。
4.根据权利要求1所述一种高灵敏度的绿色智能高强混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，含固量为40-50％，减水率大于60％；所述减水剂占胶凝材料质量的2-4％；所述水的质量占胶凝材料的15-20％。
5.一种权利要求1-4所述高灵敏度的绿色智能高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
①按照水泥70-80份，陶瓷粉20-30份，陶瓷砂100-110份，水15-20份，减水剂2-4份的质量份数称量所需原材料；将称量好的减水剂和80-90％的水放入烧杯A中，预留10-20％水放入烧杯B中，用玻璃棒将烧杯A中的水和减水剂搅拌均匀，搅拌时间为1min；
②将所述水泥和陶瓷粉倒入搅拌机中搅拌，搅拌时间为2min；
③将步骤①获得的烧杯A中水和减水剂的混合液，倒入步骤②获得的水泥和陶瓷粉的混合料中，并搅拌1min；再将步骤①烧杯B中的预留水倒入上述拌合物中，搅拌2min；
④将称量好的陶瓷砂作为骨料倒入搅拌机中，搅拌3-5min后，去除锅壁和搅拌叶上粘附的浆体，再搅拌3-5min；
⑤将步骤④搅拌后的混凝土拌合物填入试模中，在试模垂直方向上插入不锈钢电极网作为测量电极，并放在振动台上振动20s；
⑥将步骤⑤制作好的试件放在温度为20±1℃，相对湿度大于95％的恒温恒湿养护箱中养护24h后拆模；拆模后试件立即放入20±1℃的水中养护。
6.根据权利要求5所述一种高灵敏度的绿色智能高强混凝土的制备方法，其特征在于：所述搅拌机为卧式强制性搅拌机，转速为80r/min；所述不锈钢电极网布置间距为140mm，两端距离均为10mm。
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