CN116143463A - 活性粉末混凝土及制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及混凝土领域，具体公开了一种活性粉末混凝土及制备工艺。活性粉末混凝土包括水泥10‑15份、石英砂12‑18份、硅灰3‑5份、矿渣2‑4份、减水剂2‑3份、改性聚酰亚胺树脂4‑6份、液晶高分子聚合物1‑3份、外加剂3‑5份、钢纤维2‑4份、水20‑25份，所述改性聚酰亚胺树脂为含硅氧烷结构的聚酰亚胺树脂；其制备方法为：（1）称量好各原料后，将液晶高分子聚合物、钢纤维与改性聚酰亚胺树脂混合并进行一次搅拌，得到一次拌合物；（2）向所述一次拌合物中加入剩余干料进行二次搅拌，得到二次混合物；（3）将混合后的减水剂和水分两次等量加入所述二次混合物搅拌，得到活性粉末混凝土。本申请的活性粉末混凝土可应用与高温环境下，具有抗压与抗折强度高、耐高温的优点。
Description
技术领域
本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种活性粉末混凝土及制备工艺。
背景技术
混凝土是建筑工程领域使用最广泛的建筑材料，但是普通混凝土存在体积大、自重大、脆性高、孔隙多和易受环境介质侵蚀等问题。活性粉末混凝土是一种先进的水泥基复合材料，具有超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定性好等优点，可以弥补传统混凝土所存在的缺陷。由于其优异的性能，活性粉末混凝土广泛应用于建筑工程如发电厂、高速铁路、城际铁路、地铁桥隧、市政工程的沟盖板、电缆槽盖板，再如建筑工程的钢结构、木结构建筑物的内墙围护、楼层隔板及体育、剧场、会议室的吸音板、楼梯脚踏板等。
在某些情况下，活性粉末混凝土长期处于高温环境，如工业厂房高温反应炉、冶金和化工厂房等，存在高温易爆裂等问题。
发明内容
为了提高活性粉末混凝土的耐高温能力，本申请提供一种活性粉末混凝土。
第一方面，本申请提供一种活性粉末混凝土，采用如下的技术方案：
一种活性粉末混凝土，包括以下重量组份：
水泥10-15份、石英砂12-18份、硅灰3-5份、矿渣2-4份、减水剂2-3份、改性聚酰亚胺树脂4-6份、液晶高分子聚合物1-3份、外加剂3-5份、钢纤维2-4份、水20-25份，所述改性聚酰亚胺树脂为含硅氧烷结构的聚酰亚胺树脂。
通过上述技术方案，随着硅灰、外加剂等细粉类物质的加入，细粉尺寸较小，之间容易团聚，导致细粉在颗粒之间的移动变得困难，液晶高分子聚合物可以增加细粉分散性、使混凝土各原料相容性较好，提高混凝土的抗压能力以及热稳定性。同时液晶高分子聚合物还可以与改性聚酰亚胺树脂形成规整的纤维状结构，使混凝土高温受热不爆裂，与均匀分散的耐高温的填料一起提高混凝土的力学性能与耐高温能力。
可选的，所述含硅烷结构的聚酰亚胺树脂由羧丙基封端的聚二甲基硅氧烷、聚多巴胺与聚酰亚胺树脂接枝改性而成。
通过采用上述技术方案，聚酰亚胺树脂具有较好的耐热性能，但韧性较差，通过羧丙基封端的聚二甲基硅氧烷对聚酰亚胺树脂进行改性，在增强聚酰亚胺树脂的韧性、抗压强度能力的同时进一步提高聚酰亚胺树脂的耐高温性能。
可选的，所述聚多巴胺、羧丙基封端的聚二甲基硅氧烷与聚酰亚胺树脂的反应重量之比为0.2:(5-8):10。
可选的，所述改性聚酰亚胺树脂的制备方法如下：
将聚多巴胺与聚酰亚胺树脂按比例50-60℃下混合搅拌均匀反应30-40min后加入羧丙基封端的聚二甲基硅氧烷搅拌均匀。
通过采用上述技术方案，对聚酰亚胺树脂进行改性，聚多巴胺表面具有大量活性官能团可以与聚酰亚胺树脂紧密连接在一起，胺基与具有羟丙基的聚二甲基硅氧烷反应，将硅氧烷接枝到聚酰胺树脂上，利用硅氧烷的柔性以及高温氧化交联使得树脂固化物耐热性能大大提高。
可选的，所述外加剂为纳米二氧化钛、纳米碳酸钙中的一种。
通过采用上述技术方案，纳米二氧化钛、纳米碳酸钙能改善耐高温混凝土的力学性能，其次引入杂化钛原子可以与体系中的氧原子形成键能更高的共价键，从而在一定程度上进一步提高混凝土的耐高温性能。
可选的，所述原料还包括黏土、铝矾土或偏高岭石中任意两种的组合物。
优选的，上述组合物的添加量不超过混凝土组分的2％
优选的，上述组合物的粒径不大于400μm。
通过采用上述技术方案，黏土、铝矾石与偏高岭石都具有能够填补混凝土内部孔隙，降低混凝土显气孔率，提高试样致密性的作用，从而有效提高混凝土的力学性能，同时因其内部含有较多的氧化硅与氧化铝，高温下会形成硅含量丰富的非晶相，从而进一步提高混凝土的耐高温能力。
可选的，所述原料中石英砂采用0.106-0.212mm和0.212-0.425mm2种粒径的。
通过采用上述技术方案，树脂与液晶高分子聚合物形成网络状的纤维骨架，中等颗粒填充到网络结构内部，细小颗粒填充到剩余的孔隙里，从而提高混凝土的体积密度、降低内部气孔率，提高混凝土耐高温性能。
第二方面，本申请提供一种活性粉末混凝土的制备工艺，采用如下的技术方案：
一种活性粉末混凝土的制备工艺，包括如下步骤：
(1)称量好各原料后，将液晶高分子聚合物、钢纤维与改性聚酰亚胺树脂混合并进行一次搅拌，得到一次拌合物；
(2)向所述一次拌合物中加入水泥、石英砂、硅灰、外加剂、矿渣进行二次搅拌，得到二次混合物；
(3)将混合后的减水剂和水分两次等量加入所述二次混合物搅拌，得到活性粉末混凝土。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用改性聚酰亚胺树脂与液晶高分子聚合物相互配合形成纤维网状结构，中等颗粒大小的石英砂、矿渣填充到网络结构内部，硅灰、水泥等细小颗粒填充到孔隙中，使混凝土具有致密的微观结构，提高混凝土的各项力学性能，同时液晶高分子聚合物可以改善细粉类原料在浆料中出现的易团聚等现象，在高温下，混凝土受热高温固化，进一步提高混凝土的耐高温性能。
2、本申请中采用了改性聚酰亚胺树脂，聚酰亚胺树脂本身就具有很好的耐高温性能，但韧性较差，通过改性一方面提高了聚酰亚胺树脂的柔韧性，另一方面进一步提高了聚酰亚胺树脂的耐高温性能，得到了各项性能都较优的耐高温活性粉末混凝土。
3、本申请的方法，通过控制混凝土粗细原料的配比，使混凝土可以达到最紧密堆积，从而有效提高混凝土的力学性能。
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。
原料和/或中间体的制备例
制备例1
一种改性聚酰亚胺树脂，其制备方法如下：
将0.2kg聚多巴胺与5kg聚酰亚胺树脂50℃下混合搅拌均匀反应30min后，加入10kg羧丙基封端的聚二甲基硅氧烷搅拌反应3h，得到改性聚酰亚胺树脂。
制备例2
一种改性聚酰亚胺树脂，其制备方法如下：
将0.2kg聚多巴胺与6.5kg聚酰亚胺树脂60℃下混合搅拌均匀反应40min后，加入10kg羧丙基封端的聚二甲基硅氧烷搅拌均匀反应3h，得到改性聚酰亚胺树脂。
制备例3
一种改性聚酰亚胺树脂，其制备方法如下：
将0.2kg聚多巴胺与8kg聚酰亚胺树脂50℃下混合搅拌均匀反应35min后，加入10kg羧丙基封端的聚二甲基硅氧烷搅拌反应3h，得到改性聚酰亚胺树脂。
实施例
实施例1
一种活性粉末混凝土，由以下方法制备：
(1)将1kg液晶高分子聚合物、2kg钢纤维与5kg改性聚酰亚胺树脂混合并以40转/min的速度搅拌2min，得到一次拌合物；
(2)向所述一次拌合物中加入10kg水泥、16kg石英砂、3kg硅灰、3kg纳米二氧化钛、2kg矿渣进行二次搅拌，得到二次混合物；
(3)将3kg减水剂和22.5kg水混合后，第一次加入12.75kg搅拌混合3min后，二次加入搅拌3min，得到活性粉末混凝土。
所述石英砂采用粒径为0.106-0.212mm与0.212-0.425mm1：1混合而成的，本实施例中使用制备例1制得的改性聚酰亚胺树脂。
实施例2
一种活性粉末混凝土，由以下方法制备：
(1)将1kg液晶高分子聚合物、3kg钢纤维与5kg改性聚酰亚胺树脂混合并以40转/min的速度搅拌2min，得到一次拌合物；
(2)向所述一次拌合物中加入10kg水泥、16kg石英砂、3kg硅灰、3kg纳米二氧化钛、2kg矿渣进行二次搅拌，得到二次混合物；
(3)将3kg减水剂和22.5kg水混合后，第一次加入12.75kg搅拌混合3min后，二次加入搅拌3min，得到活性粉末混凝土。
所述石英砂采用粒径为0.106-0.212mm与0.212-0.425mm1：1混合而成的，本实施例中使用制备例2制得的改性聚酰亚胺树脂。
实施例3
一种活性粉末混凝土，由以下方法制备：
(1)将1kg液晶高分子聚合物、4kg钢纤维与5kg改性聚酰亚胺树脂混合并以40转/min的速度搅拌2min，得到一次拌合物；
(2)向所述一次拌合物中加入10kg水泥、16kg石英砂、3kg硅灰、3kg纳米二氧化钛、2kg矿渣进行二次搅拌，得到二次混合物；
(3)将3kg减水剂和22.5kg水混合后，第一次加入12.75kg搅拌混合3min后，二次加入搅拌3min，得到活性粉末混凝土。
所述石英砂采用粒径为0.106-0.212mm与0.212-0.425mm1：1混合而成的，本实施例中使用制备例3制得的改性聚酰亚胺树脂。
实施例4
一种活性粉末混凝土，与实施例2的不同之处在于原料中外加剂使用的是纳米碳酸钙。
实施例5
一种活性粉末混凝土，与实施例4的不同之处在于原料中还包括0.8kg黏土与1.2kg铝矾土。
实施例6
一种活性粉末混凝土，与实施例4的不同之处在于原料中还包括0.8kg黏土与1.2kg偏高岭石。
实施例7
一种活性粉末混凝土，与实施例4的不同之处在于原料中还包括0.8kg铝矾土与1.2kg偏高岭石。
对比例
对比例1
一种活性粉末混凝土，与实施例2的不同之处在于原料中未加入液晶高分子聚合物。
对比例2
一种活性粉末混凝土，与实施例2的不同之处在于原料中未加入改性聚酰亚胺树脂。
对比例3
一种活性粉末混凝土，与实施例2的不同之处在于原料中加入的是未经改性的聚酰亚胺树脂。
性能检测试验
试验方法抗压强度：采用100mm×100mm×100mm立方体试件，加载速率为1Mpa/s，依据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》分别测试试块在25℃、200℃、500℃下的抗压强度；
抗折强度：采用100mm×100mm×400mm立方体试件，加载速率为0.1Mpa/s，依据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》分别测试试块在25℃、200℃、500℃下的抗压强度。
将各实施例与对比例的拌合料注入试模，并在高频振动台上振动直至试件成型后进行抹平，在实验室自然环境下放置24h，然后脱模，最后在标准养护条件下养护60d进行试验。
表1性能检测实验结果
结合实施例2和对比例1并结合表1可以看出，实施例2各温度下抗压强度与抗折强度均高于对比例1，说明液晶高分子聚合物的加入可以提高细粉原料的分散性，提高各原料相容性，与改性聚酰亚胺树脂一起形成网状结构，提高混凝土的抗压、抗折能力，减缓高温对混凝土性能的影响，耐高温性能大大提升。
结合实施例2和对比例2、3并结合表1可以看出，实施例2各温度下抗压强度与抗折强度高于对比例3，远远高于对比例2，可以看出聚酰胺树脂虽具有较好的耐高温性能但脆性较大，当加入未经改性的聚酰亚胺树脂时，其抗折、抗压性能大大降低，也不能为混凝土带来良好的的耐高温性能，本申请中加入的改性聚酰胺树脂不仅其自身具有良好的耐高温性能，还能加入混凝土中与液晶高分子聚合物共同作用一起提高混凝土的抗压、抗折性能，增强混凝土高温下的各项性能。
结合实施例1-4并结合表1可以看出，当使用本申请中规定的各原料用料时，混凝土均具有较好的耐高温、抗压、抗折性能，使用外加剂不论是纳米二氧化钛还是纳米碳酸钙都能带来较好的效果。
结合实施例4与实施例5-7并结合表1可以看出，当加入黏土、铝矾石与偏高岭石的两两组合时，对混凝土的各项性能有较高的提升。
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 (8)
1.一种活性粉末混凝土，其特征在于，所述活性粉末混凝土的原料包括以下重量组份：
水泥10-15份、石英砂12-18份、硅灰3-5份、矿渣2-4份、减水剂2-3份、改性聚酰亚胺树脂4-6份、液晶高分子聚合物1-3份、外加剂3-5份、钢纤维2-4份、水20-25份，所述改性聚酰亚胺树脂为含硅氧烷结构的聚酰亚胺树脂。
2.根据权利要求1所述的一种活性粉末混凝土，其特征在于：所述含硅烷结构的聚酰亚胺树脂由羧丙基封端的聚二甲基硅氧烷、聚多巴胺与聚酰亚胺树脂接枝改性而成。
3.根据权利要求2所述的一种活性粉末混凝土，其特征在于：所述聚多巴胺、羧丙基封端的聚二甲基硅氧烷与聚酰亚胺树脂的反应重量之比为0.2:（5-8）:10。
4.根据权利要求2或3任一所述的一种活性粉末混凝土，其特征在于：所述改性聚酰亚胺树脂的制备方法如下：
将聚多巴胺与聚酰亚胺树脂按比例50-60℃下混合搅拌均匀反应30-40min后加入羧丙基封端的聚二甲基硅氧烷搅拌均匀。
5.根据权利要求1所述的一种活性粉末混凝土，其特征在于：所述外加剂为纳米二氧化钛、纳米碳酸钙中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种活性粉末混凝土，其特征在于：所述原料还包括黏土、铝矾土或偏高岭石中任意两种的组合物。
7.根据权利要求1所述的一种活性粉末混凝土，其特征在于：所述原料中石英砂采用0.106-0.212mm和0.212-0.425mm两种粒径的。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种活性粉末混凝土的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：
（1）称量好各原料后，将液晶高分子聚合物、钢纤维与改性聚酰亚胺树脂混合并进行一次搅拌，得到一次拌合物；
（2）向所述一次拌合物中加入水泥、石英砂、硅灰、外加剂、矿渣进行二次搅拌，得到二次混合物；
（3）将混合后的减水剂和水分两次等量加入所述二次混合物搅拌，得到活性粉末混凝土。
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