CN117263587B - 一种抗开裂混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及混凝土技术领域，提出了一种抗开裂混凝土及其制备方法，抗开裂混凝土包括以下重量份的组分：水泥10~20份、集料70~100份、水5~10份、外加剂0.5~3份；集料包括粒径为5~15mm的粗集料和粒径小于4mm的细集料；粗集料为白云岩粉和花岗岩粉；细集料为石灰粉和辉绿岩粉；将水凝胶与水泥、集料、水、外加剂进行混合，得到抗开裂混凝土。通过上述技术方案，解决了现有技术中的混凝土强度低、易开裂的问题。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，具体的，涉及一种抗开裂混凝土及其制备方法。
背景技术
全球建筑结构当中，混凝土是最被广泛应用的建筑材料。目前建筑结构越来越复杂，但是钢筋混凝土结构的裂缝问题却依然存在，并没有得到很好的解决，仍然是全球建筑业需攻克的一大难题。混凝土结构裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种效应，也是最难根治的现象。裂缝问题轻则会影响房屋的使用寿命，重则会危及整个建筑物的结构安全。在实际的建筑工程施工中，构件浇筑后暴露在空气环境下，除了表面会出现深浅不一的裂缝，还会导致混凝土强度降低，降低工程建设的质量，混凝土在使用过程中开裂尤其是早期开裂，在实际工程中已日趋严重。早期裂缝的形成以及混凝土的强度不够会加剧侵蚀介质的渗入，引起保护层脱落及钢筋锈蚀，降低结构的承载能力和使用寿命。
因此，裂缝问题和混凝土的强度是影响混凝土安全性的最直接原因，混凝土强度低、易开裂的问题仍然是制约混凝土推广应用的技术瓶颈。
发明内容
本发明提出一种抗开裂混凝土及其制备方法，解决了相关技术中混凝土强度低、易开裂的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提出一种抗开裂混凝土，包括以下重量份的组分：水泥10~20份、集料70~100份、水5~10份、外加剂0.5~3份；
所述集料包括粒径为5~15mm的粗集料和粒径小于4mm的细集料；
所述粗集料为白云岩粉和花岗岩粉；所述细集料为石灰粉和辉绿岩粉。
作为进一步的技术方案，所述白云岩粉、石灰粉、花岗岩粉和辉绿岩粉的质量比为3:2:1:2。
作为进一步的技术方案，还包括以下重量份的组分：水凝胶5~8份。
作为进一步的技术方案，所述水凝胶为聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶。
作为进一步的技术方案，所述聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶中还引入了经缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷包覆的纳米二氧化硅。
作为进一步的技术方案，所述水凝胶包括以下重量份的原料：N-异丙基丙烯酰胺1~3份、纳米二氧化硅0.5~1份、缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.5~1份、引发剂0.01~0.02份、交联剂0.01~0.03份、水5~15份。
作为进一步的技术方案，所述引发剂为过硫酸盐引发剂；所述交联剂包括甲基丙烯酰胺和丙烯酰氧基乙烷中的一种；所述外加剂包括减水剂和引气剂中的一种或两种。
作为进一步的技术方案，所述水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
S1、将纳米二氧化硅分散于缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，超声搅拌30~60min，干燥，得到改性纳米二氧化硅；
S2、在氮气氛围下，将所述改性纳米二氧化硅、N-异丙基丙烯酰胺和交联剂加入到水中，搅拌20~30min，再加入引发剂，搅拌15~25h，得到水凝胶。
作为进一步的技术方案，步骤S1中，所述乙醇溶液的质量为缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷质量的3~5倍；步骤S2中，所述搅拌的速度为500~1000r/min。
本发明还提出了一种抗开裂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将水凝胶与水泥、集料、水、外加剂进行混合，得到抗开裂混凝土。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明中，以白云岩粉和花岗岩粉作为粗集料，石灰粉和辉绿岩粉作为细集料，通过集料间的级配以及控制集料间的配比，与其他组分制得混凝土，增加混凝土内部的压实度，显著提高了混凝土的强度，同时还提高了混凝土的抗开裂性。
2、本发明中，采用缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷包覆纳米二氧化硅，并将包覆后的纳米二氧化硅引入到了以N-异丙基丙烯酰胺为单体的水凝胶网络中，再与水泥和其他组分混合，水凝胶在低于相变温度时可在混凝土内部聚合成薄膜网状结构，高于相变温度时水凝胶内部分子链运动具有更高的柔性，加入到混凝土中，进一步提高了混凝土基体的强度和抗开裂性能。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
下述实施例和对比例中，粒径为5~15mm的白云岩粉的平均粒径为10.5mm；粒径为5~15mm的花岗岩粉的平均粒径为8.6mm；粒径小于4mm的石灰粉的平均粒径为2.8mm；粒径小于4mm的辉绿岩粉的平均粒径为2.5mm。
实施例1
抗开裂混凝土，包括以下重量份的组分：水泥10份、粒径为5~15mm的白云岩粉26.25份、粒径为5~15mm的花岗岩粉17.5份、粒径小于4mm的石灰粉8.75份、粒径小于4mm的辉绿岩粉17.5份、水5份、减水剂PC303 0.5份；
抗开裂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将水泥、集料、水、减水剂PC303进行混合，得到抗开裂混凝土。
实施例2
抗开裂混凝土，包括以下重量份的组分：水泥15份、粒径为5~15mm的白云岩粉30份、粒径为5~15mm的花岗岩粉20份、粒径小于4mm的石灰粉10份、粒径小于4mm的辉绿岩粉20份、水7份、减水剂PC303 1.5份；
抗开裂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将水泥、集料、水、减水剂PC303进行混合，得到抗开裂混凝土。
实施例3
抗开裂混凝土，包括以下重量份的组分：水泥20份、粒径为5~15mm的白云岩粉37.5份、粒径为5~15mm的花岗岩粉25份、粒径小于4mm的石灰粉12.5份、粒径小于4mm的辉绿岩粉25份、水10份、减水剂PC303 1.5份、引气剂XZH-Y90 1.5份；
抗开裂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将水泥、集料、水、减水剂PC303、引气剂XZH-Y90进行混合，得到抗开裂混凝土。
实施例4
本实施例与实施例3的区别仅在于抗开裂混凝土中加入白云岩粉30份、加入花岗岩粉20份、加入石灰粉10份、加入辉绿岩粉40份。
实施例5
本实施例与实施例3的区别仅在于抗开裂混凝土中还加入了水凝胶8份，水凝胶包括以下重量份的原料：N-异丙基丙烯酰胺1份、纳米二氧化硅0.5份、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.5份、过硫酸钾0.01份、甲基丙烯酰胺0.01份、水5份；
水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
S1、将纳米二氧化硅分散于缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，超声搅拌30min，干燥，得到改性纳米二氧化硅；其中，乙醇溶液的质量为缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷质量的3倍；
S2、在氮气氛围下，将改性纳米二氧化硅、N-异丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺加入到水中，搅拌20min，再加入过硫酸钾，搅拌15h，得到水凝胶；其中，搅拌速度1000r/min；
抗开裂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将水凝胶与水泥、集料、水、外加剂进行混合，得到抗开裂混凝土。
实施例6
本实施例与实施例5的区别仅在于水凝胶包括以下重量份的原料：N-异丙基丙烯酰胺3份、纳米二氧化硅1份、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷1份、过硫酸钠0.02份、丙烯酰氧基乙烷0.03份、水15份；
水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
S1、将纳米二氧化硅分散于缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，超声搅拌60min，干燥，得到改性纳米二氧化硅；其中，乙醇溶液的质量为缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷质量的5倍；
S2、在氮气氛围下，将改性纳米二氧化硅、N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰氧基乙烷加入到水中，搅拌30min，再加入过硫酸钠，搅拌25h，得到水凝胶；其中，搅拌速度500r/min。
实施例7
本实施例与实施例5的区别仅在于水凝胶包括以下重量份的原料：N-异丙基丙烯酰胺3份、过硫酸钾0.02份、丙烯酰氧基乙烷0.03份、水15份；
水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
在氮气氛围下，将N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰氧基乙烷加入到水中，搅拌30min，再加入过硫酸钾，搅拌25h，得到水凝胶；其中，搅拌速度500r/min。
对比例1
本对比例与实施例3的区别仅在于抗开裂混凝土中加入的白云岩粉的粒径为20~25mm（平均粒径为22.0mm）、花岗岩粉的粒径为20~25mm（平均粒径为23.5mm）、石灰粉的粒径为4~5mm（平均粒径为4.5mm）、辉绿岩粉的粒径为4~5mm（平均粒径为4.5mm）。
对比例2
本对比例与实施例3的区别仅在于抗开裂混凝土中加入白云岩粉62.5份，不加入花岗岩粉。
对比例3
本对比例与实施例3的区别仅在于抗开裂混凝土中加入花岗岩粉62.5份，不加入白云岩粉。
对比例4
本对比例与实施例3的区别仅在于抗开裂混凝土中加入石灰粉37.5份，不加入辉绿岩。
对比例5
本对比例与实施例3的区别仅在于抗开裂混凝土中加入辉绿岩37.5份，不加入石灰粉。
将实施例1~7和对比例1~5所制得的混凝土在温度为20±5℃，相对湿度为95%以上的环境中进行养护28d后，根据标准GB/T50107-2019《混凝土强度检验评定标准》进行抗折强度、抗压强度测试；
将实施例1~7和对比例1~5所制得的混凝土，根据标准GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》测试，用混凝土浇注24h后测量并计算单位面积上的总开裂面积。
测试结果如下表1所示：
表1实施例1~7和对比例1~5的混凝土的强度和抗开裂性能测试结果
通过对比实施例1~4和对比例1~5的数据发现，实施例的混凝土抗压强度和抗折强度明显高于对比例中的混凝土，实施例的混凝土总开裂面积低于对比例，说明以白云岩粉和花岗岩粉作为粗集料，石灰粉和辉绿岩粉作为细集料，通过集料间的级配以及控制集料间的配比，增加混凝土内部的压实度，可显著提高混凝土的抗折强度、抗压强度和抗开裂性。
通过对比实施例3和实施例5~7的数据发现，实施例5~6的抗折强度显著高于实施例3、实施例7的抗折强度，实施例5~6的总开裂面积均小于实施例3、实施例7的，说明在混凝土中引入含有缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷包覆纳米二氧化硅的聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶，可显著提高混凝土基体的抗折强度和抗开裂能力。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种抗开裂混凝土，其特征在于，包括以下重量份的组分：水泥10~20份、集料70~100份、水5~10份、外加剂0.5~3份；
所述集料包括粒径为5~15mm的粗集料和粒径小于4mm的细集料；
所述粗集料为白云岩粉和花岗岩粉；所述细集料为石灰粉和辉绿岩粉；
所述白云岩粉、石灰粉、花岗岩粉和辉绿岩粉的质量比为3:2:1:2；
所述抗开裂混凝土还包括以下重量份的组分：水凝胶8份；
所述水凝胶为聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶；
所述聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶中还引入了经缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷包覆的纳米二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的一种抗开裂混凝土，其特征在于，所述水凝胶包括以下重量份的原料：N-异丙基丙烯酰胺1~3份、纳米二氧化硅0.5~1份、缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.5~1份、引发剂0.01~0.02份、交联剂0.01~0.03份、水5~15份。
3.根据权利要求2所述的一种抗开裂混凝土，其特征在于，所述引发剂为过硫酸盐引发剂；所述交联剂包括甲基丙烯酰胺和丙烯酰氧基乙烷中的一种；所述外加剂包括减水剂和引气剂中的一种或两种。
4.根据权利要求2所述的一种抗开裂混凝土，其特征在于，所述水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
S1、将纳米二氧化硅分散于缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，超声搅拌30~60min，干燥，得到改性纳米二氧化硅；
S2、在氮气氛围下，将所述改性纳米二氧化硅、N-异丙基丙烯酰胺和交联剂加入到水中，搅拌20~30min，再加入引发剂，搅拌15~25h，得到水凝胶。
5.根据权利要求4所述的一种抗开裂混凝土，其特征在于，步骤S1中，所述乙醇溶液的质量为缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷质量的3~5倍；步骤S2中，所述搅拌的速度为500~1000r/min。
6.根据权利要求1~5任意一项所述的一种抗开裂混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将水凝胶与水泥、集料、水、外加剂进行混合，得到抗开裂混凝土。
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