CN117303826A - 一种低收缩率高韧性混凝土及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及混凝土生产技术领域，具体为一种低收缩率高韧性混凝土及其生产工艺；所述低收缩率高韧性混凝土由如下重量份原料组成：240～300份硅酸盐水泥、430～480份中砂、680～760份碎石、70～85份矿粉、80～100份粉煤灰、32～48份聚乙烯醇、8～11份减水剂、15～30份纤维增强体、45～60份复配填料、8～12份柠檬酸及160～180份水；其中，所述复配填料由空心玻璃微珠、高岭土及纳米二氧化硅按0.3～0.6：1：0.5～0.8的质量比复配而成；本发明所生产的混凝土不仅具有较好的韧性及力学性能，还具有收缩率低的优点；另外，中砂、碎石等物料的协同使用，能保证混凝土的机械强度，进一步保证了混凝土低收缩性能的优点。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土生产技术领域，具体为一种低收缩率高韧性混凝土及其生产工艺。
背景技术
混凝土是胶凝材料将骨料胶结在一起形成的固体复合材料的统称。通常把以水泥为胶凝材料，砂和石子为骨料，加水搅拌、成型、养护制成的水泥混凝土，称为普通混凝土，或简称混凝土。混凝土是一种原料易得，施工便利，具有较高的抗压强度、较好耐久性的土木建筑材料，应用极为广泛。
混凝土按用途分类，可分为结构混凝土、大体积混凝土、防水混凝土、耐热混凝土、膨胀混凝土、防辐射混凝土、道路混凝土等。混凝土的硬度高、原料来源广泛、成本低廉，广泛使用于房屋、公路、军事工程、核能发电厂等构造物。
目前，市售的混凝土虽然具有较好的耐久性能及抗压强度，但是其本身也存在不足之处需要改进。如：韧性低、收缩率大及易开裂等缺陷。这在一定程度上影响了混凝土的质量和品级。因此，本发明提供了一种低收缩率高韧性混凝土及其生产工艺，用于解决上述所提出技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低收缩率高韧性混凝土及其生产工艺，本发明所生产的混凝土不仅具有较好的韧性及力学性能，还具有收缩率低的优点；另外，中砂、碎石等物料的协同使用，能保证混凝土的机械强度，进一步保证了混凝土低收缩性能的优点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种低收缩率高韧性混凝土，由如下重量份原料组成：240～300份硅酸盐水泥、430～480份中砂、680～760份碎石、70～85份矿粉、80～100份粉煤灰、32～48份聚乙烯醇、8～11份减水剂、15～30份纤维增强体、45～60份复配填料、8～12份柠檬酸及160～180份水；
其中，所述复配填料由空心玻璃微珠、高岭土及纳米二氧化硅按0.3～0.6：1：0.5～0.8的质量比复配而成。
所述纤维增强体的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按0.05～0.1g/mL的固液比将滑石粉均匀分散于乙醇中，所得第一混合组分的温度升至50～65℃，并向其中滴加质量为滑石粉40～55％的复配分散剂，混合搅拌80～110min，然后依此经固液分离、乙醇及蒸馏水交替清洗2～3次后再对其进行真空干燥处理，将所得固体物料保存、备用；
步骤二、按0.08～0.12g/mL的固液比将步骤一中所得的固体物料投入丙酮中，然后向其中加入质量为固体物料0.5～0.6倍的复配分散剂，混合搅拌30～40min后对其进行超声分散；分散完全后，向所得第二混合组分中加入质量为固体物料3.0～4.5倍的玻璃纤维，混合搅拌40～50min后再对其进行固液分离，所得滤饼于70～80℃的温度下干燥2～3h；待干燥完毕后，将处理后的玻璃纤维保存、备用；
步骤三、将处理后的玻璃纤维平铺于工作台上，并用喷枪将纳米混合液均匀喷涂于玻璃纤维的表面；待喷涂完毕后，将其于25～30℃的温度下进行干燥处理，待干燥完毕后，所得即为纤维增强体。
更进一步地，所述复配分散剂由乙烯基三丁酮肟基硅烷、鲸蜡醇聚氧乙烯醚及无水乙醇按4～5g：1g：8～12mL的用量比超声分散均匀后制得。
更进一步地，所述纳米混合液的制备方法为：按0.05～0.08g/mL的固液比将粒径为5～10nm的改性纳米二氧化钛均匀分散于去离子水中，并向其中加入质量为去离子水2.5～4.5％的辛基苯酚聚氧乙烯醚，后经超声混合10～15min，最终所得即为纳米混合液。
更进一步地，所述改性纳米二氧化钛的制备方法包括以下步骤：按1：8～10的质量比将十二烷基三甲氧基硅烷与纳米二氧化钛一同转入球磨机中，并于40～50℃的环境下球磨100～150min；待球磨完毕后，向所得的混合物料中加入质量为纳米二氧化钛35～45倍的油酸，边混合搅拌边将其温度升至80℃，并于此温度下搅拌处理20～30min；然后依次对其进行超声分散、醇洗、过滤及干燥处理，最终所得即为改性纳米二氧化钛。
更进一步地，所述矿粉为S95级，且其比表面积为450m2/kg，28d活性指数为98％。
更进一步地，所述硅酸盐水泥的代号为P·Ⅱ，强度等级为52.5。
更进一步地，所述粉煤灰为F类粉煤灰，Ⅱ级，细度15.0％，需水量比100％。
更进一步地，所述减水剂选用聚羧酸型高性能减水剂，其减水率≥26％，密度为1030～1070kg/m3。
一种低收缩率高韧性混凝土的生产工艺，包括以下步骤：
S1、将聚乙烯醇及二分之一份的水于50～60℃的条件下混合搅拌均匀，加入纤维增强体及复配填料，机械搅拌均匀后将其温度自然降至室温，然后加入柠檬酸，混合搅拌均匀后将所得的第一混合料保存、备用；
S2，将硅酸盐水泥、矿粉、粉煤灰、减水剂、二分之一份的第一混合料及余量的水一同转入混料设备中，混合搅拌均匀后将所得的第二混合料保存、备用；
S3、将中砂、碎石、余量的第一混合料及水加入第二混合料中，混合搅拌均匀后将所得混合物料进行静置养护处理，最终所得即为低收缩率高韧性混凝土成品。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中先将滑石粉均匀分散在含有复配分散剂的乙醇中，后经固液分离、洗涤及干燥处理后得到固体物料。所得固体物料分散于丙酮中，然后加入复配分散剂，超声分散均匀后再向其中加入玻璃纤维，搅拌反应完毕后对其进行固液分离，最终得到处理后的玻璃纤维，即滑石粉接枝玻璃纤维。其用作混凝土的原料能有效地改善混凝土的韧性及力学性能。最后，通过喷枪将纳米混合液均匀喷涂于玻璃纤维的表面，经干燥处理后得到纤维增强体。其中，纳米混合液中的改性纳米二氧化钛能有效地增强玻璃纤维的硬度及韧性等力学性能。而且，纤维增强体用作混凝土的原料时，具有小分子效应的改性纳米二氧化钛能与玻璃纤维相互协同，对混凝土的内部起到很好的填充效果，有效地改善混凝土的低收缩性能。另外，中砂、碎石等物料的协同使用，能保证混凝土的机械强度，进一步保证了混凝土低收缩性能的优点。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种低收缩率高韧性混凝土，由如下重量份原料组成：240份硅酸盐水泥、430份中砂、680份碎石、70份矿粉、80份粉煤灰、32份聚乙烯醇、8份减水剂、15份纤维增强体、45份复配填料、8份柠檬酸及160份水；
其中，复配填料由空心玻璃微珠、高岭土及纳米二氧化硅按0.3：1：0.5的质量比复配而成；
矿粉为S95级，且其比表面积为450m2/kg，28d活性指数为98％；
硅酸盐水泥的代号为P·Ⅱ，强度等级为52.5；
粉煤灰为F类粉煤灰，Ⅱ级，细度15.0％，需水量比100％；
减水剂选用聚羧酸型高性能减水剂，其减水率为26％，密度为1030kg/m3；
纤维增强体的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按0.05g/mL的固液比将滑石粉均匀分散于乙醇中，所得第一混合组分的温度升至50℃，并向其中滴加质量为滑石粉40％的复配分散剂，混合搅拌80min，然后依此经固液分离、乙醇及蒸馏水交替清洗2次后再对其进行真空干燥处理，将所得固体物料保存、备用；
步骤二、按0.08g/mL的固液比将步骤一中所得的固体物料投入丙酮中，然后向其中加入质量为固体物料0.5倍的复配分散剂，混合搅拌30min后对其进行超声分散；分散完全后，向所得第二混合组分中加入质量为固体物料3.0倍的玻璃纤维，混合搅拌40min后再对其进行固液分离，所得滤饼于70℃的温度下干燥2h；待干燥完毕后，将处理后的玻璃纤维保存、备用；
步骤三、将处理后的玻璃纤维平铺于工作台上，并用喷枪将纳米混合液均匀喷涂于玻璃纤维的表面；待喷涂完毕后，将其于25℃的温度下进行干燥处理，待干燥完毕后，所得即为纤维增强体。
复配分散剂由乙烯基三丁酮肟基硅烷、鲸蜡醇聚氧乙烯醚及无水乙醇按4g：1g：8mL的用量比超声分散均匀后制得。
纳米混合液的制备方法为：按0.05g/mL的固液比将粒径为5nm的改性纳米二氧化钛均匀分散于去离子水中，并向其中加入质量为去离子水2.5％的辛基苯酚聚氧乙烯醚，后经超声混合10min，最终所得即为纳米混合液。
改性纳米二氧化钛的制备方法包括以下步骤：按1：8的质量比将十二烷基三甲氧基硅烷与纳米二氧化钛一同转入球磨机中，并于40℃的环境下球磨100min；待球磨完毕后，向所得的混合物料中加入质量为纳米二氧化钛35倍的油酸，边混合搅拌边将其温度升至80℃，并于此温度下搅拌处理20min；然后依次对其进行超声分散、醇洗、过滤及干燥处理，最终所得即为改性纳米二氧化钛。
一种低收缩率高韧性混凝土的生产工艺，包括以下步骤：
S1、将聚乙烯醇及二分之一份的水于50℃的条件下混合搅拌均匀，加入纤维增强体及复配填料，机械搅拌均匀后将其温度自然降至室温，然后加入柠檬酸，混合搅拌均匀后将所得的第一混合料保存、备用；
S2，将硅酸盐水泥、矿粉、粉煤灰、减水剂、二分之一份的第一混合料及余量的水一同转入混料设备中，混合搅拌均匀后将所得的第二混合料保存、备用；
S3、将中砂、碎石、余量的第一混合料及水加入第二混合料中，混合搅拌均匀后将所得混合物料进行静置养护处理，最终所得即为低收缩率高韧性混凝土成品。
实施例2
本实施例所提供的低收缩率高韧性混凝土的生产工艺与实施例1相似，不同之处在于：其所用原料的具体配比及纤维增强体的制备方法有所不同；本实施例中所用原料的具体配比及纤维增强体的制备方法具体如下：
一种低收缩率高韧性混凝土，由如下重量份原料组成：280份硅酸盐水泥、450份中砂、720份碎石、80份矿粉、90份粉煤灰、40份聚乙烯醇、10份减水剂、25份纤维增强体、55份复配填料、10份柠檬酸及170份水；
其中，复配填料由空心玻璃微珠、高岭土及纳米二氧化硅按0.5：1：0.6的质量比复配而成；
减水剂选用聚羧酸型高性能减水剂，其减水率为27％，密度为1050kg/m3。
纤维增强体的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按0.08g/mL的固液比将滑石粉均匀分散于乙醇中，所得第一混合组分的温度升至60℃，并向其中滴加质量为滑石粉50％的复配分散剂，混合搅拌100min，然后依此经固液分离、乙醇及蒸馏水交替清洗3次后再对其进行真空干燥处理，将所得固体物料保存、备用；
步骤二、按0.1g/mL的固液比将步骤一中所得的固体物料投入丙酮中，然后向其中加入质量为固体物料0.55倍的复配分散剂，混合搅拌35min后对其进行超声分散；分散完全后，向所得第二混合组分中加入质量为固体物料4.0倍的玻璃纤维，混合搅拌45min后再对其进行固液分离，所得滤饼于75℃的温度下干燥2h；待干燥完毕后，将处理后的玻璃纤维保存、备用；
步骤三、将处理后的玻璃纤维平铺于工作台上，并用喷枪将纳米混合液均匀喷涂于玻璃纤维的表面；待喷涂完毕后，将其于25℃的温度下进行干燥处理，待干燥完毕后，所得即为纤维增强体。
复配分散剂由乙烯基三丁酮肟基硅烷、鲸蜡醇聚氧乙烯醚及无水乙醇按4.5g：1g：10mL的用量比超声分散均匀后制得。
纳米混合液的制备方法为：按0.06g/mL的固液比将粒径为8nm的改性纳米二氧化钛均匀分散于去离子水中，并向其中加入质量为去离子水3.5％的辛基苯酚聚氧乙烯醚，后经超声混合10min，最终所得即为纳米混合液。
改性纳米二氧化钛的制备方法包括以下步骤：按1：9的质量比将十二烷基三甲氧基硅烷与纳米二氧化钛一同转入球磨机中，并于45℃的环境下球磨120min；待球磨完毕后，向所得的混合物料中加入质量为纳米二氧化钛40倍的油酸，边混合搅拌边将其温度升至80℃，并于此温度下搅拌处理25min；然后依次对其进行超声分散、醇洗、过滤及干燥处理，最终所得即为改性纳米二氧化钛。
实施例3
本实施例所提供的低收缩率高韧性混凝土的生产工艺与实施例1相似，不同之处在于：其所用原料的具体配比及纤维增强体的制备方法有所不同；本实施例中所用原料的具体配比及纤维增强体的制备方法具体如下：
一种低收缩率高韧性混凝土，由如下重量份原料组成：300份硅酸盐水泥、480份中砂、760份碎石、85份矿粉、100份粉煤灰、48份聚乙烯醇、11份减水剂、30份纤维增强体、60份复配填料、12份柠檬酸及180份水；
其中，复配填料由空心玻璃微珠、高岭土及纳米二氧化硅按0.6：1：0.8的质量比复配而成；
减水剂选用聚羧酸型高性能减水剂，其减水率为28％，密度为1070kg/m3；
纤维增强体的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按0.1g/mL的固液比将滑石粉均匀分散于乙醇中，所得第一混合组分的温度升至65℃，并向其中滴加质量为滑石粉55％的复配分散剂，混合搅拌110min，然后依此经固液分离、乙醇及蒸馏水交替清洗3次后再对其进行真空干燥处理，将所得固体物料保存、备用；
步骤二、按0.12g/mL的固液比将步骤一中所得的固体物料投入丙酮中，然后向其中加入质量为固体物料0.6倍的复配分散剂，混合搅拌40min后对其进行超声分散；分散完全后，向所得第二混合组分中加入质量为固体物料4.5倍的玻璃纤维，混合搅拌50min后再对其进行固液分离，所得滤饼于80℃的温度下干燥3h；待干燥完毕后，将处理后的玻璃纤维保存、备用；
步骤三、将处理后的玻璃纤维平铺于工作台上，并用喷枪将纳米混合液均匀喷涂于玻璃纤维的表面；待喷涂完毕后，将其于30℃的温度下进行干燥处理，待干燥完毕后，所得即为纤维增强体。
复配分散剂由乙烯基三丁酮肟基硅烷、鲸蜡醇聚氧乙烯醚及无水乙醇按5g：1g：12mL的用量比超声分散均匀后制得。
纳米混合液的制备方法为：按0.05～0.08g/mL的固液比将粒径为10nm的改性纳米二氧化钛均匀分散于去离子水中，并向其中加入质量为去离子水4.5％的辛基苯酚聚氧乙烯醚，后经超声混合15min，最终所得即为纳米混合液。
改性纳米二氧化钛的制备方法包括以下步骤：按1：10的质量比将十二烷基三甲氧基硅烷与纳米二氧化钛一同转入球磨机中，并于50℃的环境下球磨150min；待球磨完毕后，向所得的混合物料中加入质量为纳米二氧化钛45倍的油酸，边混合搅拌边将其温度升至80℃，并于此温度下搅拌处理30min；然后依次对其进行超声分散、醇洗、过滤及干燥处理，最终所得即为改性纳米二氧化钛。
对比例：与实施例1不同之处在于：采用等量玻璃纤维代替纤维增强体。
性能测试：将通过实施例1～3及对比例生产的低收缩率高韧性混凝土分别标记为实施例1～3及对比例；并分别对实施例1～3及对比例提供的低收缩率高韧性混凝土样品的相关性能进行检测，并将所得检测结果记录于下表：
本发明所生产的混凝土不仅具有较好的韧性及力学性能，还具有收缩率低的优点。另外，中砂、碎石等物料的协同使用，能保证混凝土的机械强度，进一步保证了混凝土低收缩性能的优点。由此表明本发明所提供的低收缩率高韧性混凝土及其生产工艺具有更广阔的市场前景，更适宜推广。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种低收缩率高韧性混凝土，其特征在于，由如下重量份原料组成：240～300份硅酸盐水泥、430～480份中砂、680～760份碎石、70～85份矿粉、80～100份粉煤灰、32～48份聚乙烯醇、8～11份减水剂、15～30份纤维增强体、45～60份复配填料、8～12份柠檬酸及160～180份水；
其中，所述复配填料由空心玻璃微珠、高岭土及纳米二氧化硅按0.3～0.6：1：0.5～0.8的质量比复配而成。
2.根据权利要求1所述的一种低收缩率高韧性混凝土，其特征在于，所述纤维增强体的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按0.05～0.1g/mL的固液比将滑石粉均匀分散于乙醇中，所得第一混合组分的温度升至50～65℃，并向其中滴加质量为滑石粉40～55％的复配分散剂，混合搅拌80～110min，然后依此经固液分离、乙醇及蒸馏水交替清洗2～3次后再对其进行真空干燥处理，将所得固体物料保存、备用；
步骤二、按0.08～0.12g/mL的固液比将步骤一中所得的固体物料投入丙酮中，然后向其中加入质量为固体物料0.5～0.6倍的复配分散剂，混合搅拌30～40min后对其进行超声分散；分散完全后，向所得第二混合组分中加入质量为固体物料3.0～4.5倍的玻璃纤维，混合搅拌40～50min后再对其进行固液分离，所得滤饼于70～80℃的温度下干燥2～3h；待干燥完毕后，将处理后的玻璃纤维保存、备用；
步骤三、将处理后的玻璃纤维平铺于工作台上，并用喷枪将纳米混合液均匀喷涂于玻璃纤维的表面；待喷涂完毕后，将其于25～30℃的温度下进行干燥处理，待干燥完毕后，所得即为纤维增强体。
3.根据权利要求2所述的一种低收缩率高韧性混凝土，其特征在于：所述复配分散剂由乙烯基三丁酮肟基硅烷、鲸蜡醇聚氧乙烯醚及无水乙醇按4～5g：1g：8～12mL的用量比超声分散均匀后制得。
4.根据权利要求2所述的一种低收缩率高韧性混凝土，其特征在于，所述纳米混合液的制备方法为：按0.05～0.08g/mL的固液比将粒径为5～10nm的改性纳米二氧化钛均匀分散于去离子水中，并向其中加入质量为去离子水2.5～4.5％的辛基苯酚聚氧乙烯醚，后经超声混合10～15min，最终所得即为纳米混合液。
5.根据权利要求4所述的一种低收缩率高韧性混凝土，其特征在于，所述改性纳米二氧化钛的制备方法包括以下步骤：按1：8～10的质量比将十二烷基三甲氧基硅烷与纳米二氧化钛一同转入球磨机中，并于40～50℃的环境下球磨100～150min；待球磨完毕后，向所得的混合物料中加入质量为纳米二氧化钛35～45倍的油酸，边混合搅拌边将其温度升至80℃，并于此温度下搅拌处理20～30min；然后依次对其进行超声分散、醇洗、过滤及干燥处理，最终所得即为改性纳米二氧化钛。
6.根据权利要求1所述的一种低收缩率高韧性混凝土，其特征在于：所述矿粉为S95级，且其比表面积为450m2/kg，28d活性指数为98％。
7.根据权利要求1所述的一种低收缩率高韧性混凝土，其特征在于：所述硅酸盐水泥的代号为P·Ⅱ，强度等级为52.5。
8.根据权利要求1所述的一种低收缩率高韧性混凝土，其特征在于：所述粉煤灰为F类粉煤灰，Ⅱ级，细度15.0％，需水量比100％。
9.根据权利要求1所述的一种低收缩率高韧性混凝土，其特征在于：所述减水剂选用聚羧酸型高性能减水剂，其减水率≥26％，密度为1030～1070kg/m3。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的一种低收缩率高韧性混凝土的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将聚乙烯醇及二分之一份的水于50～60℃的条件下混合搅拌均匀，加入纤维增强体及复配填料，机械搅拌均匀后将其温度自然降至室温，然后加入柠檬酸，混合搅拌均匀后将所得的第一混合料保存、备用；
S2，将硅酸盐水泥、矿粉、粉煤灰、减水剂、二分之一份的第一混合料及余量的水一同转入混料设备中，混合搅拌均匀后将所得的第二混合料保存、备用；
S3、将中砂、碎石、余量的第一混合料及水加入第二混合料中，混合搅拌均匀后将所得混合物料进行静置养护处理，最终所得即为低收缩率高韧性混凝土成品。
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| Title |
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| 傅智: ""耐碱玻璃纤维混凝土路面研究(一)——原材料、配合比优选与力学性能"", 《公路交通科技》, 25 June 2006 (2006-06-25), pages 6 * |
| 裘煜等: ""玻璃纤维增强机制砂混凝土力学性能及收缩性能研究"", 《混凝土》, 27 February 2024 (2024-02-27) * |
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