一种高强度抗裂混凝土的制作方法

1.本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种高强度抗裂混凝土。


背景技术：

2.混凝土材料在工程界被广泛应用，尤其是在20世纪90年代高性能混凝土出现之后，混凝土材料逐渐成为世界上用量最大、用途最广的建筑材料之一。然而，随着越来越多的混凝土建筑物的建成使用，混凝土材料自身存在的一些缺陷和不足也日益凸显，其中混凝土结构的裂缝问题是困扰工程界的主要问题之一。
3.作为一种人造石材，混凝土是一种由胶凝材料将砂石骨料粘结而形成的多相复合材料，当混凝土结构所承受的应力超过自身的极限抗拉强度时，混凝土结构会发生开裂，产生相应的裂缝。导致混凝土结构产生裂缝的原因大体上可以分为原材料缺陷、设计施工不合理、使用环境不当以及结构过载四个方面。
4.用于拌制混凝土的原材料是导致混凝土结构开裂的一个最重要因素，通常表现为水泥的水化热过高、安定性不良、砂石骨料的级配不良、骨料的自身强度较低、骨料的含泥量超标以及骨料或者拌和用水中存在有害离子等。同时，混凝土拌和物的沉降泌水、干燥收缩、水化收缩以及自收缩同样会导致混凝土结构因体积变化而产生裂缝。
5.为了大幅提升混凝土抗裂性能，现有技术中通常会在原材料中加入各类纤维，从而产生提高混凝土韧性，增加混凝土折抗能力，控制混凝土开裂，提高混凝土冲击力等效果。掺杂各类纤维的混凝土虽然有着较高的抗压强度，但其抗拉强度却随之下降，混凝土结构表现为脆性大，耐久性低，整体强度其实还是呈现下降的。因此如何优化纤维的加入种类、加入方式以及加入量等工艺，是有效提升混凝土抗裂性能的关键。
6.而对于大型体育场看台、圆形柱体结构等部位的混凝土使用，由于使用频繁、人群密集，对于其自身的强度要求更加严格。如何真正有效的从原材料的角度克服现有技术中存在的缺陷，是全面提升混凝土抗裂性能的根本所在。


技术实现要素：

7.本发明通过在混凝土凝胶材料中加入经过改性的玄武岩纤维，同时配备减水剂、乳胶粉、引气剂等成分，综合提升混凝土强度性能和耐候性，以适应各种环境条件，减少开裂。
8.为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：
9.一种高强度抗裂混凝土，包括以下重量份的原料制备而成：水泥205
‑
265份、碎石230
‑
310份、细骨料300
‑
400份、水80
‑
100份、粉煤灰10
‑
20份、抗裂纤维60
‑
90份、减水剂2
‑
5份、防冻剂1
‑
6份、可再分散乳胶粉8
‑
12份、羧甲基纤维素钠1
‑
3份、引气剂0.5
‑
1份。
10.进一步的，所述水泥为普通硅酸盐水泥，等级为42.5r。
11.42.5r级硅酸盐水泥，水化热量小，一定程度可以减少混凝土内外温度变化，减少裂缝的产生。
12.进一步的，所述碎石的细度模数为2.5。
13.进一步的，所述细骨料为建筑废弃混凝土进行粉碎、筛分，得到的粒径在1
‑
5mm的再生细骨料颗粒，含泥量不得大于0.5％，硫酸盐含量以so3计不得大于1％。
14.进一步的，粉煤灰优选ⅰ级f类粉煤灰，需水量比不大于95％。
15.进一步的，所述抗裂纤维的制备方法为：
16.(1)将经过干燥的玄武岩纤维按照固液比1:3浸泡于1mol/l的硫酸溶液中，充分浸泡1
‑
2h后去离子水洗涤干燥；
17.(2)将步骤(1)所得纤维按照固液比1:5浸泡于质量浓度为50％的乙醇溶液中，加入10wt％钛酸四丁酯，再加入混合物质量1
‑
3％的乙烯基三甲氧基硅烷和2
‑
5％的3,4
‑
二羟基苯乙胺盐酸盐，置于160℃下反应3
‑
5h；自然降温后进行超声处理，超声温度为60℃，取出后用去离子水充分洗涤，后自然风干，得到抗裂纤维。
18.进一步的，所述减水剂为脂肪族粉剂减水剂、萘系高效减水剂或者聚羧酸系高效减水剂中的一种或几种。
19.进一步的，所述防冻剂为亚硝酸钠、乙二醇、亚硝酸钙中的一种或几种。
20.进一步的，可分散性乳胶粉为eva乳胶粉。
21.进一步的，所述引气剂为松香皂类引气剂。
22.本发明各原料均市售可得。
23.本发明一种高强度抗裂混凝土的制备方法为：
24.(1)制备抗裂纤维：将经过干燥的玄武岩纤维按照固液比1:3浸泡于1mol/l的硫酸溶液中，充分浸泡1
‑
2h后去离子水洗涤干燥；将所得纤维按照固液比1:5浸泡于质量浓度为50％的乙醇溶液中，加入10wt％钛酸四丁酯，再加入混合物质量1
‑
3％的乙烯基三甲氧基硅烷和2
‑
5％的3,4
‑
二羟基苯乙胺盐酸盐，置于160℃下反应3
‑
5h；自然降温后进行超声处理，超声温度为60℃，取出后用去离子水充分洗涤，后自然风干，得到抗裂纤维；
25.(2)按重量份准备水泥205
‑
265份、碎石230
‑
310份、细骨料300
‑
400份、粉煤灰10
‑
20份、抗裂纤维60
‑
90份、防冻剂1
‑
6份、可再分散乳胶粉8
‑
12份、羧甲基纤维素钠1
‑
3份、引气剂0.5
‑
1份混合均匀，再加入水和减水剂，搅拌混合均匀后进行使用。
26.玄武岩纤维是一种性能优异的新型环保材料，因具有优良的力学性能和耐化学腐蚀性、低吸湿、吸音、隔热、耐高温等优势，使其跻身于新型高性能纤维的行列。
27.在建筑行业被广泛使用的纤维材料有钢纤维、碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维以及聚丙烯腈等各类有机纤维，与其他纤维相比，玄武岩纤维有以下优点：
28.⑴
较高的抗拉强度和弹性模量
29.玄武岩纤维的抗拉强度和碳纤维差不多，并且其弹性模量高于玻璃纤维。此外玄武岩纤维的弹性模量和混凝土的弹性模量接近，这有利于二者更好的结合。
30.⑵
隔热耐高温性能好
31.玄武岩纤维为非晶态结构，没有固定熔点，可在
‑
260～700℃间正常工作，热稳定性优于其他纤维。并且玄武岩纤维的导热系数仅在0.031～0.048，所以玄武岩纤维还有较良好的绝热性能。
32.⑶
良好的化学稳定性
33.玄武岩中的氧化钾、氧化钠等氧化物使得玄武岩纤维在碱性溶液中比其他玻璃纤
维更具有化学稳定性。这一性能说明玄武岩纤维在混凝土中有较好的适应性。
34.⑷
较高的性价比
35.对于各方面性能都理想的钢纤维和碳纤维来说，玄武岩纤维具有很好的价格优势。对于价格低廉的玻璃纤维和芳纶纤维来说，玄武岩纤维的各方面性能更突出。
36.但是纤维的加入种类和加入量，对于混凝土整体性能的提升至关重要，添加量过少无法起到强度加强的作用，而添加过多会由于应力集中，反而导致开裂现象。因此本发明重点在纤维的选择和加入比例进行优化选择。
37.有益效果
38.(1)本发明首先对玄武岩纤维进行酸化改性，增加纤维表面粗糙度，后于表面沉积二氧化钛颗粒，增强材料强度，接枝乙烯基三甲氧基硅烷分子，使纤维表面粗糙度增加，同时可以减少纤维间的团聚现象，减少因为应力集中而导致的开裂现象；而3,4
‑
二羟基苯乙胺盐酸盐的改性，可以增加各物料之间的粘性，提升抗裂纤维和体系的粘性；本发明优化抗裂纤维的加入方式和加入比例，以实现混凝土强度性能的最优化；
39.(2)本发明还加入可分散性乳胶粉等成分，为提升混凝土强度起到辅助作用；防冻剂提升混凝土防冻性能，引气剂减少由于搅拌所引入的气泡，减少气泡对混凝土强度性能带来的消极影响；
40.(3)在本发明原料选择和制备工艺下，所得混凝土综合性能优异，强度高，耐候性强，抗渗性好，成本低廉。
具体实施方式
41.下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但不限于此。
42.实施例1
43.一种高强度抗裂混凝土，包括以下重量份的原料制备而成：水泥205份、碎石230份、细骨料300份、水80份、粉煤灰10份、抗裂纤维60份、减水剂2份、防冻剂1份、可再分散乳胶粉8份、羧甲基纤维素钠1份、引气剂0.5份。
44.所述水泥为普通硅酸盐水泥，等级为42.5r。
45.42.5r级硅酸盐水泥，水化热量小，一定程度可以减少混凝土内外温度变化，减少裂缝的产生。
46.所述碎石的细度模数为2.5。
47.所述细骨料为建筑废弃混凝土进行粉碎、筛分，得到的粒径在1
‑
5mm的再生细骨料颗粒，含泥量不得大于0.5％，硫酸盐含量以so3计不得大于1％。
48.粉煤灰优选ⅰ级f类粉煤灰，需水量比不大于95％。
49.所述抗裂纤维的制备方法为：
50.(1)将经过干燥的玄武岩纤维按照固液比1:3浸泡于1mol/l的硫酸溶液中，充分浸泡1h后去离子水洗涤干燥；
51.(2)将步骤(1)所得纤维按照固液比1:5浸泡于质量浓度为50％的乙醇溶液中，加入10wt％钛酸四丁酯，再加入混合物质量1％的乙烯基三甲氧基硅烷和2％的3,4
‑
二羟基苯乙胺盐酸盐，置于160℃下反应3h；自然降温后进行超声处理，超声温度为60℃，取出后用去离子水充分洗涤，后自然风干，得到抗裂纤维。
52.所述减水剂为萘系高效减水剂。
53.所述防冻剂为亚硝酸钠。
54.可分散性乳胶粉为eva乳胶粉。
55.所述引气剂为松香皂类引气剂。
56.本实施例各原料均市售可得。
57.本实施例高强度抗裂混凝土的制备方法为：
58.(1)制备抗裂纤维：将经过干燥的玄武岩纤维按照固液比1:3浸泡于1mol/l的硫酸溶液中，充分浸泡1h后去离子水洗涤干燥；将所得纤维按照固液比1:5浸泡于质量浓度为50％的乙醇溶液中，加入10wt％钛酸四丁酯，再加入混合物质量1％的乙烯基三甲氧基硅烷和2％的3,4
‑
二羟基苯乙胺盐酸盐，置于160℃下反应3h；自然降温后进行超声处理，超声温度为60℃，取出后用去离子水充分洗涤，后自然风干，得到抗裂纤维；
59.(2)按重量份准备水泥205份、碎石230份、细骨料300份、粉煤灰10份、抗裂纤维60份、防冻剂1份、可再分散乳胶粉8份、羧甲基纤维素钠1份、引气剂0.5份混合均匀，再加入水和减水剂，搅拌混合均匀后进行使用。
60.实施例2
61.一种高强度抗裂混凝土，包括以下重量份的原料制备而成：水泥265份、碎石310份、细骨料400份、水100份、粉煤灰20份、抗裂纤维90份、减水剂5份、防冻剂6份、可再分散乳胶粉12份、羧甲基纤维素钠3份、引气剂1份。
62.所述水泥为普通硅酸盐水泥，等级为42.5r。
63.42.5r级硅酸盐水泥，水化热量小，一定程度可以减少混凝土内外温度变化，减少裂缝的产生。
64.所述碎石的细度模数为2.5。
65.所述细骨料为建筑废弃混凝土进行粉碎、筛分，得到的粒径在1
‑
5mm的再生细骨料颗粒，含泥量不得大于0.5％，硫酸盐含量以so3计不得大于1％。
66.粉煤灰优选ⅰ级f类粉煤灰，需水量比不大于95％。
67.所述抗裂纤维的制备方法为：
68.(1)将经过干燥的玄武岩纤维按照固液比1:3浸泡于1mol/l的硫酸溶液中，充分浸泡2h后去离子水洗涤干燥；
69.(2)将步骤(1)所得纤维按照固液比1:5浸泡于质量浓度为50％的乙醇溶液中，加入10wt％钛酸四丁酯，再加入混合物质量3％的乙烯基三甲氧基硅烷和5％的3,4
‑
二羟基苯乙胺盐酸盐，置于160℃下反应5h；自然降温后进行超声处理，超声温度为60℃，取出后用去离子水充分洗涤，后自然风干，得到抗裂纤维。
70.所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
71.所述防冻剂为乙二醇。
72.可分散性乳胶粉为eva乳胶粉。
73.所述引气剂为松香皂类引气剂。
74.本实施例各原料均市售可得。
75.本实施例高强度抗裂混凝土的制备方法为：
76.(1)制备抗裂纤维：将经过干燥的玄武岩纤维按照固液比1:3浸泡于1mol/l的硫酸
溶液中，充分浸泡2h后去离子水洗涤干燥；将所得纤维按照固液比1:5浸泡于质量浓度为50％的乙醇溶液中，加入10wt％钛酸四丁酯，再加入混合物质量3％的乙烯基三甲氧基硅烷和5％的3,4
‑
二羟基苯乙胺盐酸盐，置于160℃下反应5h；自然降温后进行超声处理，超声温度为60℃，取出后用去离子水充分洗涤，后自然风干，得到抗裂纤维；
77.(2)按重量份准备水泥265份、碎石310份、细骨料400份、粉煤灰20份、抗裂纤维90份、防冻剂6份、可再分散乳胶粉12份、羧甲基纤维素钠3份、引气剂1份混合均匀，再加入水和减水剂，搅拌混合均匀后进行使用。
78.对比例1
79.一种高强度抗裂混凝土，包括以下重量份的原料制备而成：水泥265份、碎石310份、细骨料400份、水100份、粉煤灰20份、抗裂纤维70份、减水剂5份、防冻剂6份、可再分散乳胶粉12份、羧甲基纤维素钠3份、引气剂1份。
80.所述水泥为普通硅酸盐水泥，等级为42.5r。
81.42.5r级硅酸盐水泥，水化热量小，一定程度可以减少混凝土内外温度变化，减少裂缝的产生。
82.所述碎石的细度模数为2.5。
83.所述细骨料为建筑废弃混凝土进行粉碎、筛分，得到的粒径在1
‑
5mm的再生细骨料颗粒，含泥量不得大于0.5％，硫酸盐含量以so3计不得大于1％。
84.粉煤灰优选ⅰ级f类粉煤灰，需水量比不大于95％。
85.所述抗裂纤维的制备方法为：
86.(1)将经过干燥的玄武岩纤维按照固液比1:3浸泡于1mol/l的硫酸溶液中，充分浸泡2h后去离子水洗涤干燥；
87.(2)将步骤(1)所得纤维按照固液比1:5浸泡于质量浓度为50％的乙醇溶液中，加入10wt％钛酸四丁酯，再加入混合物质量3％的乙烯基三甲氧基硅烷和5％的3,4
‑
二羟基苯乙胺盐酸盐，置于160℃下反应5h；自然降温后进行超声处理，超声温度为60℃，取出后用去离子水充分洗涤，后自然风干，得到抗裂纤维。
88.所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
89.所述防冻剂为乙二醇。
90.可分散性乳胶粉为eva乳胶粉。
91.所述引气剂为松香皂类引气剂。
92.本对比例各原料均市售可得。
93.本对比例高强度抗裂混凝土的制备方法为：
94.(1)制备抗裂纤维：将经过干燥的玄武岩纤维按照固液比1:3浸泡于1mol/l的硫酸溶液中，充分浸泡2h后去离子水洗涤干燥；将所得纤维按照固液比1:5浸泡于质量浓度为50％的乙醇溶液中，加入10wt％钛酸四丁酯，再加入混合物质量3％的乙烯基三甲氧基硅烷和5％的3,4
‑
二羟基苯乙胺盐酸盐，置于160℃下反应5h；自然降温后进行超声处理，超声温度为60℃，取出后用去离子水充分洗涤，后自然风干，得到抗裂纤维；
95.(2)按重量份准备水泥265份、碎石310份、细骨料400份、粉煤灰20份、抗裂纤维70份、防冻剂6份、可再分散乳胶粉12份、羧甲基纤维素钠3份、引气剂1份混合均匀，再加入水和减水剂，搅拌混合均匀后进行使用。
96.本对比例降低抗裂纤维的加入量，其余均同实施例2。
97.对比例2
98.一种高强度抗裂混凝土，包括以下重量份的原料制备而成：水泥265份、碎石310份、细骨料400份、水100份、粉煤灰20份、抗裂纤维100份、减水剂5份、防冻剂6份、可再分散乳胶粉12份、羧甲基纤维素钠3份、引气剂1份。
99.所述水泥为普通硅酸盐水泥，等级为42.5r。
100.42.5r级硅酸盐水泥，水化热量小，一定程度可以减少混凝土内外温度变化，减少裂缝的产生。
101.所述碎石的细度模数为2.5。
102.所述细骨料为建筑废弃混凝土进行粉碎、筛分，得到的粒径在1
‑
5mm的再生细骨料颗粒，含泥量不得大于0.5％，硫酸盐含量以so3计不得大于1％。
103.粉煤灰优选ⅰ级f类粉煤灰，需水量比不大于95％。
104.所述抗裂纤维的制备方法为：
105.(1)将经过干燥的玄武岩纤维按照固液比1:3浸泡于1mol/l的硫酸溶液中，充分浸泡2h后去离子水洗涤干燥；
106.(2)将步骤(1)所得纤维按照固液比1:5浸泡于质量浓度为50％的乙醇溶液中，加入10wt％钛酸四丁酯，再加入混合物质量3％的乙烯基三甲氧基硅烷和5％的3,4
‑
二羟基苯乙胺盐酸盐，置于160℃下反应5h；自然降温后进行超声处理，超声温度为60℃，取出后用去离子水充分洗涤，后自然风干，得到抗裂纤维。
107.所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
108.所述防冻剂为乙二醇。
109.可分散性乳胶粉为eva乳胶粉。
110.所述引气剂为松香皂类引气剂。
111.本对比例各原料均市售可得。
112.本对比例高强度抗裂混凝土的制备方法为：
113.(1)制备抗裂纤维：将经过干燥的玄武岩纤维按照固液比1:3浸泡于1mol/l的硫酸溶液中，充分浸泡2h后去离子水洗涤干燥；将所得纤维按照固液比1:5浸泡于质量浓度为50％的乙醇溶液中，加入10wt％钛酸四丁酯，再加入混合物质量3％的乙烯基三甲氧基硅烷和5％的3,4
‑
二羟基苯乙胺盐酸盐，置于160℃下反应5h；自然降温后进行超声处理，超声温度为60℃，取出后用去离子水充分洗涤，后自然风干，得到抗裂纤维；
114.(2)按重量份准备水泥265份、碎石310份、细骨料400份、粉煤灰20份、抗裂纤维100份、防冻剂6份、可再分散乳胶粉12份、羧甲基纤维素钠3份、引气剂1份混合均匀，再加入水和减水剂，搅拌混合均匀后进行使用。
115.本对比例增加抗裂纤维的加入量，其余均同实施例2。
116.对比例3
117.一种高强度抗裂混凝土，包括以下重量份的原料制备而成：水泥265份、碎石310份、细骨料400份、水100份、粉煤灰20份、抗裂纤维90份、减水剂5份、防冻剂6份、可再分散乳胶粉12份、羧甲基纤维素钠3份、引气剂1份。
118.所述水泥为普通硅酸盐水泥，等级为42.5r。
119.42.5r级硅酸盐水泥，水化热量小，一定程度可以减少混凝土内外温度变化，减少裂缝的产生。
120.所述碎石的细度模数为2.5。
121.所述细骨料为建筑废弃混凝土进行粉碎、筛分，得到的粒径在1
‑
5mm的再生细骨料颗粒，含泥量不得大于0.5％，硫酸盐含量以so3计不得大于1％。
122.粉煤灰优选ⅰ级f类粉煤灰，需水量比不大于95％。
123.所述抗裂纤维为玄武岩纤维。
124.所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
125.所述防冻剂为乙二醇。
126.可分散性乳胶粉为eva乳胶粉。
127.所述引气剂为松香皂类引气剂。
128.本对比例各原料均市售可得。
129.本对比例高强度抗裂混凝土的制备方法为：
130.(1)按重量份准备水泥265份、碎石310份、细骨料400份、粉煤灰20份、抗裂纤维90份、防冻剂6份、可再分散乳胶粉12份、羧甲基纤维素钠3份、引气剂1份混合均匀，再加入水和减水剂，搅拌混合均匀后进行使用。
131.本对比例除不进行玄武岩纤维的改性，即直接添加购买的商品玄武岩纤维，其余均同实施例2。
132.性能测试
133.对本发明实施例1
‑
2和对比例1
‑
3所得混凝土进行性能测试，测试方法如下：
134.1、坍落度、流动性：按照gb/t50080
‑
2016《普通混凝土拌合物性能试验标准》进行测试；
135.2、抗压强度和抗折强度：按照gb/t50107
‑
2010《混凝土强度检验评定标准》进行检测；
136.3、劈裂强度：按照jtg 3420
‑
2020《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行测试；
137.4、抗弯拉强度、抗冻融性能：按照jtg 3420
‑
2020《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行测试；
138.5、抗渗性能、限制收缩率：按照gb/t50082
‑
2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行测试；
139.测试结果如下表所示：
140.表1性能测试结果
[0141][0142]
表中数据我们可以看出，本发明实施例混凝土呈现了良好的强度性能、抗冻性和抗渗性，综合性能良好。而改变了抗裂纤维加入比例的对比例1
‑
2和直接添加玄武岩纤维的对比例3，其强度性能、抗渗性能等均呈现了不同程度的减弱。可以说明，本发明抗裂玄武岩纤维对于实现抗裂混凝土整体抗裂性能的提升起到关键作用，添加量减少，无法发挥应有的增强效果，而添加量过多，反而会因为团聚应力集中而导致开裂，在本发明原料选择和制备工艺下，所得混凝土综合性能优异，强度高，耐候性强，抗渗性好，成本低廉。
[0143]
需要说明的是，上述实施例仅仅是实现本发明的优选方式的部分实施例，而非全部实施例。显然，基于本发明的上述实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都应当属于本发明保护的范围。