一种超高延性混凝土及其制备方法

1.本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种超高延性混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.传统混凝土是由水泥、砂子、石头、水，按比例混合后浇筑而成。然而，传统混凝土脆性高，易开裂，极限拉应变仅有0.01％左右。高延性混凝土主要是由水泥、胶凝材料、集料、外加剂和纤维等原材料组成，按一定比例加水搅拌、成型以后，具有高韧性、高抗裂性能和高耐损伤能力的特种混凝土。这种混凝土的极限拉应变可以高达1-3％，非常适合应用于旧房、桥梁的加固，极大提高了建筑的抗震性能和耐久性。高延性混凝土中的纤维为赋予混凝土高延展的性能起到了主要的作用。混凝土开裂后，纤维桥架在裂纹上，将混凝土紧紧连在一起，因此混凝土不再是脆性断裂，而是由纤维连接的韧性断裂。因此，纤维含量越高，纤维与混凝土的粘结力越强，纤维自身强度越高，纤维的桥架作用就越好，为混凝土提高的韧性就越多。然而，传统高延性混凝土用的合成纤维与混凝土结合强度较大，发生断裂时，纤维受力后容易发生断裂，导致混凝土的抗裂性能下降。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种超高延性混凝土及其制备方法，该混凝土具有较高延性，可有效解决现有的混凝土存在的由于纤维断裂而导致抗拉强度下降的问题。
4.为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
5.一种超高延性混凝土，包括以下重量份的组分：水泥700-800份、粉煤灰350-450份、改性聚乙烯醇纤维25-35份、减水剂12-16份、纳米碳酸钙15-30份。
6.进一步地，包括以下重量份的组分：水泥738份、粉煤灰397份、改性聚乙烯醇纤维33份、减水剂14.5份、纳米碳酸钙25份。
7.进一步地，改性聚乙烯醇纤维通过如下方法制备得到：向醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液中加水，制得醋酸乙烯酯-乙烯共聚物溶液，向该溶液加入聚乙烯醇纤维，超声处理，然后去除溶剂并对纤维进行干燥处理，然后，用水洗涤纤维，然后继续对纤维进行干燥处理，制得。
8.进一步地，聚乙烯醇纤维的干燥温度为20-30℃。
9.进一步地，醋酸乙烯酯-乙烯共聚物溶液的中醋酸乙烯酯-乙烯共聚物溶液的浓度为10-20g/ml。
10.进一步地，醋酸乙烯酯-乙烯共聚物溶液的中醋酸乙烯酯-乙烯共聚物溶液的浓度为15g/ml。
11.进一步地，改性聚乙烯醇纤维有两种尺寸，直径分别为38-43μm和12-15μm，改性聚乙烯醇纤维的长度均为5-7mm。
12.进一步地，改性聚乙烯醇纤维的抗拉强度为1200-1500mpa，弹性模量为30-40gpa，
断裂伸长率为5-15％。
13.进一步地，减水剂为聚羧酸减水剂。
14.上述超高延性混凝土的制备方法，包括以下步骤：
15.(1)将水泥、粉煤灰搅拌混匀，得混合料；
16.(2)将减水剂加水，制得减水剂溶液，将纳米碳酸钙加入减水剂溶液中，拌匀，得混合溶液；
17.(3)将步骤(1)中的混合料与步骤(2)中的混合液混匀，制得混凝土浆料；
18.(4)将改性聚乙烯醇纤维加入混凝土浆料中，混合均匀，制得超高延性混凝土。
19.本发明所产生的有益效果为：
20.1、改性后的聚乙烯醇纤维表面覆盖有一层弱酸膜，会削弱纤维与水泥基体之间的粘结强度，增大纤维的滑移效应，既可以促进纤维分散，又能够避免纤维发生断裂，但是弱酸膜也会破坏混凝土的结构，导致初始开裂强度降低。纳米碳酸钙材料具有良好的填充性能，可有效提高颗粒的紧密堆积程度进而提高材料密实度，可增强混凝土的抗压强度，添加的纳米碳酸钙可在聚乙烯醇纤维周围形成保护层，既可防止纤维上附着的弱酸膜对混凝土的影响，提高开裂强度，又能够增加与弱酸膜的连接紧密性，使得混凝土的抗折强度增大。
21.2、添加有两种尺寸的聚乙烯醇纤维，可能由于不同直径的聚乙烯醇纤维与混凝土的接触面积不同，导致在发生弯折或拉伸过程中，混凝土与不同直径纤维的受力发生改变，使得在纤维用量相同的情况下，使用两种直径纤维的混凝土的抗折强度大于使用一种平均直径纤维的混凝土的抗折强度。
22.3、纤维的长度对于混凝土的抗折强度影响较大，使用等量纤维的情况下，纤维越长，其分散的均匀度越差，且同一截面内暴露的纤维截面越少，导致其抗折强度下降；纤维缩短后，在使用等量纤维的情况下，同一截面内暴露的纤维截面越多，导致其抗折强度增大。
具体实施方式
23.实施例1
24.一种超高延性混凝土，包括以下重量份的组分：水泥700份、粉煤灰350份、改性聚乙烯醇纤维25份、聚羧酸减水剂12份、纳米碳酸钙15份，其中改性聚乙烯醇纤维的直径分别为38μm和12μm，长度均为5mm，改性聚乙烯醇纤维的抗拉强度为1200mpa，弹性模量为30gpa，断裂伸长率为15％。
25.改性聚乙烯醇纤维通过以下方法制得：向醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液中加水，制得浓度为20g/ml的醋酸乙烯酯-乙烯共聚物溶液，向该溶液加入聚乙烯醇纤维，于40khz条件下超声处理15min，然后去除溶剂并于25℃条件下对纤维进行干燥处理3h，然后，用水洗涤纤维，然后继续于25℃条件下对纤维进行干燥处理1h，制得。
26.上述超高延性混凝土的制备方法包括以下步骤：
27.(1)将水泥、粉煤灰搅拌混匀，得混合料；
28.(2)将聚羧酸减水剂加水，制得减水剂溶液，将纳米碳酸钙加入减水剂溶液中，拌匀，得混合溶液；
29.(3)将步骤(1)中的混合料与步骤(2)中的混合液混匀，制得混凝土浆料；
30.(4)将改性聚乙烯醇纤维加入混凝土浆料中，混合均匀，制得超高延性混凝土。
31.实施例2
32.一种超高延性混凝土，包括以下重量份的组分：水泥800份、粉煤灰450份、改性聚乙烯醇纤维35份、聚羧酸减水剂16份、纳米碳酸钙30份，其中改性聚乙烯醇纤维的直径分别为38μm和15μm，长度均为7mm，改性聚乙烯醇纤维的抗拉强度为1300mpa，弹性模量为40gpa，断裂伸长率为10％。
33.改性聚乙烯醇纤维通过以下方法制得：向醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液中加水，制得浓度为10g/ml的醋酸乙烯酯-乙烯共聚物溶液，向该溶液加入聚乙烯醇纤维，于40khz条件下超声处理15min，然后去除溶剂并于25℃条件下对纤维进行干燥处理3h，然后，用水洗涤纤维，然后继续于25℃条件下对纤维进行干燥处理1h，制得。
34.上述超高延性混凝土的制备方法与实施例1相同。
35.实施例3
36.一种超高延性混凝土，包括以下重量份的组分：水泥738份、粉煤灰397份、改性聚乙烯醇纤维33份、减水剂14.5份、纳米碳酸钙25份，其中改性聚乙烯醇纤维的直径分别为40μm和14μm，长度均为6mm，改性聚乙烯醇纤维的抗拉强度为1500mpa，弹性模量为40gpa，断裂伸长率为15％。
37.改性聚乙烯醇纤维通过以下方法制得：向醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液中加水，制得浓度为15g/ml的醋酸乙烯酯-乙烯共聚物溶液，向该溶液加入聚乙烯醇纤维，于40khz条件下超声处理15min，然后去除溶剂并于25℃条件下对纤维进行干燥处理3h，然后，用水洗涤纤维，然后继续于25℃条件下对纤维进行干燥处理1h，制得。
38.上述超高延性混凝土的制备方法与实施例1相同。
39.对比例1
40.一种超高延性混凝土，包括以下重量份的组分：水泥738份、粉煤灰397份、聚乙烯醇纤维33份、减水剂14.5份、纳米碳酸钙25份，其中聚乙烯醇纤维的直径分别为40μm和14μm，长度均为6mm，改性聚乙烯醇纤维的抗拉强度为1500mpa，弹性模量为40gpa，断裂伸长率为15％。
41.上述超高延性混凝土的制备方法与实施例1相同。
42.对比例2
43.一种超高延性混凝土，包括以下重量份的组分：水泥738份、粉煤灰397份、改性聚乙烯醇纤维33份、减水剂14.5份、纳米碳酸钙5份，其中改性聚乙烯醇纤维的直径分别为40μm和14μm，长度均为6mm，改性聚乙烯醇纤维的抗拉强度为1500mpa，弹性模量为40gpa，断裂伸长率为15％。
44.改性聚乙烯醇纤维通过以下方法制得：向醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液中加水，制得浓度为15g/ml的醋酸乙烯酯-乙烯共聚物溶液，向该溶液加入聚乙烯醇纤维，于40khz条件下超声处理15min，然后去除溶剂并于25℃条件下对纤维进行干燥处理3h，然后，用水洗涤纤维，然后继续于25℃条件下对纤维进行干燥处理1h，制得。
45.上述超高延性混凝土的制备方法与实施例1相同。
46.对比例3
47.一种超高延性混凝土，包括以下重量份的组分：水泥738份、粉煤灰397份、改性聚
乙烯醇纤维33份、减水剂14.5份、纳米碳酸钙25份，其中改性聚乙烯醇纤维的直径为27μm，长度为6mm，改性聚乙烯醇纤维的抗拉强度为1500mpa，弹性模量为40gpa，断裂伸长率为15％。
48.改性聚乙烯醇纤维通过以下方法制得：向醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液中加水，制得浓度为15g/ml的醋酸乙烯酯-乙烯共聚物溶液，向该溶液加入聚乙烯醇纤维，于40khz条件下超声处理15min，然后去除溶剂并于25℃条件下对纤维进行干燥处理3h，然后，用水洗涤纤维，然后继续于25℃条件下对纤维进行干燥处理1h，制得。
49.上述超高延性混凝土的制备方法与实施例1相同。
50.对比例4
51.一种超高延性混凝土，包括以下重量份的组分：水泥738份、粉煤灰397份、改性聚乙烯醇纤维33份、减水剂14.5份、纳米碳酸钙25份，其中改性聚乙烯醇纤维的直径分别为40μm和14μm，长度均为15mm，改性聚乙烯醇纤维的抗拉强度为1500mpa，弹性模量为40gpa，断裂伸长率为15％。
52.改性聚乙烯醇纤维通过以下方法制得：向醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液中加水，制得浓度为15g/ml的醋酸乙烯酯-乙烯共聚物溶液，向该溶液加入聚乙烯醇纤维，于40khz条件下超声处理15min，然后去除溶剂并于25℃条件下对纤维进行干燥处理3h，然后，用水洗涤纤维，然后继续于25℃条件下对纤维进行干燥处理1h，制得。
53.上述超高延性混凝土的制备方法与实施例1相同。
54.试验例
55.参照高延性混凝土应用技术规程(dbj61/t112-2016)中的性能指标对实施例1-3和对比例1-4中制得的混凝土的性能进行测试，分别测定混凝土的等效弯曲强度、等效弯曲韧性、抗折强度及抗压强度，具体测定结果见表1。
56.表1：高延性混凝土的性能
[0057][0058]
通过上表中的数据得知，对比例1-4中的混凝土的各项性能指标均差于实施例1-3中的混凝土。
[0059]
将对比例1与实施例3进行对比，取消对聚乙烯醇纤维的改性处理后，当产生裂缝后，聚乙烯醇纤维在较大的刚性力作用下易发生断裂，导致混凝土的等效弯曲强度、等效弯曲韧性和抗折强度等性能下降。
[0060]
将对比例2与实施例3进行对比，减少纳米碳酸钙的用量，纳米碳酸钙的用量减少，使得混凝土的密实度降低，导致抗压强度降低，同时，形成的保护层的量减少，使得聚乙烯醇纤维表面的弱酸膜对混凝土的结构改变，降低纤维与混凝土的粘结强度，使得混凝土的等效弯曲强度、等效弯曲韧性和抗折强度等性能下降。
[0061]
将对比例3和4与实施例3进行对比，对比例3中使用一种直径的聚乙烯醇纤维，对比例4中增加聚乙烯醇纤维的长度，是通过试验发现，使用同一种直径的聚乙烯醇纤维或者增加聚乙烯醇纤维的长度后，均会导致混凝土的等效弯曲强度、等效弯曲韧性和抗折强度性能下降，证明纤维的直径和长度对混凝土的性能有较大影响。