一种混凝土砂浆、制备方法及其在提高混凝土抗裂性能方面的应用与流程

1.本发明涉及混凝土技术领域，特别是涉及一种混凝土砂浆、制备方法及其在提高混凝土抗裂性能方面的应用。


背景技术：

2.混凝土为建筑工程领域中广泛使用的建筑材料，具有强度高、刚度大、使用寿命长等显著特点。随着工程建设水平的提高，对混凝土的性能也提出了更高的要求。
3.尽管混凝土具有诸多优良性能，但混凝土表面易产生裂纹，这是制约混凝土工程发展的质量问题之一。混凝土裂纹不仅影响建筑构件的外观，而且长期发展下去会导致更严重的质量问题，从而影响混凝土的使用性能。如果不对混凝土进行处理，在混凝土开裂后会导致其与原状混凝土的性能产生极大差异，同时，混凝土的渗透反过来又会加速和促使混凝土的进一步恶化，严重影响构件的长期安全和耐久性能。
4.因此，改善混凝土抗裂性能是建筑工程领域中急需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种混凝土砂浆、制备方法及其在提高混凝土抗裂性能方面的应用，以解决混凝土抗裂性能差、易产生裂缝的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.本发明提供一种混凝土砂浆，原料包括以下质量份的组分：
8.普通硅酸盐水泥60-70份、粉煤灰20-25份、机制砂40-45份、三(2-乙基己基)胺1-2份、聚合物乳液2-3份、碳纳米管0.2-0.4份、β-萜烯树脂0.1-0.2份、减水剂0.5-0.8份、水10-13份。
9.作为本发明的进一步优选，所述聚合物乳液由苯丙乳液和丁苯胶乳组成。
10.作为本发明的进一步优选，所述苯丙乳液和丁苯胶乳的质量比为0.2-0.4:1.1-1.3。
11.作为本发明的进一步优选，所述粉煤灰的比表面积为330-450m2/kg、密度为2.0-2.8g/cm3。
12.作为本发明的进一步优选，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
13.本发明还提供上述混凝土砂浆的制备方法，包括以下步骤：
14.(1)依次利用氢氧化钠溶液与过硫酸钠溶液对碳纳米管进行改性，得到预处理的碳纳米管；
15.(2)将所述普通硅酸盐水泥、粉煤灰、三(2-乙基己基)胺以及预处理后的碳纳米管进行混合；
16.(3)向步骤(2)得到的混合物中加入聚合物乳液以及β-萜烯树脂，搅拌均匀；
17.(4)向步骤(3)得到的混合物与水、减水剂及机制砂混合，得到所述混凝土砂浆。
18.作为本发明的进一步优选所述氢氧化钠溶液的浓度为6-7mol/l，温度为30-37℃，改性时间为10-20min；所述过硫酸钠溶液的浓度为2-3mol/l，温度为室温(25℃)，改性时间为5-8min。
19.本发明进一步提供上述混凝土砂浆在提高混凝土抗裂性能方面的应用。
20.作为本发明的进一步优选，所述混凝土砂浆作为抹面砂浆应用于混凝土表面。
21.本发明首先对碳纳米管进行改性，使得碳纳米管表面产生众多活性基团，该处理后的碳纳米管在与水泥、粉煤灰以及三(2-乙基己基)胺共混时，可产生组分间的相互作用，显著提升最终混凝土砂浆的抗裂性能，这可能与该活性碳纳米管与三(2-乙基己基)胺产生反应，以及与水泥、粉煤灰的活性物质反应有关。
22.本发明将改性碳纳米管、水泥、粉煤灰以及三(2-乙基己基)胺的反应体系与聚合物乳液共混，并向体系中加入极少量的β-萜烯树脂，结果发现，极少量的β-萜烯树脂即可显著增强混凝土砂浆的抗裂性能，这基于本发明特定聚合物乳液的添加起到了组分协同增效的作用。
23.本发明公开了以下技术效果：
24.本发明混凝土砂浆制备工艺简单，防止混凝土开裂的效果优异，提高了混凝土构件的长期使用性能，进而推动了建筑工程行业的健康、长期发展。
具体实施方式
25.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
26.应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
27.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
28.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
29.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
30.本发明中所述的“份”如无特别说明，均按质量份计。
31.实施例1
32.一种混凝土砂浆，原料包括以下质量份的组分：
33.普通硅酸盐水泥60份、粉煤灰25份、机制砂43份、三(2-乙基己基)胺1份、聚合物乳
液3份、碳纳米管0.2份、β-萜烯树脂0.1份、聚羧酸减水剂0.6份、水10份。
34.粉煤灰的比表面积为350m2/kg、密度为2.0g/cm3。聚合物乳液包括苯丙乳液和丁苯胶乳，苯丙乳液和丁苯胶乳的质量比为0.2:1.1。
35.混凝土砂浆采用以下步骤制备得到：
36.(1)将碳纳米管加入35℃、6mol/l的氢氧化钠溶液中，超声分散10min，之后冷却至室温，浸泡在浓度为2mol/l的过硫酸钠溶液中8min，过滤，得到预处理后的碳纳米管；
37.(2)将普通硅酸盐水泥、粉煤灰混合，500r/min转速下搅拌6min使之混合均匀，然后加入三(2-乙基己基)胺以及预处理后的碳纳米管，继续搅拌22min；
38.(3)向步骤(2)得到的混合物中加入苯丙乳液、丁苯胶乳以及β-萜烯树脂，在550r/min转速下搅拌10min；
39.(4)保持转速不变，将水、聚羧酸减水剂、机制砂以及步骤(3)得到的混合物混合均匀，即得混凝土砂浆。
40.实施例2
41.一种混凝土砂浆，原料包括以下质量份的组分：
42.普通硅酸盐水泥70份、粉煤灰23份、机制砂45份、三(2-乙基己基)胺1.5份、聚合物乳液2份、碳纳米管0.4份、β-萜烯树脂0.15份、聚羧酸减水剂0.7份、水12份。
43.粉煤灰的比表面积为450m2/kg、密度为2.8g/cm3。聚合物乳液包括苯丙乳液和丁苯胶乳，苯丙乳液和丁苯胶乳的质量比为0.4:1.3。
44.混凝土砂浆采用以下步骤制备得到：
45.(1)将碳纳米管加入30℃、6mol/l的氢氧化钠溶液中，超声分散20min，之后冷却至室温，浸泡在浓度为2mol/l的过硫酸钠溶液中5min，过滤，得到预处理后的碳纳米管；
46.(2)将普通硅酸盐水泥、粉煤灰混合，400r/min转速下搅拌5min使之混合均匀，然后加入三(2-乙基己基)胺以及预处理后的碳纳米管，继续搅拌20min；
47.(3)向步骤(2)得到的混合物中加入苯丙乳液、丁苯胶乳以及β-萜烯树脂，在400r/min转速下搅拌6min；
48.(4)保持转速不变，将水、聚羧酸减水剂、机制砂以及步骤(3)得到的混合物混合均匀，即得混凝土砂浆。
49.实施例3
50.一种混凝土砂浆，原料包括以下质量份的组分：
51.普通硅酸盐水泥68份、粉煤灰23份、机制砂43份、三(2-乙基己基)胺1.6份、聚合物乳液2.5份、碳纳米管0.25份、β-萜烯树脂0.15份、聚羧酸减水剂0.6份、水12份。
52.粉煤灰的比表面积为380m2/kg、密度为2.2g/cm3。聚合物乳液包括苯丙乳液和丁苯胶乳，苯丙乳液和丁苯胶乳的质量比为0.3:1.2。
53.混凝土砂浆采用以下步骤制备得到：
54.(1)将碳纳米管加入33℃、6.5mol/l的氢氧化钠溶液中，超声分散18min，之后冷却至室温，浸泡在浓度为2.5mol/l的过硫酸钠溶液中6min，过滤，得到预处理后的碳纳米管；
55.(2)将普通硅酸盐水泥、粉煤灰混合，550r/min转速下搅拌6min使之混合均匀，然后加入三(2-乙基己基)胺以及预处理后的碳纳米管，继续搅拌23min；
56.(3)向步骤(2)得到的混合物中加入苯丙乳液、丁苯胶乳以及β-萜烯树脂，在300r/
min转速下搅拌8min；
57.(4)保持转速不变，将水、聚羧酸减水剂、机制砂以及步骤(3)得到的混合物混合均匀，即得混凝土砂浆。
58.实施例4
59.一种混凝土砂浆，原料包括以下质量份的组分：
60.普通硅酸盐水泥65份、粉煤灰23份、机制砂40份、三(2-乙基己基)胺2份、聚合物乳液2.5份、碳纳米管0.2份、β-萜烯树脂0.1份、聚羧酸减水剂0.6份、水13份。
61.粉煤灰的比表面积为450m2/kg、密度为2.0g/cm3。聚合物乳液包括苯丙乳液和丁苯胶乳，苯丙乳液和丁苯胶乳的质量比为0.2:1.3。
62.混凝土砂浆采用以下步骤制备得到：
63.(1)将碳纳米管加入30℃、6.7mol/l的氢氧化钠溶液中，超声分散10min，之后冷却至室温，浸泡在浓度为2.5mol/l的过硫酸钠溶液中6min，过滤，得到预处理后的碳纳米管；
64.(2)将普通硅酸盐水泥、粉煤灰混合，600r/min转速下搅拌8min使之混合均匀，然后加入三(2-乙基己基)胺以及预处理后的碳纳米管，继续搅拌20min；
65.(3)向步骤(2)得到的混合物中加入苯丙乳液、丁苯胶乳以及β-萜烯树脂，在300r/min转速下搅拌5min；
66.(4)保持转速不变，将水、聚羧酸减水剂、机制砂以及步骤(3)得到的混合物混合均匀，即得混凝土砂浆。
67.实施例5
68.一种混凝土砂浆，原料包括以下质量份的组分：
69.普通硅酸盐水泥70份、粉煤灰20份、机制砂45份、三(2-乙基己基)胺1份、聚合物乳液3份、碳纳米管0.4份、β-萜烯树脂0.1份、聚羧酸减水剂0.8份、水10份。
70.粉煤灰的比表面积为350m2/kg、密度为2.0g/cm3。聚合物乳液包括苯丙乳液和丁苯胶乳，苯丙乳液和丁苯胶乳的质量比为0.3:1.1。
71.混凝土砂浆采用以下步骤制备得到：
72.(1)将碳纳米管加入32℃、6mol/l的氢氧化钠溶液中，超声分散15min，之后冷却至室温，浸泡在浓度为3mol/l的过硫酸钠溶液中5min，过滤，得到预处理后的碳纳米管；
73.(2)将普通硅酸盐水泥、粉煤灰混合，600r/min转速下搅拌8min使之混合均匀，然后加入三(2-乙基己基)胺以及预处理后的碳纳米管，继续搅拌25min；
74.(3)向步骤(2)得到的混合物中加入苯丙乳液、丁苯胶乳以及β-萜烯树脂，在300r/min转速下搅拌10min；
75.(4)保持转速不变，将水、聚羧酸减水剂、机制砂以及步骤(3)得到的混合物混合均匀，即得混凝土砂浆。
76.对比例1
77.与实施例1不同之处仅在于，不对碳纳米管进行改性。
78.对比例2
79.与实施例1不同之处仅在于，不添加三(2-乙基己基)胺。
80.对比例3
81.与实施例1不同之处仅在于，聚合物乳液采用单一苯丙乳液，且聚合物乳液总质量
不变。
82.效果验证例1
83.对制备得到的混凝土砂浆进行抗裂性能测试：
84.将实施例1-5以及对比例1-3制备的混凝土砂浆分别均匀涂抹至相同规格的混凝土基材上，并保证混凝土砂浆涂抹厚度为100mm，自然干燥，并以涂抹市售混凝土砂浆的混凝土作为基准混凝土试样，进行上述同样的处理，共得到9组试件，经过28d后，依次对9组试件进行抗裂性能测试试验；
85.测试方法采用gb/t50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的早期抗裂试验方法，采用平面薄板模具，内含裂缝诱导器，同时保持试件表面中心处风速不小于5m/s。
86.在测试完成之后，记录裂缝的宽度和长度，参照cecs38—2004《纤维混凝土结构技术规程》，计算裂缝降低系数η，并进行抗裂性能评价，评价标准见表1。
87.裂缝降低系数η的计算公式为：η＝(a
mer-a
fer
)/a
mer
，其中，a
mer
和a
fer
分别为基准混凝土试样、本发明混凝土试样(涂抹实施例及对比例砂浆的混凝土试样)的裂缝总面积。
88.表1
89.评定标准限裂效能等级η≥0.70一级0.55≤η＜0.70二级0.40≤η＜0.55三级
90.各组裂缝降低系数η及对应的限裂效能等级如表2所示：
91.表2
[0092] 裂缝降低系数η限裂效能等级实施例10.831一级实施例20.795一级实施例30.824一级实施例40.819一级实施例50.826一级对比例10.566二级对比例20.562二级对比例30.558二级基准混凝土试样//
[0093]
效果验证例2
[0094]
将实施例1-5以及对比例1-3制备的混凝土砂浆均匀涂抹至相同规格的混凝土基材上，并保证混凝土砂浆涂抹厚度为100mm，自然干燥，并以涂抹市售混凝土砂浆的混凝土作为对照混凝土试样，进行上述同样的处理，得到9组试件，经过28d后，依次对9组试件进行力学性能测试试验，结果如表3所示。
[0095]
其中，按照gb/t50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》对试件进行抗压强度测试；
[0096]
按照cecs13—2009《纤维混凝土试验方法标准》对试件进行抗冲击试验。
[0097]
表3
[0098] 抗压强度(mpa)初裂冲击能耗(j)破坏冲击能耗(j)实施例1291551.11674.2实施例2281537.91670.3实施例3281544.61676.8实施例4271537.81668.9实施例5281546.21670.2对比例1241033.11320.5对比例222986.31053.8对比例322953.71029.6对照组20873.61012.3
[0099]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。