一种高抗裂低收缩高性能混凝土的制作方法

1.本技术涉及混凝土材料技术领域，更具体地说，它涉及一种高抗裂低收缩高性能混凝土。


背景技术：

2.高性能混凝土是指28d抗压强度为65-80mpa的混凝土，高性能混凝土以其抗压强度高、抗变形能力强的优点，在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。
3.虽然高性能混凝土诸多性能均优于普通混凝土，但也带来了其固有问题，与普通混凝土相比，高性能混凝土具有胶凝材料用量高，水胶比低等特点，随着水泥水化反应持续进行，高性能混凝土内部的湿度逐渐降低，从而导致高性能混凝土的收缩变形，当收缩变形受到约束时，就会使高性能混凝土内部产生拉应力，一旦拉应力超过高性能混凝土的抗拉强度，就会导致高性能混凝土开裂，进而影响高性能混凝土的力学性能和耐久性。
4.针对上述情况，本领域亟需解决高性能混凝土易收缩开裂的问题。


技术实现要素：

5.为了解决高性能混凝土易收缩开裂的问题，本技术提供一种高抗裂低收缩高性能混凝土。
6.第一方面，本技术提供一种高抗裂低收缩高性能混凝土，采用如下的技术方案：一种高抗裂低收缩高性能混凝土，由包含以下重量份的原料组成：水泥85-90份；粉煤灰50-55份；集料480-550份；水58-65份；减水剂1.5-2份；吸水树脂0.5-1.2份；每份所述吸水树脂由包含以下重量份的原料组成：丙烯酸70-90份；4-羟丁基乙烯基醚20-35份；丙烯酸四氢呋喃酯12-18份。
7.通过采用上述技术方案，利用羟丁基乙烯基醚、丙烯酸四氢呋喃酯和丙烯酸作为原料制备的吸水树脂，具有羟基、酯基、醚键等多种非离子亲水基团，这些非离子亲水基团的吸水性能较好，且受高性能混凝土中的阳离子影响很小，与羧基协同增效，共同提升了吸水树脂的耐盐性和吸水倍率。将本技术制备的吸水树脂加入高性能混凝土中，能够在前期吸收较多的水分，当后期高性能混凝土的内部干燥时释放水分，使得水化更充分，从而解决了高性能混凝土易收缩开裂的问题。
8.优选的，每份所述吸水树脂中还包括2-5重量份的粘土，粘土为海泡石、凹凸棒土、硅藻土中的一种或多种。
9.通过采用上述技术方案，以上几种粘土本身具有较强的吸水能力，且表面含有活性羟基，能够与羟基、羧基等基团交联，穿插在吸水树脂的三维网络的内部，进而提高了吸水树脂的吸水倍率。
10.优选的，所述吸水树脂经过改性剂处理，成为改性吸水树脂，改性剂为单端单羟丙基硅油和/或单羟基封端含氟硅油，改性剂与吸水树脂的质量比为(7-12):100。
11.通过采用上述技术方案，本技术选用单羟基丙基硅油和/或单羟基封端含氟硅油作为改性剂，用改性剂处理吸水树脂时，单羟基与吸水树脂上的亲水基团交联，消耗了一部分亲水基团，并引入了疏水链段，减少了高吸水树脂表面水分向内部扩散渗透的通道，降低了吸水树脂的吸液速率，而单羟基丙基硅油和/或单羟基封端含氟硅油不会与吸水树脂交联，所以不会对吸水树脂的吸液时体积膨胀带来较大的束缚，对吸液倍率影响很小，在降低吸水树脂前期吸水速率的同时，保证较高的吸水倍率；单羟基丙基硅油和单羟基封端含氟硅油在降低吸水树脂吸水速率方面协同增效。
12.优选的，所述改性剂与吸水树脂的质量比为(8-10):100。
13.通过采用上述技术方案，当改性剂与吸水树脂的质量比为(8-10):100时，对吸水树脂的改性效果最好，改性树脂上的亲水基团数量适中，吸水速率适中，吸水倍率较高。
14.优选的，所述单羟基封端含氟硅油由端羟基含氟聚硅氧烷与丙酰氯按照质量比1:(1.2-1.5)反应制得。
15.优选的，所述端羟基含氟聚硅氧烷与丙酰氯的质量比为1:(1.3-1.4)。
16.优选的，所述吸水树脂的粒径为80-120目。
17.通过采用上述技术方案，当吸水树脂的粒径为80-120目时，粒径大小适中，加入高性能混凝土中分散得较为均匀，不易团聚，且吸水膨胀后体积大小适中，后期释放水之后不会在高性能混凝土中形成过大的孔隙，对高性能混凝土抗压强度的影响较小。
18.优选的，所述水泥和粉煤灰的总质量与水的质量比为(2.2-2.3):1。
19.通过采用上述技术方案，当水泥和粉煤灰的总质量与水的质量比为(2.2-2.3):1时，含水量适中，吸水树脂的吸水量适中，后期吸水树脂释水后体积变小，在高性能混凝土产生的孔隙大小适中，释放的水能够促进水化反应，生成的水化产物能够填充吸水树脂产生的孔隙，进而提高高性能混凝土的密实性，提高高性能混凝土的结构强度。
20.优选的，所述高抗裂低收缩高性能混凝土还包括0.8-1.5份的减缩剂，减缩剂为失水山梨醇脂肪酸酯和/或脂肪酸聚氧乙烯酯。
21.通过采用上述技术方案，失水山梨醇脂肪酸酯和/或脂肪酸聚氧乙烯酯是非离子表面活性剂，一部分减缩剂分子吸附在空气与高性能混凝土毛细孔溶液接触的气-液界面上，显著降低气-液界面的表面张力，从而降低高性能混凝土中毛细孔壁受到的毛细孔张力，对减少高性能混凝土的收缩起主要作用；还有一部分减缩剂吸附于毛细孔中的固-液界面，使得固体表面自由能降低，水泥受到的收缩应力减小；此外，减缩剂的亲水基团能够吸附一部分水，减少水分的蒸发，提高高性能混凝土内部的湿度，进一步减少收缩。
22.优选的，所述减缩剂由失水山梨醇脂肪酸酯和脂肪酸聚氧乙烯酯按照质量比(0.6-0.8):1复配制得。
23.通过采用上述技术方案，失水山梨醇脂肪酸酯和脂肪酸聚氧乙烯酯在减少高性能混凝土收缩方面协同增效，当失水山梨醇脂肪酸酯和脂肪酸聚氧乙烯酯按照质量比(0.6-0.8):1复配制成减缩剂时，减缩效果最佳。
24.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、本技术以丙烯酸、4-羟丁基乙烯基醚、丙烯酸四氢呋喃酯为原料制备吸水树脂，与聚丙烯酸类高吸水树脂相比，含有羟基、醚键、酯基等非离子亲水基团，这些亲水基团几乎不受高性能混凝土中阳离子的影响，进而提高了吸水树脂的耐盐性和吸水倍率，加入高
性能混凝土中能够解决高性能混凝土易收缩开裂的问题。
25.2、本技术利用单端单羟丙基硅油和/或单羟基封端含氟硅油作为改性剂处理吸水树脂，单羟基与吸水树脂上的亲水基团交联，消耗了一部分亲水基团，引入疏水链，降低了吸水速率，同时，单羟基丙基硅油和/或单羟基封端含氟硅油不会与吸水树脂交联，在降低吸水速率的同时还能保证较高的吸水倍率。
26.3、本技术利用失水山梨醇脂肪酸酯和/或脂肪酸聚氧乙烯酯作为减缩剂，这两种减缩剂均为非离子表面活性剂，能够显著降低高性能混凝土毛细孔中液体的表面张力，对减少高性能混凝土的收缩起主要作用，其亲水基团能够吸附一部分水，减少水分的蒸发，提高高性能混凝土内部的湿度。
具体实施方式
27.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
28.若无特殊说明，以下实施例以及对比例中所用的原料规格详见表1。
29.表1.原料规格信息表1.原料规格信息单羟基封端含氟硅油的制备例制备例a单羟基封端含氟硅油，按照如下步骤制得：将10g端羟基含氟聚硅氧烷与12g丙酰氯混合，25℃下反应2h后旋蒸除去多余的丙酰氯，得到单羟基封端含氟硅油。
30.制备例b-d单羟基封端含氟硅油，与制备例1的区别点在于：端羟基含氟聚硅氧烷与丙酰氯的
质量比不同，具体质量比如下表2所示：表2.端羟基含氟聚硅氧烷与丙酰氯的质量比项目端羟基含氟聚硅氧烷与丙酰氯的质量比制备例a1:1.2制备例b1:1.5制备例c1:1.3制备例d1:1.4吸水树脂的制备例制备例1吸水树脂，其配方如下：丙烯酸70g；4-羟丁基乙烯基醚20g；丙烯酸四氢呋喃酯12g。
31.一种吸水树脂的制备方法，按照如下步骤制得：用25％naoh溶液中和丙烯酸，中和度为80％，得到物质a，将物质a、4-羟丁基乙烯基醚和丙烯酸四氢呋喃酯混合，加入0.2g过硫酸铵和0.18g的n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺，混合、搅拌、加热至70℃、保温反应5h、破碎、造粒，得到粒径为80-120目的吸水树脂。
32.制备例2-3吸水树脂，与制备例1的区别点在于：原料的组成不同，具体组成如下表3所示：表3.吸水树脂原料组成制备例4吸水树脂，与制备例3的区别点在于：吸水树脂中新增2g粘土，粘土为海泡石。
33.制备例5吸水树脂，与制备例4的区别点在于：粘土的质量不同，本制备例粘土的质量为5g。
34.制备例6吸水树脂，与制备例5的区别点在于：粘土的选择不同，将海泡石等质量更换为凹凸棒土。
35.制备例7吸水树脂，与制备例5的区别点在于：粘土的选择不同，将海泡石等质量更换为硅藻土。
36.制备例8改性吸水树脂，与制备例7的区别点在于：吸水树脂的制备方法不同，具体步骤如下：用25％naoh溶液中和丙烯酸，中和度为80％，得到物质a，将物质a、4-羟丁基乙烯
基醚和丙烯酸四氢呋喃酯混合，加入0.2g过硫酸铵和0.18g的n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺，混合、搅拌、加热至70℃、保温5h、破碎、造粒，得到粒径为80-120目的吸水树脂；将7g改性剂单端单羟丙基硅油加入150g丙酮中，搅拌均匀，得到改性液；将100g吸水树脂加入改性液中，搅拌均匀，升温至55℃，保温1h，过滤，干燥，得到改性吸水树脂。
37.制备例9-11改性吸水树脂，与制备例8的区别点在于：改性剂单端单羟丙基硅油的质量不同，具体质量如下表4所示：表4.改性剂的质量项目单端单羟丙基硅油(g)制备例87制备例912制备例108制备例1110制备例12-15改性吸水树脂，与制备例11的区别点在于：改性剂的选择不同，将单端单羟丙基硅油等质量更换为制备例1-4制得的单羟基封端含氟硅油，具体选择如下表5所示：表5.改性剂的选择项目改性剂制备例11单端单羟丙基硅油制备例12制备例a制备例13制备例b制备例14制备例c制备例15制备例d制备例16改性吸水树脂，与制备例15的区别点在于：改性剂的选择不同，本制备例的改性剂由5g单端单羟丙基硅油和5g制备例4制得的单羟基封端含氟硅油复配而成。
38.制备例17改性吸水树脂，与制备例16的区别点在于：改性吸水树脂的粒径大小不同，本制备例改性吸水树脂的粒径为130-150目。
39.制备例18改性吸水树脂，与制备例16的区别点在于：改性吸水树脂的粒径大小不同，本制备例改性吸水树脂的粒径为50-70目。
40.制备对比例制备对比例1-3吸水树脂，与制备例1的区别点在于：原料的组成不同，具体组成如下表6所示：表6.吸水树脂原料组成
实施例和对比例实施例1一种高抗裂低收缩高性能混凝土，其配方如下：吸水树脂5g；水泥850g；粉煤灰500g；粗集料2800g；细集料2000g；水580g；聚羧酸减水剂15g。
41.一种高抗裂低收缩高性能混凝土的制备方法，按照如下步骤制得：将制备例1制得的吸水树脂、水泥、粉煤灰、集料混合，25℃下干拌5min，得到混合物a；将聚羧酸减水剂和水混合，得到混合物b；将混合物a和混合物b混合，25℃下搅拌10min，得到高抗裂低收缩高性能混凝土；将高抗裂低收缩高性能混凝土倒入模具中成型，成型完毕后用保鲜膜覆盖模具，24h后脱模，在温度为25℃、相对湿度为95％的条件下养护28d得到高抗裂低收缩高性能混凝土的试件，试件尺寸为100mm
×
100mm
×
100mm。
42.实施例2一种高抗裂低收缩高性能混凝土，与实施例1的区别点在于：吸水树脂的来源不同，具体来源如下表7所示：表7.吸水树脂的来源
实施例8-18分别使用制备例8-18制得的改性吸水树脂代替吸水树脂。
43.实施例19-22一种高抗裂低收缩高性能混凝土，与实施例16的区别点在于：高性能混凝土的原料组成不同，具体组成如下表8所示：表8.高性能混凝土原料组成实施例23一种高抗裂低收缩高性能混凝土，与实施例22的区别点在于：高抗裂低收缩高性能混凝土中新增8g减缩剂，减缩剂为失水山梨醇脂肪酸酯。
44.实施例24一种高抗裂低收缩高性能混凝土，与实施例23的区别点在于：减缩剂的质量不同，本实施例的减缩剂为15g。
45.实施例25一种高抗裂低收缩高性能混凝土，与实施例24的区别点在于：减缩剂的选择不同，将失水山梨醇脂肪酸酯等质量更换为脂肪酸聚氧乙烯酯。
46.实施例26一种高抗裂低收缩高性能混凝土，与实施例24的区别点在于：减缩剂的选择不同，本实施例选择5.6g失水山梨醇脂肪酸酯和9.4g脂肪酸聚氧乙烯酯。
47.实施例27一种高抗裂低收缩高性能混凝土，与实施例24的区别点在于：减缩剂的选择不同，
本实施例选择6.7g失水山梨醇脂肪酸酯和8.3g脂肪酸聚氧乙烯酯。
48.对比例对比例1-3一种高抗裂低收缩高性能混凝土，与实施例1的区别点在于：吸水树脂的来源不同，具体来源如下表9所示：表9.吸水树脂的来源检测方法依照gb/t 50081-2002对实施例1-27和对比例1-3制得的高抗裂低收缩高性能混凝土的试件进行抗压强度测试，具体检测结果见下表11；依照gb/t 50082-2009对实施例1-27和对比例1-3制得的高抗裂低收缩高性能混凝土的试件进行收缩率测试，收缩率越低表示抗收缩性能越好，具体检测结果见下表11；依照jgj/t 193-2009对实施例1-27和对比例1-3制得的高抗裂低收缩高性能混凝土的试件进行抗裂性能测试，按照表10的评分规则确定高抗裂低收缩高性能混凝土的抗裂等级：表10.高性能混凝土抗裂等级评分具体检测结果见下表11。
49.检测结果表11.高抗裂低收缩高性能混凝土的性能检测
由表11可知，本技术实施例制得的高抗裂低收缩高性能混凝土试件的28d抗压强度≧66.4mpa，28d收缩率≦3.04
×
10-4
％，抗裂等级达到l
‑ⅳ
级及以上，可见，本技术的高抗裂低收缩高性能混凝土收缩小、抗裂性能好，抗压强度较高。
50.结合实施例1和对比例1并结合表11可以看出，实施例1制得的高抗裂低收缩高性能混凝土的28d收缩率3.04
×
10-4
％远小于对比例1，这表明：利用羟丁基乙烯基醚、丙烯酸四氢呋喃酯和丙烯酸作为原料制备的吸水树脂，具有羟基、酯基、醚键等多种非离子亲水基团，这些非离子亲水基团的吸水性能较好，且受高性能混凝土中的阳离子影响很小，与羧基协同增效，共同提升了吸水树脂的耐盐性和吸水倍率。
51.结合实施例1和对比例2并结合表11可以看出，实施例1制得的高抗裂低收缩高性能混凝土的28d收缩率3.04
×
10-4
％远小于对比例2，这表明：4-羟丁基乙烯基醚中的羟基和醚键作为非离子亲水基团受高性能混凝土中的阳离子影响很小，吸水性能较好，与羧基、酯基协同增效，共同提升了吸水树脂的耐盐性和吸水倍率。
52.结合实施例1和对比例3并结合表11可以看出，实施例1制得的高抗裂低收缩高性能混凝土的28d收缩率3.04
×
10-4
％远小于对比例3。这表明：丙烯酸四氢呋喃酯中的酯基作为非离子亲水基团受高性能混凝土中的阳离子影响很小，吸水性能较好，与羧基、羟基、醚键协同增效，共同提升了吸水树脂的耐盐性和吸水倍率。
53.结合实施例7和实施例8并结合表11可以看出，实施例8的28d抗压强度69.8mpa大于实施例7的67.5mpa，这可能是因为：高吸水树脂普遍存在初始吸水速率高的特点，将高吸水树脂加入高性能混凝土中的前2-3h内会快速吸收过多拌合水，影响水泥水化，导致高性能混凝土的抗压强度降低，因此作为引水材料应用于高性能混凝土领域时，最好使其具有较慢的吸液速率，即前2-3h内尽量少吸收水，减少对高性能混凝土工作性的影响，而在接下来的4-6h内有一定的吸水能力，保证有足够的水对高性能混凝土进行养护；实施例8使用的吸水树脂经过单端单羟丙基硅油改性，单端单羟丙基硅油上的单羟基与吸水树脂上的亲水基团交联，消耗了一部分亲水基团，并引入了疏水链段，减少了高吸水树脂表面水分向内部扩散渗透的通道，降低了吸水树脂的吸液速率，而单羟基丙基硅油不会与吸水树脂交联，所以不会对吸水树脂的吸液时体积膨胀带来较大的束缚，对吸液倍率影响很小，在降低吸水树脂前期吸水速率的同时，保证较高的吸水倍率，从而减少了吸水树脂前期快速吸水对高性能混凝土抗压强度的影响。
54.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本
申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。