CN113620667A - 一种高耐候性的低收缩混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高耐候性的低收缩混凝土及其制备方法，涉及高分子混凝土技术领域。本发明公开的高耐候性的低收缩混凝土是由以下重量份数的原料组成：普通硅酸盐水泥150‑210份、粗集料350‑430份、细集料280‑330份、偏高岭土40‑50份、石灰石粉70‑80份、稻壳粉20‑30份、聚羧酸减水剂3‑5份、复合膨胀剂15‑20份、乙酸乙烯/硅藻土水凝胶8‑15份、聚天门冬氨酸酯树脂10‑20份和水50‑70份。本发明提供了一种高耐候性、低收缩的混凝土，且该混凝土具有优异的抗压强度、抗裂性能，并延长了混凝土的使用寿命。

Description

一种高耐候性的低收缩混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，尤其涉及一种高耐候性的低收缩混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土由胶凝材料、颗粒状集料(也称为骨料)、水，以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点，是现代建筑工程领域应用极为广泛的基础材料。然而，混凝土在浇筑和养护过程中容易收缩开裂，特别是当混凝土具有水泥用量大、水胶比低等特点时，随之而来的水化放热量高、自收缩大，其收缩开裂比较严重，极大制约了混凝土的发展应用。因而，寻求有效的方法减小混凝土的收缩开裂问题，是混凝土领域一直关注和研究的重要课题。
众所周知，混凝土在使用过程中长期面临着外界环境的侵蚀，其中，氯盐侵蚀、酸雨破坏、阳光暴晒等是导致混凝土结构耐久性下降的主要原因，最终危及工程结构的安全。因此，在腐蚀、暴晒或低温等环境下，仅靠提高混凝土保护层材料的质量与厚度，是无法保证混凝土结构在设计使用年限内安全使用的。目前改善混凝土耐候性问题的主要方法有：使用钢筋阻锈剂、混凝土阴极保护、不锈钢钢筋、钢筋表面涂层、耐蚀钢筋等，取得了不错的效果，但是这些方法的成本较高。现有的技术人员还通过在混凝土表面添加涂层来改善混凝土的耐久性和耐候性问题，但是以环氧涂层、聚氨酯涂层为代表的常规表面防护涂层存在较多的不足，耐久性差、高耐候能力有限等问题。因此，开发一种耐候性好、低收缩的混凝土成为本发明主要研究目的。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种高耐候性、低收缩的混凝土，且该混凝土具有优异的抗压强度、抗裂性能，并延长了混凝土的使用寿命。
为了实现本发明的目的，本发明提供了一种高耐候性的低收缩混凝土，是由以下重量份数的原料组成：普通硅酸盐水泥150-210份、粗集料350-430份、细集料280-330份、偏高岭土40-50份、石灰石粉70-80份、稻壳粉20-30份、聚羧酸减水剂3-5份、复合膨胀剂15-20份、乙酸乙烯/硅藻土水凝胶8-15份、聚天门冬氨酸酯树脂10-20份和水50-70份。
进一步的，所述普通硅酸盐水泥的强度等级为42.5级；所述粗集料为10～20mm的连续级玄武岩碎石；所述细集料为再生砂，其细度模数为2.3～2.7。
进一步的，所述复合膨胀剂是由钙矾石和滑石粉复配而成，所述钙矾石和滑石粉的质量比为(2-4)：1。
进一步的，所述乙酸乙烯/硅藻土水凝胶是由乙酸乙烯和硅藻土复合而成的水凝胶。
进一步的，所述乙酸乙烯/硅藻土水凝胶的制备方法为：将硅藻土、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺和去离子水加入到反应釜中搅拌均匀，然后加入乙酸乙烯和引发剂，升温至70-80℃，搅拌反应3-4h，冷却，用1mol/L的NaOH溶液中和至中和度为90％，用蒸馏水反复冲洗浸泡，然后用乙醇脱水，于70℃烘箱中干燥至恒重，即得。
进一步的，所述硅藻土与所述乙酸乙烯的比例为100-150g/L，所述硅藻土与所述N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为1：(0.1-0.3)，所述硅藻土与所述去离子水的比例为10-15g/L，所述硅藻土与所述引发剂的质量比为1：(0.03-0.05)。
本发明还提供了一种高耐候性的低收缩混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按重量份数称取各原料组分；
(2)将普通硅酸盐水泥、偏高岭土、石灰石粉、稻壳灰加入到搅拌机中干拌3-5min，然后再加入粗集料和细集料混合均匀；
(3)将聚羧酸减水剂、复合膨胀剂和水依次加入到步骤(2)制得的混合物中，搅拌3-5min，边缓慢搅拌边依次加入乙酸乙烯/硅藻土水凝胶和聚天门冬氨酸酯树脂，快速搅拌3-4min，即得本发明的高耐候性的低收缩混凝土。
本发明取得了以下有益效果：
1、乙酸乙烯/硅藻土水凝胶，是一种可在水中溶胀并保持一定水而又不溶于水的具有三维网络结构的交联聚合物，其中含有的羧基和羟基等强吸水性基团，能够通过与水形成氢键发生水合作用吸收自重几十倍乃至上千倍的液态水而呈胶凝状，并且，可通过溶胀作用将自由水固定在聚合物网络内部，因此即使加压下保水性能也很好，而在干燥环境下可以缓慢释放水分。因此，将乙酸乙烯/硅藻土水凝胶掺入混凝土中，通过控制混凝土内水分，不仅可抵消混凝土的化学收缩，还能有效降低混凝土的自收缩，有效抑制混凝土的早期收缩开裂，提高耐久性，进一步延长了本发明的使用寿命。该水凝胶中含有硅藻土成分，粘结性好，能够提高其它组分在混凝土的附着力，增加了混凝土的强度，还提高了本发明的耐水性和保温性。
2、本发明通过加入聚天门冬氨酸酯树脂，显著提高了本发明混凝土的耐候性，并因其优异的粘结性，还提高了本发明各组分间的粘结力，从而提高了本发明的强度，降低了收缩开裂几率。
3、本发明通过水泥和偏高岭土、石灰石粉、稻壳灰之间的复配，减少了混凝土自收缩，细化了孔结构，改善了混凝土的流动性，进一步提高了本发明的抗压强度。
4、本发明通过采用聚羧酸减水剂、复合膨胀剂和乙酸乙烯/硅藻土水凝胶，按照一定比例和配方进行配合，一方面用于改善混凝土的流变性能，可以减少泌水和离析的现象，进一步提升混凝土的和易性；另一方面，也进一步改善混凝土收缩性能。
5、本发明采用适当粒径和比例的粗集料和细集料，有效降低了混凝土的自收缩，减少了混凝土内部的孔隙率，使其内部更加致密，进而减少了混凝土内部的裂缝，提高了混凝土的抗裂防渗性和抗压强度。
6、本发明的高耐候低收缩混凝土的制备方法简单，并具有良好的力学性能、保温性、耐老化，易于维护，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面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做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。
本发明采用的聚天门冬氨酸酯树脂是佛山市万化科技生产的型号为WH-1520；偏高岭土是由灵寿县嘉硕建材加工有限公司提供的；石灰石粉是由荆门市东宝区永兵石灰厂提供；稻壳灰是由石家庄大颂农业种植有限公司提供的；聚羧酸减水剂是由山东博克化学股份有限公司提供的。
实施例1
一种高耐候性的低收缩混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取15kg普通硅酸盐水泥、5kg偏高岭土、8kg石灰石粉和3kg稻壳灰，加入到混凝土搅拌器进行干拌混合，搅拌时间为5min，然后在依次加入43kg的粗集料和33kg的细集料，搅拌时间为5min，搅拌速率为600rpm，得干料混合物；
(2)然后往干料混合物中依次加入0.5kg聚羧酸减水剂、1.5kg复合膨胀剂，以600rpm的搅拌速率搅拌2min，再加入7kg水，搅拌3min，搅拌速率为1000rpm；
(3)混凝土搅拌器的搅拌速率设置为200rpm，然后依次将1kg乙酸乙烯/硅藻土水凝胶和2kg聚天门冬氨酸酯树脂加入到混凝土搅拌器中，搅拌2min后，将搅拌速率调至1200rpm搅拌4min，之后进行卸料，得到成品的混凝土。
本实施例中，普通硅酸盐水泥的强度为P.O.42.5；粗集料为10～20mm的连续级玄武岩碎石；细集料为再生砂，其细度模数为2.3～2.7。
本实施例中使用的复合膨胀剂是由质量比为2：1的钙矾石和滑石粉复配而成。
本实施例中的乙酸乙烯/硅藻土水凝胶是由乙酸乙烯和硅藻土复合而成的水凝胶，其制备方法为：将1kg硅藻土、100gN,N'-亚甲基双丙烯酰胺和去100L离子水加入到反应釜中搅拌均匀，然后加入10L乙酸乙烯和30g引发剂，升温至80℃，搅拌反应4h，冷却，用1mol/L的NaOH溶液中和至中和度为90％，用蒸馏水反复冲洗浸泡，然后用乙醇脱水，于70℃烘箱中干燥至恒重，即得。该引发剂为过硫酸铵和亚硫酸钠，质量比为2：1。
实施例2
一种高耐候性的低收缩混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取21kg普通硅酸盐水泥、4kg偏高岭土、7kg石灰石粉和2kg稻壳灰，加入到混凝土搅拌器进行干拌混合，搅拌时间为5min，然后在依次加入25kg的粗集料和28kg的细集料，搅拌时间为5min，搅拌速率为600rpm，得干料混合物；
(2)然后往干料混合物中依次加入0.3kg聚羧酸减水剂、1.8kg复合膨胀剂，以600rpm的搅拌速率搅拌2min，再加入5kg水，搅拌5min，搅拌速率为1000rpm；
(3)混凝土搅拌器的搅拌速率设置为200rpm，然后依次将1.5kg乙酸乙烯/硅藻土水凝胶和1kg聚天门冬氨酸酯树脂加入到混凝土搅拌器中，搅拌2min后，将搅拌速率调至1200rpm搅拌4min，之后进行卸料，得到成品的混凝土。
本实施例中，普通硅酸盐水泥的强度为P.O.42.5；粗集料为10～20mm的连续级玄武岩碎石；细集料为再生砂，其细度模数为2.3～2.7。
本实施例中使用的复合膨胀剂是由质量比为4：1的钙矾石和滑石粉复配而成。
本实施例中的乙酸乙烯/硅藻土水凝胶是由乙酸乙烯和硅藻土复合而成的水凝胶，其制备方法为：将1.5kg硅藻土、450gN,N'-亚甲基双丙烯酰胺和去100L离子水加入到反应釜中搅拌均匀，然后加入10L乙酸乙烯和75g引发剂，升温至80℃，搅拌反应4h，冷却，用1mol/L的NaOH溶液中和至中和度为90％，用蒸馏水反复冲洗浸泡，然后用乙醇脱水，于70℃烘箱中干燥至恒重，即得。该引发剂为过硫酸铵和亚硫酸钠，质量比为2：1。
实施例3
一种高耐候性的低收缩混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取18kg普通硅酸盐水泥、4.5kg偏高岭土、8kg石灰石粉和2kg稻壳灰，加入到混凝土搅拌器进行干拌混合，搅拌时间为5min，然后在依次加入40kg的粗集料和32kg的细集料，搅拌时间为5min，搅拌速率为600rpm，得干料混合物；
(2)然后往干料混合物中依次加入0.5kg聚羧酸减水剂、2kg复合膨胀剂，以600rpm的搅拌速率搅拌2min，再加入6kg水，搅拌5min，搅拌速率为1000rpm；
(3)混凝土搅拌器的搅拌速率设置为200rpm，然后依次将0.8kg乙酸乙烯/硅藻土水凝胶和1.5kg聚天门冬氨酸酯树脂加入到混凝土搅拌器中，搅拌2min后，将搅拌速率调至1200rpm搅拌4min，之后进行卸料，得到成品的混凝土。
本实施例中，普通硅酸盐水泥的强度为P.O.42.5；粗集料为10～20mm的连续级玄武岩碎石；细集料为再生砂，其细度模数为2.3～2.7。
本实施例中使用的复合膨胀剂是由质量比为3：1的钙矾石和滑石粉复配而成。
本实施例中的乙酸乙烯/硅藻土水凝胶是由乙酸乙烯和硅藻土复合而成的水凝胶，其制备方法为：将1.2kg硅藻土、240gN,N'-亚甲基双丙烯酰胺和去100L离子水加入到反应釜中搅拌均匀，然后加入10L乙酸乙烯和48g引发剂，升温至80℃，搅拌反应4h，冷却，用1mol/L的NaOH溶液中和至中和度为90％，用蒸馏水反复冲洗浸泡，然后用乙醇脱水，于70℃烘箱中干燥至恒重，即得。该引发剂为过硫酸铵和亚硫酸钠，质量比为2：1。
实施例4
一种高耐候性的低收缩混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取20kg普通硅酸盐水泥、4.5kg偏高岭土、7.5kg石灰石粉和3kg稻壳灰，加入到混凝土搅拌器进行干拌混合，搅拌时间为5min，然后在依次加入35kg的粗集料和30kg的细集料，搅拌时间为5min，搅拌速率为600rpm，得干料混合物；
(2)然后往干料混合物中依次加入0.4kg聚羧酸减水剂、1.6kg复合膨胀剂，以600rpm的搅拌速率搅拌2min，再加入6kg水，搅拌5min，搅拌速率为1000rpm；
(3)混凝土搅拌器的搅拌速率设置为200rpm，然后依次将1.2kg乙酸乙烯/硅藻土水凝胶和1.5kg聚天门冬氨酸酯树脂加入到混凝土搅拌器中，搅拌2min后，将搅拌速率调至1200rpm搅拌4min，之后进行卸料，得到成品的混凝土。
本实施例中，普通硅酸盐水泥的强度为P.O.42.5；粗集料为10～20mm的连续级玄武岩碎石；细集料为再生砂，其细度模数为2.3～2.7。
本实施例中使用的复合膨胀剂是由质量比为3：1的钙矾石和滑石粉复配而成。
本实施例中的乙酸乙烯/硅藻土水凝胶是由乙酸乙烯和硅藻土复合而成的水凝胶，其制备方法为：将1.25kg硅藻土、300gN,N'-亚甲基双丙烯酰胺和去125L离子水加入到反应釜中搅拌均匀，然后加入10L乙酸乙烯和55g引发剂，升温至80℃，搅拌反应4h，冷却，用1mol/L的NaOH溶液中和至中和度为90％，用蒸馏水反复冲洗浸泡，然后用乙醇脱水，于70℃烘箱中干燥至恒重，即得。该引发剂为过硫酸铵和亚硫酸钠，质量比为2：1。
对比例1
本对比例1的混凝土的原料组分、配比和制备方法与实施例4中相同，不同的是，本对比例1中未加入乙酸乙烯/硅藻土水凝胶。
对比例2
本对比例2的混凝土的原料组分、配比和制备方法与实施例4中相同，不同的是，本对比例2中未加入乙酸乙烯/硅藻土水凝胶和聚天门冬氨酸酯树脂。
根据实施例1-4和对比例1-2制得的混凝土，测试其抗压强度、抗弯强度性能、收缩率30d、耐酸性30d(5％盐酸)、耐碱性30d(5％氢氧化钠溶液)、耐硫酸盐30d(5％硫酸钠)等，检测结果见下表1。
表1混凝土的各项性能检测结果
Figure BDA0003249716620000091
从表1的检测结果看出，本发明中加入乙酸乙烯/硅藻土水凝胶或聚天门冬氨酸酯树脂后，降低混凝土的收缩率，提高了混凝土的抗压强度和耐酸碱盐性，延长了本发明的使用寿命。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高耐候性的低收缩混凝土，其特征在于，是由以下重量份数的原料组成：普通硅酸盐水泥150-210份、粗集料350-430份、细集料280-330份、偏高岭土40-50份、石灰石粉70-80份、稻壳粉20-30份、聚羧酸减水剂3-5份、复合膨胀剂15-20份、乙酸乙烯/硅藻土水凝胶8-15份、聚天门冬氨酸酯树脂10-20份和水50-70份。
2.根据权利要求1所述的高耐候性的低收缩混凝土，其特征在于，所述普通硅酸盐水泥的强度等级为42.5级；所述粗集料为10～20mm的连续级玄武岩碎石；所述细集料为再生砂，其细度模数为2.3～2.7。
3.根据权利要求1所述的高耐候性的低收缩混凝土，其特征在于，所述复合膨胀剂是由钙矾石和滑石粉复配而成，所述钙矾石和滑石粉的质量比为(2-4)：1。
4.根据权利要求1所述的高耐候性低收缩混凝土，其特征在于，所述乙酸乙烯/硅藻土水凝胶是由乙酸乙烯和硅藻土复合而成的水凝胶。
5.根据权利要求4所述的高耐候性低收缩混凝土，其特征在于，所述乙酸乙烯/硅藻土水凝胶的制备方法为：将硅藻土、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺和去离子水加入到反应釜中搅拌均匀，然后加入乙酸乙烯和引发剂，升温至70-80℃，搅拌反应3-4h，冷却，用1mol/L的NaOH溶液中和至中和度为90％，去除溶剂，然后用乙醇脱水，干燥，即得。
6.根据权利要求5所述的高耐候性低收缩混凝土，其特征在于，所述硅藻土与所述乙酸乙烯的比例为100-150g/L，所述硅藻土与所述N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为1：(0.1-0.3)，所述硅藻土与所述去离子水的比例为10-15g/L，所述硅藻土与所述引发剂的质量比为1：(0.03-0.05)。
7.如权利要求1-6所述任一项的高耐候性的低收缩混凝土的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)按重量份数称取各原料组分；
(2)将普通硅酸盐水泥、偏高岭土、石灰石粉、稻壳灰加入到搅拌机中干拌3-5min，然后再加入粗集料和细集料混合均匀；
(3)将聚羧酸减水剂、复合膨胀剂和水依次加入到步骤(2)制得的混合物中，搅拌3-5min，边缓慢搅拌边依次加入乙酸乙烯/硅藻土水凝胶和聚天门冬氨酸酯树脂，快速搅拌3-4min，即得所需的混凝土。
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