CN114133187B - 防裂抗渗混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防裂抗渗混凝土，包括：水泥200～300份、矿粉60～100份、粉煤灰30～50份、水150～170份、砂880～960份、石900～980份、减水剂7～12份、防裂抗渗增强剂0.9～1.5份；防裂抗渗增强剂的制备如下：S1、取等离子气体处理过的聚丙烯纤维、氧化石墨烯水溶液、还原剂反应45min，得到第一处理物，用去离子水对所述第一处理物反复冲洗5‑10次，然后冷冻干燥得到第二处理物；S2、取壳聚糖季铵盐、第二处理物于去离子水中室温搅拌3h，得到混合溶液，将所述混合溶液冷冻干燥，得到防裂抗渗增强剂。本发明利用等离子气体以及石墨烯对聚丙烯纤维进行改性，制备得到的混凝土防裂抗渗性能强，具有良好的应用前景。

Description

防裂抗渗混凝土
技术领域
本发明涉及混凝土领域。更具体地说，本发明涉及一种防裂抗渗混凝土。
背景技术
随着经济的发展，地下工程逐渐成为现代化发展的主旋律之一，其中，混凝土的抗裂防渗性能是制约地下工程耐久性的主要因素。现有技术中，常在混凝土中添加纤维来提高其防裂抗渗性能。常用的纤维有聚丙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维等，尤以聚丙烯纤维应用最为广泛。但在将聚丙烯纤维应用到混凝土中时，聚丙烯纤维与混凝土的界面作用不够强，影响其防裂抗渗效果。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种防裂抗渗混凝土及其制备方法，其利用石墨烯对聚丙烯纤维进行改性，使石墨烯附着在聚丙烯纤维上，提高其在混凝土中的界面作用力，然后利用壳聚糖季铵盐对石墨烯改性后的聚丙烯纤维进行处理，提高其水溶性和分散性，最终提高掺和了聚丙烯纤维的混凝土的防裂抗渗性能。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种防裂抗渗混凝土及其制备方法，包括以下重量份的组分：
水泥200～300份、矿粉60～100份、粉煤灰30～50份、水150～170份、砂880～960份、石900～980份、减水剂7～12份、防裂抗渗增强剂0.9～1.5份；
其中，所述防裂抗渗增强剂的制备如下：
S1、取等离子气体及多巴胺处理过的聚丙烯纤维、氧化石墨烯水溶液、还原剂置于密闭容器中，搅拌并超声处理20min，然后置于75～85℃下反应45min，得到第一处理物，用去离子水对所述第一处理物反复冲洗5-10次，然后置于-85℃下冷冻干燥得到第二处理物；其中，所述聚丙烯纤维、所述氧化石墨烯水溶液、所述还原剂的质量比为1：100：1～2，所述氧化石墨烯水溶液的质量浓度为2mg/ml；
S2、取壳聚糖季铵盐、第二处理物于去离子水中室温搅拌3h，得到混合溶液，将所述混合溶液抽滤，取滤渣冷冻干燥，得到防裂抗渗增强剂；所述壳聚糖季铵盐、所述第二处理物、所述去离子水的质量比为1：2：200。
优选的是，所述等离子体处理过的聚丙烯纤维的制备如下：用混合等离子气体在80W下处理聚丙烯纤维400s，得到中间产物；取所述中间产物浸泡在多巴胺溶液中，处理45min，得到第三处理物，将所述第三处理物用去离子水反复清洗5-10次，然后置于70℃下真空干燥，得到等离子气体处理的聚丙烯纤维；其中，所述中间产物、所述多巴胺溶液的质量比为1：50，所述混合等离子气体由氩气和氧气组成，所述氩气、所述氧气的体积比为9：1，所述多巴胺溶液的质量浓度为2g/L。
优选的是，所述氧化石墨烯水溶液是将氧化石墨烯分散于去离子水中制备得到，所述氧化石墨烯通过Hummers法制备。
优选的是，所述聚丙烯纤维为5～10mm纤维。
优选的是，所述还原剂为抗坏血酸、水合肼、硼氢化钠、硼烷氨、氢卤酸、氢碘酸中的一种。
优选的是，所述还原剂为抗坏血酸。
优选的是，还包括重量份计的纳米氧化铝0.15-0.2份。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明提供了一种防裂抗渗混凝土，利用石墨烯对聚丙烯纤维进行改性，使石墨烯附着在聚丙烯纤维上，提高其在混凝土中的界面作用力，然后利用壳聚糖季铵盐对石墨烯改性后的聚丙烯纤维进行处理，提高其水溶性和分散性，最终提高掺和了聚丙烯纤维的混凝土的防裂抗渗性能。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
<实施例1>
本发明提供一种防裂抗渗混凝土，其包括以下重量份计的组分：
水泥200份、矿粉70份、粉煤灰50份、水165份、砂940份、石970份、减水剂8.8份、防裂抗渗增强剂1.2份；所述水泥为P.042.5水泥，所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰；所述砂为人工砂，砂细度模数2.8～3.0，为Ⅱ区中砂；所述石为5～25mm的人工碎石，连续级配；所述减水剂为AF-CA聚羧酸系高效减水剂；
其中，所述防裂抗渗增强剂的制备如下：
S1、取等离子气体及多巴胺处理过的聚丙烯纤维、氧化石墨烯水溶液、还原剂置于密闭容器中，搅拌并超声处理20min，然后置于80℃下反应45min，得到第一处理物，用去离子水对所述第一处理物反复冲洗5-10次，然后置于-85℃下冷冻干燥得到第二处理物；其中，所述聚丙烯纤维、所述氧化石墨烯水溶液、所述还原剂的质量比为1：100：1.5，所述氧化石墨烯水溶液的质量浓度为2mg/ml；所述聚丙烯纤维为5～10mm纤维，小尺寸的聚丙烯纤维分散性增强；所述还原剂为抗坏血酸、水合肼、硼氢化钠、硼烷氨、氢卤酸、氢碘酸中的一种，本实施例中还原剂为抗坏血酸；所述氧化石墨烯水溶液是将氧化石墨烯分散于去离子水中制备得到，所述氧化石墨烯通过Hummers法制备，这样制备得到的氧化石墨烯性能较好；
其中，所述等离子气体处理过的聚丙烯纤维的制备如下：所述等离子气体处理过的聚丙烯纤维的制备如下：用混合等离子气体在80W下处理聚丙烯纤维400s，得到中间产物；取所述中间产物浸泡在多巴胺溶液中，处理45min，得到第三处理物，将所述第三处理物用去离子水反复清洗5-10次，然后置于70℃下真空干燥，得到等离子气体处理的聚丙烯纤维；其中，所述中间产物、所述多巴胺溶液的质量比为1：50，所述混合等离子气体由氩气和氧气组成，所述氩气、所述氧气的体积比为9：1，所述多巴胺溶液的质量浓度为2g/L；
S2、取壳聚糖季铵盐、第二处理物于去离子水中室温搅拌3h，得到混合溶液，将所述混合溶液抽滤，取滤渣冷冻干燥，得到防裂抗渗增强剂；所述壳聚糖季铵盐、所述第二处理物、所述去离子水的质量比为1：2：200；
混凝土制备：
物料准备：按照上述组分，用容器按份量称取各组分材料，将称好的一部分水(约30％)与防裂抗渗增强剂混合。
搅拌制作：先将称好的水泥、粉煤灰、砂、石投入混凝土搅拌机中干拌约15s，将称好的减水剂、水(约50％的量)投入搅拌机，搅拌约30s，拌至混凝土充分流化，再加入事先将防裂抗渗增强剂、水两者混合均匀的混合物，用剩下的水分别冲洗装减水剂的容器及增强剂混合物的容器，将冲洗水倒入搅拌机中，再次搅拌3min，直至混合物均匀分布于混凝土内部，最后将搅拌好的混凝土按照相应性能的试验标准成型养护，即得混凝土样品。
<实施例2>
本发明提供一种防裂抗渗混凝土，其包括以下重量份计的组分：
水泥200份、矿粉75份、粉煤灰45份、水165份、砂950份、石950份、减水剂8.4份、防裂抗渗增强剂1.0份；
其中，所述防裂抗渗增强剂的制备如下：
S1、取等离子气体及多巴胺处理过的聚丙烯纤维、氧化石墨烯水溶液、还原剂置于密闭容器中，搅拌并超声处理20min，然后置于80℃下反应45min，得到第一处理物，用去离子水对所述第一处理物反复冲洗5-10次，然后置于-85℃下冷冻干燥得到第二处理物；其中，所述聚丙烯纤维、所述氧化石墨烯水溶液、所述还原剂的质量比为1：100：1.5，所述氧化石墨烯水溶液的质量浓度为2mg/ml；所述聚丙烯纤维为5～10mm纤维，小尺寸的聚丙烯纤维分散性增强；所述还原剂为抗坏血酸、水合肼、硼氢化钠、硼烷氨、氢卤酸、氢碘酸中的一种，本实施例中还原剂为氢碘酸；所述氧化石墨烯水溶液是将氧化石墨烯分散于去离子水中制备得到，所述氧化石墨烯通过Hummers法制备，这样制备得到的氧化石墨烯性能较好；
其中，所述等离子体处理过的聚丙烯纤维的制备如下：所述等离子体处理过的聚丙烯纤维的制备如下：用混合等离子气体在80W下处理聚丙烯纤维400s，得到中间产物；取所述中间产物浸泡在多巴胺溶液中，处理45min，得到第三处理物，将所述第三处理物用去离子水反复清洗5-10次，然后置于70℃下真空干燥，得到等离子气体处理的聚丙烯纤维；其中，所述中间产物、所述多巴胺溶液的质量比为1：50，所述混合等离子气体由氩气和氧气组成，所述氩气、所述氧气的体积比为9：1，所述多巴胺溶液的质量浓度为2g/L；
S2、取壳聚糖季铵盐、第二处理物于去离子水中室温搅拌3h，得到混合溶液，将所述混合溶液抽滤，取滤渣冷冻干燥，得到防裂抗渗增强剂；所述壳聚糖季铵盐、所述第二处理物、所述去离子水的质量比为1：2：200；
混凝土制备：
物料准备：按照上述组分，用容器按份量称取各组分材料，将称好的一部分水(约30％)与防裂抗渗增强剂混合。
搅拌制作：先将称好的水泥、粉煤灰、砂、石投入混凝土搅拌机中干拌约15s，将称好的减水剂、水(约50％的量)投入搅拌机，搅拌约30s，拌至混凝土充分流化，再加入事先将防裂抗渗增强剂、水两者混合均匀的混合物，用剩下的水分别冲洗装减水剂的容器及增强剂混合物的容器，将冲洗水倒入搅拌机中，再次搅拌3min，直至混合物均匀分布于混凝土内部，最后将搅拌好的混凝土按照相应性能的试验标准成型养护，即得混凝土样品。
<实施例3>
本发明提供一种防裂抗渗混凝土，其包括以下重量份计的组分：
水泥200份、矿粉70份、粉煤灰50份、水165份、砂950份、石960份、减水剂8.8份、防裂抗渗增强剂1.2份、纳米氧化铝0.18份；
其中，所述防裂抗渗增强剂的制备如下：
S1、取等离子气体处理过的聚丙烯纤维、氧化石墨烯水溶液、还原剂置于密闭容器中，搅拌并超声处理20min，然后置于80℃下反应45min，得到第一处理物，用去离子水对所述第一处理物反复冲洗5-10次，然后置于-85℃下冷冻干燥得到第二处理物；其中，所述聚丙烯纤维、所述氧化石墨烯水溶液、所述还原剂的质量比为1：100：1.5，所述氧化石墨烯水溶液的质量浓度为2mg/ml；所述聚丙烯纤维为5～10mm纤维，小尺寸的聚丙烯纤维分散性增强；所述还原剂为抗坏血酸、水合肼、硼氢化钠、硼烷氨、氢卤酸、氢碘酸中的一种，本实施例中还原剂为抗坏血酸；所述氧化石墨烯水溶液是将氧化石墨烯分散于去离子水中制备得到，所述氧化石墨烯通过Hummers法制备，这样制备得到的氧化石墨烯性能较好；
其中，所述等离子体处理过的聚丙烯纤维的制备如下：所述等离子体处理过的聚丙烯纤维的制备如下：用混合等离子气体在80W下处理聚丙烯纤维400s，得到中间产物；取所述中间产物浸泡在多巴胺溶液中，处理45min，得到第三处理物，将所述第三处理物用去离子水反复清洗5-10次，然后置于70℃下真空干燥，得到等离子气体处理的聚丙烯纤维；其中，所述中间产物、所述多巴胺溶液的质量比为1：50，所述混合等离子气体由氩气和氧气组成，所述氩气、所述氧气的体积比为9：1，所述多巴胺溶液的质量浓度为2g/L；
S2、取壳聚糖季铵盐、第二处理物于去离子水中室温搅拌3h，得到混合溶液，将所述混合溶液抽滤，取滤渣冷冻干燥，得到防裂抗渗增强剂；所述壳聚糖季铵盐、所述第二处理物、所述去离子水的质量比为1：2：200；
混凝土制备：将水分成两份，一份用于溶解减水剂，一份用于与纳米氧化铝、防裂抗渗增强剂混合；按照上述组分配比，称取一定量的水泥、粉煤灰、砂、石，倒入混凝土搅拌机中干拌5min，然后称取减水剂加水溶解，搅拌均匀后倒入搅拌机，再次搅拌至混凝土充分流化，再加入事先将防裂抗渗增强剂、纳米氧化铝、水三者混合均匀的混合物，搅拌至混合物均匀分布于混凝土内部，最后将搅拌好的混凝土按照相应性能的试验标准成型养护，即得混凝土样品。
<对比例1>
本对比例中不添加防裂抗渗增强剂，其他与实施例1相同。
<对比例2>
本对比例中，直接将未经任何处理过的聚丙烯纤维添加到混凝土中，其他与实施例1相同。
<对比例3>
本对比例与实施例1不同之处在于，所述聚丙烯纤维未被等离子气体处理过，其他与实施例1相同。
<对比例4>
本对比例与实施例1不同之处在于，不使用氧化石墨烯对等离子气体处理过的聚丙烯纤维的进行处理，即直接取等离子气体处理过的聚丙烯纤维、壳聚糖季铵盐于去离子水中室温搅拌，其他与实施例1相同。
<对比例5>
本对比例与实施例1不同之处在于，不使用壳聚糖季铵盐进行处理，即不包括实施例1中的S2步骤，其他与实施例1相同。
<试验例>
按照T/CECS 10001-2017《用于混凝土中的防裂抗渗复合材料》中的附录A进行，测定混凝土的早期抗裂性能中的裂缝降低系数；其中，受检混凝土为实施例1-3、对比例1-5中制备的混凝土样本，基准混凝土(即空白对照组)为不添加防裂抗渗增强剂的组别，也即对比例1。
按照GB/T 50081-2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行混凝土抗压强度、抗折强度的测定；
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》进行混凝土抗水渗透试验；
按照JC/T 2361-2016《砂浆、混凝土减缩剂》标准进行混凝土28天、60天减缩率的测定，其中，受检混凝土为实施例1-3、对比例1-5中制备的混凝土样本，基准混凝土(即空白对照组)为不添加防裂抗渗增强剂的组别，也即对比例1；
<样本>
取实施例1-3、对比例1-5中的混凝土样本进行上述试验例中试验指标的测定，具体结果见表1。
表1各实施例和各对比例中制备的混凝土样本的性能指标对照表
Figure BDA0003413190220000071
从表1可见，本发明公开的防裂抗渗混凝土，在混凝土裂缝降低系数、各龄期的抗压强度、抗折强度以及抗渗水、缩减率方面均优于对比例，说明本发明的混凝土具有更加优异的防裂抗渗效果；本发明先通过等离子气体及多巴胺对聚丙烯纤维进行处理，使其表面接枝有活性基团；利用氧化石墨烯对等离子气体处理过的聚丙烯纤维进行处理，处理过程中，氧化石墨烯还原成石墨烯并附着在聚丙烯纤维表面，可加强聚丙烯纤维与混凝土基体之间的界面作用力；利用壳聚糖季铵盐对聚丙烯纤维进行处理，可提高其水溶性，提高其在混凝土基体内的分散性；通过实施例1与实施例3的数据对比可以看出，纳米氧化铝和聚丙烯纤维产生协同作用，通过界面效应可进一步增强聚丙烯纤维与混凝土基体的界面作用力，改善了混凝土的和易性，提高了混凝土的强度及抗渗性能；整体上，聚丙烯纤维经等离子气体和多巴胺处理、氧化石墨烯处理以及壳聚糖季铵盐处理后可显著提高混凝土的防裂抗渗性能。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (6)

1.防裂抗渗混凝土，其特征在于，包括以下重量份的组分：
水泥200～300份、矿粉60～100份、粉煤灰30～50份、水150～170份、砂880～960份、石900～980份、减水剂7～12份、防裂抗渗增强剂0.9～1.5份；
其中，所述防裂抗渗增强剂的制备如下：
S1、取等离子气体及多巴胺处理过的聚丙烯纤维、氧化石墨烯水溶液、还原剂置于密闭容器中，搅拌并超声处理20min，然后置于75～85℃下反应45min，得到第一处理物，用去离子水对所述第一处理物反复冲洗5-10次，然后置于-85℃下冷冻干燥得到第二处理物；其中，所述聚丙烯纤维、所述氧化石墨烯水溶液、所述还原剂的质量比为1：100：1～2，所述氧化石墨烯水溶液的质量浓度为2mg/ml；
S2、取壳聚糖季铵盐、第二处理物于去离子水中室温搅拌3h，得到混合溶液，将所述混合溶液抽滤，取滤渣冷冻干燥，得到防裂抗渗增强剂；所述壳聚糖季铵盐、所述第二处理物、所述去离子水的质量比为1：2：200；
所述等离子气体处理过的聚丙烯纤维的制备如下：用混合等离子气体在80W下处理聚丙烯纤维400s，得到中间产物；取所述中间产物浸泡在多巴胺溶液中，处理45min，得到第三处理物，将所述第三处理物用去离子水反复清洗5-10次，然后置于70℃下真空干燥，得到等离子气体处理的聚丙烯纤维；其中，所述中间产物、所述多巴胺溶液的质量比为1：50，所述混合等离子气体由氩气和氧气组成，所述氩气、所述氧气的体积比为9：1，所述多巴胺溶液的质量浓度为2g/L。
2.如权利要求1所述的防裂抗渗混凝土，其特征在于，所述氧化石墨烯水溶液是将氧化石墨烯分散于去离子水中制备得到，所述氧化石墨烯通过Hummers法制备。
3.如权利要求1所述的防裂抗渗混凝土，其特征在于，所述聚丙烯纤维为5～10mm纤维。
4.如权利要求1所述的防裂抗渗混凝土，其特征在于，所述还原剂为抗坏血酸、水合肼、硼氢化钠、硼烷氨、氢卤酸、氢碘酸中的一种。
5.如权利要求4所述的防裂抗渗混凝土，其特征在于，所述还原剂为抗坏血酸。
6.如权利要求1所述的防裂抗渗混凝土，其特征在于，还包括重量份计的纳米氧化铝0.15-0.2份。
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