CN114409339A - 一种高强度抗开裂混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及混凝土技术领域，公开了一种高强度抗开裂混凝土及其制备方法。本发明混凝土包括按重量份计的下述组分：普通硅酸盐水泥350‑400份，粗骨料600‑630份，细骨料330‑360份，粉煤灰70‑100份，改性玄武岩纤维50‑60份，膨胀剂5‑10份，减水剂5‑10份，抗冻剂3‑6份，水160‑200份；制备方法为将普通硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、粉煤灰和改性玄武岩纤维混合均匀，得到混合粉料；将膨胀剂、减水剂、抗冻剂加入水中搅拌均匀，然后加入混合粉料，继续搅拌混合均匀，即得。本发明制备得到的混凝土具有优良的抗压强度和抗开裂性能。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，尤其是涉及一种高强度抗开裂混凝土及其制备方法。
背景技术
随着社会的不断进步，现代城市地上建设的飞速发展，各种各样的钢筋混凝土建筑物大规模的覆盖在现代化城市中。混凝土是应用最为广泛的建筑材料，是由骨料、水泥、水等原料经过一定的配比制作而成。水泥混凝土路面是我国高级路面主要结构形式之一，道路混凝土由于众多优点而备受青睐，然而水泥混凝土路面飞速发展的同时，病害问题尤其是耐久性病害问题日益趋于严重。根据调查许多混凝土路面铺装的主干道使用一年时间就出现大面积表面耐久性损坏。北方冰冻地区主要表面为冻融类破坏，同时我国混凝土路面还普遍存在收缩开裂破坏。因此，提高混凝土的抗冻开裂性能具有重要意义和价值。目前为提高混凝土的抗冻抗开裂性能一般采取的措施为在混凝土中掺杂纤维，从而提高混凝土的抗冻抗开裂性能和强度。
中国专利公开号CN109369091公开了一种混杂玄武岩纤维增强混凝土及其制备方法，现将骨料、凝胶材料搅拌均匀，得到骨料混合料，然后将短切玄武岩纤维束、短切玄武岩纤维加入骨料混合料中，搅拌并在搅拌中逐步加入混合液，继续搅拌均匀得到混杂玄武岩纤维增强混凝土，有利于提高混凝土材料的抗开裂性能。但是，由于玄武岩纤维表面光滑，润湿性能差等表面性能缺陷，导致其余混凝土材料的结合力较差，影响玄武岩纤维对混凝土材料的强度以及抗开裂性能的改善。
发明内容
为了克服以上技术问题，本发明提供了一种高强度抗开裂混凝土。本发明制备得到混凝土材料中玄武岩纤维表面较为粗糙且具有良好的润湿性能，有利于提高玄武岩纤维与混凝土材料组分间的结合力，进而提高玄武岩纤维对混凝土材料的增强作用和抗开裂性能。
本发明还提供了一种高强度抗开裂混凝土的制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种高强度抗开裂混凝土，包括按重量份计的下述组分：
普通硅酸盐水泥350-400份、粗骨料600-630份、细骨料330-360份、粉煤灰70-100份、改性玄武岩纤维50-60份、膨胀剂5-10份、减水剂5-10份、抗冻剂3-6份、水160-200份。
作为优选，所述粗骨料为天然碎石；所述粗骨料平均粒径为10-20mm连续级配，含泥量小于1.0％。
作为优选，所述细骨料为Ⅱ区中砂，平均粒径为0.1-0.3mm连续级配，含泥量小于2.0％。
作为优选，所述粉煤灰的细度为0.3-0.5。
作为优选，所述减水剂为三聚氰胺高效减水剂、聚羧酸类减水剂、木质素磺酸钙减水剂中的一种或多种。
作为优选，所述膨胀剂为氧化钙与铝硫酸钙的混合物。
作为优选，所述抗冻剂为亚硝酸钠、氯化钙中的一种或多种。
作为优选，所述改性玄武岩纤维的制备方法包括以下步骤：
1)将玄武岩纤维进行加热处理，冷却后经过洗涤、干燥，得到预处理玄武岩纤维；
2)将硅烷偶联剂KH560加入去离子水中搅拌水解，得到硅烷偶联剂水解液，将预处理玄武岩纤维加入硅烷偶联剂水解液中，加热反应，取出后干燥，得到表面改性玄武岩纤维；
3)将羧甲基壳聚糖加入水中溶解配制成羧甲基壳聚糖水溶液，向羧甲基壳聚糖水溶液中加入酸催化剂，然后加入表面改性玄武岩纤维，加热反应，取出后干燥，得到改性玄武岩纤维。作为优选，所述步骤3)中加热反应温度为70-80℃，加热反应时间为2-5h。
一种高强度抗开裂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将普通硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、粉煤灰和改性玄武岩纤维混合均匀，得到混合粉料；将膨胀剂、减水剂、抗冻剂加入水中搅拌均匀，然后加入混合粉料，继续搅拌混合均匀，即得。
有益效果
本发明相对现有技术具有以下有益效果：
1)本发明一方面通过控制粗骨料、细骨料和粉煤灰的粒径大小，提高混凝土材料内部的密实性，避免其内部存在空隙缺陷引起混凝土的开裂；另一方面，本发明通过加入膨胀剂抵消混一部分凝土内部硬化产生的收缩应力，从而起到对裂缝的抑制作用。
2)本发明通过在混凝土中掺杂玄武岩纤维，在混凝土内部形成三维网格结构，起到骨架增强作用，从而提高混凝土的强度和抗开裂性能，由于玄武岩纤维的表面缺陷导致其与混凝土材料结合力较差，本发明对玄武岩纤维表面进行改性处理，改性后的玄武岩纤维表面较为粗糙且具有良好的润湿性能，有利于提高玄武岩纤维与混凝土材料组分间的结合力，进而提高玄武岩纤维对混凝土材料的增强作用和抗开裂性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作出进一步清楚详细的描述说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如无特殊说明，本发明实施例所用原料均为市售或本领域技术人员可获得的原料；如无特殊说明，本发明实施例所用方法均为本领域技术人员所掌握的方法。
具体实施例中粗骨料为天然碎石；所述粗骨料平均粒径为10-20mm连续级配，含泥量小于1.0％；细骨料为Ⅱ区中砂，平均粒径为0.1-0.3mm连续级配，含泥量小于2.0％。
实施例1
改性玄武岩纤维的制备：
1)将玄武岩纤维置于马弗炉中在250℃下加热处理3h，冷却后经过水洗、干燥，得到预处理玄武岩纤维；
2)将硅烷偶联剂KH560按照质量体积比1g/80mL加入去离子水中搅拌水解2h，得到硅烷偶联剂水解液，将预处理玄武岩纤维加入硅烷偶联剂水解液中，预处理玄武岩纤维与硅烷偶联剂的质量比为1:0.3，水浴加热至60℃，取出后置于烘箱中干燥，得到表面改性玄武岩纤维；
3)将羧甲基壳聚糖加入水中溶解配制成质量浓度为1.5％的羧甲基壳聚糖水溶液，向羧甲基壳聚糖水溶液中加入酸催化剂，酸催化剂添加量为羧甲基壳聚糖水溶液的0.2％，酸催化剂为四氯化锡与浓度为15wt％盐酸按照质量1:3配制，然后加入表面改性玄武岩纤维，表面改性玄武岩纤维与羧甲基壳聚糖的质量比为1:0.5，水浴加热至80℃，保温反应2h，反应完毕后取出置于烘箱中干燥，得到改性玄武岩纤维。
高强度抗开裂混凝土，包括按重量份计的下述组分：
普通硅酸盐水泥400份、粗骨料630份、细骨料360份、粉煤灰100份、改性玄武岩纤维60份、膨胀剂10份、三聚氰胺高效减水剂10份、氯化钙抗冻剂6份、水200份；其中，粉煤灰细度0.3；膨胀剂为氧化钙与铝硫酸钙的混合物，氧化钙与铝硫酸钙的质量比为1:2。
高强度抗开裂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将普通硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、粉煤灰和改性玄武岩纤维混合均匀，得到混合粉料；将膨胀剂、减水剂、抗冻剂加入水中以500r/min搅拌10min，然后加入混合粉料，继续搅拌20min，即得。
实施例2
改性玄武岩纤维的制备：
1)将玄武岩纤维置于马弗炉中在250℃下加热处理3h，冷却后经过水洗、干燥，得到预处理玄武岩纤维；
2)将硅烷偶联剂KH560按照质量体积比1g/80mL加入去离子水中搅拌水解2h，得到硅烷偶联剂水解液，将预处理玄武岩纤维加入硅烷偶联剂水解液中，预处理玄武岩纤维与硅烷偶联剂的质量比为1:0.3，水浴加热至60℃，取出后置于烘箱中干燥，得到表面改性玄武岩纤维；
3)将羧甲基壳聚糖加入水中溶解配制成质量浓度为1.5％的羧甲基壳聚糖水溶液，向羧甲基壳聚糖水溶液中加入酸催化剂，酸催化剂添加量为羧甲基壳聚糖水溶液的0.2％，酸催化剂为四氯化锡与浓度为15wt％盐酸按照质量1:3配制，然后加入表面改性玄武岩纤维，表面改性玄武岩纤维与羧甲基壳聚糖的质量比为1:0.5，水浴加热至70℃，保温反应5h，反应完毕后取出置于烘箱中干燥，得到改性玄武岩纤维。
高强度抗开裂混凝土，包括按重量份计的下述组分：
普通硅酸盐水泥350份、粗骨料600份、细骨料330份、粉煤灰70份、改性玄武岩纤维50份、膨胀剂5份、聚羧酸类减水剂5份、氯化钙抗冻剂3份、水160份；其中，粉煤灰细度0.5；膨胀剂为氧化钙与铝硫酸钙的混合物，氧化钙与铝硫酸钙的质量比为1:2。
高强度抗开裂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将普通硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、粉煤灰和改性玄武岩纤维混合均匀，得到混合粉料；将膨胀剂、减水剂、抗冻剂加入水中以500r/min搅拌10min，然后加入混合粉料，继续搅拌20min，即得。
实施例3
改性玄武岩纤维的制备：
1)将玄武岩纤维置于马弗炉中在250℃下加热处理3h，冷却后经过水洗、干燥，得到预处理玄武岩纤维；
2)将硅烷偶联剂KH560按照质量体积比1g/80mL加入去离子水中搅拌水解2h，得到硅烷偶联剂水解液，将预处理玄武岩纤维加入硅烷偶联剂水解液中，预处理玄武岩纤维与硅烷偶联剂的质量比为1:0.3，水浴加热至60℃，取出后置于烘箱中干燥，得到表面改性玄武岩纤维；
3)将羧甲基壳聚糖加入水中溶解配制成质量浓度为1.5％的羧甲基壳聚糖水溶液，向羧甲基壳聚糖水溶液中加入酸催化剂，酸催化剂添加量为羧甲基壳聚糖水溶液的0.2％，酸催化剂为四氯化锡与浓度为15wt％盐酸按照质量1:3配制，然后加入表面改性玄武岩纤维，表面改性玄武岩纤维与羧甲基壳聚糖的质量比为1:0.5，水浴加热至80℃，保温反应3h，反应完毕后取出置于烘箱中干燥，得到改性玄武岩纤维。
高强度抗开裂混凝土，包括按重量份计的下述组分：
普通硅酸盐水泥380份、粗骨料620份、细骨料350份、粉煤灰90份、改性玄武岩纤维58份、膨胀剂8份、木质素磺酸钙减水剂9份、亚硝酸钠抗冻剂5份、水190份；其中，粉煤灰细度0.4；膨胀剂为氧化钙与铝硫酸钙的混合物，氧化钙与铝硫酸钙的质量比为1:2。
高强度抗开裂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将普通硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、粉煤灰和改性玄武岩纤维混合均匀，得到混合粉料；将膨胀剂、减水剂、抗冻剂加入水中以500r/min搅拌10min，然后加入混合粉料，继续搅拌20min，即得。
实施例4
改性玄武岩纤维的制备：
1)将玄武岩纤维置于马弗炉中在250℃下加热处理3h，冷却后经过水洗、干燥，得到预处理玄武岩纤维；
2)将硅烷偶联剂KH560按照质量体积比1g/80mL加入去离子水中搅拌水解2h，得到硅烷偶联剂水解液，将预处理玄武岩纤维加入硅烷偶联剂水解液中，预处理玄武岩纤维与硅烷偶联剂的质量比为1:0.3，水浴加热至60℃，取出后置于烘箱中干燥，得到表面改性玄武岩纤维；
3)将羧甲基壳聚糖加入水中溶解配制成质量浓度为1.5％的羧甲基壳聚糖水溶液，向羧甲基壳聚糖水溶液中加入酸催化剂，酸催化剂添加量为羧甲基壳聚糖水溶液的0.2％，酸催化剂为四氯化锡与浓度为15wt％盐酸按照质量1:3配制，然后加入表面改性玄武岩纤维，表面改性玄武岩纤维与羧甲基壳聚糖的质量比为1:0.5，水浴加热至70℃，保温反应4h，反应完毕后取出置于烘箱中干燥，得到改性玄武岩纤维。
高强度抗开裂混凝土，包括按重量份计的下述组分：
普通硅酸盐水泥360份、粗骨料610份、细骨料340份、粉煤灰80份、改性玄武岩纤维52份、膨胀剂6份、三聚氰胺高效减水剂6份、氯化钙抗冻剂4份、水170份；其中，粉煤灰细度0.3；膨胀剂为氧化钙与铝硫酸钙的混合物，氧化钙与铝硫酸钙的质量比为1:2。
高强度抗开裂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将普通硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、粉煤灰和改性玄武岩纤维混合均匀，得到混合粉料；将膨胀剂、减水剂、抗冻剂加入水中以500r/min搅拌10min，然后加入混合粉料，继续搅拌20min，即得。
实施例5
改性玄武岩纤维的制备：
1)将玄武岩纤维置于马弗炉中在250℃下加热处理3h，冷却后经过水洗、干燥，得到预处理玄武岩纤维；
2)将硅烷偶联剂KH560按照质量体积比1g/80mL加入去离子水中搅拌水解2h，得到硅烷偶联剂水解液，将预处理玄武岩纤维加入硅烷偶联剂水解液中，预处理玄武岩纤维与硅烷偶联剂的质量比为1:0.3，水浴加热至60℃，取出后置于烘箱中干燥，得到表面改性玄武岩纤维；
3)将羧甲基壳聚糖加入水中溶解配制成质量浓度为1.5％的羧甲基壳聚糖水溶液，向羧甲基壳聚糖水溶液中加入酸催化剂，酸催化剂添加量为羧甲基壳聚糖水溶液的0.2％，酸催化剂为四氯化锡与浓度为15wt％盐酸按照质量1:3配制，然后加入表面改性玄武岩纤维，表面改性玄武岩纤维与羧甲基壳聚糖的质量比为1:0.5，水浴加热至75℃，保温反应3h，反应完毕后取出置于烘箱中干燥，得到改性玄武岩纤维。
高强度抗开裂混凝土，包括按重量份计的下述组分：
普通硅酸盐水泥370份、粗骨料620份、细骨料345份、粉煤灰85份、改性玄武岩纤维55份、膨胀剂8份、木质素磺酸钙减水剂7份、亚硝酸钠抗冻剂5份、水180份；其中，粉煤灰细度0.5；膨胀剂为氧化钙与铝硫酸钙的混合物，氧化钙与铝硫酸钙的质量比为1:2。
高强度抗开裂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将普通硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、粉煤灰和改性玄武岩纤维混合均匀，得到混合粉料；将膨胀剂、减水剂、抗冻剂加入水中以500r/min搅拌10min，然后加入混合粉料，继续搅拌20min，即得。
对比例
对比例与实施例1的区别在于将混凝土组分中改性玄武岩纤维替换为普通玄武岩纤维。
性能测试：
1.混凝土强度测试：
将实施例和对比例制备好的混凝土浇筑到模具中，并在室温下24h脱模，并将试块在标准条件下(温度为20℃，相对湿度95℃)养护，然后在3d、7d和28d后测试其抗压强度。抗压强度按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检测方法(IOS法)》，结果如下表所示：
2.混凝土早期开裂性能测试
将实施例和对比例制备好的混凝土浇筑到模具中，然后置于风吹环境中，使用测量裂缝宽度的塞尺对混凝土试件24h内早期开裂情况进行观测，结果如下表所示：
由实施例1-3与对比例混凝土强度和抗开裂性能对比可以得到，实施例1-3中混凝土相对对比例具有更高的抗压强度和抗开裂性能，证明通过对玄武岩纤维表面改性处理后能够显著提高混凝土的强度和抗开裂性能。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高强度抗开裂混凝土，其特征在于，包括按重量份计的下述组分：
普通硅酸盐水泥350-400份，粗骨料600-630份，细骨料330-360份，粉煤灰70-100份，改性玄武岩纤维50-60份，膨胀剂5-10份，减水剂5-10份，抗冻剂3-6份，水160-200份。
2.根据权利要求1所述的一种高强度抗开裂混凝土，其特征在于，所述粗骨料为天然碎石；所述粗骨料平均粒径为10-20mm连续级配，含泥量小于1.0％。
3.根据权利要求1所述的一种高强度抗开裂混凝土，其特征在于，所述细骨料为Ⅱ区中砂，平均粒径为0.1-0.3mm连续级配，含泥量小于2.0％。
4.根据权利要求1所述的一种高强度抗开裂混凝土，其特征在于，所述粉煤灰的细度为0.3-0.5。
5.根据权利要求1所述的一种高强度抗开裂混凝土，其特征在于，所述减水剂为三聚氰胺高效减水剂、聚羧酸类减水剂、木质素磺酸钙减水剂中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种高强度抗开裂混凝土，其特征在于，所述膨胀剂为氧化钙与铝硫酸钙的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种高强度抗开裂混凝土，其特征在于，所述抗冻剂为亚硝酸钠、氯化钙中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种高强度抗开裂混凝土，其特征在于，所述改性玄武岩纤维的制备方法包括以下步骤：
1)将玄武岩纤维进行加热处理，冷却后经过洗涤、干燥，得到预处理玄武岩纤维；
2)将硅烷偶联剂KH560加入去离子水中搅拌水解，得到硅烷偶联剂水解液，将预处理玄武岩纤维加入硅烷偶联剂水解液中，加热反应，取出后干燥，得到表面改性玄武岩纤维；
3)将羧甲基壳聚糖加入水中溶解配制成羧甲基壳聚糖水溶液，向羧甲基壳聚糖水溶液中加入酸催化剂，然后加入表面改性玄武岩纤维，加热反应，取出后干燥，得到改性玄武岩纤维。
9.根据权利要求8所述的一种高强度抗开裂混凝土，其特征在于，所述步骤3)中加热反应温度为70-80℃，加热反应时间为2-5h。
10.一种如权利要求1-9任一权利要求所述的高强度抗开裂混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将普通硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、粉煤灰和改性玄武岩纤维混合均匀，得到混合粉料；
将膨胀剂、减水剂、抗冻剂加入水中搅拌均匀，然后加入混合粉料，继续搅拌混合均匀，即得。
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