CN114656217B - 一种抗渗高耐久性大体积混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及混凝土的技术领域，具体涉及一种抗渗高耐久性大体积混凝土，其包括如下重量份的原料：水泥150‑180份、石子820‑840份、粗砂60‑80份、细砂30‑50份、粉煤灰10‑15份、混合纤维5‑15份、疏水微球2‑10份、减水剂0.5‑0.8份、引气剂0.3‑0.6份、水150‑170份；疏水微球的制备方法如下：S1、在DMF中加入2‑3重量份的甲基丙烯酸酯、7‑9重量份的苯乙烯、0.3‑0.6重量份的甲基丙烯酸与0.05‑0.07重量份的双端乙烯基聚二甲基硅氧烷，搅拌至溶解，加入引发剂，升温反应，然后滴加二乙烯基苯、三乙烯基苯或三乙烯基硅烷，继续反应，得混合液；S2、将混合液固液分离，得疏水微球；其具有提高混凝土的抗渗性能的优点。
Description
技术领域
本申请涉及混凝土的技术领域，尤其是涉及一种抗渗高耐久性大体积混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是当代最主要的土木工程材料之一。它是由胶凝材料、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，因而使其用量越来越大。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。这些特点使其使用范围十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等，混凝土也是重要的材料。
但混凝土中邻近大颗粒骨料的水泥浆体的微结构通常与体系中水泥浆或砂浆本体存在较大差异，即界面过渡区，由于这种界面过渡区，混凝土内部存在不同数量的孔隙和微裂缝。混凝土在受到外界环境的影响时，微裂缝容易扩展，结合孔隙，导致混凝土的抗渗性能降低，耐久性受到严重影响。
发明内容
为了提高混凝土的抗渗性能，本申请提供一种抗渗高耐久性大体积混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种抗渗高耐久性大体积混凝土，采用如下技术方案：
一种抗渗高耐久性大体积混凝土，其包括如下重量份的原料：水泥150-180份、石子820-840份、粗砂60-80份、细砂30-50份、粉煤灰10-15份、混合纤维5-15份、疏水微球2-10份、减水剂0.5-0.8份、引气剂0.3-0.6份、水150-170份；
所述疏水微球的制备方法包括如下步骤：
S1、在氮气氛围下，在40-50重量份的DMF中加入2-3重量份的甲基丙烯酸酯、7-9苯乙烯、0.3-0.6重量份的甲基丙烯酸与0.5-0.7重量份的双端乙烯基聚二甲基硅氧烷，搅拌至溶解后，加入0.07-0.08重量份的引发剂，升温至70-80℃，搅拌反应3-5h，然后滴加0.1-0.15重量份的二乙烯基苯、三乙烯基苯或三乙烯基硅烷，然后继续搅拌反应12-15h，得混合液；
S2、将S1得到的混合液进行固液分离，将得到的固体进行洗涤，干燥，得疏水微球。
通过采用上述技术方案，本申请通过各原料的级配作用，使混凝土的综合性能较优；其中，在抗渗作用中，疏水微球能够对混凝土中的微孔进行填充，由于疏水微球的疏水性能，能够阻挡水的渗透；粉煤灰同样能够对混凝土中的微孔进行填充，从而可以一定程度的减缓水利用微孔的连接性进行渗透；混合纤维能够破坏混凝土中微孔的连通性；从而上述三个原料通过各自发挥的作用，相互协同，大大提高了混凝土的抗渗性能，提高了混凝土的耐久性；疏水微球的制备中，反应一段时间后再滴加少量的二乙烯基苯或三乙烯基苯或三乙烯基硅烷作为交联剂，这样会形成内部交联密度低，而且聚硅氧烷也有提高柔韧性的效果，表面交联密度高的微球，这样使得制备得到的疏水微球具有弹性形变的性能。这样获得的微球在外力作用下可以发生变形，当出现微裂缝，外力变小或消失时，变形的微球恢复球形，形成填充，而且微球表面的疏水作用也导致水不能轻易的从微裂缝过去。从而大大提高混凝土的抗渗性。
作为优选：所述疏水微球的添加量为5-8重量份。
通过采用上述技术方案，疏水微球的添加量在5-8重量份时，其制备的混凝土的渗水高度均在1.2mm以下，其混凝土的抗渗性能较优，并且进一步提高疏水微球的添加量时，其渗水高度降低幅度较低，综合考虑，其疏水微球的较优的添加量在5-8重量份。
作为优选：所述引发剂为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。
通过采用上述技术方案，引发剂为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈时，均能够产生稳定的自由基，能够使自由基聚合反应能够稳定进行。
作为优选：所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
作为优选：所述混合纤维包括如下重量份的原料：聚丙烯纤维20-30份、碳纤维10-20份。
通过采用上述技术方案，通过复配纤维，聚丙烯纤维和碳纤维可以发挥各自的优异作用，从而在混凝土中形成三维网状结构，使混凝土不易开裂，与粉煤灰、疏水微球共同作用，从而进一步提高混凝土的抗渗性能。
作为优选：所述聚丙烯纤维的长度为2-4cm，碳纤维的长度为1-3cm。
作为优选：所述粉煤灰的45μm方孔筛筛余≤7％。
第二方面，本申请提供一种抗渗高耐久性大体积混凝土的制备方法，采用如下技术方案：
一种抗渗高耐久性大体积混凝土的制备方法，其包括如下步骤：
S1、将粗砂、细砂、混合纤维和水进行混合搅拌，搅拌1-2h，得第一混合物；
S2、将减水剂、石子、水泥、引气剂加入第一混合物中，搅拌均匀，得第二混合物；
S3、将粉煤灰和疏水微球加入第二混合物内，搅拌1-2h，即得混凝土。
通过采用上述技术方案，通过将粗砂、细砂、混合纤维和水进行混合，长时间的搅拌，可以使混合纤维快速分散，粗砂和细砂可以起到将粘接在一起的纤维分开的作用，然后依次加入其他步骤，可制得预期的混凝土。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1、本申请通过各原料的级配作用，使混凝土的综合性能较优；其中，在抗渗作用中，疏水微球能够对混凝土中的微孔进行填充，由于疏水微球的疏水性能，能够阻挡水的渗透；粉煤灰同样能够对混凝土中的微孔进行填充，从而可以一定程度的减缓水利用微孔的连接性进行渗透；混合纤维能够破坏混凝土中微孔的连通性；从而上述三个原料通过各自发挥的作用，相互协同，大大提高了混凝土的抗渗性能，提高了混凝土的耐久性。
2、疏水微球的制备中，反应一段时间后再滴加少量的二乙烯基苯或三乙烯基苯或三乙烯基硅烷作为交联剂，这样会形成内部交联密度低，而且聚硅氧烷也有提高柔韧性的效果，表面交联密度高的微球，这样使得制备得到的疏水微球具有弹性形变的性能。这样获得的微球在外力作用下可以发生变形，当出现微裂缝，外力变小或消失时，变形的微球恢复球形，形成填充，而且微球表面的疏水作用也导致水不能轻易的从微裂缝过去。从而大大提高混凝土的抗渗性。
3、本申请的混凝土的抗压强度均在51.2MPa以上；初始坍落度均在210mm以下，2h坍落度均小于204mm；渗水高度均在1.33mm以下，最小可达到1.10mm；抗冻融循环300次试验后的质量损失均小于0.15％，弹性模量损失均小于0.25％；说明本申请的混凝土的综合性能良好，耐久性较强，抗渗性能表现优异。
具体实施方式
以下结合具体内容对本申请作进一步详细说明。
原料
本申请中的水泥为普通硅酸盐水泥；石子的平均粒径为2.5cm，并且最大粒径不超过3cm；粗砂的细度模数为3.3，细砂的细度模数为2.2；粉煤灰的45μm方孔筛筛余为7％；聚丙烯纤维的长度范围为2-4cm，碳纤维的长度范围为1-3cm；减水剂为聚羧酸系高效减水剂，等级为优级品；引气剂为工业级松香酸钠，型号为LS-72；其余原料均为普通市售产品。
制备例
制备例1
一种混合纤维，其包括25kg的聚丙烯纤维和15kg的碳纤维，然后将这两种纤维进行混合均匀，即得混合纤维。
制备例2
一种疏水微球，其制备步骤如下：
S1、在氮气氛围下，在45kg的DMF中加入2.5kg的甲基丙烯酸酯、8kg的苯乙烯、0.5kg的甲基丙烯酸、0.6kg的双端乙烯基聚二甲基硅氧烷，然后加入0.075kg的引发剂，引发剂为偶氮二异丁腈，升温至75℃，搅拌反应4h，然后滴加0.12kg的交联剂，交联剂为二乙烯基苯，继续搅拌反应14h，得混合液；
S2、将S1得到的混合液通过离心进行固液分离，将得到的固体先通过DMF进行洗涤，然后用乙醇进行洗涤，再进行干燥，得疏水微球。
实施例
实施例1-3
实施例1-3的一种抗渗高耐久性大体积混凝土，其各原料及各原料用量如表1所示，其制备步骤如下：
S1、按照表1中的将粗砂、细砂、混合纤维和水进行混合搅拌，搅拌1.5h，得第一混合物；S2、将减水剂、石子、水泥、引气剂加入第一混合物中，搅拌均匀，得第二混合物；
S3、将粉煤灰和疏水微球加入第二混合物内，搅拌1.5h，即得混凝土。
其中，混合纤维来自制备例1；疏水微球来自制备例2。
表1实施例1-3的各原料及各原料用量(kg)
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 水泥 | 150 | 165 | 180 |
| 石子 | 840 | 830 | 820 |
| 粗砂 | 60 | 70 | 80 |
| 细砂 | 50 | 40 | 30 |
| 粉煤灰 | 10 | 12 | 15 |
| 混合纤维 | 15 | 10 | 5 |
| 疏水微球 | 2 | 2 | 2 |
| 减水剂 | 0.5 | 0.6 | 0.8 |
| 引气剂 | 0.6 | 0.4 | 0.3 |
| 水 | 150 | 160 | 170 |
实施例4
一种抗渗高耐久性大体积混凝土，与实施例2的不同之处在于，其疏水微球的添加量为5kg，其余步骤与实施例2均相同。
实施例5
一种抗渗高耐久性大体积混凝土，与实施例2的不同之处在于，其疏水微球的添加量为8kg，其余步骤与实施例2均相同。
实施例6
一种抗渗高耐久性大体积混凝土，与实施例2的不同之处在于，其疏水微球的添加量为10kg，其余步骤与实施例2均相同。
对比例
对比例1
一种抗渗高耐久性大体积混凝土，与实施例2的不同之处在于，其疏水微球的添加量为0，其余步骤与实施例2均相同。
对比例2
一种抗渗高耐久性大体积混凝土，与实施例2的不同之处在于，其粉煤灰的添加量为0，其余步骤与实施例2均相同。
对比例3
一种抗渗高耐久性大体积混凝土，与实施例2的不同之处在于，其混合纤维的添加量为0，其余步骤与实施例2均相同。
对比例4
一种抗渗高耐久性大体积混凝土，与实施例2的不同之处在于，其疏水微球、粉煤灰和混合纤维的添加量均为0，其余步骤与实施例2均相同。
对比例5
一种抗渗高耐久性大体积混凝土，与实施例2的不同之处在于，其疏水微球在制备时的甲基丙烯酸的添加量为0，其余步骤与实施例2均相同。
对比例6
一种抗渗高耐久性大体积混凝土，与实施例2的不同之处在于，其疏水微球在制备时，二乙烯基苯在添加引发剂前添加，然后反应时间为18h，其余步骤与实施例2均相同。
性能检测试验
检测方法/试验方法
按照实施例1-6和对比例1-6的制备方法进行制备混凝土，并且按照相同的养护条件进行养护28天，然后按照如下检测方法对其性能进行检测，其检测结果如表2所示。
抗压强度：按照GB/T50107-2010《混凝土强度检验评定标准》中的试验方法进行检测；坍落度：按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验标准》中的试验方法进行检测；抗渗性能：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》中的试验方法进行检测，渗透压力为3.5MPa，加压时间为48h；
抗冻融性能：按照JTGE30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》中的试验方法进行检测，采用快速冷冻试验机检测混凝土的抗冻性能；其中，一次冻融循环耗时2-5h，冻融温度为-18℃，试样尺寸为100mm×100mm×500mm。
表2实施例1-6和对比例1-6的检测结果
从实施例1-6、对比例1-4，以及表2的检测数据可知，本申请的混凝土的抗压强度均在51.2MPa以上；初始坍落度均在210mm以下，2h坍落度均小于204mm；渗水高度均在1.33mm以下，最小可达到1.10mm；抗冻融循环300次试验后的质量损失均小于0.15％，弹性模量损失均小于0.25％；说明本申请的混凝土的综合性能良好，耐久性较强，抗渗性能表现优异。
从实施例1-3的检测数据可知，实施例2的混凝土的综合性能较优，渗水高度较小，说明实施例2的混凝土的各原料的配比较优。结合实施例4-6的检测数据可知，随着疏水微球的添加量逐渐增加，其渗水高度呈现降低趋势，说明提高疏水微球的添加量，可以在一定程度上提高混凝土的抗渗性能。
从实施例2和对比例1-4的检测数据可以看出，未添加疏水微球、粉煤灰和混合纤维中的任意一个原料时，其混凝土的渗水高度均大幅度降低，说明本申请的混凝土的优异的抗渗性能是由疏水微球、粉煤灰和混合纤维三者相互协同得到的。疏水微球能够对混凝土中的微孔进行填充，由于疏水微球的疏水性能，能够阻挡水的渗透，同时，疏水微球具有弹性，在混凝土对其作用力减小时，其可以发生弹性形变，从而对产生的微裂缝进行填充，从而对水的渗透进行阻挡；粉煤灰同样能够对混凝土中的微孔进行填充，从而可以一定程度的减缓水利用微孔的连接性进行渗透；混合纤维能够破坏混凝土中微孔的连通性；从而上述三个原料通过各自发挥的作用，相互协同，大大提高了混凝土的抗渗性能。
从实施例2和对比例5-6的检测数据可以看出，疏水微球在制备时甲基丙烯酸未添加时，其疏水微球的疏水性较强，导致疏水微球在混凝土中分散较差，形成团聚的现象，因此，其混凝土的抗渗性能降低；疏水微球在制备时，不延迟添加二乙烯基苯，其微球不能形成内部交联密度低，表面交联度高的结构，即不能发生形变，在混凝土干燥后产生微裂缝时，不能对其进行填充，从而其渗水性降低。
上述具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种抗渗高耐久性大体积混凝土，其特征在于：其包括如下重量份的原料：水泥150-180份、石子820-840份、粗砂60-80份、细砂30-50份、粉煤灰10-15份、混合纤维5-15份、疏水微球2-10份、减水剂0.5-0.8份、引气剂0.3-0.6份、水150-170份；
所述疏水微球的制备方法包括如下步骤：
S1、在氮气氛围下，在40-50重量份的DMF中加入2-3重量份的甲基丙烯酸酯、7-9重 量份的苯乙烯、0.3-0.6重量份的甲基丙烯酸与0.5-0.7重量份的双端乙烯基聚二甲基硅氧烷，搅拌至溶解后，加入0.07-0.08重量份的引发剂，升温至70-80℃，搅拌反应3-5h，然后滴加0.1-0.15重量份的二乙烯基苯、三乙烯基苯或三乙烯基硅烷，然后继续搅拌反应12-15h，得混合液；
S2、将S1得到的混合液进行固液分离，将得到的固体进行洗涤，干燥，得疏水微球。
2.根据权利要求1所述的一种抗渗高耐久性大体积混凝土，其特征在于：所述疏水微球的添加量为5-8重量份。
3.根据权利要求1所述的一种抗渗高耐久性大体积混凝土，其特征在于：所述引发剂为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。
4.根据权利要求1所述的一种抗渗高耐久性大体积混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
5.根据权利要求1所述的一种抗渗高耐久性大体积混凝土，其特征在于：所述混合纤维包括如下重量份的原料：聚丙烯纤维20-30份、碳纤维10-20份。
6.根据权利要求5所述的一种抗渗高耐久性大体积混凝土，其特征在于：所述聚丙烯纤维的长度为2-4cm，碳纤维的长度为1-3cm。
7.根据权利要求1所述的一种抗渗高耐久性大体积混凝土，其特征在于：所述粉煤灰的45μm方孔筛筛余≤7%。
8.一种权利要求1-7任一所述的一种抗渗高耐久性大体积混凝土的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：
S1、将粗砂、细砂、混合纤维和水进行混合搅拌，搅拌1-2h，得第一混合物；
S2、将减水剂、石子、水泥、引气剂加入第一混合物中，搅拌均匀，得第二混合物；
S3、将粉煤灰和疏水微球加入第二混合物内，搅拌1-2h，即得混凝土。
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