一种收缩率低的抗裂混凝土及其制备方法与流程

2021-01-31 05:01:12|

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本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种收缩率低的抗裂混凝土及其制备方法。
背景技术：
：一般情况下，混凝土的抗拉强度远小于抗压强度，即极限拉伸变形很小，在外力、温度变化、湿度变化等作用下，混凝土容易发生裂缝。其中，混凝土发生裂缝会影响建筑物的整体性、耐久性甚至稳定性和安全性。因此，需要提供一种具备抵抗混凝土发生开裂能力的抗裂混凝土。另外，随着目前建筑行业的不断发展，建筑垃圾的产生也越来越多，例如加气砖废弃料、陶瓷废弃料等。如何合理利用加气砖废弃料、陶瓷废弃料等建筑垃圾，提高建筑垃圾的利用率也是目前一个极具研究价值的问题。为此，发明人就如何把建筑垃圾应用于抗裂混凝土进行了研究。技术实现要素：为了得到抗裂混凝土的同时提高建筑垃圾的利用效率，本申请提供一种收缩率低的抗裂混凝土及其制备方法。第一方面，本申请提供一种收缩率低的抗裂混凝土，采用如下的技术方案：一种收缩率低的抗裂混凝土，由包括以下重量份的原料制成：胶凝材料：305-315份改性细骨料：750-770份粗骨料：1080-1100份防水剂：6.2-7.8份水：165-175份所述改性细骨料的制备方法包括以下步骤：步骤（1a）：分别破碎陶瓷废弃料、亲水性纤维，然后取粒径范围为1.5-2.5mm的陶瓷废弃料作为待用料一，并取长度为1-2mm的亲水性纤维作为待用料二；步骤（2a）：将待用料一与待用料二按重量比（8-8.6）：1均匀混合，然后以220-245rad/min的球磨速度球磨1-1.5h，得到改性细骨料。通过采用上述技术方案，采用陶瓷废弃料来代替制备混凝土用的一般细骨料，如河砂，有利于提高陶瓷废弃料的利用效率，减少建筑垃圾，达到节能环保生产的目的；另外，采用陶瓷废弃料代替一般的细骨料后，本申请先将陶瓷废弃料以及亲水性纤维进行粉碎，得到粒径、长度在一定范围内的陶瓷废弃料以及亲水性纤维后，再对粒径、长度在一定范围内的陶瓷废弃料以及亲水性纤维进行球磨改性，得到的改性细骨料应用于制备抗裂混凝土时，抗裂混凝土具有较小的收缩值，且抗裂混凝土的抗拉强度较大，满足抗裂混凝土的性能；原因可能是：改性细骨料具有较好的流动性，能改善改性细骨料在胶凝材料浆体中的分散性能，使得改性细骨料能够尽可能填充在粗骨料与胶凝材料浆体的间隙中，提高了混凝土的密实性。优选的，所述亲水性纤维为共聚丙烯腈/醋酸纤维素复合亲水性纤维。通过采用上述技术方案，共聚丙烯腈/醋酸纤维素复合亲水性纤维为亲水性纤维，具有较好的流动性，能改善改性细骨料的分散性能，使得改性细骨料能够尽可能填充在粗骨料与胶凝材料浆体的间隙中，提高了混凝土的密实性，降低了混凝土出现裂缝的可能性，有利于增强混凝土的抗裂性能。优选的，所述粗骨料为改性加气砖废弃料，所述改性加气砖废弃料的制备方法包括以下步骤：步骤（1b）：破碎加气砖废弃料，取粒径范围在10-20mm的加气砖废料作为备用料；步骤（2b）：往1000份备用料中加入40-50份硅烷偶联剂，搅拌均匀，得到改性备用料；步骤（3b）：往1000份改性备用料中加入80-90份疏水性涂料，继续以460-480rad/min的球磨速度球磨1.5-2.0h，得到改性加气砖废弃料。通过采用上述技术方案，加气砖废弃料为无机多孔材料，具有良好的隔热、保温性能，但是，加气砖废弃料在与其他混凝土原料混合制备抗裂混凝土的过程中，加气砖废弃料的多孔结构容易被破坏，从而使得采用废弃加气砖作为粗骨料的抗裂混凝土；为此，本申请中在加气砖废弃料的外表面包裹一层疏水性涂料以对加气砖废弃料进行保护，同时在加气砖废弃料与疏水性涂料之间增加硅烷偶联剂用于提高加气砖废弃料与疏水性涂料的连接稳定性，从而使得疏水性涂料能够较好地维护加气砖废弃料的多孔结构，使得抗裂混凝土不仅具备较好的抗裂性能，同时还使得抗裂混凝土具备保温性能和抗噪性能。另外，采用建筑垃圾中加气砖废弃料来制备改性粗骨料，有利于提高加气砖废弃料的利用效率，减少建筑垃圾的产生。优选的，步骤（3b）：往1000份改性备用料中加入80-90份疏水性涂料，继续以460-480rad/min的球磨速度球磨1.5-2.0h，然后加入32-45份壳聚糖水凝胶，均匀混合后干燥得到改性加气砖废弃料。通过采用上述技术方案，通过球磨的改性方式在改性备用料的外表面包裹一层疏水性涂料后，再在疏水性涂料的外表面包括一层由壳聚糖水凝胶形成的薄膜，该薄膜能够对疏水性涂料进行保护，降低疏水性涂料从改性备用料上掉落下来的问题，从而进一步提高了加气砖废弃料多孔结构的稳定性，有利于提高抗裂混凝土的保温性能以及降噪性能。优选的，所述硅烷偶联剂为kh550、kh560、kh570中的任意一种或几种的组合物。通过采用上述技术方案，kh550、kh560、kh570均含有硅烷氧基和有机官能团，硅烷氧基对无机物加气砖废弃料也具有反应性，有机官能团对有机物具有反应性或相容性，因此，当，kh550或kh560或kh570位于加气砖废弃料和疏水性涂料之间时，可以形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层，有利于提高疏水性涂料与加气砖废弃料的结合稳定性。优选的，所述疏水性涂料为ptfe、fep、ecte、etfe、pfa中的任意一种或几种的组合物。通过采用上述技术方案，ptfe、fep、ecte、etfe、pfa均为氟碳涂料，氟碳涂料具有耐候、绝缘、疏水的特点，能够预防水或细骨料等进入加气砖的空隙内，从而保护好加气砖内部的空隙，有利于提高抗裂混凝土的保温性能以及降噪性能。优选的，所述胶凝材料包括水泥、粉煤灰和矿粉，水泥、矿粉、粉煤灰的重量比为（1.8-2.2）:0.5:1。通过采用上述技术方案，当其他条件不变，胶凝材料采用按上述配比混合的水泥、矿粉以及粉煤灰时，抗裂混凝土的抗拉强度提高。优选的，所述胶凝材料包括水泥、粉煤灰和矿粉，水泥、矿粉、粉煤灰的重量比为2.0:0.5:1。通过采用上述技术方案，当其他条件不变，胶凝材料由水泥、矿粉、粉煤灰按照重量比2.0:0.5:1组合而成时，抗裂混凝土的抗拉强度进一步提高。优选的，所述防水剂为有机硅防水剂，所述有机硅防水剂为硅烷防水剂、氟硅烷防水剂中的任意一种或几种的组合物。通过采用上述技术方案，有机硅防水剂无毒、不会发，与空气中的二氧化碳作用后，能够自聚形成一层硅树脂防水膜，起到良好的抗水渗透性，对钢筋无腐蚀，且具有膨胀作用，当混凝土出现收缩缝时，有机硅防水剂能够起到补偿收缩缝的作用，有利于提高混凝土的抗裂性能。第二方面，本申请提供一种收缩率低的抗裂混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种收缩率低的抗裂混凝土的制备方法，包括以下步骤：s1、将防水剂与胶凝材料均匀混合，得到混合料；s2、将胶凝材料与混合料加入水中，并搅拌均匀，得到混合浆体；s3、将粗骨料加入混合浆体中，搅拌均匀，得到预混物；s4、将改性细骨料加入预混物中，搅拌均匀，得到抗裂混凝土。通过采用上述技术方案，依次制备混合料、混合浆体以及预混物，然后往预混物中加入改性细骨料，均匀混合后，即可得到抗裂混凝土，该制备方法对设备要求低，且操作简单，该制备方法制得的抗裂混凝土采用建筑垃圾代替部分骨料，不仅能够提高建筑垃圾的利用效率，减少建筑垃圾的产生，且还具备较好的抗裂性能。综上所述，本申请具有以下有益效果：1、本申请的抗裂混凝土提高了陶瓷废弃料的利用率，能够降低建筑垃圾的产生量，且本申请的抗裂混凝土具备良好的抗裂性能，能够应用于长期处于潮湿状态的环境中。2、本申请的抗裂混凝土采用改性加气砖废弃料作为细骨料时，能够提高抗裂混凝土的保温性能以及降噪性能。具体实施方式以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。本申请的原料均为市售，其中：共聚丙烯腈/醋酸纤维素复合亲水性纤维购于上海凯因化工有限公司，型号为kt-02；ptfe购于上海翌升塑化科技有限公司，货号为8a；ecte购于上海翌升塑化科技有限公司，货号为6ds；壳聚糖水凝胶购于陕西纽芙生物科技有限公司，型号为kj501；硅烷防水剂购于鼎成新材料科技有限公司。实施例表1实施例1-10中抗裂混凝土的配方如下表1所示（单位/kg）实施例1一种收缩率低的抗冻混凝土，各原料的添加量参照表1中的实施例1，其制备方法包括以下步骤：s1、将防水剂与胶凝材料均匀混合，得到混合料；其中，防水剂采用硅烷防水剂，胶凝材料采用水泥、矿粉、粉煤灰的混合物，水泥、矿粉、粉煤灰的重量比为1.8:0.5:1；s2、将混合料加入水中，并搅拌均匀，得到混合浆体；s3、将粗骨料加入混合浆体中，搅拌均匀，得到预混物；其中，粗骨料采用连续级配为10-20mm的碎石；s4、将改性细骨料加入预混物中，搅拌均匀，得到抗裂混凝土；其中，改性细骨料的制备方法包括以下步骤：步骤（1a）：分别破碎陶瓷废弃料、亲水性纤维，然后取粒径范围为1.5-2.5mm的陶瓷废弃料作为待用料一，并取长度为1-2mm的亲水性纤维作为待用料二；其中，亲水性纤维采用共聚丙烯腈/醋酸纤维素复合亲水性纤维；步骤（2a）：将待用料一与待用料二按重量比8：1均匀混合，然后以220rad/min的球磨速度球磨1.5h，得到改性细骨料。实施例2一种收缩率低的抗冻混凝土，各原料的添加量参照表1中的实施例2，其制备方法与实施例1的不同之处在于：s4中改性细骨料的制备步骤（2a）：将待用料一与待用料二按重量比8.3：1均匀混合，然后以232rad/min的球磨速度球磨1.25h，得到改性细骨料。实施例3一种收缩率低的抗冻混凝土，各原料的添加量参照表1中的实施例3，其制备方法与实施例1的不同之处在于：s4中改性细骨料的制备步骤（2a）：将待用料一与待用料二按重量比8.6：1均匀混合，然后以245rad/min的球磨速度球磨1h，得到改性细骨料。实施例4一种收缩率低的抗冻混凝土，各原料的添加量参照表1中的实施例4，其制备方法与实施例1的不同之处在于：s3中粗骨料采用改性加气砖废弃料，改性加气砖废弃料的制备方法包括以下步骤：步骤（1b）：破碎加气砖废弃料，取粒径范围在10-20mm的加气砖废料作为备用料；步骤（2b）：往1000kg备用料中加入40kg硅烷偶联剂，搅拌均匀，得到改性备用料；步骤（3b）：往1000kg改性备用料中加入80kg疏水性涂料，继续以460rad/min的球磨速度球磨2.0h，得到改性加气砖废弃料；其中，疏水性涂料采用ptfe。实施例5一种收缩率低的抗冻混凝土，各原料的添加量参照表1中的实施例5，其制备方法与实施例3的不同之处在于：s3中粗骨料采用改性加气砖废弃料，改性加气砖废弃料的制备方法包括以下步骤：步骤（1b）：破碎加气砖废弃料，取粒径范围在10-20mm的加气砖废料作为备用料；步骤（2b）：往1000kg备用料中加入50kg硅烷偶联剂，搅拌均匀，得到改性备用料；步骤（3b）：往1000kg改性备用料中加入90kg疏水性涂料，继续以480rad/min的球磨速度球磨1.5h，得到改性加气砖废弃料；其中，疏水性涂料采用ecte。实施例6一种收缩率低的抗冻混凝土，各原料的添加量参照表1中的实施例6，其制备方法与实施例5的不同之处在于：s3中粗骨料采用加气砖废弃料，加气砖废弃料的粒径范围在10-20mm。实施例7一种收缩率低的抗冻混凝土，各原料的添加量参照表1中的实施例7，其制备方法与实施例5的不同之处在于：步骤（3b）：往1000kg改性备用料中加入90kg疏水性涂料，继续以480rad/min的球磨速度球磨1.5h，然后加入32kg壳聚糖水凝胶，均匀混合后干燥得到改性加气砖废弃料；其中，疏水性涂料采用ecte。实施例8一种收缩率低的抗冻混凝土，各原料的添加量参照表1中的实施例8，其制备方法与实施例5的不同之处在于：步骤（3b）：往1000kg改性备用料中加入90kg疏水性涂料，继续以480rad/min的球磨速度球磨1.5h，然后加入45kg壳聚糖水凝胶，均匀混合后干燥得到改性加气砖废弃料；其中，疏水性涂料采用ecte。实施例9一种收缩率低的抗冻混凝土，各原料的添加量参照表1中的实施例9，其制备方法与实施例8的不同之处在于：s1中胶凝材料采用水泥、矿粉、粉煤灰的混合物，水泥、矿粉、粉煤灰的重量比为2.0:0.5:1。实施例10一种收缩率低的抗冻混凝土，各原料的添加量参照表1中的实施例10，其制备方法与实施例8的不同之处在于：s1中胶凝材料采用水泥、矿粉、粉煤灰的混合物，水泥、矿粉、粉煤灰的重量比为2.2:0.5:1。对比例对比例1一种混凝土，与实施例1的区别在于：s4中改性细骨料用粒径范围为1.5-2.5mm的河砂代替。对比例2一种混凝土，与实施例1的区别在于：s4中的陶瓷废弃料采用等量的粒径范围为1.5-2.5mm的河砂代替。对比例3一种混凝土，与实施例1的区别在于：s4中的亲水性纤维用等量的长度为1-2mm的疏水性纤维代替。检测方法/试验方法（1）收缩值：检测方法根据标准gbj82-85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》中的第六章“收缩试验”进行检测；（2）抗拉强度：检测方法根据标准gb/t50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》中的第九章“劈裂抗拉强度试验”进行检测；（3）导热系数：检测方法采用标准为gb/t10295-2008《绝热材料稳态热阻击有关特性的测定热流计法》；jw-iii型热流计式导热仪；检测环境：温度20℃，湿度76％，其中，导热系数越小，保温性能越好。（4）吸声系数：检测方法采用标准为gb/t20247-2006《声学混响室吸声测量》，检测设备：bk4418型建筑声学分析仪；环境温度20℃，湿度75％，其中，吸声系数越大，降噪性能越好。表2实施例1-10与对比例1-3中混凝土的性能检测数据检测项目实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5收缩值/%0.0320.0360.0350.0330.035抗拉强度/(mpa)6.336.356.426.896.94抗压强度/(mpa)43.544.244.748.248.7导热系数/(w/m.k)0.680.620.650.0420.045吸声系数0.0530.0610.0560.220.27检测项目实施例6实施例7实施例8实施例9实施例10收缩值/%0.190.0340.0320.0180.03抗拉强度/(mpa)6.146.927.027.216.98抗压强度/(mpa)41.948.449.449.349.9导热系数/(w/m.k)0.580.0150.0180.0160.016吸声系数0.0940.640.730.680.72检测项目对比例1对比例2对比例3收缩值/%0.120.450.58抗拉强度/(mpa)2.952.882.92抗压强度/(mpa)44.941.839.2导热系数/(w/m.k)0.780.890.98吸声系数0.0630.0770.069结合实施例1和对比例1-3并结合表2可以看出，对比例1采用河砂代替实施例1中的改性细骨料，对比例2采用河砂代替实施例1中的陶瓷废弃料，对比例3采用疏水性纤维代替实施例1中的亲水性纤维，但是，对比例1-3中的收缩值与实施例1中的相比升高，对比例1-3中的抗压强度与实施例1中的相比降低，说明实施例1中陶瓷废弃料与亲水性纤维具有协同作用，当两者共同使用时有利于提高混凝土的抗裂性能。结合实施例1与实施例4、实施例3与实施例5并结合表2可以看出，实施例4采用改性加气砖废弃料代替了实施例1中连续级配为10-20mm的碎石，实施例3与实施例1中原料的配比不同，实施例5同样采用改性加气砖废弃料代替了实施例3中连续级配为10-20mm的碎石，从表2中的结果可以看出，采用改性加气砖废弃料代替碎石后，抗裂混凝土的收缩值相差不大、抗拉强度以及抗压强度略有增强，但是，抗裂混凝土的导热系数明显降低，吸声系数明显增高，说明粗骨料采用改性加气砖废弃料时，能够得到抗裂性能好、保温性能好且降噪性能好的抗裂混凝土。结合实施例5-6并结合表2可以看出，实施例6采用加气砖废弃料代替了改性加气砖废弃料，从表2中的数据可以看出，采用加气砖废弃料代替改性加气砖废弃料后，抗裂混凝土的导热系数增高，吸声系数降低，说明，采用加气砖废弃料代替改性加气砖废弃料容易降低抗裂混凝土的保温性能以及降噪性能。结合实施例5与实施例7-8并结合表2可以看出，实施例7-8与实施例5的不同之处在于，实施例7-8在实施例5的疏水性涂料的外表面包裹了一层由壳聚糖水凝胶形成的薄膜，从表2中的数据可以看出，增加薄膜后，抗裂混凝土的导热系数进一步下降，吸声系数进一步提高，说明增加薄膜有利于提高抗裂混凝土的保温性能以及降噪性能。结合实施例8-10并结合表2可以看出，实施例8-10的不同之处在于胶凝材料中水泥、矿粉以及粉煤灰的配比不同，其中，当水泥、矿粉以及粉煤灰的重量比为实施例9中的2.0：0.5：1时，抗裂混凝土的收缩值最小，抗拉强度最高，即抗裂混凝土的抗裂性能最好。本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，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。当前第1页1 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