一種輕質高抗裂水泥混凝土的製作方法

2023-09-21 07:54:55 1

專利名稱：一種輕質高抗裂水泥混凝土的製作方法
技術領域：
本發明涉及建築材料領域，具體涉及一種輕質高抗裂水泥混凝土。
背景技術：
水泥混凝土是當今世界用量最大的建築材料，但是其固有的脆性明顯、韌性差、抗拉強度低等特點給水泥混凝土結構物的耐久性帶來極大的影響。此外，普通水泥混凝土的自重較大，從而導致結構物的截面尺寸大、鋼筋配置率高，給現代建築結構向超高層、大跨度的方向發展帶來較大限制。隨著汽車工業的發展，我國廢舊輪胎的年產生量約2億條，給社會環境帶來嚴重的黑色汙染，對其進行填埋、堆放或焚燒處理均會造成二次汙染。如果將廢舊輪胎磨碎成橡膠顆粒加入混凝土中，不僅能緩解混凝土剛度過大的問題，還能提高其韌性，降低自重，實現廢物的回收利用。
雖然橡膠顆粒混凝土具有輕質、韌性好、減震隔音以及抗衝擊性能優越等特點，但是橡膠顆粒的摻入無疑是在混凝土中引入隨機分布的軟弱點，所以橡膠顆粒混凝土的強度會有明顯降低，且隨著橡膠顆粒用量的增大其降低幅度越明顯。目前普遍的作法是通過對橡膠顆粒界面的處理來提高橡膠顆粒混凝土的性能，經過界面處理之後橡膠顆粒混凝土的力學性能有所提高，但其開裂模式與普通混凝土基本一致，裂縫擴散能力仍較差，極限變形能力較低。
為降低水泥混凝土的密度，工程界中普遍採用摻加輕質集料的方式，但輕集料的強度較低，在受荷時混凝土內部的裂縫擴展幾乎不受集料的阻礙，擴展非常迅速，使得輕集料混凝土在破壞過程中的脆性特徵比普通混凝土更顯著，破壞性更強。由於我國關於輕集料混凝土的研究與應用較晚，關於其脆性的相關研究開展的較少。為了提高水泥混凝土的抗裂和韌性性能，現在工程界研究提出一種超高韌性水泥混凝土，其極限拉應變能達到2% 以上，在受拉條件下具有應變硬化特徵。但是該材料的密度仍較大，其拌合物表觀密度在 2050kg/m3之上，對於大跨度和超高層建築來說仍會產生很大的自重，增大基礎建設的投資費用。發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中存在的不足，提供一種能同時提高水泥混凝土的裂縫無害化分散能力和耐久性，並降低其自重的混凝土。
基於以上構思，本發 明採取如下的技術解決方案
一種輕質高抗裂水泥混凝土，製得的該輕質高抗裂水泥混凝土，以100份重量單位計，由以下原料組成膠凝材料20 50份，橡膠顆粒10 20份，矽烷偶聯劑O. 08 O. 3 份，河砂20 40份，水10 20份，減水劑O. 3 O. 6份，聚合物纖維O. 8 2份，原料的重量份數之和為100份；
其中
所述的膠凝材料以100份重量單位計，由以下原料組成水泥60 80份，粉煤灰10 30份，矽灰5 10份，微細石灰石粉3 8份，原料的重量份數之和為100份；
所述的聚合物纖維選擇聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維的組合物，其中，聚乙烯醇纖維的重量份數為70 90份，聚丙烯纖維的重量份數為10 30份，兩者重量份數之和為 100 份。
所述的娃燒偶聯劑選擇3-氣基丙基二乙氧基娃燒。
所述的矽烷偶聯劑的用量為橡膠顆粒用量的O. 8% 1. 5%。
本發明製得的輕質高抗裂水泥混凝土，28天極限拉應變為2. 0% 4. 2%，抗拉強度為3 8MPa，抗彎強度為7 17MPa，抗壓強度為30 50MPa，拌合物表觀密度為1600 1850kg/m3，既能大大降低混凝土的密度，提高混凝土抗震效果，同時極大的提高了混凝土的變形能力，改變了普通混凝土脆性破壞的模式，實現了應變硬化；這對於結構恆載佔有較大比例且對材料性能要求較高的高層建築、大跨度橋梁和海洋工程等現代大型工程而言具有較強的技術優勢，並實現了廢舊輪胎的回收利用。
具體實施方式
以下給出本發明的具體實施例，需要說明的是本發明並不局限於以下具體實施例，凡在本申請技術方案基礎上做的等同變換均落入本發明的保護範圍。
本實施例給出的輕質高抗裂水泥混凝土，以100份重量單位計，由以下原料組成 膠凝材料20 50份，橡膠顆粒10 20份，矽烷偶聯劑0. 08 0. 3份，河砂20 40份， 水10 20份，減水劑0. 3 0. 6份，聚合物纖維0. 8 2份，原料的重量份數之和為100 份；
其中
膠凝材料以100份重量單位計，由以下原料組成水泥60 80份，粉煤灰10 30 份，矽灰5 10份，微細石灰石粉3 8份，原料的重量份數之和為100份；
聚合物纖維選擇聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維的組合物，其中，聚乙烯醇纖維的重量份數為70 90份，聚丙烯纖維的重量份數為10 30份，兩者重量份數之和為100份。
娃燒偶聯劑選擇3_氛基丙基二乙氧基娃燒。
矽烷偶聯劑的用量為橡膠顆粒用量的0. 8% 1. 5%。
原料規格要求如下所述
水泥為普通矽酸鹽水泥，表觀密度為3. 0 3. 3g/cm3。
粉煤灰為一級粉煤灰，表觀密度為2.1 2. 5g/cm3。
矽灰的SiO2含量≥86. 5%，比表面積≥100m2/g，含水率≤3%。
微細石灰石粉比表面積≥800m2/g，含水率≤3%。
矽烷偶聯劑為3-氨基丙基三乙氧基矽烷，含量≥97%。
河砂的細度模數為1. 8 2. 2，含泥量〈1%。
水為飲用自來水。
減水劑為聚羧酸系高效減水劑，其技術要求為固含量40%，減水率35%。
橡膠顆粒為採用常溫粉碎法，以廢舊輪胎胎面橡膠為原料生產的硫化膠粉，顆粒尺寸為40 80目，丙酮抽提物≤8%，含水率≤ 1%，表觀密度為1. O 1. 2g/cm3。
聚乙烯醇纖維長度為12mm，直徑O. 039mm，抗拉強度1620MPa，彈性模量42. 8GPa，極限伸長率6%。
聚丙烯纖維長度為8mm，直徑O. 020mm,抗拉強度600MPa，彈性模量3. 8GPa，極限伸長率8%。
矽灰和微細石灰石粉的加入改善了膠凝材料體系的顆粒級配，提高了漿體的粘結性和吸附性，便於聚合物纖維的分散，同時，微細石灰石粉的粒徑在O.1 2μπι之間，晶核作用明顯，降低了水化產物的成核位壘，促進了水化產物的生成與交織，從而有助於提高水泥基體與橡膠顆粒之間的界面粘結。橡膠顆粒的加入既能替代部分集料，降低混凝土密度， 還能緩和外部荷載的衝擊和擠壓，提高混凝土吸收能量的能力。矽烷偶聯劑的作用在於其內部的可水解基團與有機官能團在橡I父顆粒和水泥基體之間架起分子橋，提聞界面的粘結和應力傳遞效率。橡膠顆粒過大的彈性變形會引起微細裂縫尖端的應力集中，而聚合物纖維的加入能夠緩和應力集中，促進基體內部應力的均勻分布，並橋聯裂縫兩端起到應力和應變傳遞的橋梁。
在以下的實施例中，採用了普通水泥混凝土、超高韌性水泥混凝土與本實施例的輕質高抗裂水泥混凝土進行對比實驗，如無特殊說明，均為本領域常用的材料。
對比例1:普通水泥混凝土
普通水泥混凝土以100份重量單位計，由以下原料組成水泥17. 7份，河砂30. 2 份，粗集料46份，水6份，減水劑O.1份。
對比例2 :超高韌性水泥混凝土
超高韌性水泥混凝土以100份重量單位計，由以下原料組成膠凝材料42份，河砂 39份，水16. 9份，聚乙烯醇纖維1. 3份，減水劑O. 8份，其中
膠凝材料中水泥、粉煤灰和礦渣的用量重量比例為65:20:15。
實施例1 :輕質高抗裂水泥混凝土
輕質高抗裂水泥混凝土，以100份重量單位計，由以下原料組成膠凝材料40份， 橡膠顆粒14份，顆粒尺寸為60目，矽烷偶聯劑O. 14份，河砂 29. 06份，水15. 2份，減水劑O.2，聚合物纖維1. 4份，其中
膠凝材料中水泥、粉煤灰、矽灰和微細石灰石粉的用量重量比例為75:16:5:4 ;
聚合物纖維中聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維的用量重量比例為80:20。
將上述原料按照如下步驟製備成輕質高抗裂水泥混凝土。
(I)按原料比例稱取膠凝材料、橡膠顆粒、矽烷偶聯劑、河砂、水、減水劑和聚合物纖維，備用；
(2)將矽烷偶聯劑溶於60 80°C的溫水中，充分分散和攪拌，再把橡膠顆粒加入矽烷偶聯劑水溶液中攪拌均勻，充分浸潤橡膠顆粒表面，然後將橡膠顆粒放在乾燥的環境下直至其表面完全乾燥；
(3)將稱好的膠凝材料、橡膠顆粒、河砂和聚合物纖維加入攪拌鍋中幹拌，然後加入水和減水劑攪拌至均勻，即製得輕質高抗裂水泥混凝土。
實施例2 :輕質高抗裂水泥混凝土
本實施例與上述實施例的區別僅在於原料的比例不同，以100份重量單位計，由以下原料組成膠凝材料35份，橡膠顆粒18份，顆粒尺寸為60目；矽烷偶聯劑O. 27份；河砂32. 33份；7jC 12. 6份；減水劑O. 20 ;聚合物纖維1. 6份，其中
膠凝材料中水泥、粉煤灰、矽灰和微細石灰石粉的用量重量比例為80:10:6:4 ;
聚合物纖維中聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維的用量重量比例為70:30。
實施例3 :輕質高抗裂水泥混凝土
本實施例與上述實施例的區別僅在於原料的比例不同，以100份重量單位計，由以下原料組成膠凝材料38份，橡膠顆粒17份，顆粒尺寸為80目，矽烷偶聯劑O. 21份，河砂27. 79份，水15份，減水劑O. 20，聚合物纖維1. 8份，其中
膠凝材料中水泥、粉煤灰、矽灰和微細石灰石粉的用量重量比例為72:15:10:3 ;
聚合物纖維中聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維的用量重量比例為75:25。
實施例4 :輕質高抗裂水泥混凝土
本實施例與上述實施例的區別僅在於原料的比例不同，以100份重量單位計，由以下原料組成膠凝材料20份，橡膠顆粒20份，顆粒尺寸為80目，矽烷偶聯劑O. 3份，河砂 40份，水17.1份，減水劑O. 6，聚合物纖維2份，其中
膠凝材料中水泥、粉煤灰、矽灰和微細石灰石粉的用量重量比例為57:30:5:8 ;
聚合物纖維中聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維的用量重量比例為70:30。
實施例5 :輕質高抗裂水泥混凝土
本實施例與上述實施例的區別僅在於原料的比例不同，以100份重量單位計，由以下原料組成膠凝材料50份，橡膠顆粒10份，顆粒尺寸為80目，矽烷偶聯劑O. 08份，河砂20份，水18. 82份，減水劑O. 3，聚合物纖維O. 8份，其中
膠凝材料中水泥、粉煤灰、矽灰和微細石灰石粉的用量重量比例為60:22:10:8 ;
聚合物纖維中聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維的用量重量比例為90:10。
下面對實施例1 5的樣品和對比例1、對比例2的樣品進行性能測試，測試試驗包括軸向拉伸試驗、彎曲試驗和抗壓試驗，具體參照《纖維混凝土試驗方法標準》 (CECS13:2009)。混凝土攪拌完畢後澆築成型，使用振動臺振搗，抹面後覆蓋塑料薄膜，24小時後拆模放入溫度為20±2°C、相對溼度在90%以上的標準養護室養護至28天齡期。
如表I所示，是本發明的實施例樣品和對比例樣品的力學性能測試結果，包括拉伸性能、彎曲性能、抗壓性能和拌合物表觀密度。從表I可以看出，對比例I的樣品極限拉伸應變和峰值荷載對應的撓度均很小，說明其變形能力和抗裂性能很差。而本發明的5個實施例的樣品和對比例2的樣品均具有很高的變形能力，其抗壓、抗拉和抗彎強度均能滿足一般工程結構物的要求。此外，在拉伸條件下， 本發明的5個實施例樣品和對比例2樣品的應力-應變曲線均具有明顯的應變硬化特徵。但是對比例2的樣品拌合物表觀密度仍然較高，而本發明的5個實施例的樣品拌合物表觀密度在1600 1850kg/m3之間，即本發明的 5個樣品對應的混凝土既能提高結構物的抗震與變形性能，還能降低結構自重，在回收利用廢舊輪胎橡膠的同時，實現了普通混凝土的輕質與高性能化。該材料對於結構恆載佔有較大比例，且對材料性能要求較高的高層建築、大跨度橋梁和海洋工程等現代大型工程而言， 具有較強的技術優勢。
表I實施例樣品和對比例樣品的力學性能測試結果
權利要求
1.一種輕質高抗裂水泥混凝土，其特徵在於，製得的該輕質高抗裂水泥混凝土，以100 份重量單位計，由以下原料組成膠凝材料20 50份，橡膠顆粒10 20份，矽烷偶聯劑O.08 O. 3份，河砂20 40份，水10 20份，減水劑O. 3 O. 6份，聚合物纖維O. 8 2 份，原料的重量份數之和為100份；其中所述的膠凝材料以100份重量單位計，由以下原料組成水泥60 80份，粉煤灰10 30份，矽灰5 10份，微細石灰石粉3 8份，原料的重量份數之和為100份；所述的聚合物纖維選擇聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維的組合物，其中，聚乙烯醇纖維的重量份數為70 90份，聚丙烯纖維的重量份數為10 30份，兩者重量份數之和為100份。
2.如權利要求1所述的輕質高抗裂水泥混凝土，其特徵在於，所述的矽烷偶聯劑選擇 3-氣基丙基二乙氧基娃燒。
3.如權利要求1所述的輕質高抗裂水泥混凝土，其特徵在於，所述的矽烷偶聯劑的用量為橡膠顆粒用量的O. 8% 1. 5%。
全文摘要
本發明提供一種輕質高抗裂水泥混凝土，其中，膠凝材料20～50份、廢舊輪胎橡膠顆粒10～20份、矽烷偶聯劑0.08～0.3份、河砂20～40份、水10～20份、減水劑0.3～0.6份和聚合物纖維0.8～2份。所述的膠凝材料中包括水泥60～80份，粉煤灰10～30份，矽灰5～10份，微細石灰石粉3～8份；所述的聚合物纖維由聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維組成，包括70～90份聚乙烯醇纖維和10～30份聚丙烯纖維。本發明在回收利用廢舊輪胎的同時大大降低混凝土的密度，極大的提高了混凝土的抗震和變形能力，改變了普通混凝土脆性破壞的模式，實現了應變硬化。
文檔編號C04B18/22GK103030355SQ20121057948
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月27日 優先權日2012年12月27日
發明者何銳, 李永鵬, 嵇紹華, 陳拴發, 李祖仲, 劉狀壯, 朱林志 申請人:長安大學