CN113321456B - 一种抗裂混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗裂混凝土及其制备方法。抗裂混凝土包括以下质量份数的组分：细骨料：723‑753份；粗骨料：1011‑1101份；水：152‑172份；水泥：144‑160份；矿粉：98‑112份；粉煤灰：81‑91份；减水剂：5.3‑5.9份；聚乙烯醇纤维：20‑70份；醋酸锌：2.4‑3.5份；干冰：1.8‑4.2份；焦亚硫酸钠：4.1‑7.3份。本申请的产品具有提高混凝土的抗裂性能优点。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，尤其是涉及一种抗裂混凝土及其制备方法。
背景技术
近年来，随着国内建筑业蓬勃发展，对建造过程中混凝土的性能和强度要求不断提高；混凝土是指用水泥、砂、石与水、外加剂和掺合料按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土。由于混凝土的原材料极为丰富且价格低廉，同时可以适应各种用途，对自然条件有较好的适应力，因此成为了目前建筑工程中应用最为广泛、最为重要的基础材料。
随着混凝土的强度提高，混凝土的韧性会变差，使混凝土产生裂缝，从而造成混凝土性能的降低；随着时间推移混凝土表面的裂缝会迅速扩展，容易造成剥落的现象。
通常工作人员在制备混凝土时会增加水泥的用量，使混凝土的抗裂强度增加，但是水泥的用量过多会导致成本的增加，同时导致水泥水化反应产生的热量增大，使得混凝土内外温差过大，若散热不及时也会使混凝土产生裂缝。
发明内容
为了提高混凝土的抗裂性能，本申请提供一种抗裂混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种抗裂混凝土，采用如下的技术方案：
一种抗裂混凝土，包括以下质量份数的组分：
细骨料：723-753份；
粗骨料：1011-1101份；
水：152-172份；
水泥：144-160份；
矿粉：98-112份；
粉煤灰：81-91份；
减水剂：5.3-5.9份；
聚乙烯醇纤维：20-70份；
醋酸锌：2.4-3.5份；
干冰：1.8-4.2份；
焦亚硫酸钠：4.1-7.3份。
通过采用上述技术方案，发明人发现，在醋酸锌和焦亚硫酸钠的共同配合下，焦亚硫酸钠与醋酸锌可以清理粗骨料和细骨料表面的杂质，同时增大水泥的流动性，使水泥可以更好的与粗骨料、细骨料粘合，水泥能充分填充混凝土内细小的空隙，从而提高混凝土整体的结构强度，减少裂缝产生的现象；使用减水剂可以增强水泥的流动性，对水泥颗粒有分散作用；干冰升华成二氧化碳气体的过程可以促进水泥砂浆的分散均匀，同时干冰升华的过程可以吸收水泥水化反应所产生的热量，降低混凝土的温度，使混凝土减少裂缝产生的情况出现；聚乙烯醇纤维分布在混凝土各组分的空隙处，聚乙烯醇纤维填充了混凝土内部细微的裂缝，当混凝土收到外力冲击时，聚乙烯醇纤维依靠自身延展性强的特点有助于分摊混凝土承受的力，从而提高混凝土的抗压强度和抗裂性能。
优选的，所述混凝土还包括有以下质量份数的组分：
六次甲基四胺：7-11份；
四硼酸钠：3.3-5.1份。
通过采用上述技术方案，四硼酸钠和六次甲基四胺溶解在水中，与粗骨料和细骨料相互配合，使粗骨料、细骨料与水泥之间粘合更紧密，从而提高混凝土的抗裂性。
优选的，所述干冰的粒径范围为2.5-10mm
通过采用上述技术方案，粒径范围为2.5-10mm的干冰可以在水泥中均匀分布，使混凝土发生水化热时干冰可以更好的吸收水化热产生的热量，降低混凝土的收缩率。
优选的，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。
通过采用上述技术方案，聚羧酸高性能减水剂与水泥砂浆具有良好的相容性，降低混凝土的收缩率，使混凝土的密实效果良好，从而有效提高混凝土的抗裂性。
优选的，所述聚乙烯醇纤维的长度范围为3-10mm。
通过采用上述技术方案，聚乙烯醇纤维的长度在3-10mm的范围内比较容易分散在混凝土内，聚乙烯醇纤维与混凝土混合，可以利用自身承担部分混凝土受到的外力，从而提高混凝土的抗拉能力。
优选的，所述矿粉为铁矿石破碎后的矿渣经过磨细处理而成，所述矿粉粒径范围为0.15-0.3mm。
通过采用上述技术方案，矿粉与粉煤灰相互配合有助于提高抗裂混凝土的抗裂性，矿粉为铁矿石分离出的矿渣磨细而成，可以节省成本；同时矿粉与干冰互相配合可以把混凝土搅拌时产生的热量迅速传走，减少混凝土内温度过高使得收缩率降低的情况发生；粒径范围为0.15-0.3mm的矿粉可以在水泥砂浆内均匀分布，从而增加水泥的流动性。
优选的，所述细骨料为粒径范围为0.25-0.5mm的河砂。
通过采用上述技术方案，粒径范围在0.25-0.5mm的河砂可以均匀的分布在水泥砂浆的间隙中，从而减少混凝土的收缩，提高混凝土的密实性，有利于提高混凝土的抗压强度。
第二方面，本申请提供一种抗裂混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种抗裂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)将减水剂、醋酸锌、焦亚硫酸钠与水加热并混合均匀，得到第一搅拌混合物，备用；
步骤2)将水泥、矿粉、粉煤灰、粗骨料、细骨料充分搅拌混合后制得第二搅拌混合物；
步骤3)将第一搅拌混合物和聚乙烯醇纤维加入到第二搅拌混合物中，充分搅拌混合，再投入干冰搅拌，制得抗裂混凝土。
通过采用上述技术方案，把各种原料分成多个步骤混合，有助于各种原料在抗裂混凝土内的分散性；聚乙烯醇纤维在步骤3)中加入搅拌混合，使聚乙烯醇纤维的结构不易被多次混合搅拌破坏，有助于提高抗裂混凝土的抗裂性；干冰在步骤3)中投入，在水泥与水作用产生放热反应时，干冰升华同时吸收水化热释放的热量，降低混凝土内外的温差，从而使混凝土表面不易产生裂缝。
优选的，所述步骤3)中，还投入有质量份数为7-10份的六次甲基四胺和3.3-5.1份的四硼酸钠。
通过采用上述技术方案，把六次甲基四胺和四硼酸钠投入到水中，可以改善水泥与粗骨料和细骨料之间的粘合程度，从而使水泥砂浆的粘合度更高。
优选的，所述步骤1)中第一搅拌混合物加热至55-65℃。
通过采用上述技术方案，发明人发现，焦亚硫酸钠与醋酸锌的混合液在55-65℃下能提高混凝土的和易性，有助于使水泥颗粒在抗裂混凝土内分散均匀，提高混凝土的密实性。
综上所述，
1、制备混凝土的原料中加入减水剂、焦亚硫酸钠、干冰、醋酸锌和聚乙烯醇纤维；在焦亚硫酸钠和醋酸锌的共同配合下，增大了水泥的流动性，使水泥可以充分填充混凝土内的空隙；在干冰和聚乙烯醇纤维的共同配合下，有助于填充混凝土内部细微的裂纹，从而提高混凝土的抗裂性。
2、在制备混凝土的过程中加入六次甲基四胺和四硼酸钠可以增加水泥、粗骨料和细骨料之间的粘合性，使得粗骨料和细骨料之间粘合更加紧密，从而提高混凝土的抗裂性。
3、细骨料选用粒径范围为0.25-0.5mm的河砂可以使河砂能均匀分布在水泥砂浆的间隙，从而提高混凝土的密实性。
具体实施方式
以下实施例及对比例中所用原料的来源信息详见表1：
表1
实施例
实施例1-3
一种抗裂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)将聚羧酸高性能减水剂、醋酸锌、焦亚硫酸钠与水投入到搅拌釜内，在温度60℃和转速60r/min的条件下搅拌6分钟，得到第一搅拌混合物，备用。
步骤2)将水泥、矿粉、粉煤灰、碎石、河砂投入到卧式搅拌机内，在转速80r/min的条件下充分搅拌2分钟，制得第二搅拌混合物；
步骤3)将第一搅拌混合物和聚乙烯醇纤维加入到第二搅拌混合物中，在转速90r/min的条件下充分搅拌1分钟，然后投入干冰搅拌1分钟，制得抗裂混凝土。
各种原料的投入量参照表2，其中矿粉为铁矿石破碎后的矿渣磨细至粒径范围为0.15-0.3mm的粉末；干冰的粒径范围为2.5-10mm、聚乙烯醇纤维的长度范围为3-10mm、细骨料为粒径范围在0.25-0.5mm的河砂、粗骨料为10-20mm的碎石。
表2
| 原料 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 河砂(kg) | 7.23 | 7.53 | 7.38 |
| 碎石(kg) | 10.11 | 11.01 | 10.56 |
| 水(kg) | 1.52 | 1.72 | 1.62 |
| 水泥(kg) | 1.44 | 1.60 | 1.52 |
| 矿粉(kg) | 0.98 | 1.12 | 1.05 |
| 粉煤灰(kg) | 0.81 | 0.86 | 0.91 |
| 聚乙烯醇纤维(kg) | 0.20 | 0.70 | 0.45 |
| 醋酸锌(kg) | 0.024 | 0.035 | 0.029 |
| 干冰(kg) | 0.018 | 0.042 | 0.030 |
| 聚羧酸高性能减水剂(kg) | 0.053 | 0.059 | 0.056 |
| 焦亚硫酸钠(kg) | 0.041 | 0.073 | 0.057 |
| 步骤2)中的温度(℃) | 55 | 65 | 60 |
实施例4
一种抗裂混凝土的制备方法，与实施例3的不同之处在于，在步骤3)中还投入有0.07kg六次甲基四胺。
实施例5
一种抗裂混凝土的制备方法，与实施例3的不同之处在于，在步骤3)中还投入有0.032kg四硼酸钠。
实施例6
一种抗裂混凝土的制备方法，与实施例3的不同之处在于，步骤3)中，还投入有0.07kg六次甲基四胺和0.032kg四硼酸钠。
实施例7
一种抗裂混凝土的制备方法，与实施例3的不同之处在于，步骤3)中，还投入有0.11kg六次甲基四胺和0.051kg四硼酸钠。
对比例
对比例1
一种抗裂混凝土的制备方法，与实施例3的不同之处在于，步骤2)中还投入聚乙烯醇纤维一起搅拌，步骤3)中不投入聚乙烯醇纤维。
对比例2
一种抗裂混凝土的制备方法，与实施例3的不同之处在于，步骤1)中不添加醋酸锌。
对比例3
一种抗裂混凝土的制备方法，与实施例3的不同之处在于，步骤1)中不添加焦亚硫酸钠。
对比例4
一种抗裂混凝土的制备方法，与实施例3的不同之处在于，步骤1)中不添加醋酸锌和焦亚硫酸钠。
对比例5
一种抗裂混凝土的制备方法，与实施例3的不同之处在于，步骤3)中不添加干冰。
对比例6
一种抗裂混凝土的制备方法，与实施例3的不同之处在于，步骤3)中不添加聚乙烯醇纤维。
对比例7
一种抗裂混凝土的制备方法，与实施例3的不同之处在于，步骤3)中不添加干冰和聚乙烯醇纤维。
性能检测实验
针对本申请实施例1-7和对比例1-7提供的抗裂混凝土，进行如下的性能检测：
抗裂性检测：将实施例1-7和对比例1-7所制得的混凝土分别浇筑成150mm*150mm*150mm的立方体标准试样，养护28d后观察混凝土样品表面是否有裂缝产生，并记录裂缝宽度，若裂缝宽度小于0.5mm，则视为允许出现裂缝的范围内，若裂缝宽度大于0.5mm，则视为混凝土抗裂性能较弱；同时根据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》的检测标准测试样品的抗压强度和劈裂抗拉强度。具体结果如表3所示。
表3
根据实施例1-7与对比例1-7的数据对比可得，实施例3-7制得的抗裂混凝土在养护28d后均无产生裂缝，实施例1-2中虽有裂缝产生，但裂缝宽度较小，在设计允许范围内；对比例1-7中均有较宽的裂缝产生，且对比例中的抗压强度和劈裂抗拉强度均低于实施例的最低数值，由此可得在本申请范围内制得的抗裂混凝土的抗裂性能较好。
根据实施例1-3的检测数据对比可得，实施例3中的原料组分比例更加合理，混凝土的抗压强度和劈裂抗拉性相对较优。
根据对比例1与实施例3的检测数据对比可得，若在步骤2)中投入聚乙烯醇纤维与其他原料一同搅拌混合，混凝土的抗裂性能较低，发明人猜测是由于多次搅拌聚乙烯醇纤维，使聚乙烯醇纤维的延展性被破坏，从而抗裂性能低。
根据对比例2-4与实施例3的检测数据对比可得，制备抗裂混凝土时投入焦亚硫酸钠和醋酸锌共同配合，可以增大水泥的流动性，使水泥能充分填充混凝土内细小的空隙，从而提高混凝土的抗压强度和抗裂性能。
根据对比例5-7与实施例3的检测数据对比可得，制备抗裂混凝土时均投入干冰和聚乙烯醇纤维，二者共同配合可以显著地提升混凝土的抗压强度和劈裂抗拉性能。
根据实施例3与实施例4-7的检测数据对比可得，在混凝土中只投入六次甲基四胺，混凝土的抗压性和抗裂性变化不大；若只投入四硼酸钠，混凝土的抗压性得到提高；若同时添投入六次甲基四胺和四硼酸钠，在六次甲基四胺与四硼酸钠的共同配合下，可以增强水泥、粗骨料和细骨料之间的粘合程度，有效提高混凝土的抗压强度和劈裂抗拉性能。
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收到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种抗裂混凝土，其特征在于：所述混凝土包括以下质量份数的组分：
细骨料：723-753份；
粗骨料：1011-1101份；
水：152-172份；
水泥：144-160份；
矿粉：98-112份；
粉煤灰：81-91份；
减水剂：5.3-5.9份；
聚乙烯醇纤维：20-70份；
醋酸锌：2.4-3.5份；
干冰：1.8-4.2份；
焦亚硫酸钠：4.1-7.3份；
所述混凝土还包括有以下质量份数的组分：
六次甲基四胺：7-11份；
四硼酸钠：3.3-5.1份。
2.根据权利要求1所述的一种抗裂混凝土，其特征在于：所述干冰的粒径范围为2.5-10mm。
3.根据权利要求1所述的一种抗裂混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。
4.根据权利要求1所述的一种抗裂混凝土，其特征在于：所述聚乙烯醇纤维的长度范围为3-10mm。
5.根据权利要求1所述的一种抗裂混凝土，其特征在于：所述矿粉为铁矿石破碎后的矿渣经磨细处理而成，所述矿粉粒径范围为0.15-0.3mm。
6.根据权利要求1所述的一种抗裂混凝土，其特征在于：所述细骨料为粒径范围为0.25-0.5mm的河砂。
7.一种抗裂混凝土的制备方法，基于权利要求1-6任一项所述的抗裂混凝土，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1) 将减水剂、醋酸锌、焦亚硫酸钠与水加热并混合均匀，得到第一搅拌混合物，备用；
步骤2)将水泥、矿粉、粉煤灰、粗骨料、细骨料充分搅拌混合后制得第二搅拌混合物；
步骤3)将第一搅拌混合物和聚乙烯醇纤维加入到第二搅拌混合物中，充分搅拌混合，再投入干冰搅拌，制得抗裂混凝土。
8.根据权利要求7所述的抗裂混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，还投入有六次甲基四胺和四硼酸钠。
9.根据权利要求7所述的抗裂混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中第一搅拌混合物加热至55-65℃。
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