一种抗渗防裂型混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土材料领域，更具体地说，它涉及一种抗渗防裂型混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土作为目前建筑领域中应用最为广泛且重要的基础材料，其具有强度高、施工简易、造价低廉等众多优点。
混凝土中的凝胶材料与水发生的水化反应，产生了具有粘性的水化产物，不仅能够对混凝土中的砂石骨料起到粘结的作用，还能够使混凝土结构硬化，从而使混凝土具有良好的承载刚度。
但是，由于混凝土的水化反应会产生一定的反应热，反应热导致混凝土后期的塑性收缩容易使混凝土内部发生开裂，内部裂缝不仅使水分容易渗透进混凝土中，而且降低了混凝土的抗裂强度，直接影响了混凝土的使用寿命。因此，如何改善混凝土内部结构缺陷以提高混凝土的防渗抗裂性能具有重要意义。
发明内容
为了提高混凝土的抗渗防裂性能，本申请提供一种抗渗防裂型混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种抗渗防裂型混凝土，采用如下的技术方案：
一种抗渗防裂型混凝土，包括以下重量份的原料组成：
水泥170～220份；
粗集料：640～680份；
细集料：530～570份；
水160～220份；
火山灰30～60份；
纤维集料12～16份；
纤维改性剂7.0～8.5份；
所述纤维改性剂由以下重量份的原料混合制得：马来酸酐1.7～2.4份、烯丙基聚氧乙烯醚7.2～9份、聚四氢呋喃1.3～1.8份、过硫酸铵2.6～3.6份、聚丙二醇1.5～1.9份。
优选的，所述纤维改性剂由以下重量份的原料混合制得：马来酸酐1.9～2.1份、烯丙基聚氧乙烯醚7.6～8.4份、聚四氢呋喃1.45～1.65份、过硫酸铵3.0～3.3份、聚丙二醇1.64～1.72份。
通过采用上述技术方案，由马来酸酐、烯丙基聚氧乙烯醚、聚四氢呋喃、过硫酸铵以及聚丙二醇制得的纤维改性剂对纤维集料起到改性的作用，并与火山灰配合反应，降低了混凝土的坍落度以及渗水高度，并提高了混凝土的劈裂抗拉强度，使混凝土具有良好的施工性能以及抗渗防裂性能。
马来酸酐、烯丙基聚氧乙烯醚、聚四氢呋喃在过硫酸铵以及聚丙二醇的环境下相互作用于纤维集料上，可能在纤维集料表面接枝了羧酸根基团以及极性较强的聚醚基团，使纤维集料在混凝土中具有良好的分散性，长的醚链积聚在水泥颗粒表面并形成水化膜，约束了水分子的运动以延缓水化反应，缓解水化过程剧烈放热引发的内部裂缝，并且使混凝土具有良好的保水性和和易性，从而减低了混凝土的坍落度，此外，纤维集料表面的羧酸根基团能够与火山灰析出的金属离子有较好的螯合作用，使火山灰能够均匀地粘附在纤维上，有利于火山灰在后期的水化反应中起到填充纤维集料与无机集料之间细小孔隙的作用，使纤维集料在混凝土中具有更好的粘结性，从而提高了混凝土内部结构的强度，混凝土在养护过程中发生的水化反应缓慢且稳定，混凝土的内部结构更为致密，使得混凝土在防裂与抗渗性能上体现出明显的优异性。
优选的，聚丙二醇的分子量为200～600。
通过采用上述技术方案，分子量在一定范围内的聚丙二醇能够对马来酸酐、烯丙基聚氧乙烯醚、聚四氢呋喃之间具有适宜的分散性，使马来酸酐、烯丙基聚氧乙烯醚、聚四氢呋喃不易两两团聚反应，从而使马来酸酐、烯丙基聚氧乙烯醚、聚四氢呋喃三者更好地相互作用，提高对纤维集料产生的改性效果。
优选的，所述纤维集料重量份的65～75％为聚丙烯仿钢纤维，余量为海泡石纤维。
通过采用上述技术方案，聚丙烯仿钢纤维与海泡石纤维相互配合，使纤维改性剂对二者有更好的相容性与渗透性，提高了纤维改性剂的作用效果。
优选的，所述聚丙烯仿钢纤维的粗细为1200～1500D。
通过采用上述技术方案，适宜的纤维粗细能够更平衡地同时提高混凝土的抗渗以及防裂的性能。
第二方面，本申请提供一种抗渗防裂型混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种抗渗防裂型混凝土的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤一：将马来酸酐、烯丙基聚氧乙烯醚、聚四氢呋喃、过硫酸铵、聚丙二醇混合均匀，升温至70～90℃后恒温30～45min，恒温过程继续保持搅拌，获得纤维改性剂；
步骤二：将纤维改性剂降温至50～60℃后，投入纤维集料搅拌10～20min，搅拌过程保持恒温，获得改良纤维集料；
步骤三：将火山灰、水泥、水、粗集料、细集料与改良纤维集料混合均匀，获得抗渗防裂型混凝土。
优选的，步骤一中的升温温度为75～85℃。
通过采用上述技术方案，通过对马来酸酐、烯丙基聚氧乙烯醚、聚四氢呋喃、过硫酸铵、聚丙二醇混合并升温至一定温度范围内进行恒温处理，使马来酸酐、烯丙基聚氧乙烯醚、聚四氢呋喃产生了更好的相互配合影响，从而能够对纤维集料起到更佳的改性作用，使改性后的纤维集料表面粘附的火山灰更加均匀，有利于纤维集料与火山灰更好地相互配合作用于混凝土中，提高了内部结构的致密性，使混凝土具有良好的抗裂防渗性能。
优选的，步骤一中的升温速度为5～8℃/min。
通过采用上述技术方案，控制马来酸酐、烯丙基聚氧乙烯醚、聚四氢呋喃、过硫酸铵、聚丙二醇反应的升温温度，有利于马来酸酐、烯丙基聚氧乙烯醚、聚四氢呋喃三者反应的平稳进行，可能使反应更加完全，提高了对纤维集料具有改性效果的反应产物量，从而使混凝土的抗渗防裂性能更好。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用以马来酸酐、烯丙基聚氧乙烯醚、聚四氢呋喃、过硫酸铵、聚丙二醇混合制得的纤维改性剂对纤维集料进行改性，改性后的纤维集料与火山灰共同配合作用于混凝土，使混凝土的水化反应平稳进行，减少了早期水化反应过烈而导致的混凝土内部开裂，使混凝土的内部结构更加致密，从而对混凝土的抗渗以及防裂性能具有显著的提高；
2、本申请的方法，通过对马来酸酐、烯丙基聚氧乙烯醚、聚四氢呋喃、过硫酸铵、聚丙二醇在一定的温度下搅拌并恒温处理，使马来酸酐、烯丙基聚氧乙烯醚、聚四氢呋喃发生的相互作用能够更好地对纤维集料起到改性效果，使火山灰能分散地吸附在纤维填料上，有利于更好地对内部微小孔隙进行填补粘合，从而使得混凝土具有良好的抗渗与防裂性能。
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。
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
步骤一：将2kg的马来酸酐、8kg的烯丙基聚氧乙烯醚、1.55kg的聚四氢呋喃、3.2kg的过硫酸铵、1.68kg的聚丙二醇混合，以160r/min的转速搅拌15min后，以5℃/min的升温速度升温至80℃并恒温45min，恒温过程继续保持搅拌，获得纤维改性剂；
步骤二：称取如表2用量的纤维改性剂，待其降温至50℃后，投入纤维集料并以120r/min的转速搅拌20min，混合过程保持恒温，获得改良纤维集料；
步骤三：将火山灰、水泥、水、粗集料、细集料与改良纤维集料混合均匀，获得抗渗防裂型混凝土。
实施例1-3的纤维集料包括聚丙烯仿钢纤维和海泡石纤维，其中聚丙烯仿钢纤维占纤维集料总重量的65％，其余为泡石纤维，聚丙烯仿钢纤维的粗细为1200D。实施例1-3的聚丙二醇选用PPG-200。实施例1-3的各原料组分用量(单位：kg)详见表2。
表2
实施例1
实施例2
实施例3
水泥
170
220
200
粗集料
640
680
660
细集料
530
570
550
水
160
220
190
火山灰
30
60
45
纤维集料
12
16
14
纤维改性剂
7.0
8.5
8.3
实施例4
与实施例3的不同之处在于：步骤一中，将1.9kg的马来酸酐、7.6kg的烯丙基聚氧乙烯醚、1.45kg的聚四氢呋喃、3kg的过硫酸铵、1.64kg的聚丙二醇混合，获得纤维改性剂。
实施例5
与实施例3的不同之处在于：步骤一中，将2.1kg的马来酸酐、8.4kg的烯丙基聚氧乙烯醚、1.65kg的聚四氢呋喃、3.3kg的过硫酸铵、1.72kg的聚丙二醇混合，获得纤维改性剂。
实施例6
与实施例3的不同之处在于：步骤一中，将1.7kg的马来酸酐、7.2kg的烯丙基聚氧乙烯醚、1.3kg的聚四氢呋喃、2.6kg的过硫酸铵、1.5kg的聚丙二醇混合，获得纤维改性剂。
实施例7
与实施例3的不同之处在于：步骤一中，将2.4kg的马来酸酐、9kg的烯丙基聚氧乙烯醚、1.8kg的聚四氢呋喃、3.6kg的过硫酸铵、1.9kg的聚丙二醇混合，获得纤维改性剂。
实施例8
与实施例3的不同之处在于：聚丙二醇选用PPG-600。
实施例9
与实施例3的不同之处在于：聚丙二醇选用PPG-1000。
实施例10
与实施例3的不同之处在于：所述纤维集料重量份的75％为聚丙烯仿钢纤维，余量为海泡石纤维。
实施例11
与实施例3的不同之处在于：所述纤维集料为聚丙烯仿钢纤维。
实施例12
与实施例3的不同之处在于：所述纤维集料为海泡石纤维。
实施例13
与实施例3的不同之处在于：聚丙烯仿钢纤维的粗细为1500D。
实施例14
与实施例3的不同之处在于：所述纤维集料为聚丙烯细纤维。
实施例15
与实施例3的不同之处在于：步骤二的恒温温度为60℃，搅拌时间为10min。。
实施例16
与实施例3的不同之处在于：步骤一的恒温时间为30min。
实施例17-20
与实施例3的不同之处在于：实施例16-19的步骤一恒温温度分别为70℃、75℃、85℃、90℃。
实施例21-22
与实施例3的不同之处在于：实施例20-21的步骤一升温速度分别为8℃/min、15℃/min。
对比例
对比例1
与实施例3的不同之处在于：以同等重量份的细集料替代火山灰。
对比例2
与实施例3的不同之处在于：以同等重量份的细集料替代纤维集料。
对比例3
与实施例3的不同之处在于：以同等重量份的细集料替代纤维改性剂。
对比例4
与实施例3的不同之处在于：步骤一中，纤维改性剂的制备不投加马来酸酐。
对比例5
与实施例3的不同之处在于：步骤一中，纤维改性剂的制备不投加烯丙基聚氧乙烯醚。
对比例6
与实施例3的不同之处在于：步骤一中，纤维改性剂的制备不投加聚四氢呋喃。
对比例7
与实施例3的不同之处在于：步骤一中的恒温温度为50℃。
性能检测试验
实验1
根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002检测实施例与对比例制得的混凝土试件在7d和28d的劈裂抗拉强度(单位：Mpa)。
实验2
根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T 50082-2009检测各实施例和对比例制备的混凝土试件在养护28d后的平均渗水高度(单位：mm)。
实验3
根据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T 50080-2016检测检测各实施例和对比例制备的混凝土试件的坍落度(单位：mm)。
实验1-3的具体检测数据详见表3-6
表3
根据表3的实施例3与对比例1-3的检测数据对比可得，纤维集料在纤维改性剂的改性作用后，与火山灰配合作用于混凝土中，能够减少混凝土水分离析情况，降低混凝土的坍落度，使混凝土具有良好的施工性能，并减少了混凝土内部结构的开裂情况，使混凝土的结构更加致密，从而提高了混凝土的劈裂抗拉强度，降低了平均渗水高度，使混凝土具有优异的抗渗防裂性能。
表4
根据表4的实施例3与对比例4-6的检测数据对比可得，马来酸酐、烯丙基聚氧乙烯醚、聚四氢呋喃三者在过硫酸铵以及聚丙二醇的环境下产生相互影响，共同作用于纤维集料上对纤维集料进行改性，从而使得纤维集料在混凝土中与火山灰相互配合，使混凝土具有良好的保水性能，并且使混凝土的水化反应平稳进行，减少了混凝土早期水化反应的剧烈而导致的内部开裂情况，从而提高了混凝土的抗渗性能与防裂性能。
根据表4的实施例3-7的检测数据对比可得，马来酸酐、烯丙基聚氧乙烯醚、聚四氢呋喃、过硫酸铵以及聚丙二醇在特定的质量比范围内，能够产生更好的相互影响，从而对纤维集料的改性效果发挥出更好的作用。
表5
根据表5的实施例3与实施例8-9的检测数据对比可得，聚丙二醇的分子量选择在一定的范围内，能够对马来酸酐、烯丙基聚氧乙烯醚、聚四氢呋喃的相互分散性起到适宜的调整作用，使得纤维改性剂对纤维集料的改性作用更好，从而对改善混凝土的劈裂抗拉强度以及平均渗水高度起到一定的辅助效果。
根据表5的实施例3与实施例10-14的检测数据对比可得，纤维集料选择以一定比例范围混合的聚丙烯仿钢纤维以及海泡石纤维，能够改善纤维改性剂与纤维集料的相容性，从而对混凝土发挥更佳的抗渗防裂效果。此外，聚丙烯仿钢纤维选择适宜的纤维粗细度，能够与纤维改性剂以及火山灰的有更好的相互配合作用，使混凝土的抗渗性能与防裂性能的提高更加平衡。
表6
根据表6的实施例3与实施例16-20、对比例7的检测数据对比可得，在一定温度范围内对马来酸酐、烯丙基聚氧乙烯醚、聚四氢呋喃、过硫酸铵以及聚丙二醇搅拌并恒温处理一定的时间，能够使马来酸酐、烯丙基聚氧乙烯醚、聚四氢呋喃相互产生更好的相互影响，对纤维集料起到更均匀地吸附火山灰的效果，从而使混凝土具有更低的坍落度和渗水高度以及更高的劈裂抗拉强度，提高了混凝土的抗渗防裂性能，更好地满足施工需求。
根据表6的实施例3与实施例21-22的检测数据对比可得，对马来酸酐、烯丙基聚氧乙烯醚、聚四氢呋喃、过硫酸铵以及聚丙二醇升温进行恒温处理时，将升温速度控制在一定的范围内，能够提高马来酸酐、烯丙基聚氧乙烯醚、聚四氢呋喃的发生的反应过程的稳定性，使纤维改性剂发挥出更佳的效果，使混凝土表现出更好的抗渗防裂性能。
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。
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