一种抗裂混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土的
技术领域
，更具体地说，它涉及一种抗裂混凝土及其制备方法。背景技术
普通混凝土指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。
目前，随着城市化的发展，新修道路的速度逐渐加快，混凝土的应用也越来越广泛。但是，当混凝土长期使用后，其内部和表面会发生开裂现象，从而影响混凝土的正常使用功能和耐久性，当裂缝宽度超过一定的限度后会影响到混凝土构件的承载力、刚度和正常使用功能。因此，研究出一种具有较好的抗裂性能的混凝土具有十分重要意义。
发明内容
为了混凝土的抗裂性能，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，包括如下组分：
水泥 200-300份；
粗骨料 900-1100份；
细骨料 700-800份；
填料 160-180份；
纤维 10-20份；
减水剂 5-10份；
水 180-200份；
所述细骨料由天然细骨料和再生细骨料按重量比1:(0.4-0.6)混合组成；
所述再生细骨料为废旧混凝土砌块粉末；
所述废旧混凝土砌块粉末由以下步骤制备获得：
a，将废旧混凝土砌块粉碎，过筛，得到再生碎块；
b，将再生碎块放入酸性溶液中浸泡，取出后用水清洗，烘干，继续放入碱性溶液中浸泡，取出后用水清洗，烘干，得到强化再生碎块；
c，将强化再生碎块与水解聚马来酸酐搅拌混合，加入可再分散性乳胶粉，球磨，干燥，过筛，得到废旧混凝土砌块粉末。
通过采用上述技术方案，废旧混凝土砌块是建筑物解体后产生的固体垃圾，通过对废旧混凝土砌块进行粉碎、酸洗除杂、碱洗强化处理后，与可再分散性乳胶粉共混球磨，使可分散性乳胶粉与强化再生碎块充分填充混合，在制成混凝土后，一方面废旧混凝土砌块粉末填充在粗骨料和天然细骨料之间，可提高混凝土的密实性，提高混凝土的抗裂性能，另一方面，可再分散性乳胶粉可以进一步填补骨料之间的缝隙，在混凝土内形成具有高柔性的膜结构，对混凝土内其他原料可产生较为优异的粘接力，从而进一步提高混凝土的抗裂性能。在球磨过程中，加入的水解聚马来酸酐可使混合料充分分散，提高强化再生碎块与可再分散性乳胶粉之间的混合填充程度，进一步提高制得混凝土的密实性，从而提高混凝土的抗裂性能。
优选的，所述废旧混凝土砌块粉末的制备过程内c中，按重量比计算，强化再生碎块:水解聚马来酸酐:可再分散性乳胶粉为1:(0.04-0.06):(0.2-0.4)。
通过采用上述技术方案，当强化再生碎块、水解聚马来酸酐、可再分散性乳胶粉的重量比在上述范围内时，制得的废旧混凝土砌块粉末具有更好的性能，可进一步提高混凝土的抗裂性能。
优选的，所述再生细骨料的粒度为80-120目，所述天然细骨料的粒度为40-60目。
通过采用上述技术方案，天然细骨料与再生细骨料的粒径之间存在较明显的差别，可提高天然细骨料与再生细骨料的填充效应，从而使粗骨料、天然细骨料和再生细骨料之间形成更加密实的混凝土骨架，通过纤维和填料的进一步填充，从而提高混凝土的密实程度，继而提高混凝土的抗裂性能。
优选的，所述纤维由玻璃纤维、聚酯纤维、钢纤维、碳纤维中任意两种或两种以上混合组成。
通过采用上述技术方案，添加纤维可明显提高混凝土的抗裂性能，但是单一纤维对混凝土抗裂性能的增强作用有限，通过将两种及以上的纤维复配，由于不同的纤维之间具有不同的界面结构和物化性质，因此起到了彼此互补增强的作用，从而对混凝土的抗裂性能起到明显的促进作用。
优选的，所述纤维由钢纤维和聚酯纤维按重量比1:(0.4-0.6)混合组成。
通过采用上述技术方案，钢纤维和聚酯纤维具有明显不同的界面结构和物化性质，钢纤维主要通过其较高的抗拉强度来增强混凝土的抗裂性能，聚酯纤维的断裂强度搞，回弹性好，且容易与混凝土中其他原料产生吸附，从而提高混凝土的抗裂性能。因此，将钢纤维和聚酯纤维复配可显著增强纤维之间的配合作用，从而进一步提高混凝土的抗裂性能。
优选的，所述钢纤维为直径为100-200μm的异型钢纤维。
通过采用上述技术方案，异型钢纤维的截面有矩形、锯齿形、弯月形、三角形等。一方面，将异型钢纤维与聚酯纤维复配时，可使钢纤维和聚酯纤维较好的混合并共同发挥作用，从而提高混凝土的抗裂性能；另一方面，异型钢纤维与混凝土界面的结合性较好，也可提高混凝土的抗裂性能。
优选的，所述填料由矿粉和粉煤灰按重量比1:(0.3-0.6)混合组成。
通过采用上述技术方案，通过矿粉和粉煤灰复配组成填料，一方面由于矿粉和粉煤灰之间具有互相填充的作用，可显著提高填料的密实程度，提高制得的混凝土的抗裂性能；另一方面，矿粉和粉煤灰又可以充分填充在骨料组成的混凝土骨架中及骨料表面缝隙，从而进一步提高了混凝土的密实程度，减少混凝土内部裂缝的产生及发展，进一步提高了混凝土的抗裂性能。
优选的，所述抗裂混凝土中，还包括3-8份的聚合物微球。
通过采用上述技术方案，聚合物微球是一种粒径为纳米或微米级的聚合物粒子，容易填充至混凝土的裂缝中，有助于微裂缝的填充，提高混凝土的密实度，从而提高混凝土的抗裂性能，同时，由于聚合物微球具有较好大的比表面积，从而使聚合物微球容易与混凝土中其他物料充分结合，进一步提高混凝土的密实度，提高混凝土的抗裂性能。
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：
S1，将粗骨料、细骨料搅拌混合，得到混合物A；
S2，将填料和纤维加入混合物A中搅拌混合，得到混合物B；
S3，将水泥、水和减水剂搅拌混合，得到混合物C；
S4，将混合物B加入混合物C中搅拌混合，即得。
通过采用上述技术方案，本申请的制备方法工艺简单，对条件要求较低，且原料易于获得，适合大规模工业化生产。通过分步对原料进行搅拌混合，可使各原料充分分散在混合体系内，从而提高混凝土的密实度，进而提高混凝土的抗裂性能。
优选的，当原料中添加有3-8份的聚合物微球时，在S2步骤中，将聚合物微球与填料、纤维共同加入混合物A中，超声搅拌，得到混合物B。
通过采用上述技术方案，使增加的聚合物微球可以较为均匀的分散在混合体系中，从而充分发挥聚合物微球的填充作用，提高混凝土的抗裂性能。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1.本申请采用强化再生碎块和可再分散性乳胶粉制备废旧混凝土砌块粉末，由于可再分散性乳胶粉可以于强化再生碎块充分混合，从而提高了混凝土的密实度，进而提高了混凝土的抗裂性能，同时，可再分散性乳胶粉可以再分散形成膜结构，从而将各组分充分粘接，可进一步提高混凝土的密实度，提高混凝土的抗裂性能；
2.本申请中再生细骨料的粒度为80-120目，天然细骨料的粒度为40-60目，通过如上设置，使再生细骨料和天然细骨料之间可以充分填充，同时，使再生细骨料和天然细骨料可以更好的填充在混凝土骨架内，与纤维、填料共同作用使混凝土内部更加密实，提高混凝土的抗裂性能；
3.本申请通过使用多种纤维组分复配作为混凝土的原料，由于结合了不同纤维之间不同的界面结构和物化性质，从而充分发挥了纤维之间的相互补强作用，提高了混凝土的抗裂性能。
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。
本申请的各实施例中所用的原料，除下述特殊说明之外，其他均为市售：
可再分散性乳胶粉采自山东豪顺化工有限公司，型号：HS-159；
水解聚马来酸酐采自山东豪顺化工有限公司，分子量400-800，型号：HS-465；
水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级42.5；
粗骨料为粒径为5-20mm连续级配的玄武岩碎石；
天然细骨料为Ⅱ区天然中砂，粒度为40-60目，含泥量＜1.0％；
玻璃纤维采自山东森泓工程材料有限公司，纤维直径9-13μm，型号：bb；
聚酯纤维采自山东恒泰新材料科技有限公司，A级，型号：聚酯纤维；
钢纤维采自莱芜市金恒通工程材料有限公司，长度5-15mm；
碳纤维采自东莞市上油防静电塑胶科技有限公司，直径7μm；
异型钢纤维采自山东顺盈工程材料有限公司，截面为锯齿形，直径为100-200μm；
矿粉为S95级矿粉，采自灵寿县鼎旺矿产品加工厂，密度为2.9-3.1g/cm3，比表面积为400-450m2/kg，含水率为0.3-0.4％；
粉煤灰为II级粉煤灰，采自灵寿县赐达矿产品加工厂，细度为17-19μm，烧失量为1.5-3.0％，含水量为0.1-0.2％；
聚苯乙烯微球采自中科雷鸣(北京)科技有限公司，粒径5μm，含量50mg/mL；
聚羧酸高效减水剂采自昆明市生威混凝土外加剂有限责任公司。
制备例
制备例1
一种废旧混凝土砌块粉末，其制备步骤为：
a，将废旧混凝土砌块粉碎，过筛，得到粒径小于5mm的再生碎块；
b，将再生碎块放入酸性溶液中浸泡12h，取出后用水清洗，烘干至含水量低于5％，继续放入碱性溶液中浸泡6h，取出后用水清洗至中性，烘干至含水量低于5％，得到强化再生碎块；
c，将强化再生碎块与水解聚马来酸酐搅拌混合，加入可再分散性乳胶粉，球磨，干燥至含水量低于5％，依次过40目和60目筛，得到粒度为40-60目的废旧混凝土砌块粉末。
步骤b中，酸性溶液为质量浓度为10％的盐酸溶液；碱性溶液为质量浓度为10％的氢氧化钠溶液。
步骤c中，强化再生碎块、水解聚马来酸酐和可再分散性乳胶粉的使用量如表1所示。
制备例2-5
一种废旧混凝土砌块粉末，与制备例1的不同之处在于，步骤c中，强化再生碎块、水解聚马来酸酐和可再分散性乳胶粉的使用量如表1所示。
表1制备例1-5内步骤c中各组分及其重量(kg)
制备例6
一种废旧混凝土砌块粉末，与制备例3的不同之处在于，步骤c中，干燥后依次过80目和120目筛，得到粒度为80-120目的废旧混凝土砌块粉末。
实施例
实施例1
一种抗裂混凝土，各组分及其相应的重量如表2所示，并通过如下步骤制备获得：
S1，将粗骨料、细骨料在120r/min下搅拌混合30min，得到混合物A；
S2，将填料和纤维加入混合物A中在200r/min下搅拌混合20min，得到混合物B；
S3，将水泥、水和减水剂在120r/min下搅拌混合20min，得到混合物C；
S4，将混合物B加入混合物C中在220r/min下搅拌混合40min，即得。
步骤S1中，粗骨料为粒径为5-20mm连续级配的玄武岩碎石；
细骨料由天然细骨料和再生细骨料按重量比1:0.4混合组成；
天然细骨料为Ⅱ区天然中砂，粒度为40-60目，含泥量＜1.0％；
再生细骨料为制备例1中制得的废旧混凝土砌块粉末，粒度为40-60目。
步骤S2中，填料为粉煤灰；纤维为玻璃纤维。
步骤S3中，减水剂为聚羧酸高效减水剂。
实施例2-6
一种抗裂混凝土，与实施例1的不同之处在于，各组分及其相应的重量如表2所示。
表2实施例1-6中各组分及其重量(kg)
实施例7
一种抗裂混凝土，与实施例4的不同之处在于，细骨料由天然细骨料和再生细骨料按重量比1:0.5混合组成。
实施例8
一种抗裂混凝土，与实施例4的不同之处在于，细骨料由天然细骨料和再生细骨料按重量比1:0.6混合组成。
实施例9
一种抗裂混凝土，与实施例7的不同之处在于，细骨料中，再生细骨料为制备例2中制得的废旧混凝土砌块粉末，粒度为40-60目。
实施例10
一种抗裂混凝土，与实施例7的不同之处在于，细骨料中，再生细骨料为制备例3中制得的废旧混凝土砌块粉末，粒度为40-60目。
实施例11
一种抗裂混凝土，与实施例7的不同之处在于，细骨料中，再生细骨料为制备例4中制得的废旧混凝土砌块粉末，粒度为40-60目。
实施例12
一种抗裂混凝土，与实施例7的不同之处在于，细骨料中，再生细骨料为制备例5中制得的废旧混凝土砌块粉末，粒度为40-60目。
实施例13
一种抗裂混凝土，与实施例7的不同之处在于，细骨料中，再生细骨料为制备例6中制得的废旧混凝土砌块粉末，粒度为80-120目。
实施例14
一种抗裂混凝土，与实施例13的不同之处在于，步骤S2中，纤维由玻璃纤维和聚酯纤维按重量比1:1混合组成。
实施例15
一种抗裂混凝土，与实施例13的不同之处在于，步骤S2中，纤维由玻璃纤维和钢纤维按重量比1:1混合组成。
实施例16
一种抗裂混凝土，与实施例13的不同之处在于，步骤S2中，纤维由玻璃纤维、聚酯纤维和钢纤维按重量比1:1:1混合组成。
实施例17
一种抗裂混凝土，与实施例13的不同之处在于，步骤S2中，纤维由玻璃纤维、聚酯纤维、钢纤维和碳纤维按重量比1:1:1:1混合组成。
实施例18
一种抗裂混凝土，与实施例13的不同之处在于，步骤S2中，纤维由钢纤维和聚酯纤维按重量比1:0.3混合组成。
实施例19
一种抗裂混凝土，与实施例13的不同之处在于，步骤S2中，纤维由钢纤维和聚酯纤维按重量比1:0.4混合组成。
实施例20
一种抗裂混凝土，与实施例13的不同之处在于，步骤S2中，纤维由钢纤维和聚酯纤维按重量比1:0.5混合组成。
实施例21
一种抗裂混凝土，与实施例13的不同之处在于，步骤S2中，纤维由钢纤维和聚酯纤维按重量比1:0.6混合组成。
实施例22
一种抗裂混凝土，与实施例13的不同之处在于，步骤S2中，纤维由钢纤维和聚酯纤维按重量比1:1混合组成。
实施例23
一种抗裂混凝土，与实施例20的不同之处在于，纤维中钢纤维为异型钢纤维，直径为100-200μm。
实施例24
一种抗裂混凝土，与实施例23的不同之处在于，步骤S2中，填料由矿粉和粉煤灰按重量比1:0.2混合组成。
实施例25
一种抗裂混凝土，与实施例23的不同之处在于，步骤S2中，填料由矿粉和粉煤灰按重量比1:0.3混合组成。
实施例26
一种抗裂混凝土，与实施例23的不同之处在于，步骤S2中，填料由矿粉和粉煤灰按重量比1:0.45混合组成。
实施例27
一种抗裂混凝土，与实施例23的不同之处在于，步骤S2中，填料由矿粉和粉煤灰按重量比1:0.6混合组成。
实施例28
一种抗裂混凝土，与实施例23的不同之处在于，步骤S2中，填料由矿粉和粉煤灰按重量比1:0.8混合组成。
实施例29
一种抗裂混凝土，与实施例23的不同之处在于，步骤S2中，还加入3kg聚苯乙烯微球，将聚苯乙烯微球与填料、纤维共同加入混合物A中，28kHz超声搅拌8min，得到混合物B。
实施例30
一种抗裂混凝土，与实施例23的不同之处在于，步骤S2中，还加入6kg聚苯乙烯微球，将聚苯乙烯微球与填料、纤维共同加入混合物A中，28kHz超声搅拌8min，得到混合物B。
实施例31
一种抗裂混凝土，与实施例23的不同之处在于，步骤S2中，还加入8kg聚苯乙烯微球，将聚苯乙烯微球与填料、纤维共同加入混合物A中，28kHz超声搅拌8min，得到混合物B。
对比例
对比例1
一种混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤S1中，细骨料仅为天然细骨料。
对比例2
一种混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤S1中，细骨料由天然细骨料和再生细骨料按重量比1:0.2混合组成。
对比例3
一种混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤S1中，细骨料由天然细骨料和再生细骨料按重量比1:0.8混合组成。
对比例4
一种混凝土，与实施例1的不同之处在于，废旧混凝土砌块粉末的制备过程中，未加入可再分散性乳胶粉。
对比例5
一种混凝土，与实施例1的不同之处在于，废旧混凝土砌块粉末的制备过程中，未加入水解聚马来酸酐。
对比例6
一种混凝土，与实施例1的不同之处在于，废旧混凝土砌块粉末由以下步骤制备获得：
a，将废旧混凝土砌块粉碎，过筛，得到粒径小于5mm的再生碎块；
b，将100kg再生碎块与3kg水解聚马来酸酐搅拌混合，加入10kg可再分散性乳胶粉，球磨，干燥至含水量低于5％，依次过40目和60目筛，得到粒度为40-60目的废旧混凝土砌块粉末。
性能检测试验
分别取实施例1-31和对比例1-6制得的混凝土作为测试对象，参照GB/T 50081-2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度，观察每组样品是否产生裂缝，并记录裂缝的长度，测试结果计入下列表3。
表3性能测试结果
结合表3数据可知，本申请实施例1-31制得的抗裂混凝土具有较好的抗裂性能，在经过抗裂性能试验后，测试样品均无裂缝产生。而对比例1-6制得的混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度相比于实施例中制得的抗裂混凝土均有不同程度的下降。
实施例1和对比例1的不同之处在于，对比例1中细骨料仅为天然细骨料，结合表3数据可知，对比例1中制得的混凝土的抗压强度仅为32.6MPa，劈裂抗拉强度仅为2.71MPa，远远低于实施例1中抗裂混凝土的强度，且对比例1中制得的混凝土测试样品在测试后出现裂缝，裂缝长度达到5.0cm，由此表明了本申请的再生细骨料可明显提高制得混凝土的抗裂性能。
实施例1、4、7、8和对比例2、3的不同之处在于，细骨料中天然细骨料和再生细骨料的重量比不同，结合表3数据可知，当细骨料由天然细骨料和再生细骨料按重量比1:(0.4-0.6)混合组成时，制得的混凝土具有更好的抗裂性能。
实施例1和对比例4、5的不同之处在于，对比例4中在制备废旧混凝土砌块粉末的过程中，未加入可再分散性乳胶粉，对比例5中在制备废旧混凝土砌块粉末的过程中，未加入水解聚马来酸酐，结合表3数据可知，对比例4、5制得的混凝土与实施例1中制得的抗裂混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度均有明显降低，由此表明了在制备废旧混凝土砌块粉末的过程中，加入可再分散性乳胶粉和水解聚马来酸酐可明显提高制得的混凝土的抗裂性能。
实施例1和对比例6的不同之处在于，对比例6中废旧混凝土砌块粉末的制备过程内并未对再生碎块进行酸洗和碱洗，结合表3数据可知，对再生碎块进行酸洗除杂和碱洗强化可明显提高制得的废旧混凝土砌块粉末的力学性能，从而使得制得的混凝土具有较好的抗压和抗裂性能。
实施例7和实施例9-12的不同之处在于，废旧混凝土砌块粉末的制备过程内c中，强化再生碎块、水解聚马来酸酐和可再分散性乳胶粉的重量比不同，结合表3数据可知，当强化再生碎块、水解聚马来酸酐和可再分散性乳胶粉按重量比1:(0.04-0.06):(0.2-0.4)混合组成时，可显著提高混凝土的抗压和抗裂性能。
实施例10和实施例13的不同之处在于，再生细骨料的粒度不同，结合表3数据可知，当再生细骨料的粒度为80-120目，天然细骨料的粒度为40-60目时，制得的混凝土具有更好的抗裂性能。分析其原因是由于再生细骨料和天然细骨料之间粒度的不同，使二者可以充分填充，从而提高混凝土的密实性，继而提高混凝土的抗压强度和抗裂强度。
实施例13和实施例14-17的不同之处在于，纤维的组成不同，结合表3数据可知，当纤维由两种及两种以上纤维混合组成时，可明显提高混凝土的抗裂性能，分析其原因是由于，不同纤维之间因为具有不同的界面结构和物化性质，从而具有互不增强作用，从而提高了混凝土的抗裂性能。
实施例16和实施例18-22的不同之处在于，纤维中，钢纤维和聚酯纤维的重量比不同，结合表3数据可知，当纤维由钢纤维和聚酯纤维按重量比1:(0.4-0.6)混合组成时，制得的混凝土具有更好的抗压强度和劈裂抗拉强度。
实施例20和实施例23的不同之处在于，实施例23的纤维中，钢纤维为直径为100-200μm的异型钢纤维，结合表3数据可知，使用异型钢纤维可明显提高混凝土的抗裂性能。分析其原因是由于，异型钢纤维更容易与聚酯纤维混合并充分钩连，从而进一步加强纤维之间的互不增强作用，提高混凝土的抗裂性能。
实施例23和实施例24-28的不同之处在于，填料的组成及配比不同，结合表3数据可知，当填料由矿粉和粉煤灰按重量比1:(0.3-0.6)混合组成时，制得的混凝土具有更好的抗裂性能。
实施例26和实施例29-31的不同之处在于，实施例30-31中在制备步骤S2内，还加入聚合物微球，结合表3数据可知，聚合物微球可以明显提高制得混凝土的抗裂性能，分析其原因是由于聚合物微球尺寸较小，可以充分填充在混凝土内，进一步提高混凝土的密实度，从而使混凝土不易开裂。
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。
