專利名稱：一種輕質(zhì)高抗裂水泥混凝土的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種輕質(zhì)高抗裂水泥混凝土。
背景技術(shù)：
水泥混凝土是當(dāng)今世界用量最大的建筑材料，但是其固有的脆性明顯、韌性差、抗拉強(qiáng)度低等特點(diǎn)給水泥混凝土結(jié)構(gòu)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(dǎo)致結(jié)構(gòu)物的截面尺寸大、鋼筋配置率高，給現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)向超高層、大跨度的方向發(fā)展帶來較大限制。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)廢舊輪胎的年產(chǎn)生量約2億條，給社會(huì)環(huán)境帶來嚴(yán)重的黑色污染，對(duì)其進(jìn)行填埋、堆放或焚燒處理均會(huì)造成二次污染。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(shí)現(xiàn)廢物的回收利用。
雖然橡膠顆?；炷辆哂休p質(zhì)、韌性好、減震隔音以及抗沖擊性能優(yōu)越等特點(diǎn)，但是橡膠顆粒的摻入無疑是在混凝土中引入隨機(jī)分布的軟弱點(diǎn)，所以橡膠顆?；炷恋膹?qiáng)度會(huì)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(duì)橡膠顆粒界面的處理來提高橡膠顆粒混凝土的性能，經(jīng)過界面處理之后橡膠顆?；炷恋牧W(xué)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(kuò)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，工程界中普遍采用摻加輕質(zhì)集料的方式，但輕集料的強(qiáng)度較低，在受荷時(shí)混凝土內(nèi)部的裂縫擴(kuò)展幾乎不受集料的阻礙，擴(kuò)展非常迅速，使得輕集料混凝土在破壞過程中的脆性特征比普通混凝土更顯著，破壞性更強(qiáng)。由于我國(guó)關(guān)于輕集料混凝土的研究與應(yīng)用較晚，關(guān)于其脆性的相關(guān)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(xiàn)在工程界研究提出一種超高韌性水泥混凝土，其極限拉應(yīng)變能達(dá)到2% 以上，在受拉條件下具有應(yīng)變硬化特征。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(duì)于大跨度和超高層建筑來說仍會(huì)產(chǎn)生很大的自重，增大基礎(chǔ)建設(shè)的投資費(fèi)用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種能同時(shí)提高水泥混凝土的裂縫無害化分散能力和耐久性，并降低其自重的混凝土。
基于以上構(gòu)思，本發(fā) 明采取如下的技術(shù)解決方案
一種輕質(zhì)高抗裂水泥混凝土，制得的該輕質(zhì)高抗裂水泥混凝土，以100份重量單位計(jì)，由以下原料組成膠凝材料20 50份，橡膠顆粒10 20份，硅烷偶聯(lián)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(shù)之和為100份；
其中
所述的膠凝材料以100份重量單位計(jì)，由以下原料組成水泥60 80份，粉煤灰10 30份，硅灰5 10份，微細(xì)石灰石粉3 8份，原料的重量份數(shù)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(shù)為70 90份，聚丙烯纖維的重量份數(shù)為10 30份，兩者重量份數(shù)之和為 100 份。
所述的娃燒偶聯(lián)劑選擇3-氣基丙基二乙氧基娃燒。
所述的硅烷偶聯(lián)劑的用量為橡膠顆粒用量的O. 8% 1. 5%。
本發(fā)明制得的輕質(zhì)高抗裂水泥混凝土，28天極限拉應(yīng)變?yōu)?. 0% 4. 2%，抗拉強(qiáng)度為3 8MPa，抗彎強(qiáng)度為7 17MPa，抗壓強(qiáng)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(shí)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(shí)現(xiàn)了應(yīng)變硬化；這對(duì)于結(jié)構(gòu)恒載占有較大比例且對(duì)材料性能要求較高的高層建筑、大跨度橋梁和海洋工程等現(xiàn)代大型工程而言具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并實(shí)現(xiàn)了廢舊輪胎的回收利用。
具體實(shí)施方式
以下給出本發(fā)明的具體實(shí)施例，需要說明的是本發(fā)明并不局限于以下具體實(shí)施例，凡在本申請(qǐng)技術(shù)方案基礎(chǔ)上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
本實(shí)施例給出的輕質(zhì)高抗裂水泥混凝土，以100份重量單位計(jì)，由以下原料組成 膠凝材料20 50份，橡膠顆粒10 20份，硅烷偶聯(lián)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(shù)之和為100 份；
其中
膠凝材料以100份重量單位計(jì)，由以下原料組成水泥60 80份，粉煤灰10 30 份，硅灰5 10份，微細(xì)石灰石粉3 8份，原料的重量份數(shù)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(shù)為70 90份，聚丙烯纖維的重量份數(shù)為10 30份，兩者重量份數(shù)之和為100份。
娃燒偶聯(lián)劑選擇3_氛基丙基二乙氧基娃燒。
硅烷偶聯(lián)劑的用量為橡膠顆粒用量的0. 8% 1. 5%。
原料規(guī)格要求如下所述
水泥為普通硅酸鹽水泥，表觀密度為3. 0 3. 3g/cm3。
粉煤灰為一級(jí)粉煤灰，表觀密度為2.1 2. 5g/cm3。
硅灰的SiO2含量≥86. 5%，比表面積≥100m2/g，含水率≤3%。
微細(xì)石灰石粉比表面積≥800m2/g，含水率≤3%。
硅烷偶聯(lián)劑為3-氨基丙基三乙氧基硅烷，含量≥97%。
河砂的細(xì)度模數(shù)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(shù)要求為固含量40%，減水率35%。
橡膠顆粒為采用常溫粉碎法，以廢舊輪胎胎面橡膠為原料生產(chǎn)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(zhǎng)度為12mm，直徑O. 039mm，抗拉強(qiáng)度1620MPa，彈性模量42. 8GPa，極限伸長(zhǎng)率6%。
聚丙烯纖維長(zhǎng)度為8mm，直徑O. 020mm,抗拉強(qiáng)度600MPa，彈性模量3. 8GPa，極限伸長(zhǎng)率8%。
硅灰和微細(xì)石灰石粉的加入改善了膠凝材料體系的顆粒級(jí)配，提高了漿體的粘結(jié)性和吸附性，便于聚合物纖維的分散，同時(shí)，微細(xì)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(chǎn)物的成核位壘，促進(jìn)了水化產(chǎn)物的生成與交織，從而有助于提高水泥基體與橡膠顆粒之間的界面粘結(jié)。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沖擊和擠壓，提高混凝土吸收能量的能力。硅烷偶聯(lián)劑的作用在于其內(nèi)部的可水解基團(tuán)與有機(jī)官能團(tuán)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(jié)和應(yīng)力傳遞效率。橡膠顆粒過大的彈性變形會(huì)引起微細(xì)裂縫尖端的應(yīng)力集中，而聚合物纖維的加入能夠緩和應(yīng)力集中，促進(jìn)基體內(nèi)部應(yīng)力的均勻分布，并橋聯(lián)裂縫兩端起到應(yīng)力和應(yīng)變傳遞的橋梁。
在以下的實(shí)施例中，采用了普通水泥混凝土、超高韌性水泥混凝土與本實(shí)施例的輕質(zhì)高抗裂水泥混凝土進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，如無特殊說明，均為本領(lǐng)域常用的材料。
對(duì)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(jì)，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(duì)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(jì)，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(shí)施例1 :輕質(zhì)高抗裂水泥混凝土
輕質(zhì)高抗裂水泥混凝土，以100份重量單位計(jì)，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，硅烷偶聯(lián)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、硅灰和微細(xì)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制備成輕質(zhì)高抗裂水泥混凝土。
(I)按原料比例稱取膠凝材料、橡膠顆粒、硅烷偶聯(lián)劑、河砂、水、減水劑和聚合物纖維，備用；
(2)將硅烷偶聯(lián)劑溶于60 80°C的溫水中，充分分散和攪拌，再把橡膠顆粒加入硅烷偶聯(lián)劑水溶液中攪拌均勻，充分浸潤(rùn)橡膠顆粒表面，然后將橡膠顆粒放在干燥的環(huán)境下直至其表面完全干燥；
(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干拌，然后加入水和減水劑攪拌至均勻，即制得輕質(zhì)高抗裂水泥混凝土。
實(shí)施例2 :輕質(zhì)高抗裂水泥混凝土
本實(shí)施例與上述實(shí)施例的區(qū)別僅在于原料的比例不同，以100份重量單位計(jì)，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；硅烷偶聯(lián)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、硅灰和微細(xì)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(shí)施例3 :輕質(zhì)高抗裂水泥混凝土
本實(shí)施例與上述實(shí)施例的區(qū)別僅在于原料的比例不同，以100份重量單位計(jì)，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，硅烷偶聯(lián)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、硅灰和微細(xì)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(shí)施例4 :輕質(zhì)高抗裂水泥混凝土
本實(shí)施例與上述實(shí)施例的區(qū)別僅在于原料的比例不同，以100份重量單位計(jì)，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，硅烷偶聯(lián)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、硅灰和微細(xì)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(shí)施例5 :輕質(zhì)高抗裂水泥混凝土
本實(shí)施例與上述實(shí)施例的區(qū)別僅在于原料的比例不同，以100份重量單位計(jì)，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，硅烷偶聯(lián)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、硅灰和微細(xì)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(duì)實(shí)施例1 5的樣品和對(duì)比例1、對(duì)比例2的樣品進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試試驗(yàn)包括軸向拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)和抗壓試驗(yàn)，具體參照《纖維混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》 (CECS13:2009)?；炷翑嚢柰戤吅鬂仓尚停褂谜駝?dòng)臺(tái)振搗，抹面后覆蓋塑料薄膜，24小時(shí)后拆模放入溫度為20±2°C、相對(duì)濕度在90%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至28天齡期。
如表I所示，是本發(fā)明的實(shí)施例樣品和對(duì)比例樣品的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)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(duì)比例I的樣品極限拉伸應(yīng)變和峰值荷載對(duì)應(yīng)的撓度均很小，說明其變形能力和抗裂性能很差。而本發(fā)明的5個(gè)實(shí)施例的樣品和對(duì)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(qiáng)度均能滿足一般工程結(jié)構(gòu)物的要求。此外，在拉伸條件下， 本發(fā)明的5個(gè)實(shí)施例樣品和對(duì)比例2樣品的應(yīng)力-應(yīng)變曲線均具有明顯的應(yīng)變硬化特征。但是對(duì)比例2的樣品拌合物表觀密度仍然較高，而本發(fā)明的5個(gè)實(shí)施例的樣品拌合物表觀密度在1600 1850kg/m3之間，即本發(fā)明的 5個(gè)樣品對(duì)應(yīng)的混凝土既能提高結(jié)構(gòu)物的抗震與變形性能，還能降低結(jié)構(gòu)自重，在回收利用廢舊輪胎橡膠的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了普通混凝土的輕質(zhì)與高性能化。該材料對(duì)于結(jié)構(gòu)恒載占有較大比例，且對(duì)材料性能要求較高的高層建筑、大跨度橋梁和海洋工程等現(xiàn)代大型工程而言， 具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
表I實(shí)施例樣品和對(duì)比例樣品的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種輕質(zhì)高抗裂水泥混凝土，其特征在于，制得的該輕質(zhì)高抗裂水泥混凝土，以100 份重量單位計(jì)，由以下原料組成膠凝材料20 50份，橡膠顆粒10 20份，硅烷偶聯(lián)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(shù)之和為100份；其中所述的膠凝材料以100份重量單位計(jì)，由以下原料組成水泥60 80份，粉煤灰10 30份，硅灰5 10份，微細(xì)石灰石粉3 8份，原料的重量份數(shù)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(shù)為70 90份，聚丙烯纖維的重量份數(shù)為10 30份，兩者重量份數(shù)之和為100份。
2.如權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高抗裂水泥混凝土，其特征在于，所述的硅烷偶聯(lián)劑選擇 3-氣基丙基二乙氧基娃燒。
3.如權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高抗裂水泥混凝土，其特征在于，所述的硅烷偶聯(lián)劑的用量為橡膠顆粒用量的O. 8% 1. 5%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種輕質(zhì)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、硅烷偶聯(lián)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，硅灰5～10份，微細(xì)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(fā)明在回收利用廢舊輪胎的同時(shí)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(shí)現(xiàn)了應(yīng)變硬化。
文檔編號(hào)C04B18/22GK103030355SQ20121057948
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者何銳, 李永鵬, 嵇紹華, 陳拴發(fā), 李祖仲, 劉狀壯, 朱林志 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)