本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種用于提升混凝土抗裂性的功能集料。
背景技術(shù)：
：混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫直接影響構(gòu)筑物的服役耐久性能與使用安全，因此，其抗裂性提升一直受到廣泛的研究與關(guān)注。從本質(zhì)上講，混凝土的收縮開裂是由于自身的結(jié)構(gòu)抗力不能有效抵擋收縮開裂驅(qū)動力而造成的。為提高混凝土的抗裂性能，通常采取降低收縮開裂驅(qū)動力或增加自身結(jié)構(gòu)抗力的方式。如摻加功能材料如膨脹劑以達到補償收縮的作用，或摻加水化熱調(diào)控材料來抑制溫度裂縫，或通過內(nèi)養(yǎng)護技術(shù)減少濕度裂縫，均可降低收縮開裂驅(qū)動力。如優(yōu)化配合比、摻加礦物摻合料、增加如摻加纖維可增加混凝土自身結(jié)構(gòu)抗力。然而，混凝土結(jié)構(gòu)自身抗力與收縮開裂驅(qū)動力往往是相互關(guān)聯(lián)彼此矛盾的統(tǒng)一整體，采取通常的技術(shù)措施來提高或降低二者其中之一，另外一種力也隨時提高或降低，混凝土開裂的風(fēng)險依然存在。但僅只調(diào)控收縮開裂驅(qū)動力或者自身結(jié)構(gòu)抗力的措施都不能很好的降低混凝土開裂風(fēng)險，不能完全應(yīng)對混凝土開裂問題。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中不能同時調(diào)控收縮開裂驅(qū)動力或者自身結(jié)構(gòu)抗力的問題，提供了一種用于提升混凝土抗裂性的功能集料，所述提升混凝土抗裂性的功能集料能夠?qū)崿F(xiàn)對混凝土內(nèi)部濕度調(diào)控即降低收縮開裂驅(qū)動力同時，還能提高水泥水化程度、增強集料與水泥石界面過渡區(qū)即提高混凝土結(jié)構(gòu)的自身抗力，進而達到混凝土抗裂性提升的目的。本發(fā)明所述提升混凝土抗裂性的功能集料其組成包括：浸泡于硅烷偶聯(lián)劑溶液中的輕集料；硅烷偶聯(lián)劑溶液質(zhì)量與浸泡的輕集料干質(zhì)量之比不小于2；所述硅烷偶聯(lián)劑溶液的ph值為4.0，其溶劑為水和乙醇的混合溶劑，水與乙醇的體積比為90～95:10～5；所述硅烷偶聯(lián)劑選自氨炔基類硅烷偶聯(lián)劑、環(huán)氧炔基類硅烷偶聯(lián)劑、甲基丙烯類硅烷偶聯(lián)劑；所述硅烷偶聯(lián)劑溶液的質(zhì)量濃度為0.02％～0.15％；所用輕集料的干表觀密度為1000～1800kg/m2，24h吸水率在5％～25％。所述氨炔基類硅烷偶聯(lián)劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷kh550。所述環(huán)氧炔基類硅烷偶聯(lián)劑為γ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷kh560。所述甲基丙烯類硅烷偶聯(lián)劑為γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷kh570。所述提升混凝土抗裂性的功能集料的制備方法為：(1)制備硅烷偶聯(lián)劑溶液：將自來水和乙醇溶液以90～95:10～5的體積混合，制備得到溶劑，通過緩慢滴加乙酸，調(diào)節(jié)溶劑的ph值至4.0，之后緩慢滴加硅烷偶聯(lián)劑，攪拌至溶液均勻透明，制備得到偶聯(lián)劑溶液。(2)將所述輕集料浸泡于硅烷偶聯(lián)劑溶液中，溫度為20～40℃，浸泡時間為12～24h，繼續(xù)在20℃-60環(huán)境溫度下靜置8-24h得到具有提升混凝土抗裂性的功能集料。靜置的環(huán)境溫度是20-60℃，如靜置溫度較高，則可縮短靜置時間，如靜置溫度較低，則可增長靜止時間。應(yīng)用方法：該功能集料的用量體積相比混凝土的體積，所述功能集料的體積摻量為5％～15％。當(dāng)使用較低吸水倍率的輕集料制備的功能集料，可采取較高的體積摻量，否則會達不到理想的濕度調(diào)控降低收縮驅(qū)動力的目的，當(dāng)使用較高吸水倍率的輕集料制備的功能集料，可采取較低的體積摻量，否則會達不到理想的提高強度即提高結(jié)構(gòu)抗力的目的。本發(fā)明的有益效果：(1)本發(fā)明提供的一種用于提升混凝土抗裂性的功能集料制備及使用方法簡單，硅烷偶聯(lián)劑溶液可重復(fù)使用，綜合抗裂成本低；(2)基于本發(fā)明制備的功能集料實現(xiàn)了內(nèi)養(yǎng)護減縮與界面增強提高結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)一，有效提高了混凝土的抗裂性，顯著降低開裂風(fēng)險。附圖說明圖1實施例1的自收縮測試結(jié)果。圖2實施例1的干燥收縮測試結(jié)果。圖3實施例2的自收縮測試結(jié)果。圖4實施例2的干燥收縮測試結(jié)果。圖5實施例3的自收縮測試結(jié)果。圖6實施例3的干燥收縮測試結(jié)果。圖7實施例4的自收縮測試結(jié)果。圖8實施例4的干燥收縮測試結(jié)果。圖9為對比例1的自收縮測試結(jié)果。圖10為對比例1的干燥收縮測試結(jié)果圖11為實施例1～4和對比例1的掃描電鏡圖片。具體實施方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進一步闡明本
發(fā)明內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實例。實施例1：將自來水和乙醇溶液以95:5的體積混合，制備得到20kg溶劑，通過緩慢滴加乙酸，調(diào)節(jié)溶劑的ph值至4.0左右，之后緩慢滴加20gkh570，攪拌至溶液均勻透明，制備得到質(zhì)量濃度為0.1％的偶聯(lián)劑溶液。選取粒徑為0～5mm的頁巖輕細集料，其干表觀密度為1410kg/m3，24h吸水倍率為11.9％。稱取8kg該輕集料置于硅烷偶聯(lián)劑溶液中，于20℃下浸泡24h后濾，繼續(xù)再20℃環(huán)境下靜置24h得到具有提升混凝土抗裂性的功能集料。根據(jù)表1所示混凝土配合比制備混凝土，其中實驗組功能集料體積摻量為10％，等體積替代砂，根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準》gb/t50081-2002測試混凝土的抗壓、劈裂抗拉強度，同時根據(jù)《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準》gb/t50082-2009測試混凝土自收縮及干燥收縮變形。表1混凝土配合比(kg/m3)配比水泥粉煤灰砂石水減水劑功能集料體積摻量/％基準組2501207601049148300實驗組-12501205001049148315810混凝土抗壓及劈拉強度測試結(jié)果如表2所示，結(jié)果表明，摻加功能集料后，混凝土不同齡期的抗壓及劈裂抗拉強度提升在8～12％左右，且由于內(nèi)養(yǎng)護及界面增強作用后期強度提升明顯，即提高了混凝土結(jié)構(gòu)自身抗力。表2混凝土力學(xué)性能測試結(jié)果混凝土自收縮及干燥收縮分別如圖1、2所示，結(jié)果表明，摻加功能集料完全消除了混凝土自收縮，且28d膨脹值達到180με，與此同時，摻加功能集料試件28d干燥收縮與基準相比降低15％，即降低了混凝土的收縮開裂驅(qū)動力。以上測試結(jié)果表明，摻加抗裂功能集料可提高混凝土結(jié)構(gòu)自身抗力，同時降低混凝土收縮開裂驅(qū)動力，因而降低了混凝土的開裂風(fēng)險。圖1和圖2證明：摻加實施例1制備的功能集料完全消除了混凝土自收縮，可完全消除自收縮并能夠有效降低干燥收縮，因而能夠顯著降低混凝土的收縮開裂驅(qū)動力，提高了混凝土的抗裂性能。實施例2：將自來水和乙醇溶液以90:10的體積混合，制備得到20kg溶劑，通過緩慢滴加乙酸，調(diào)節(jié)溶劑的ph值至4.0左右，之后緩慢滴加4gkh570，攪拌至溶液均勻透明，制備得到質(zhì)量濃度為0.02％的偶聯(lián)劑溶液。選取粒徑為0～5mm的頁巖輕細集料，其干表觀密度為1150kg/m3，24h吸水倍率為22.7％。稱取8kg該輕集料置于硅烷偶聯(lián)劑溶液中，于30℃下浸泡18h后濾，繼續(xù)再30℃環(huán)境下靜置18h得到具有提升混凝土抗裂性的功能集料。根據(jù)表3所示混凝土配合比制備混凝土，其中實驗組功能集料體積摻量為5％，等體積替代砂，根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準》gb/t50081-2002測試混凝土的抗壓、劈裂抗拉強度，同時根據(jù)《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準》gb/t50082-2009測試混凝土自收縮及干燥收縮變形。表3混凝土配合比(kg/m3)配比水泥粉煤灰砂石水減水劑功能集料體積摻量/％基準組2501207601049148300實驗組-225012063010491483715混凝土抗壓及劈裂抗拉強度測試結(jié)果如表2所示，結(jié)果表明，摻加功能集料后，混凝土不同齡期的抗壓及劈裂抗拉強度提升在13～19％左右，且內(nèi)養(yǎng)護及界面增強作用后期強度提升明顯，即提高了混凝土結(jié)構(gòu)自身抗力。表4混凝土力學(xué)性能測試結(jié)果混凝土自收縮及干燥收縮分別如圖3、4所示，結(jié)果表明，摻加功能集料完全消除了混凝土自收縮，且28d膨脹值達到112με，與此同時，摻加功能集料試件28d干燥收縮與基準相比降低10％，即降低了混凝土收縮開裂驅(qū)動力。以上測試結(jié)果表明，摻加功能集料可提高混凝土結(jié)構(gòu)自身抗力，同時降低混凝土收縮開裂驅(qū)動力，因而降低了混凝土的開裂風(fēng)險。實施例3：將自來水和乙醇溶液以95:5的體積混合，制備得到50kg溶劑，通過緩慢滴加乙酸，調(diào)節(jié)溶劑的ph值至4.0左右，之后緩慢滴加75gkh560，攪拌至溶液均勻透明，制備得到質(zhì)量濃度為0.15％的偶聯(lián)劑溶液。選取粒徑為5～20mm的頁巖輕細集料，其干表觀密度為1860kg/m3，24h吸水倍率為5.0％。稱取15kg該輕集料置于硅烷偶聯(lián)劑溶液中，于40℃下浸泡12h后濾，繼續(xù)在40℃環(huán)境下靜置12h得到具有提升混凝土抗裂性的功能集料。根據(jù)表5所示混凝土配合比制備混凝土，其中實驗組功能集料體積摻量為15％，等體積替代碎石，根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準》gb/t50081-2002測試混凝土的抗壓、劈裂抗拉強度，同時根據(jù)《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準》gb/t50082-2009測試混凝土自收縮及干燥收縮變形。表5混凝土配合比(kg/m3)配比水泥粉煤灰礦粉砂石水減水劑功能集料體積摻量/％基準組18910512674310701474.400實驗組-31891051267436761474.429315混凝土抗壓及劈裂抗拉強度測試結(jié)果如表6所示，結(jié)果表明，摻加功能集料后，混凝土不同齡期的抗壓及劈裂抗拉強度提升在6-10％左右，且內(nèi)養(yǎng)護及界面增強作用后期強度提升明顯，即提高了混凝土結(jié)構(gòu)自身抗力。表6混凝土力學(xué)性能測試結(jié)果混凝土自收縮及干燥收縮分別如圖5、6所示，結(jié)果表明，摻加功能集料完全消除了混凝土自收縮，且28d膨脹值達到210με，與此同時，摻加功能集料試件28d干燥收縮與基準相比降低11％，即降低了混凝土收縮開裂驅(qū)動力。以上測試結(jié)果表明，摻加功能集料可提高混凝土結(jié)構(gòu)自身抗力，同時降低混凝土收縮開裂驅(qū)動力，因而降低了混凝土的開裂風(fēng)險。實施例4：將自來水和乙醇溶液以93:7的體積混合，制備得到50kg溶劑，通過緩慢滴加乙酸，調(diào)節(jié)溶劑的ph值至4.0左右，之后緩慢滴加50gkh570，攪拌至溶液均勻透明，制備得到質(zhì)量濃度為0.1％的偶聯(lián)劑溶液。選取粒徑為5～20mm的頁巖輕細集料，其干表觀密度為1655kg/m3，24h吸水倍率為13％。稱取12kg該輕集料置于硅烷偶聯(lián)劑溶液中，于30℃下浸泡16h后濾，繼續(xù)再60℃環(huán)境下靜置8h得到具有提升混凝土抗裂性的功能集料。根據(jù)表7所示混凝土配合比制備混凝土，其中實驗組功能集料體積摻量為10％，等體積替代碎石，根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準》gb/t50081-2002測試混凝土的抗壓、劈裂抗拉強度，同時根據(jù)《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準》gb/t50082-2009測試混凝土自收縮及干燥收縮變形。表7混凝土配合比(kg/m3)配比水泥粉煤灰礦粉砂石水減水劑功能集料體積摻量/％基準組18910512674310701474.400實驗組-41891051267438071474.418710混凝土抗壓及劈裂抗拉強度測試結(jié)果如表8所示，結(jié)果表明，摻加功能集料后，混凝土不同齡期的抗壓及劈裂抗拉強度提升在7-13％左右，且內(nèi)養(yǎng)護及界面增強作用后期強度提升明顯，即提高了混凝土結(jié)構(gòu)自身抗力。表8混凝土力學(xué)性能測試結(jié)果混凝土自收縮及干燥收縮分別如圖7、8所示，結(jié)果表明，摻加功能集料完全消除了混凝土自收縮，且28d膨脹值達到266με，與此同時，摻加功能集料試件28d干燥收縮與基準相比降低14％，即降低了混凝土收縮開裂驅(qū)動力。以上測試結(jié)果表明，摻加功能可提高混凝土結(jié)構(gòu)自身抗力，同時降低混凝土收縮開裂驅(qū)動力，因而降低了混凝土的開裂風(fēng)險。對比例1：為進一步說明本發(fā)明制備的功能集料的優(yōu)越性，設(shè)置對比例1，其配比與實驗組-4一致，所不同之處在于，采用與拌合水來源相同的水替帶0.1％濃度的硅烷偶聯(lián)劑溶液處理輕集料，在配制混凝土?xí)r，在拌合水中直接加入硅烷偶聯(lián)劑，使得拌合水中硅烷偶聯(lián)劑濃度為0.1％。根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準》gb/t50081-2002測試混凝土的抗壓、劈裂抗拉強度，同時根據(jù)《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準》gb/t50082-2009測試混凝土自收縮及干燥收縮變形。混凝土抗壓及劈裂抗拉強度測試結(jié)果如表9所示，結(jié)果表明，采用對比例1的方式處理輕集料后，混凝土不同齡期的抗壓基本不受影響，但抗拉強度明顯降低約7％～10％，抗拉強度的降低表明混凝土的抗裂能力受到降低，即降低了混凝土的結(jié)構(gòu)自身抗力，增大了開裂風(fēng)險。表9混凝土力學(xué)性能測試結(jié)果混凝土自收縮及干燥收縮分別如圖9、10所示，結(jié)果表明，采用對比例1的方式處理輕集料后，混凝土在5d前產(chǎn)生較小的膨脹，隨后開始收縮，28d混凝土收縮13με，且還在持續(xù)收縮，而實驗組-4試樣則產(chǎn)生了266με，且還在持續(xù)膨脹。與此同時，對比例1試件干燥收縮早期與基準相當(dāng)，28d比基準增大了7％，力學(xué)及收縮結(jié)果表明，以直接加入硅烷偶聯(lián)劑的形式則會降低混凝土結(jié)構(gòu)自身抗力，且在一定會增加收縮開裂驅(qū)動力，這無疑增加了混凝土的開裂風(fēng)險。圖9和圖10顯示：以對比例1的方法即直接加入硅烷偶聯(lián)劑溶液的形式無法有效改善混凝土的體積穩(wěn)定性，且降低了混凝土結(jié)構(gòu)自身抗力，對混凝土的抗裂性不利。為進一步說明本發(fā)明制備的用于提升混凝土抗裂性的功能集料的作用，對基準組及實施例1～5的混凝土試件進行切割打磨拋光，通過掃描電鏡拍攝功能集料與水泥石之間的界面過渡區(qū)背散射電子像，左邊為水泥石基體，右邊為普通集料或功能集料，結(jié)果如圖11所示。其中，a為基準組試件，b～f依次為實施例1～5試件。在水泥石漿體的背散射電子像中，從亮到暗依次為未水化水泥數(shù)量、氫氧化鈣、水化硅酸鈣凝膠以及水化硫鋁酸鹽、孔及裂縫。圖11.a所示的基準組試件中，普通集料與水泥石之間的界面過渡區(qū)疏松多孔，且存在大面積未水化水泥顆粒；圖11.b所示的實驗組-1試件中，功能集料與水泥石之間的界面過渡區(qū)未水化水泥顆粒明顯減少，水化程度提高，且較為密實，驗證了本發(fā)明制備的功能集料在利用內(nèi)養(yǎng)護減縮降低收縮開裂驅(qū)動力的時候，也提高了界面粘結(jié)質(zhì)量，提高了混凝土力學(xué)性能，尤其是抗拉強度，提高了混凝土結(jié)構(gòu)自身抗力，因而會大幅提高混凝土的抗裂性能。圖11.c所示的實驗組-2試件中，功能集料與水泥石界面過渡區(qū)水化程度進一步提高，孔洞明顯減少，界面過渡區(qū)質(zhì)量得到明顯提升，這充分肯定了本發(fā)明制備的功能集料具有提升抗裂性的作用；圖11.d所示的實驗組-3試件中，功能集料與水泥石之間的界面過渡區(qū)較為密實，當(dāng)然也存在單獨較大顆粒為水化的水泥顆粒，但其界面過渡區(qū)整體質(zhì)量優(yōu)于基準試件；圖11.e所示的實驗組-4試件中，功能集料與水泥石之間的界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)密實，未水化水泥顆粒較少，界面過渡區(qū)質(zhì)量比基準試件得到大幅提升；圖11.f所示的對比例1試件中，輕集料與水泥石之間的界面過渡區(qū)疏松多孔，且存在大量較大未水化顆粒，界面過渡區(qū)質(zhì)量劣化，這無疑會降低混凝土結(jié)構(gòu)自身抗力，這也從混凝土抗拉強度的降低得到印證，如此同時，采用直接加入硅烷偶聯(lián)劑的形式還會影響輕集料的內(nèi)養(yǎng)護減縮作用，這從混凝土自收縮及干燥收縮測試結(jié)果中得到印證。掃描電鏡試驗結(jié)果表明，利用本發(fā)明制備功能集料，可優(yōu)化集料與混凝土界面過渡區(qū)，提高界面過渡區(qū)水化程度及結(jié)構(gòu)密實程度，進而可提高混凝土結(jié)構(gòu)自身抗力。與此同時，利用功能集料的內(nèi)養(yǎng)護作用，在降低混凝土收縮開裂驅(qū)動力的同時還會提高基體水化程度進而提高結(jié)構(gòu)自身抗力。因此，利用本發(fā)明制備的功能集料，實現(xiàn)了在降低收縮開裂驅(qū)動力的同時提高了結(jié)構(gòu)自身抗力，進而能有效提高混凝土的抗裂性能。當(dāng)前第1頁12