一种增韧耐蚀混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种增韧耐蚀混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土是当今世界用途最广、用量最大的基础材料，随着现代土木工程向超高、超长、高抗力和高耐久发展，对混凝土的韧性、防裂、耐腐蚀提出了更高的要求。混凝土是一种准脆性材料，韧性差、延性小，且随着抗压强度的提高，其脆性特征更加明显、容易导致开裂等问题。同时，混凝土的多孔性结构为环境中的二氧化碳、水和侵蚀性离子提供了渗入通道，侵入物质与混凝土发生物化反应使得材料自身性能劣化和钢筋锈蚀。而混凝土一旦开裂，不仅加速有害介质的传输速率，加剧劣化，大大缩短了构筑物的服役寿命；而且降低承载能力，严重影响强地震和飓风等极端荷载作用下的结构安全性。

在土木工程中，增韧混凝土使用的增韧材料主要有超高延性水泥基复合材料(ECC)和超高性能水泥基复合材料(UHPC)，ECC使用合成纤维，UHPC使用钢纤维。然而，该增韧材料对混凝土的增韧效果有限，且耐蚀性有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种增韧耐蚀混凝土及其制备方法，所制备的增韧耐蚀混凝土具有优异的增韧耐蚀效果。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种增韧耐蚀混凝土的制备方法，包括以下步骤：

将水泥、硅灰、石英砂、标准砂、水、减水剂、PP纤维和钢纤维混合，得到砂浆；

将所述砂浆依次进行成型、养护和热处理后，将所得砂浆试件浸没于树脂中，进行真空浸渍，固化后，得到增韧耐蚀混凝土。

优选的，所述水泥、硅灰、石英砂、标准砂、水和减水剂的质量比为1:(0.25～0.35):(0.15～0.25):(1.0～1.3):(0.2～0.4):(0.02～0.06)。

优选的，以所述砂浆的体积为基准，所述PP纤维的掺量为15～25kg/L。

优选的，以所述砂浆的质量为基准，所述钢纤维的质量分数为1.5～3.0％。

优选的，所述成型在室温静置条件下进行，所述成型的时间为24h；所述养护的时间为7～28d。

优选的，所述热处理的温度为250～350℃，保温时间为1～3h；升温至所述热处理的温度的升温速率为1～10℃/min。

优选的，所述树脂的体积为所述砂浆体积的5～10倍，所述树脂为环氧树脂AB胶。

优选的，所述真空浸渍的真空度为-0.09～-0.07MPa。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的增韧耐蚀混凝土。

优选的，抗折强度为14～16MPa，弯曲韧性指数为7～20。

本发明提供了一种增韧耐蚀混凝土，本发明在混凝土中同时掺入PP纤维和钢纤维，钢纤维弹性模量高，与混凝土的界面粘结力可以使混凝土的破坏形式从脆性破坏转为延性破坏，起到增强增韧、改善弯曲韧性的效果；掺入PP纤维的混凝土热处理后，内部均匀分布的PP纤维将汽化，留下的孔隙将在混凝土内部形成连通的骨架；然后本发明将混凝土浸渍于尚未固化的树脂中，采用真空浸渍法制备混凝土，将气压降至一定值后释放，大气压将混凝土表面的树脂压入内部的孔隙骨架中；混凝土内部的树脂固化后，最终起到填充孔隙，提高混凝土密实度的作用，达到增韧耐蚀的效果。本发明首次将真空树脂浸渍与增韧混凝土相结合，以达到增韧耐蚀效果，为增韧混凝土提供了新方法。

本发明利用固化前树脂具有较好的流动性，在气压作用下能渗入加热后混凝土内部的孔隙连通的骨架中，起到填充孔隙，增强力学性能，提高混凝土密实度的作用。混凝土的韧性由于内部的孔隙被固化后的树脂填充而大大增强，而混凝土表层又由于树脂的填充而不易被腐蚀介质侵入，耐耐蚀性大大提高。

附图说明

图1为实施例1制备的增韧耐蚀混凝土外观图；

图2为对比例4的混凝土外观图。

具体实施方式

本发明提供了一种增韧耐蚀混凝土的制备方法，包括以下步骤：

将水泥、硅灰、石英砂、标准砂、水、减水剂、PP纤维和钢纤维混合，得到砂浆；

将所述砂浆依次进行成型、养护和热处理后，将所得砂浆试件浸没于树脂中，进行真空浸渍，固化后，得到增韧耐蚀混凝土。

在本发明中，若无特殊说明，所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。

本发明将水泥、硅灰、石英砂、标准砂、水、减水剂、PP纤维和钢纤维混合，得到砂浆。

本发明对所述水泥、硅灰、石英砂、标准砂、水和减水剂的具体型号和规格没有特殊的限定，本领域熟知的市售商品均可。

在本发明中，所述水泥、硅灰、石英砂、标准砂、水和减水剂的质量比优选为1:(0.25～0.35):(0.15～0.25):(1.0～1.3):(0.2～0.4):(0.02～0.06)，更优选为1:0.25:0.15:1.1:0.375:0.04。

本发明对所述PP纤维和钢纤维的规格没有特殊的限定，本领域熟知的市售商品均可。

在本发明中，以所述砂浆的体积为基准，所述PP纤维的掺量优选为15～25kg/L，更优选为20kg/L。

在本发明中，以所述砂浆的质量为基准，所述钢纤维的质量分数优选为1.5～3.0％，更优选为2.0％。

在本发明中，所述水泥、硅灰、石英砂、标准砂、水、减水剂、PP纤维和钢纤维混合优选包括将水泥、硅灰、石英砂和标准砂倒入搅拌机中，搅拌4min后加入水和减水剂，继续搅拌4min后加入PP纤维和钢纤维，搅拌4min。本发明对所述搅拌的速率没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程将物料混合均匀即可。

得到砂浆后，本发明将所述砂浆依次进行成型、养护和热处理后，将所得砂浆试件浸没于树脂中，进行真空浸渍，固化后，得到增韧耐蚀混凝土。

本发明优选将所得砂浆置于模具，进行成型。本发明对所述模具没有特殊的限定，本领域熟知的相应设备均可。在本发明中，所述成型优选在室温静置条件下进行，所述成型的时间优选为24h。

完成所述成型后，本发明优选将所得试件脱模，放入清水中，进行养护；所述养护的时间优选为7～28d。本发明对所述脱模的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。

在本发明中，所述热处理优选在马弗炉中进行，所述热处理的温度优选为250～350℃，保温时间优选为1～3h；升温至所述热处理的温度的升温速率优选为1～10℃/min，更优选为5℃/min。

完成所述热处理后，本发明优选以随炉降温的方式降至室温，得到砂浆试件。

在本发明中，所述树脂优选为环氧树脂AB胶；所述环氧树脂AB胶中A胶和B胶的体积比优选为1:1；所述树脂的体积优选为所述砂浆体积的5～10倍。本发明对所述树脂的来源和组成没有特殊的限定，本领域熟知的市售环氧树脂AB胶均可。

本发明优选将所述树脂的A胶和B胶置于容器中，搅拌至混合均匀，得到树脂；将砂浆试件置于容器中，称量树脂，使得树脂完全浸没砂浆试件，进行真空浸渍。

在本发明中，所述真空浸渍优选在真空泵中进行，所述真空浸渍的真空度优选为-0.09～-0.07MPa。本发明优选将真空泵内部气压降至-0.09～-0.07MPa后关机，旋开气阀释放压力，取出砂浆试件，擦除表面多余的树脂，置于通风处晾干，固化，得到增韧耐蚀混凝土。本发明对所述固化没有特殊的限定，基于树脂的自固化过程完成固化即可。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的增韧耐蚀混凝土。

在本发明中，所述增韧耐蚀混凝土的抗折强度优选为14～16MPa，弯曲韧性指数优选为7～20。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

表1混凝土的配合比(质量份数)

制备方法：

将水泥、硅灰、石英砂和标准砂按照表1中配合比倒入搅拌机中，搅拌4min后加入水和减水剂，继续搅拌4min后加入PP纤维和钢纤维(具体加入量见表2)，搅拌4min，得到砂浆；

将所述砂浆放入模具，24h后脱模，将所得试件放入清水中养护至28d取出；将养护好的砂浆试件置于马弗炉中以5℃/min的速率加热到350℃，保温1h后以随炉降温的方式降至室温，得到砂浆试件；

将树脂的A胶和B胶按照体积比1:1的比例置于容器中，使用玻璃棒不断搅拌两种组分至混合均匀，得到树脂；将砂浆试件置于容器中，称量砂浆体积5倍的树脂，使得树脂完全浸没砂浆试件；将容器置于真空泵中，将内部气压降至-0.09MPa后关机，缓慢旋开气阀释放压力，取出砂浆试件，擦除表面多余的树脂，置于通风处晾干，得到增韧耐蚀混凝土。

对比例1

与实施例1的区别仅在于：不掺PP纤维和钢纤维，不采用真空浸渍，28d养护完成后直接进行性能测试。

对比例2

与实施例1的区别仅在于：只加入3.0％钢纤维，不添加PP纤维，不采用真空浸渍，28d养护完成后直接进行性能测试。

对比例3

与实施例1的区别仅在于：只加入15kg/LPP纤维，不添加钢纤维，不采用真空浸渍，28d养护完成后直接进行性能测试。

对比例4

与实施例1的区别仅在于：不采用真空浸渍，28d养护完成后直接进行性能测试。

性能测试

按照中国标准CECS13-2009《纤维混凝土试验方法标准评价》与GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》测量不同混凝土的抗折强度、弯曲韧性指数和抗氯离子渗透能力，结果如表2所示。

表2不同PP纤维和钢纤维加入量所得混凝土的力学性能和耐蚀性数据

注：PP前数字代表PP纤维的掺入量，单位为kg/L(相对于砂浆体积)，SF代表钢纤维，SF前面数字代表钢纤维的质量白分数，相对于砂浆质量)，氯离子浓度指60d后混凝土试样17.5mm深度处的氯离子浓度。

实施例2

表3混凝土的配合比(质量份数)

制备方式与性能测试与实施例1相同，PP纤维和钢纤维掺入量见表4。

表4不同PP纤维和钢纤维加入量所得混凝土的力学性能和耐蚀性数据

注：PP前数字代表PP纤维的掺入量，单位为kg/L(相对于砂浆体积)，SF代表钢纤维，SF前面数字代表钢纤维的质量白分数，相对于砂浆总质量)，氯离子浓度指60d后混凝土试样17.5mm深度处的氯离子浓度。

由表2和表4可知，相对于不掺纤维的普通混凝土，本发明通过掺入两种纤维，并采用真空浸渍，使得混凝土的抗折强度、弯曲韧性及耐蚀性均得到较大的提升。

图1为实施例1制备的增韧耐蚀混凝土外观图；

图2为对比例4的混凝土外观图。比较图1～2可知，本发明提供的增韧耐蚀混凝土由于真空浸渍工艺，外层被树脂覆盖，孔洞被树脂填充，与不进行真空浸渍的混凝土相比，具有较好的抗渗性，从而具有较好的耐蚀性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。