一种抗裂混凝土及其制备工艺
文献发布时间：2024-04-18 19:53:33
技术领域
本申请涉及混凝土制备技术领域，尤其是涉及一种抗裂混凝土及其制备工艺。
背景技术
混凝土是现代建筑工程中使用最广泛、应用量最大的人工材料，它具有耐久性好、承载力强等优点，可以配制成不同强度、不同性能、不同形状的建筑构件。
由于混凝土的内部存在瑕点以及外部环境的影响，易导致混凝土的抗裂性下降，因此，为了改善混凝土的抗裂性，减少混凝土出现开裂的不良现象，通常需要在混凝土中加入少量纤维。另一方面，每年在世界各地作为垃圾处理的大量纺织废料以及用弃的地毯、服装等纺织品中，有大多数为不可降解的废弃纤维，因此设计一种采用废弃纤维替代混凝土中常用纤维原料之一的抗裂混凝土，具有较好的实用意义。
发明内容
为了提供一种以废弃纤维为原料之一且抗裂性能较好的抗裂混凝土，本申请提供一种抗裂混凝土及其制备工艺。
第一方面，本申请提供的一种抗裂混凝土，采用如下的技术方案：
一种抗裂混凝土，包括以下质量份数的原料：水泥350-400份，粉煤灰100-150份，矿渣120-150份，改性废弃聚丙烯纤维100-150份，水150-200份，河砂380-420份，石子330-430份，减水剂3.2-4.2份；
所述改性废弃聚丙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：
S1、配制脲酶菌菌液，再加入pH为6.5-7.5的尿素溶液和氯化钙溶液的混合液，制得混合物；
S2、将清洗烘干后的废弃聚丙烯纤维加入混合物中进行反应，反应结束后，再进行过滤，然后对滤渣进行烘干，制得改性废弃聚丙烯纤维。
以改性废弃聚丙烯纤维作为原料之一生产得到的混凝土具有优良的抗裂性，实际使用效果好，具体的方案分析如下：
首先，采用废弃聚丙烯纤维，能够提高混凝土的抗裂性。但是由于混凝土体系呈碱性，废弃聚丙烯纤维容易被腐蚀，且废弃聚丙烯纤维表面光滑、界面结合力较差，进而容易影响混凝土的抗裂性。
因此进一步利用脲酶菌与尿素、氯化钙反应生成具有胶凝性的碳酸钙，所生成碳酸钙沉积在废弃聚丙烯纤维表面形成生物碳酸钙膜层，生物碳酸钙膜层提高了废弃聚丙烯纤维的表面粗糙度和粘结性，有效增加了废弃聚丙烯纤维与体系内其他组分的接触面积，从而改善了废弃聚丙烯纤维与体系内其他组分的界面结合力，进而提高了混凝土的抗裂性。
另外，生物碳酸钙膜层可以对废弃聚丙烯纤维起到保护作用，使得废弃聚丙烯纤维具有较好的耐碱防腐性。
综上，本申请在采用改性废弃聚丙烯纤维作为抗裂原料的基础上，得到的混凝土的抗裂性能较高，具有较高的实用价值。
作为优选，所述废弃聚丙烯纤维和脲酶菌的质量比1:(0.02-0.06)。
作为优选，所述改性废弃聚丙烯纤维的制备方法S2步骤的操作如下：
将清洗烘干后的废弃聚丙烯纤维加入混合物中进行反应，反应结束后，再进行过滤，然后对滤渣进行烘干，制得粗品改性废弃聚丙烯纤维，将粗品改性废弃聚丙烯纤维浸渍在羟乙基纤维素溶液内，浸渍完成后再进行过滤，然后对浸渍完成后粗品改性废弃聚丙烯纤维进行烘干，制得改性废弃聚丙烯纤维。
由于以矿化沉积的方式附着在废弃聚丙烯纤维表面的生物碳酸钙膜可能存在不连续的情况，容易导致废弃聚丙烯纤维不同位置的粗糙度和粘结性的改善程度相差较大，进而容易影响废弃聚丙烯纤维加入混凝土后的抗裂效果。
因此，通过羟乙基纤维素溶液对表面含有生物碳酸钙膜层的废弃聚丙烯纤维进行处理，由于羟乙基纤维素溶液具有成膜性和粘性，因此可以有效对生物碳酸钙膜层不连续的部分进行填充，从而使得改性废弃聚丙烯纤维表面形成较为连续均匀的膜层，进而提高了生物碳酸钙膜层对废弃聚丙烯纤维的保护作用，有效提高了废弃聚丙烯纤维的耐碱防腐性。
另外，羟乙基纤维素溶液形成的膜层具有较好的粘结性，可以进一步提高废弃聚丙烯纤维与体系内其他组分的接触面积，从而进一步提高废弃聚丙烯纤维与体系内其他组分的界面结合力，进而进一步提高了混凝土的抗裂性。
作为优选，所述羟乙基纤维素溶液的质量浓度为2.5-3％。
作为优选，所述羟乙基纤维素溶液对粗品改性废弃聚丙烯纤维浸渍过程中还添加有阴离子表面活性剂。
由于水泥中含有一些带正电的胶粒，而在羟乙基纤维素溶液成膜过程中阴离子表面活性剂会掺杂在羟乙基纤维素溶液形成的膜层内，使得羟乙基纤维素溶液形成的膜层倾向显负电，根据异种电荷相互吸引原则，有效增强了改性废弃聚丙烯纤维在体系中的结合强度。
另外，阴离子表面活性剂一端亲水，另一端疏水，而羟乙基纤维素溶液形成的膜层具有亲水性，因此夹杂在羟乙基纤维素溶液形成的膜层内的阴离子表面活性剂的亲水端倾向于朝向膜层内侧，而疏水端倾向于朝向膜层外侧，从而提高了改性废弃聚丙烯纤维表面的疏水性，进而在混凝土体系内形成穿插的疏水结构，能够有效减少因渗水冻融导致混凝土开裂的不良现象。
作为优选，所述羟乙基纤维素溶液和阴离子表面活性剂的质量比为1:(0.0-3-0.5)。
作为优选，所述阴离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠。
另一方面，本申请提供的一种抗裂混凝土的制备工艺，采用如下的技术方案：
一种抗裂混凝土的制备工艺，包括如下步骤：
将水泥、粉煤灰、矿渣、改性废弃聚丙烯纤维、水、河砂、石子和减水剂混合后，搅拌均匀，制得抗裂混凝土。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.脲酶菌与尿素、氯化钙矿化沉积在废弃聚丙烯纤维表面形成生物碳酸钙膜层，从而改善了废弃聚丙烯纤维与体系内其他组分的界面结合力，进而提高了混凝土的抗裂性。
2.羟乙基纤维素溶液具有的成膜性和粘性，可以对生物碳酸钙膜层不连续的部分进行有效填充，从而使得改性废弃聚丙烯纤维表面形成较为连续均匀的膜层，进而提高了混凝土的抗裂性。
具体实施方式
实施例1
改性废弃聚丙烯纤维包括以下重量的原料：废弃聚丙烯纤维1000g，脲酶菌40g。
改性废弃聚丙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：
S1、将脲酶菌加入200g去离子水中，再加入250g pH为7的尿素溶液和氯化钙溶液的混合液，制得混合物；
S2、将废弃聚丙烯纤维用去离子水中清洗完成后放入100℃的烘箱中干燥2h，再将清洗烘干后的废弃聚丙烯纤维加入混合物中，以转速为500rpm搅拌24h后，再进行过滤，然后再将滤渣放入120℃的烘箱中干燥3h，制得改性废弃聚丙烯纤维。
其中尿素溶液的质量浓度为33％，氯化钙溶液的质量浓度为27％。
混凝土包括以下重量的原料：水泥3800g，粉煤灰1300g，矿渣1300g，改性废弃聚丙烯纤维1300g，水1800g，河砂4000g，石子3800g，减水剂4g。
混凝土的制备工艺，包括如下步骤：
将水泥、粉煤灰、矿渣、改性废弃聚丙烯纤维、水、河砂、石子和减水剂混合后，搅拌均匀，制得抗裂混凝土。
其中减水剂为粉状聚羧酸减水剂，减水率≥25％。
实施例2
改性废弃聚丙烯纤维包括以下重量的原料：废弃聚丙烯纤维1000g，脲酶菌20g。
改性废弃聚丙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：
S1、将脲酶菌加入200g去离子水中，再加入250g pH为6.5的尿素溶液和氯化钙溶液的混合液，制得混合物；
S2、将废弃聚丙烯纤维用去离子水中清洗完成后放入100℃的烘箱中干燥2h，再将清洗烘干后的废弃聚丙烯纤维加入混合物中，以转速为500rpm搅拌24h后，再进行过滤，然后再将滤渣放入120℃的烘箱中干燥3h，制得改性废弃聚丙烯纤维。
其中尿素溶液的质量浓度为33％，氯化钙溶液的质量浓度为27％。
混凝土包括以下重量的原料：水泥3500g，粉煤灰1000g，矿渣1200g，改性废弃聚丙烯纤维1000g，水1500g，河砂3800g，石子3300g，减水剂3.2g。
混凝土的制备工艺，包括如下步骤：
将水泥、粉煤灰、矿渣、改性废弃聚丙烯纤维、水、河砂、石子和减水剂混合后，搅拌均匀，制得抗裂混凝土。
其中减水剂为粉状聚羧酸减水剂，减水率≥25％。
实施例3
改性废弃聚丙烯纤维包括以下重量的原料：废弃聚丙烯纤维1000g，脲酶菌60g。
改性废弃聚丙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：
S1、将脲酶菌加入200g去离子水中，再加入250g pH为7.5的尿素溶液和氯化钙溶液的混合液，制得混合物；
S2、将废弃聚丙烯纤维用去离子水中清洗完成后放入100℃的烘箱中干燥2h，再将清洗烘干后的废弃聚丙烯纤维加入混合物中，以转速为500rpm搅拌24h后，再进行过滤，然后再将滤渣放入120℃的烘箱中干燥3h，制得改性废弃聚丙烯纤维。
其中尿素溶液的质量浓度为33％，氯化钙溶液的质量浓度为27％。
混凝土包括以下重量的原料：水泥4000g，粉煤灰1500g，矿渣1500g，改性废弃聚丙烯纤维1500g，水2000g，河砂4200g，石子4300g，减水剂4.2g。
混凝土的制备工艺，包括如下步骤：
将水泥、粉煤灰、矿渣、改性废弃聚丙烯纤维、水、河砂、石子和减水剂混合后，搅拌均匀，制得抗裂混凝土。
其中减水剂为粉状聚羧酸减水剂，减水率≥25％。
实施例4
实施例4和实施例3的区别在于：废弃聚丙烯纤维1029.7g，脲酶菌10.3g。
实施例5
实施例5和实施例3的区别在于：废弃聚丙烯纤维972g，脲酶菌68g。
实施例6
实施例6和实施例3的区别在于：
改性废弃聚丙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：
S1、将脲酶菌加入200g去离子水中，再加入250g pH为6.5的尿素溶液和氯化钙溶液的混合液，制得混合物；
S2、将废弃聚丙烯纤维用去离子水中清洗完成后放入100℃的烘箱中干燥2h，再将清洗烘干后的废弃聚丙烯纤维加入混合物中，以转速为500rpm搅拌24h后，再进行过滤，然后再将滤渣放入120℃的烘箱中干燥3h，制得粗品改性废弃聚丙烯纤维；将粗品改性废弃聚丙烯纤维浸渍在1000g羟乙基纤维素溶液内，浸渍完成后再进行过滤，最后将浸渍完成后的粗品改性废弃聚丙烯纤维放入130℃的烘箱中干燥2h，制得改性废弃聚丙烯纤维。
其中羟乙基纤维素溶液的质量浓度为2.8％。
实施例7
实施例7和实施例6的区别在于：羟乙基纤维素溶液的质量浓度为2.5％。
实施例8
实施例8和实施例6的区别在于：羟乙基纤维素溶液的质量浓度3％。
实施例9
实施例9和实施例6的区别在于：
改性废弃聚丙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：
S1、将脲酶菌加入200g去离子水中，再加入250g pH为6.5的尿素溶液和氯化钙溶液的混合液，制得混合物；
S2、将废弃聚丙烯纤维用去离子水中清洗完成后放入100℃的烘箱中干燥2h，再将清洗烘干后的废弃聚丙烯纤维加入混合物中，以转速为500rpm搅拌24h后，再进行过滤，然后再将滤渣放入120℃的烘箱中干燥3h，制得粗品改性废弃聚丙烯纤维；将400g阴离子表面活性剂加入1000g羟乙基纤维素溶液内，制得反应液，再粗品改性废弃聚丙烯纤维浸渍在反应液内，浸渍完成后再进行过滤，最后将浸渍完成后的粗品改性废弃聚丙烯纤维放入130℃的烘箱中干燥2h，制得改性废弃聚丙烯纤维。
其中羟乙基纤维素溶液的质量浓度为2.8％，阴离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠。
实施例10
实施例10和实施例9的区别在于：羟乙基纤维素溶液1000g，阴离子表面活性剂300g。
实施例11
实施例11和实施例9的区别在于：羟乙基纤维素溶液1000g，阴离子表面活性剂500g。
实施例12
实施例12和实施例9的区别在于：羟乙基纤维素溶液1272.7g，阴离子表面活性剂127.3g。
实施例13
实施例13和实施例9的区别在于：羟乙基纤维素溶液823.5g，阴离子表面活性剂576.5g。
对比例1
对比例1和实施例1的区别在于：废弃聚丙烯纤维未经改性制得。
对比例2
对比例2和实施例1的区别在于：改性废弃聚丙烯纤维替换为钢纤维。
性能检测：
取样：取实施例1-13和对比例1-2制得的混凝土作为测试样品，养护28天后，进行检测。测试样品为150mm×150mm×150mm的立方体标准试样。
抗裂试验：参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》测试样品的抗压强度和劈裂抗压强度，并将检测结果记录在表1
抗冻试验：参照GB/T11969-2008《蒸压加气混凝土性能测试方法》中的抗冻试验方法测试样品的冻融循环次数，并将检测结果记录在表1。
表1
数据分析
具体结合实施例1-3和对比例1的试验结果来看，实施例1-3的抗压强度为41.5-42.2MPa、劈裂抗拉强度3.79-3.84MPa和冻融循环次数70次，对比例1的抗压强度为25.9MPa、劈裂抗拉强度2.87MPa和冻融循环次数50次，从而可以看出实施例1-3的抗裂性优于对比例1，分析如下：实施例1-3和对比例1的区别在于：废弃聚丙烯纤维经过脲酶菌菌液进行改性处理，因此验证了表面形成有生物碳酸钙膜层的废弃聚丙烯纤维在体系中具有较好的结合力，从而提高了改性废弃聚丙烯纤维在体系中的抗裂作用。
具体结合实施例6-8和实施例1-3的试验结果来看，实施例6-8的抗压强度为47.2-47.5MPa、劈裂抗拉强度4.28-4.33MPa，实施例1-3的抗压强度为41.5-42.2MPa、劈裂抗拉强度3.79-3.84MPa，从而可以看出实施例6-8的抗裂性优于实施例1-3，分析如下：实施例6-8和实施例1-3的区别在于：废弃聚丙烯纤维经过脲酶菌菌液和羟乙基纤维素溶液进行改性处理，因此验证了表面形成有连续性膜层的废弃聚丙烯纤维在体系中具有较好的结合力，从而提高了改性废弃聚丙烯纤维在体系中的抗裂作用。
具体结合实施例9-11和实施例6-8的试验结果来看，实施例9-11的抗压强度为53.5-53.9MPa、劈裂抗拉强度4.84-4.88MPa、冻融循环次数90次，实施例6-8的抗压强度为47.2-47.5MPa、劈裂抗拉强度4.28-4.33MPa、冻融循环次数50次，从而可以看出实施例9-11的抗裂性优于实施例6-8，分析如下：实施例9-11和实施例6-8的区别在于：废弃聚丙烯纤维经过脲酶菌菌液、羟乙基纤维素溶液和阴离子表面活性剂进行改性处理，因此验证了表面形成有带负电和疏水性特性膜层的废弃聚丙烯纤维在体系中具有较好的结合力，从而提高了改性废弃聚丙烯纤维在体系中的抗裂作用。
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，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。