一种地下工程用低收缩防水混凝土及其制备工艺

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，具体的为一种地下工程用低收缩防水混凝土及其制备工艺。

背景技术

地下工程是指深入地面以下为开发利用地下空间资源所建造的地下土木工程，它包括地下房屋和地下构筑物，地下铁道，公路隧道、水下隧道、地下共同沟和过街地下通道等。随着时代的发展，地下工程的普适性已越来越重要，而在工程设计建筑过程中，混凝土的质量更是重中之重。

混凝土是现有建筑施工中必需使用的材料，但是，建筑物的不同部位、不同结构对混凝土的技术要求各不相同。当前在地下结构施工中由于不同工期、防水等级、大截面、大体积，以及施工工艺的影响，建筑物容易在施工阶段就出现因温度、收缩，以及混凝土材料、配合比的影响等原因，而产生的危害性混凝土裂缝。

地下建筑工程用混凝土防水功能，主要是混凝土依靠其自身的憎水性和密实性来达到防水效果，其中提高混凝土的抗渗性就是提高其密实度，抑制孔隙主要是在施工中采取控制水灰比、水泥用量和含砂率来保证混凝土中砂浆质量和数量以抑制孔隙，使混凝土浸水一定深度而不会出现渗水，或在施工中加入膨胀剂和高效减水剂，达到减少混凝土收缩，增强其抗裂性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种地下工程用低收缩防水混凝土及其制备工艺，通过合理的原料选配和改性处理，制得的混凝土具有优异的防水性和低收缩率，且整体抗压强度、抗渗等级都显著改善，高效实用，特别是针对地下工程施工，值得应用推广。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种地下工程用低收缩防水混凝土，包括以下重量份数组分：胶凝材料400-450份、粗骨料1300-1600份、细骨料950-1100份、复合纤维材料30-70份、添加剂4.8-6.5份、拌合水160-190份；其中，胶凝材料为质量比1:4.5-6.5的有机胶凝材料、无机胶凝材料混合物，复合纤维材料包括质量比1：0-0.5的聚丙烯-玻璃纤维复合材料、聚丙烯-木浆纤维复合材料

作为本发明进一步优选，有机胶凝材料为LDPE-g-MAH/EGDE；无机胶凝材料为P.C42.5。

作为本发明进一步优选，复合纤维材料中聚丙烯-玻璃纤维复合材料制备步骤为，取玻纤于聚乙烯醇水溶液中浸渍，超声处理10-15min，然后向其中加入硅烷偶联剂，70-80℃保温搅拌20-40min，过滤、洗涤、干燥得改性玻纤；以甲基丙烯酸缩水甘油酯为单体以及过氧化二异丙苯为引发剂与聚丙烯熔融接枝得PP-g-GMA共聚物，然后与改性玻纤以熔体浸渍包覆工艺制备纤维增强聚丙烯复合材料。

作为本发明进一步优选，玻纤长径比为30-45，超声处理具体为45-48KHz，功率为300W。

作为本发明进一步优选，复合纤维材料中聚丙烯-木浆纤维复合材料制备步骤为，取环氧树脂与木浆纤维按质量比1:2共混，搅拌混匀后，加入木浆纤维质量的20-30wt％的海绵铁，超声处理5-20min，然后加入木浆纤维质量2-5倍的聚丙烯和适量添加剂，于175-185℃条件下8-12KHz震荡混合10-60min，最后挤出粒料即得。

作为本发明进一步优选，海绵铁粒径为0.5-2mm，超声处理具体为35-45KHz，功率400W，添加剂包括抗氧化剂、固化剂、分散剂。

作为本发明进一步优选，细骨料粒径为0-5mm，其中1-3.5mm的细料质量百分含量占比为55-70wt％；粗骨料粒径为5-20mm，其中8-12mm粗料质量百分含量占比为60-80wt％。

作为本发明进一步优选，细骨料选自河沙和滑石粉、硅藻土、蛭石粉中的任意一种或多种的组合物，且河沙含量不低于80wt％；粗骨料选自碎石和海绵铁的组合物，两者质量百分含量分别为75-88wt％、12-25wt％

作为本发明进一步优选，添加剂为聚羧酸高效减水剂，且减水率不低于23.5％。

作为本发明进一步优选，上述地下工程用低收缩防水混凝土，制备工艺如下：

1)按重量份取料，将粗骨料与细骨料共混，得复合骨料，并取1/3的复合骨料与复合纤维材料共混，得混料一，取2/3的复合骨料与胶凝材料共混，得混料二；

2)将拌和水加入混料二中，搅拌混匀，并于搅拌过程中加入添加剂，最后将混料一也在搅拌条件下加入其中，保持搅拌60-150s即得。

本发明的有益效果在于：本发明通过合理的原料选配和改性处理，制得的混凝土具有优异的防水性和低收缩率，且整体抗压强度、抗渗等级都显著改善，高效实用，特别是针对地下工程施工，值得应用推广。

相较于普通的硅酸盐水泥，本申请将无机胶凝材料与有机胶凝材料适配共混，其中有机胶凝材料除了协配提高了胶黏效果外，还具有优良的配位反应，与其他组分间，特别是复合纤维材料间反应键合连接，形成更为稳定的结构，为混凝土固化成型提供优异的连接网微观骨架，力学性能显著提高，收缩率降低了至少40％，同时，能够提高与有机高分子间的相容性，对流变促进效果好，同时对混凝土的抗酸性腐蚀具有明显改善，有效降低了内部渗透裂纹的问题，有效使用寿命延长了2倍以上。

配设有增强材料—复合纤维材料，一方面纤维材料有利于增强混凝土的力学性能，另一方面复合的纤维材料与聚丙烯改性共混，形成改性的纤维-高分子复合材料，在与混凝土混合过程中，能够快速有效的分散在结构中，并与胶凝材料以及高比表面的骨料形成交错缠绕的连接网，从而进一步形成稳定的构造，密实度提高，性能增强。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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：

一种地下工程用低收缩防水混凝土，包括以下重量份数组分：胶凝材料400-450份、粗骨料1300-1600份、细骨料950-1100份、复合纤维材料30-70份、添加剂4.8-6.5份、拌合水160-190份。

其中，细骨料粒径为0-5mm，其中1-3.5mm的细料质量百分含量占比为55-70wt％；粗骨料粒径为5-20mm，其中8-12mm粗料质量百分含量占比为60-80wt％。

进一步的，细骨料选自河沙和滑石粉、硅藻土、蛭石粉中的任意一种或多种的组合物，且河沙含量不低于80wt％；粗骨料选自碎石和海绵铁的组合物，两者质量百分含量分别为75-88wt％、12-25wt％

添加剂为聚羧酸高效减水剂，且减水率不低于23.5％。

该混凝土制备工艺为：

1)按重量份取料，将粗骨料与细骨料共混，得复合骨料，并取1/3的复合骨料与复合纤维材料共混，得混料一，取2/3的复合骨料与胶凝材料共混，得混料二；

2)将拌和水加入混料二中，搅拌混匀，并于搅拌过程中加入添加剂，最后将混料一也在搅拌条件下加入其中，保持搅拌60-150s即得。

实施例2：

基于实施例提出的混凝土组分配制及制备工艺，其中，胶凝材料为质量比1:4.5-6.5的有机胶凝材料、无机胶凝材料混合物，复合纤维材料包括质量比1：0-0.5的聚丙烯-玻璃纤维复合材料、聚丙烯-木浆纤维复合材料。

更进一步的，有机胶凝材料为LDPE-g-MAH/EGDE；无机胶凝材料为P.C42.5。具体的，无机胶凝材料P.C42.5由市售采购，有机胶凝材料为LDPE-g-MAH/EGDE自制，将适量的LDPE-g-MAH和相容剂、水共混，加热搅拌至LDPE-g-MAH(低密度聚乙烯接枝马来酸酐)完全溶解，然后加入适量EGDE(二乙醇缩水甘油醚)和催化剂，加热反应，产物经过滤、提纯，即得(可借鉴现有文献支链带有环氧端基的低密度聚乙烯合成工艺)。

复合纤维材料中聚丙烯-玻璃纤维复合材料制备步骤为，取玻纤于聚乙烯醇水溶液中浸渍，且选用的玻纤长径比为30-45，超声处理10-15min，具体为45-48KHz，功率为300W，然后向其中加入硅烷偶联剂，70-80℃保温搅拌20-40min，过滤、洗涤、干燥得改性玻纤；以甲基丙烯酸缩水甘油酯为单体以及过氧化二异丙苯为引发剂与聚丙烯熔融接枝得PP-g-GMA共聚物，然后与改性玻纤以熔体浸渍包覆工艺制备纤维增强聚丙烯复合材料。

复合纤维材料中聚丙烯-木浆纤维复合材料制备步骤为，取环氧树脂与木浆纤维按质量比1:2共混，搅拌混匀后，加入木浆纤维质量的20-30wt％的海绵铁，海绵铁粒径为0.5-2mm，超声处理5-20min，具体为35-45KHz，功率400W，然后加入木浆纤维质量2-5倍的聚丙烯和适量添加剂(包括抗氧化剂、固化剂、分散剂)，于175-185℃条件下8-12KHz震荡混合10-60min，最后挤出粒料即得。

实施例3：

基于实施例1、2给出的原料选配、设计和混凝土制备工艺，在此，给出一个具体的实施方式：

一种地下工程用低收缩防水混凝土，包括以下重量份数组分：胶凝材料420份、粗骨料1450份、细骨料1000份、复合纤维材料48份、添加剂5.2份、拌合水174份。

其中，胶凝材料为质量比1:5的有机胶凝材料、无机胶凝材料混合物，复合纤维材料包括质量比1：0.3的聚丙烯-玻璃纤维复合材料、聚丙烯-木浆纤维复合材料。

且，无机胶凝材料P.C42.5由市售采购，有机胶凝材料LDPE-g-MAH/EGDE、聚丙烯-玻璃纤维复合材料、聚丙烯-木浆纤维复合材料(按实施例2自制)。

细骨料粒径为0-5mm，其中1-3.5mm的细料质量百分含量占比为55-70wt％，选自河沙和滑石粉的组合物，河沙占比为84.7wt％；粗骨料粒径为5-20mm，其中8-12mm粗料质量百分含量占比为60-80wt％，选自碎石和海绵铁的组合物，两者质量百分含量分别为82wt％、18wt％。

添加剂为聚羧酸高效减水剂，且减水率为24.1％。

该混凝土制备工艺同实施例2。

实施例3：

基于实施例1、2给出的原料选配、设计和混凝土制备工艺，在此，给出一个具体的实施方式：

一种地下工程用低收缩防水混凝土，包括以下重量份数组分：胶凝材料450份、粗骨料1520份、细骨料1045份、复合纤维材料71份、添加剂5.8份、拌合水180份。

其中，胶凝材料为质量比1:6.2的有机胶凝材料、无机胶凝材料混合物，复合纤维材料包括质量比1：0.5的聚丙烯-玻璃纤维复合材料、聚丙烯-木浆纤维复合材料。

且，无机胶凝材料P.C42.5由市售采购，有机胶凝材料LDPE-g-MAH/EGDE、聚丙烯-玻璃纤维复合材料、聚丙烯-木浆纤维复合材料(按实施例2自制)。

细骨料粒径为0-5mm，其中1-3.5mm的细料质量百分含量占比为55-70wt％，选自河沙和滑石粉的组合物，河沙占比为82.6wt％；粗骨料粒径为5-20mm，其中8-12mm粗料质量百分含量占比为60-80wt％，选自碎石和海绵铁的组合物，两者质量百分含量分别为79.5wt％、20.5wt％。

添加剂为聚羧酸高效减水剂，且减水率为23.7％。

该混凝土制备工艺同实施例2。

实施例3：

基于实施例1、2给出的原料选配、设计和混凝土制备工艺，在此，给出一个具体的实施方式：

一种地下工程用低收缩防水混凝土，包括以下重量份数组分：胶凝材料410份、粗骨料1380份、细骨料1070份、复合纤维材料65份、添加剂5.7份、拌合水188份。

其中，胶凝材料为质量比1:5.5的有机胶凝材料、无机胶凝材料混合物，复合纤维材料为聚丙烯-玻璃纤维复合材料。

且，无机胶凝材料P.C42.5由市售采购，有机胶凝材料LDPE-g-MAH/EGDE、聚丙烯-玻璃纤维复合材料(按实施例2自制)。

细骨料粒径为0-5mm，其中1-3.5mm的细料质量百分含量占比为55-70wt％，选自河沙和滑石粉的组合物，河沙占比为81.5wt％；粗骨料粒径为5-20mm，其中8-12mm粗料质量百分含量占比为60-80wt％，选自碎石和海绵铁的组合物，两者质量百分含量分别为85.6wt％、14.4wt％。

添加剂为聚羧酸高效减水剂，且减水率为24.4％。

该混凝土制备工艺同实施例2。

基于实施例3-5，对应去除复合纤维材料，其他条件不变，制得对比例1-3。

基于实施例3-5，对应去除有机胶凝材料(以无机胶凝材料补齐)，其他条件不变，制得对比例4-6。

基于实施例3-5，对应去除复合纤维材料，并同时去除有机胶凝材料(以无机胶凝材料补齐)，其他条件不变，制得空白例1-3。

将本发明实施例3-5，对比例6-11，空白例1-3制得的混凝土产品进行性能检测，数据如下：

由上述表格数据可知，本申请混凝土合理设计的复配有机、无机混合胶凝材料以及复合纤维材料，对混凝土的综合性能均有显著的提升，大大提了应用质量，综合效益比高，值得推广应用。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。