一种包含改性聚丙烯纤维的透水混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，具体为一种包含改性聚丙烯纤维的透水混凝土及其制备方法。

背景技术

透水混凝土是由粗骨料、水泥、粘结剂和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土，具有透气、透水和重量轻的特点。但是，由于透水混凝土需要保持贯通的孔隙来班组透水性的要求，使得混凝土的抗压、阻裂性能较低，仍有改进的空间。

聚丙烯纤维是一种有机合成的结构规则的结晶型聚合纤维，是一种弹性模量低于水泥基的较为理想的混凝土添加物，具有很好的耐腐蚀性和力学性能。将聚丙烯纤维掺杂与混凝土中，可提高混凝土整体阻裂性能。但聚丙烯纤维整个分子中没有活性基团，表面光滑，表面能低，与水泥混凝土相容性不强，分散效果差，从而使得聚丙烯纤维与水泥基体粘附性也较差，同时，聚丙烯纤维混凝土在持续的高应力作用下易发生较大的蠕变，产生变形，进而导致裂缝的产生和扩张，严重制约了该纤维在水泥混凝土中的应用。

再生粗骨料是由建筑拆除废弃混凝土块经破碎、清理、筛分后得到的，利用再生粗骨料配制混凝土可减少水泥的用量，不仅能降低成本且在一定程度上可减少混凝土水化热的产生，适用于大体积混凝土的浇筑。但再生粗骨料具有孔隙率高、吸水率高、强度低等缺点，用来制造混凝土，会使混凝土力学性能下降，从而导致再生粗骨料在混凝土中的应用非常有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种包含改性聚丙烯纤维的透水混凝土及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种包含改性聚丙烯纤维的透水混凝土及其制备方法，所述包含改性聚丙烯纤维的透水混凝土由改性再生粗骨料、改性聚丙烯纤维、水泥以及其他添加剂混合制得；所述其他添加剂包括减水剂F10、去离子水、苯乙烯丁二烯共聚物。

进一步的，所述改性再生粗骨料由再生粗骨料依次经过第一次浸渍、第二次浸渍、第三次浸渍处理制得；所述第一次浸渍为：将再生粗骨料浸渍于硅酸钠溶液中一段时间，制得强化再生粗骨料；所述第二次浸渍为：将强化骨料浸渍于(二乙胺基甲基)三甲氧基硅烷乳液中一段时间，得疏水再生粗骨料；所述第三次浸渍为：将疏水再生粗骨料浸渍于5-氯-1-戊醇溶液中一段时间，得改性再生粗骨料。

进一步的，所述改性聚丙烯纤维由聚丙烯纤维、碳纤维混合后，经过等离子体处理、紫外光处理制得；所述等离子体处理为：聚丙烯纤维、碳纤维混合后，经氩等离子体处理一段时间，得粗糙化纤维；所述紫外光处理为：粗糙化纤维在紫外光作用下，与丙二烯膦酰氯反应，制得改性聚丙烯纤维。

进一步的，所述水泥包括60～70份质量的氧化钙、15～25份质量的二氧化硅、5～6份质量的氧化铝、3～6份质量的氧化铁、3～6份质量的氧化镁。

进一步的，一种包含改性聚丙烯纤维的透水混凝土的制备方法，包括以下制备步骤：

(1)将5-氯-1-戊醇、二甲基亚砜按质量比9:100～13:100混合，100～200rpm下搅拌10min后，加入5-氯-1-戊醇质量10～20倍的疏水再生粗骨料，在60～80℃、100～200rpm下反应2～3h后，冷却至室温，50～70℃下干燥24h，得改性再生粗骨料；

(2)将丙酮、丙二烯膦酰氯、二苯甲酮按质量比20:4:2～20:8:3混合，100～200rpm下搅拌10～20min后，加入丙二烯膦酰氯质量2～4倍的粗糙化纤维，浸渍12～24h后，在320～380nm紫外光下辐照3～10h，取纤维，加入纤维质量20倍的去离子水，超声洗涤1h，重复3次，在真空度-0.085MPa、50℃下干燥24h，得改性聚丙烯纤维；

(3)将改性再生粗骨料、改性聚丙烯纤维、水泥、减水剂F10、去离子水、苯乙烯丁二烯共聚物按质量比400:10:100:3:50:5～600:20:150:5:50:10混合，50～150rpm搅拌1～2h后，得包含改性聚丙烯纤维的透水混凝土。

进一步的，步骤(1)中所述疏水再生粗骨料制备方法为：将(二乙胺基甲基)三甲氧基硅烷、去离子水按质量比1:25～3:25混合，300～500rpm下搅拌30min后，加入(二乙胺基甲基)三甲氧基硅烷质量10～20倍的强化再生粗骨料，浸渍12～24h，室温干燥24～48h，制得疏水再生粗骨料。

进一步的，所述强化再生粗骨料制备方法为：将硅酸钠、去离子水按质量比3:50～5:50混合，200～300rpm下搅拌30min后，加入硅酸钠质量10～20倍的再生粗骨料，浸渍12～24h，室温干燥24～48h，制得强化再生粗骨料。

进一步的，步骤(2)中所述粗糙化纤维制备方法为：将碳纤维、聚丙烯纤维按质量比1:3～1:12混合，在电压为5～15kV、频率为50kHz、氩气氛围、真空度为500Pa下等离子体处理10～20min后，在氩气氛围中冷却至室温，得粗糙化纤维。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

本发明所述由改性再生粗骨料、改性聚丙烯纤维、水泥以及其他添加剂混合制得包含改性聚丙烯纤维的透水混凝土，保有良好的透水性的同时，增强阻裂、抗压效果。

首先，改性再生粗骨料由再生粗骨料依次经过第一次浸渍、第二次浸渍、第三次浸渍处理制得；先进行第一次浸渍处理，制得强化再生粗骨料，硅酸钠与骨料发生水化反应，生成水化硅酸钙、水化硅酸铝，渗透、填充到骨料的空隙中，提高再生粗骨料致密性，提高其强度，从而提高混凝土的强度；然后进行第二次浸渍处理，制得疏水再生粗骨料，(二乙胺基甲基)三甲氧基硅烷中硅氧基水解生成羟基，在强化再生粗骨料表面形成硅氧膜，骨料表面密度增大，进一步提高再生粗骨料的强度，增益强度效果，此外，硅氧膜的疏水性可保护再生粗骨料不被水侵蚀，而降低其强度；接着进行第三次浸渍处理，5-氯-1-戊醇、疏水再生粗骨料中叔胺基团生成季铵结构，能通过锚固作用与提高与水泥结合力，使水泥基与骨料之间的界面过渡区结构更加致密，增益强力效果。

其次，改性聚丙烯纤维由聚丙烯纤维、碳纤维混合后，经过等离子体处理、紫外光处理制得；先将聚丙烯纤维、碳纤维混合，低弹模的聚丙烯纤维能抑制早期的干缩微裂纹，碳纤维能协调基体变形从而增强混凝土的韧性并抑制裂缝扩展，二者在水泥基中形成的网状结构，与改性骨料协同受力，使混凝土具有阻裂的效果；然后进行等离子体处理，制得粗糙化纤维，在氩等离子体作用下，纤维表面形成表面微坑，提高纤维表面粗糙度，通过微坑与水泥的机械啮合力提高纤维与基体之间的粘结力，增益阻裂效果；最后进行紫外光处理，制得改性聚丙烯纤维，在紫外光作用下，丙二烯膦酰氯接枝于纤维表面，膦酰基与水泥的锚固作用可进一步提高纤维与水泥基的粘结力，增益抗裂效果；此外，改性聚丙烯纤维上的氯基能与改性再生粗骨料中羟基反应，提高二者结合力，增益抗裂效果。

具体实施方式

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，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。

为了更清楚的说明本发明提供的方法通过以下实施例进行详细说明，在以下实施例中制作的包含改性聚丙烯纤维的透水混凝土的各指标测试方法如下：

取相同质量的实施例与对比例浇注至模板中，通过振动器捣实后，然后按GB/T17671养护28天后，拆卸模具，获得混凝土测试样；

阻裂效果：将混凝土测试样按GB/T50081测试劈裂抗拉强度；

抗压效果：将混凝土测试样按GB/T50081测试抗压强度；

透水效果：将混凝土测试样按JC/T945测试透水系数。

实施例1

(1)将硅酸钠、去离子水按质量比3:50混合，200rpm下搅拌30min后，加入硅酸钠质量10倍的再生粗骨料，浸渍12h，室温干燥24h，制得强化再生粗骨料；

(2)将(二乙胺基甲基)三甲氧基硅烷、去离子水按质量比1:25混合，300rpm下搅拌30min后，加入(二乙胺基甲基)三甲氧基硅烷质量10倍的强化再生粗骨料，浸渍12h，室温干燥24h，制得疏水再生粗骨料；

(3)将5-氯-1-戊醇、二甲基亚砜按质量比9:100混合，100rpm下搅拌10min后，加入5-氯-1-戊醇质量10倍的疏水再生粗骨料，在60℃、100rpm下反应2h后，冷却至室温，50℃下干燥24h，得改性再生粗骨料；

(4)将碳纤维、聚丙烯纤维按质量比1:3混合，在电压为5kV、频率为50kHz、氩气氛围、真空度为500Pa下等离子体处理10min后，在氩气氛围中冷却至室温，得粗糙化纤维；

(5)将丙酮、丙二烯膦酰氯、二苯甲酮按质量比20:4:2混合，100rpm下搅拌10min后，加入丙二烯膦酰氯质量2倍的粗糙化纤维，浸渍12h后，在320nm紫外光下辐照3h，取纤维，加入纤维质量20倍的去离子水，超声洗涤1h，重复3次，在真空度-0.085MPa、50℃下干燥24h，得改性聚丙烯纤维；

(6)将改性再生粗骨料、改性聚丙烯纤维、水泥、减水剂F10、去离子水、苯乙烯丁二烯共聚物按质量比400:10:100:3:50:5混合，50rpm搅拌1h后，得包含改性聚丙烯纤维的透水混凝土。

实施例2

(1)将硅酸钠、去离子水按质量比4:50混合，250rpm下搅拌30min后，加入硅酸钠质量15倍的再生粗骨料，浸渍18h，室温干燥36h，制得强化再生粗骨料；

(2)将(二乙胺基甲基)三甲氧基硅烷、去离子水按质量比2:25混合，400rpm下搅拌30min后，加入(二乙胺基甲基)三甲氧基硅烷质量15倍的强化再生粗骨料，浸渍18h，室温干燥36h，制得疏水再生粗骨料；

(3)将5-氯-1-戊醇、二甲基亚砜按质量比11:100混合，150rpm下搅拌10min后，加入5-氯-1-戊醇质量15倍的疏水再生粗骨料，在70℃、150rpm下反应2.5h后，冷却至室温，60℃下干燥24h，得改性再生粗骨料；

(4)将碳纤维、聚丙烯纤维按质量比1:8混合，在电压为10kV、频率为50kHz、氩气氛围、真空度为500Pa下等离子体处理15min后，在氩气氛围中冷却至室温，得粗糙化纤维；

(5)将丙酮、丙二烯膦酰氯、二苯甲酮按质量比20:6:2.5混合，150rpm下搅拌15min后，加入丙二烯膦酰氯质量3倍的粗糙化纤维，浸渍18h后，在350nm紫外光下辐照7h，取纤维，加入纤维质量20倍的去离子水，超声洗涤1h，重复3次，在真空度-0.085MPa、50℃下干燥24h，得改性聚丙烯纤维；

(6)将改性再生粗骨料、改性聚丙烯纤维、水泥、减水剂F10、去离子水、苯乙烯丁二烯共聚物按质量比500:15:125:4:50:8混合，100rpm搅拌1.5h后，得包含改性聚丙烯纤维的透水混凝土。

实施例3

(1)将硅酸钠、去离子水按质量比5:50混合，300rpm下搅拌30min后，加入硅酸钠质量20倍的再生粗骨料，浸渍24h，室温干燥48h，制得强化再生粗骨料；

(2)将(二乙胺基甲基)三甲氧基硅烷、去离子水按质量比3:25混合，500rpm下搅拌30min后，加入(二乙胺基甲基)三甲氧基硅烷质量20倍的强化再生粗骨料，浸渍24h，室温干燥48h，制得疏水再生粗骨料；

(3)将5-氯-1-戊醇、二甲基亚砜按质量比13:100混合，200rpm下搅拌10min后，加入5-氯-1-戊醇质量20倍的疏水再生粗骨料，在80℃、200rpm下反应3h后，冷却至室温，70℃下干燥24h，得改性再生粗骨料；

(4)将碳纤维、聚丙烯纤维按质量比1:12混合，在电压为15kV、频率为50kHz、氩气氛围、真空度为500Pa下等离子体处理20min后，在氩气氛围中冷却至室温，得粗糙化纤维；

(5)将丙酮、丙二烯膦酰氯、二苯甲酮按质量比20:8:3混合，200rpm下搅拌20min后，加入丙二烯膦酰氯质量4倍的粗糙化纤维，浸渍24h后，在380nm紫外光下辐照10h，取纤维，加入纤维质量20倍的去离子水，超声洗涤1h，重复3次，在真空度-0.085MPa、50℃下干燥24h，得改性聚丙烯纤维；

(6)将改性再生粗骨料、改性聚丙烯纤维、水泥、减水剂F10、去离子水、苯乙烯丁二烯共聚物按质量比600:20:150:5:50:10混合，150rpm搅拌2h后，得包含改性聚丙烯纤维的透水混凝土。

对比例1

对比例1与实施例2的区别仅在于无步骤(1)，将步骤(2)改为：将(二乙胺基甲基)三甲氧基硅烷、去离子水按质量比2:25混合，400rpm下搅拌30min后，加入(二乙胺基甲基)三甲氧基硅烷质量15倍的再生粗骨料，浸渍18h，室温干燥36h，制得疏水再生粗骨料。其余步骤同实施例2。

对比例2

对比例2与实施例2的区别仅在于无步骤(2)，将步骤(3)改为：将5-氯-1-戊醇、二甲基亚砜按质量比11:100混合，150rpm下搅拌10min后，加入5-氯-1-戊醇质量15的强化再生粗骨料，冷却至室温，60℃下干燥24h，得改性再生粗骨料。其余步骤同实施例2。

对比例3

对比例3与实施例2的区别仅在于无步骤(3)，将步骤(2)改为：将(二乙胺基甲基)三甲氧基硅烷、去离子水按质量比2:25混合，400rpm下搅拌30min后，加入(二乙胺基甲基)三甲氧基硅烷质量15倍的强化再生粗骨料，浸渍18h，室温干燥36h，得改性再生粗骨料。其余步骤同实施例2。

对比例4

对比例4与实施例2的区别仅在于步骤(5)不同，将步骤(5)改为：将聚丙烯纤维在电压为10kV、频率为50kHz、氩气氛围、真空度为500Pa下等离子体处理15min后，在氩气氛围中冷却至室温，得粗糙化纤维。其余步骤同实施例2。

对比例5

对比例5与实施例2的区别仅在于无步骤(4)，将步骤(5)改为：将丙酮、丙二烯膦酰氯、二苯甲酮按质量比20:6:2.5混合，150rpm下搅拌15min后，加入丙二烯膦酰氯质量3倍的混合纤维，混合纤维中碳纤维和聚丙烯纤维的质量比为1:8，浸渍18h后，在350nm紫外光下辐照7h，取纤维，加入纤维质量20倍的去离子水，超声洗涤1h，重复3次，在真空度-0.085MPa、50℃下干燥24h，得改性聚丙烯纤维。其余步骤同实施例2。

对比例6

对比例6与实施例2的区别仅在无步骤(5)，将步骤(4)改为：将碳纤维、聚丙烯纤维按质量比1:8混合，在电压为10kV、频率为50kHz、氩气氛围、真空度为500Pa下等离子体处理15min后，在氩气氛围中冷却至室温，得改性聚丙烯纤维。其余步骤同实施例2。

对比例7

对比例7与实施例2的区别仅在无步骤(1)至(5)，将步骤(6)改为：将再生粗骨料、聚丙烯纤维、水泥、减水剂F10、去离子水、苯乙烯丁二烯共聚物按质量比500:15:125:4:50:8混合，100rpm搅拌1.5h后，得包含改性聚丙烯纤维的透水混凝土。

效果例

下表1给出了采用本发明实施例1至3与对比例1至7的包含改性聚丙烯纤维的透水混凝土的性能分析结果。

表1

从表1中实施例与对比例抗压强度数据对比可发现，在混凝土中加入改性再生粗骨料，可显著提升混凝土的抗压效果，由硅酸钠与再生粗骨料发生水化反应生成水化硅酸钙、水化硅酸铝，渗透、填充到骨料的空隙中，制得强化再生粗骨料，提高再生粗骨料的强度，从而提高混凝土的抗压效果，(二乙胺基甲基)三甲氧基硅烷在强化再生粗骨料在其表面聚合形成硅氧膜，进一步提高再生粗骨料的强度，增益抗压效果，5-氯-1-戊醇与(二乙胺基甲基)三甲氧基硅烷的进一步反应生成季铵结构，使水泥基与骨料之间的界面过渡区结构更加致密，增益抗压效果；从表1中实施例与对比例劈裂抗拉强度数据对比可发现，改性聚丙烯纤维的加入可显著提高混凝土的阻裂效果，聚丙烯纤维、碳纤维的混合可抑制裂纹的产生和扩展，使混凝土具有阻裂效果，等离子体处理使纤维表面粗糙化，提高纤维与与水泥基的机械啮合力，从而提高纤维与基体之间的粘结力，增益阻裂效果，在紫外光作用下，丙二烯膦酰氯接枝于纤维表面，进一步提高纤维与水泥基的粘结力，增益抗裂效果，此外，改性聚丙烯纤维能与改性再生粗骨料通过化学键结合，提高二者结合力，增益抗裂效果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。