超高韧性聚合物混凝土及其制备方法与流程

1.本发明属于混凝土工程材料技术领域，具体涉及一种超高韧性聚合物混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.普通混凝土是以水泥为主要胶凝材料，与普掺合料、粗细骨料和水按照一定比例配合，然后拌和均匀，再通过各种成型工艺和养护制度经凝结硬化而成的人造石材。随着建筑领域的发展和越来越复杂的条件以及越来越多的需求，普通混凝土的性能已经不能满足一些特种工程的需求，从而产生了高性能和超高性能混凝土材料。在路桥领域，服役的混凝土主要承受的是切向力的作用，所以对混凝土材料的韧性提出了更好的要求。普通混凝土材料的脆性大，韧性小，从而导致混凝土材料在服役过程中产生裂缝甚至破坏，因此，研究出一种超高韧性的混凝土材料具有十分重要的意义。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种超高韧性聚合物混凝土及其制备方法，通过聚合物与纤维的联合使用，改善混凝土的各项性能，尤其是大幅提高混凝土的抗折和抗劈裂强度，降低压折比，进而降低产生裂缝的风险，从而使混凝土获得超高韧性。
4.为解决本发明所提出的技术问题，本发明提供一种超高韧性聚合物混凝土，按每方重量计，包括以下原料：水泥350～480kg/m3、级配碎石1100～1250kg/m3、尾矿砂600～800kg/m3、超细掺合料60～150kg/m3、聚合物30～50kg/m3、纤维1～5kg/m3、高效减水剂8～16kg/m3，水灰比0.30～0.35。
5.上述方案中，所述水泥为硅酸二钙含量不低于40％的高贝利特水泥。
6.上述方案中，所述级配碎石为5～31.5mm连续级配花岗岩碎石。
7.上述方案中，所述尾矿砂为金尾矿砂和镁橄榄石尾矿砂，细度模数为2.9～3.1，含粉量≤10％。
8.上述方案中，所述超细掺合料为锂渣粉、矿渣粉、硅钙石粉中的任意两种，比表面积≥800m2/kg。
9.上述方案中，所述高效减水剂为脂肪族高效减水剂。
10.上述方案中，所述聚合物为聚乙二醇、聚氧乙烯醚、聚乙烯醇中的一种与乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物按质量比1:(5～10)混合。
11.进一步地，所述聚乙二醇的分子量为3600～4400，粘度8～11mpa
·
s。
12.进一步地，所述聚氧乙烯醚的分子量为1000～3000，粘度6～9mpa
·
s。
13.进一步地，所述聚乙烯醇的分子量为16000～20000，粘度4～7mpa
·
s。
14.进一步地，所述乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物的分子量为400～2000。
15.上述方案中，所述纤维为醋酸纤维、铜氨纤维、芳纶纤维中的一种，长度为6～
12mm，直径为10～40μm。
16.本发明还提供一种超高韧性聚合物混凝土的制备方法，包括以下步骤：
17.1)依次将级配碎石、尾矿砂、水泥、超细掺合料加入搅拌机中，搅拌，得到干拌料a；
18.2)将聚合物和纤维加入干拌料a中，搅拌，得到干拌料b；
19.3)将高效减水剂与水混合后，加入干拌料b中，搅拌，得到超高韧性聚合物混凝土。
20.上述方案中，所述搅拌速率为60～80r/min，步骤1)中的搅拌时间为1～2min，步骤2)中的搅拌时间为2～3min，步骤3)中的搅拌时间为3～4min。
21.上述方案中，所述超高韧性聚合物混凝土的养护条件为标准养护条件，即温度20
±
2℃，湿度≥95％。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
23.本发明通过聚合物与纤维的联合使用，改善混凝土的各项性能。拌制混凝土时，聚合物分子与水泥颗粒表面发生物理和化学双重吸附作用，聚合物吸收水分提高了浆体的吸附黏结能力，其他功能助剂为混凝土拌合物提供了良好的流动性和粘聚性等施工性能。水泥凝结硬化时，聚合物颗粒脱水聚集，在混凝土内部形成网状空间膜骨架，再配合耐碱特种纤维的柔性联结作用，使硬化体由脆性体变成外柔内刚的集合体，大幅提高混凝土的抗折和抗劈裂强度，降低压折比，降低产生裂缝的风险，从而使混凝土获得超高韧性。
具体实施方式
24.为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
25.以下实施例中，选用的水泥为硅酸二钙含量46％的高贝利特水泥；级配碎石为5～31.5mm连续级配花岗岩碎石；高效减水剂为脂肪族高效减水剂，固含量22％，减水率30％。
26.实施例1
27.本实施例超高韧性聚合物混凝土，按每方重量计，包括以下原料：水泥350kg/m3、级配碎石1100kg/m3、尾矿砂800kg/m3、超细掺合料150kg/m3、聚合物30kg/m3、纤维1kg/m3、高效减水剂8kg/m3，水灰比0.35。
28.其中，尾矿砂为质量比1:9的金尾矿砂和镁橄榄石尾矿砂，细度模数2.9，含粉量2.6％。超细掺合料为质量比3:2的锂渣粉和矿渣粉，比表面积836m2/kg。聚合物为质量比1:5的聚乙二醇和乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物，聚乙二醇的分子量为3800，粘度9mpa
·
s；乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物的分子量为400。纤维为醋酸纤维，长度6mm，直径40μm。
29.本实施例超高韧性聚合物混凝土的制备方法，包括以下步骤：
30.1)依次将级配碎石、尾矿砂、水泥、超细掺合料加入搅拌机中，80r/min搅拌1min，得到干拌料a；
31.2)将聚合物和纤维加入干拌料a中，80r/min搅拌3min，得到干拌料b；
32.3)将高效减水剂与水混合后，加入干拌料b中，80r/min搅拌2min，得到超高韧性聚合物混凝土。
33.将超高韧性聚合物混凝土在温度20
±
2℃、湿度≥95％的标准养护条件下养护28d，观察是否出现裂缝，并按照gb/t 50081-2019的方法测定其抗折强度、劈裂抗拉强度和
压折比，结果见表1。
34.实施例2
35.本实施例超高韧性聚合物混凝土，按每方重量计，包括以下原料：水泥380kg/m3、级配碎石1140kg/m3、尾矿砂760kg/m3、超细掺合料120kg/m3、聚合物36kg/m3、纤维2kg/m3、高效减水剂10kg/m3，水灰比0.34。
36.其中，尾矿砂为质量比2.4:7.6的金尾矿砂和镁橄榄石尾矿砂，细度模数2.9，含粉量4.6％。超细掺合料为质量比1:4的锂渣粉和矿渣粉，比表面积844m2/kg。聚合物为质量比1:6.8的聚氧乙烯醚和乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物，聚氧乙烯醚的分子量为2000，粘度8mpa
·
s；乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物的分子量为800。纤维为铜氨纤维，长度8mm，直径36μm。
37.本实施例超高韧性聚合物混凝土的制备方法，包括以下步骤：
38.1)依次将级配碎石、尾矿砂、水泥、超细掺合料加入搅拌机中，80r/min搅拌1min，得到干拌料a；
39.2)将聚合物和纤维加入干拌料a中，80r/min搅拌3min，得到干拌料b；
40.3)将高效减水剂与水混合后，加入干拌料b中，80r/min搅拌2min，得到超高韧性聚合物混凝土。
41.将超高韧性聚合物混凝土在温度20
±
2℃、湿度≥95％的标准养护条件下养护28d，观察是否出现裂缝，并按照gb/t 50081-2019的方法测定其抗折强度、劈裂抗拉强度和压折比，结果见表1。
42.实施例3
43.本实施例超高韧性聚合物混凝土，按每方重量计，包括以下原料：水泥400kg/m3、级配碎石1190kg/m3、尾矿砂710kg/m3、超细掺合料100kg/m3、聚合物40kg/m3、纤维3kg/m3、高效减水剂12kg/m3，水灰比0.33。
44.其中，尾矿砂为质量比5:5的金尾矿砂和镁橄榄石尾矿砂，细度模数3.0，含粉量6.2％。超细掺合料为质量比4:1的锂渣粉和硅钙石粉，比表面积856m2/kg。聚合物为质量比1:8.2的聚乙二醇和乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物，聚乙二醇的分子量为4200，粘度11mpa
·
s；乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物的分子量为1200。纤维为芳纶纤维，长度9mm，直径31μm。
45.本实施例超高韧性聚合物混凝土的制备方法，包括以下步骤：
46.1)依次将级配碎石、尾矿砂、水泥、超细掺合料加入搅拌机中，70r/min搅拌1.5min，得到干拌料a；
47.2)将聚合物和纤维加入干拌料a中，70r/min搅拌2.5min，得到干拌料b；
48.3)将高效减水剂与水混合后，加入干拌料b中，70r/min搅拌2.5min，得到超高韧性聚合物混凝土。
49.将超高韧性聚合物混凝土在温度20
±
2℃、湿度≥95％的标准养护条件下养护28d，观察是否出现裂缝，并按照gb/t 50081-2019的方法测定其抗折强度、劈裂抗拉强度和压折比，结果见表1。
50.实施例4
51.本实施例超高韧性聚合物混凝土，按每方重量计，包括以下原料：水泥450kg/m3、
级配碎石1220kg/m3、尾矿砂680kg/m3、超细掺合料80kg/m3、聚合物44kg/m3、纤维4kg/m3、高效减水剂14kg/m3，水灰比0.32。
52.其中，尾矿砂为质量比4.5:5.5的金尾矿砂和镁橄榄石尾矿砂，细度模数3.0，含粉量5.1％。超细掺合料为质量比2:3的锂渣粉和硅钙石粉，比表面积821m2/kg。聚合物为质量比1:9的聚乙烯醇和乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物，聚乙烯醇的分子量为18500，粘度5mpa
·
s；乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物的分子量为1600。纤维为醋酸纤维，长度11mm，直径24μm。
53.本实施例超高韧性聚合物混凝土的制备方法，包括以下步骤：
54.1)依次将级配碎石、尾矿砂、水泥、超细掺合料加入搅拌机中，60r/min搅拌2min，得到干拌料a；
55.2)将聚合物和纤维加入干拌料a中，60r/min搅拌2min，得到干拌料b；
56.3)将高效减水剂与水混合后，加入干拌料b中，60r/min搅拌3min，得到超高韧性聚合物混凝土。
57.将超高韧性聚合物混凝土在温度20
±
2℃、湿度≥95％的标准养护条件下养护28d，观察是否出现裂缝，并按照gb/t 50081-2019的方法测定其抗折强度、劈裂抗拉强度和压折比，结果见表1。
58.实施例5
59.本实施例超高韧性聚合物混凝土，按每方重量计，包括以下原料：水泥480kg/m3、级配碎石1250kg/m3、尾矿砂640kg/m3、超细掺合料60kg/m3、聚合物49kg/m3、纤维5kg/m3、高效减水剂16kg/m3，水灰比0.31。
60.其中，尾矿砂为质量比8.3:1.7的金尾矿砂和镁橄榄石尾矿砂，细度模数3.1，含粉量7.3％。超细掺合料为质量比2:3的矿渣粉和硅钙石粉，比表面积838m2/kg。聚合物为质量比1:10的聚乙烯醇和乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物，聚乙烯醇的分子量为19500，粘度7mpa
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s；乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物的分子量为2000。纤维为醋酸纤维，长度12mm，直径16μm。
61.本实施例超高韧性聚合物混凝土的制备方法，包括以下步骤：
62.1)依次将级配碎石、尾矿砂、水泥、超细掺合料加入搅拌机中，60r/min搅拌2min，得到干拌料a；
63.2)将聚合物和纤维加入干拌料a中，60r/min搅拌2min，得到干拌料b；
64.3)将高效减水剂与水混合后，加入干拌料b中，60r/min搅拌3min，得到超高韧性聚合物混凝土。
65.将超高韧性聚合物混凝土在温度20
±
2℃、湿度≥95％的标准养护条件下养护28d，观察是否出现裂缝，并按照gb/t 50081-2019的方法测定其抗折强度、劈裂抗拉强度和压折比，结果见表1。
66.对比例1
67.对比例1其他参数和步骤与实施例1相同，不同之处仅在于：不添加聚合物。
68.对比例2
69.对比例2其他参数和步骤与实施例1相同，不同之处仅在于：不添加纤维。
70.表1
[0071][0072]
根据表1的数据，本发明制备的超高韧性聚合物混凝土，其28d抗折强度≥7.1mpa，28d劈裂抗拉强度≥4.25mpa，28d压折比≤5.8，相比于对比例，能够大幅提高混凝土的抗折和抗劈裂强度，降低压折比，降低产生裂缝的风险，从而使混凝土获得超高韧性。
[0073]
上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

技术特征：
1.一种超高韧性聚合物混凝土，其特征在于，按每方重量计，包括以下原料：水泥350～480kg/m3、级配碎石1100～1250kg/m3、尾矿砂600～800kg/m3、超细掺合料60～150kg/m3、聚合物30～50kg/m3、纤维1～5kg/m3、高效减水剂8～16kg/m3，水灰比0.30～0.35。2.根据权利要求1所述的超高韧性聚合物混凝土，其特征在于，所述聚合物为聚乙二醇、聚氧乙烯醚、聚乙烯醇中的一种与乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物按质量比1:(5～10)混合。3.根据权利要求2所述的超高韧性聚合物混凝土，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为3600～4400，粘度8～11mpa
·
s；所述聚氧乙烯醚的分子量为1000～3000，粘度6～9mpa
·
s；所述聚乙烯醇的分子量为16000～20000，粘度4～7mpa
·
s；所述乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物的分子量为400～2000。4.根据权利要求1所述的超高韧性聚合物混凝土，其特征在于，所述纤维为醋酸纤维、铜氨纤维、芳纶纤维中的一种，长度为6～12mm，直径为10～40μm。5.根据权利要求1所述的超高韧性聚合物混凝土，其特征在于，所述尾矿砂为金尾矿砂和镁橄榄石尾矿砂，细度模数为2.9～3.1，含粉量≤10％。6.根据权利要求1所述的超高韧性聚合物混凝土，其特征在于，所述超细掺合料为锂渣粉、矿渣粉、硅钙石粉中的任意两种，比表面积≥800m2/kg。7.根据权利要求1所述的超高韧性聚合物混凝土，其特征在于，所述水泥为硅酸二钙含量不低于40％的高贝利特水泥；所述级配碎石为5～31.5mm连续级配花岗岩碎石；所述高效减水剂为脂肪族高效减水剂。8.一种如权利要求1-7任一项所述的超高韧性聚合物混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)依次将级配碎石、尾矿砂、水泥、超细掺合料加入搅拌机中，搅拌，得到干拌料a；2)将聚合物和纤维加入干拌料a中，搅拌，得到干拌料b；3)将高效减水剂与水混合后，加入干拌料b中，搅拌，得到超高韧性聚合物混凝土。9.根据权利要求8所述的超高韧性聚合物混凝土的制备方法，其特征在于，所述搅拌速率为60～80r/min，步骤1)中的搅拌时间为1～2min，步骤2)中的搅拌时间为2～3min，步骤3)中的搅拌时间为3～4min。10.根据权利要求8所述的超高韧性聚合物混凝土的制备方法，其特征在于，所述超高韧性聚合物混凝土的养护条件为温度20
±
2℃，湿度≥95％。

技术总结
本发明属于混凝土工程材料技术领域，公开了一种超高韧性聚合物混凝土及其制备方法。该混凝土按每方重量计包括以下原料：水泥350～480kg/m3、级配碎石1100～1250kg/m3、尾矿砂600～800kg/m3、超细掺合料60～150kg/m3、聚合物30～50kg/m3、纤维1～5kg/m3、高效减水剂8～16kg/m3，水灰比0.30～0.35。本发明通过聚合物与纤维的联合使用，改善混凝土的各项性能，尤其是大幅提高混凝土的抗折和抗劈裂强度，降低压折比，进而降低产生裂缝的风险，从而使混凝土获得超高韧性。土获得超高韧性。


技术研发人员：王浩 张方 廖红玉
受保护的技术使用者：中国一冶集团有限公司
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/10/15