一种柔性增强型纤维混凝土及其制备方法与流程

1.本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种柔性增强型纤维混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.经济的发展离不开道路建设，“要想富，先修路”，可见道路建设对我国经济建设的重要性，但经济的发展必然会使道路交通量增加，二者存在着“推拉关系”。从目前我国道路使用情况来看，除了交通量大之外，长期的重荷载、超荷载已经成为当代道路使用特点。水泥混凝土是由水泥胶凝材料、颗粒状集料（也称为骨料）和水按照一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。水泥混凝土作为一种路面材料，具有施工简单、路面强度高、稳定性好、耐久性好，养护维修简便等优点。但是，如果水泥混凝土路面若按传统道路设计、施工、养护的方法，则往往会出现未到设计使用年限就遭到不同程度的破坏，且水泥混凝土的刚性大、变形能力不足的特性逐渐显现出来，特别是混凝土裂缝问题愈发凸显。
3.与此同时，随着汽车工业的迅猛发展，大量废旧橡胶轮胎的产生及堆积已经构成了严重的“黑色污染”。对废旧橡胶材料进行加工，掺入到混凝土中，不仅可以解决废旧橡胶对环境的污染问题，而且可以很好的利用橡胶材料具有弹性这一特性，制备出柔性良好的混凝土。现有技术中，将废旧橡胶材料加入到混凝土中，可以大量利用废弃物，改善自然环境，且使用废旧橡胶材料制备的混凝土的弹性比普通混凝土要高，但该方法制备的混凝土柔性有限，且橡胶颗粒与水泥等无机材料相容性不好，粘结性低、影响混凝土的强度、抗渗性和密实性。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种变形能力好、韧性高、强度高、粘结性能好的柔性增强型纤维混凝土，解决了现有技术中混凝土刚性大、变形能力不足的问题。
5.本发明还提供了改柔性增强型纤维混凝土的制备方法。
6.本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种柔性增强型纤维混凝土，是由以下重量份的原料制得的：普通硅酸盐水泥110
‑
130份、高铁磷铝酸盐水泥10
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15份、改性废橡胶颗粒25
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30份、聚烯烃弹性体5
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10份、浮选脱墨渣纤维3
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6份、改性海泡石纤维3
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5份、碳化硅粉10
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20份、竹纤维粉5
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10份、聚羧酸减水剂10
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15份、氟硅酸镁3
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5份、矿渣粉10
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15份、粉煤灰3
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7份、砂160
‑
170份、石子460
‑
480份、水50
‑
60份。
7.所述的，改性废橡胶颗粒是由以下步骤制得的：1）将废轮胎制成粒径为30
‑
50目的废橡胶颗粒；2）将废橡胶颗粒置于正硅酸乙酯中，室温放置8
‑
12h，过滤，得半溶胀胶粒；3）40
‑
50℃条件下，将半溶胀胶粒和油酸按照1：1的比例混合均匀，1000r/min条件
下搅拌至分散，过滤，得溶胀胶粒；4）将溶胀胶粒加至浓度为3mol/l的naoh溶液中，搅拌5
‑
10min后，过滤，烘干，得改性废橡胶颗粒。
8.所述的，浮选脱墨渣纤维的尺寸不超过200目。
9.所述的，改性海泡石纤维是由以下方法制得：将海泡石纤维加至浓度2.5mol/l的naoh溶液中浸泡2h，水洗2次，再加至浓度2.9mol/l的hcl溶液中浸泡3h，水洗3次，烘干，得初料；将甲基三乙氧基硅烷和环氧化甘油三酸酯加至初料中，1000r/min条件下混合搅拌15min，烘干粉碎，得改性海泡石纤维。
10.所述的，初料、甲基三乙氧基硅烷和环氧化甘油三酸酯的重量比为100：3：1.5。
11.所述的，聚烯烃弹性体为乙烯
‑
辛烯共聚物；所述的，碳化硅粉sic含量＞96.5％；所述的，矿渣粉的比表面积＞350cm2/g，密度≥2.8g/cm3。
12.所述的，竹纤维粉的粒径为140
‑
160目。
13.一种柔性增强型纤维混凝土的制备方法，是由以下步骤制得的：1）将普通硅酸盐水泥、高铁磷铝酸盐水泥、矿渣粉、粉煤灰、砂和石子混合均匀，得料a；2）将改性废橡胶颗粒、聚烯烃弹性体、碳化硅粉、竹纤维粉、聚羧酸减水剂和氟硅酸镁混合均匀，得料b；3）将三分之一的料a和料b混合搅拌3
‑
5min，得料c；4）将料c加至剩余的料a中，混合搅拌30
‑
60s，得料d；5）将水加至料d中，搅拌2
‑
4min，再将浮选脱墨渣纤维和改性海泡石纤维加至其中，搅拌3
‑
5min，得柔性增强型纤维混凝土。
14.由于普通硅酸盐水泥早期水化慢、强度低，本发明将低碱度、早强快硬的高铁磷铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥复合使用，显著提高混凝土的密实性，进而提高混凝土的强度，达到体积稳定性好、强度高的技术效果。进一步的，高铁磷铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥相配合，可长期发挥浮选脱墨渣纤维和改性海泡石纤维的增强效应，提高混凝土强度。本发明通过正硅酸乙酯对废橡胶颗粒进行半溶胀和溶胀，显著降低废橡胶颗粒的密度，软化废橡胶颗粒表面硬度；再通过naoh溶液进行改性，改善其相容性，所制备的改性废橡胶颗粒与其它组分结合力好，显著提高混凝土体系的致密化，还可以充分发挥改性废橡胶颗粒的本体变形能力来提升混凝土的韧性，降低弹性模量，进而减少混凝土裂缝的发生。聚烯烃弹性体可以均匀分散在水泥砂浆中，形成相互填充的均匀整体结构，可以有效实现聚烯烃弹性体和其它组分的结合力以及体系的致密化，充分发挥聚烯烃弹性体变形能力来提升混凝土体系的韧性，从而提高混凝土的柔性和强度。通过改性，海泡石纤维与水泥砂浆的连接性能增强。浮选脱墨渣纤维和改性海泡石纤维可以有效降低裂缝尖端的应力集中程度，起到增韧阻裂的作用，使混凝土具有较高柔性和变形能力。碳化硅粉和竹纤维粉分布于水泥水化物与骨料及水泥水化物与纤维之间，填充于其它材料的微孔隙，形成相互交叉的空间网络结构，提高胶凝材料密实性的同时提升混凝土的柔韧性。聚羧酸减水剂可减少混凝土中有害的多余水，减小孔隙率。氟硅酸镁通过混凝土内的微孔渗透至混凝土内部，然后与混凝土中的水化产物氢氧化钙反应，生成具有交联结构的凝胶和氟化钙沉淀，从而使混凝土的表面变密实，提高混凝土强度。矿渣粉能够与c4af相水化产物ca(oh)2反应，生成更多的c
‑
s
‑
h凝
胶，提高混凝土制品的致密性。粉煤灰可以减少水泥的水化热和热膨胀性，减少自收缩引起的开裂，提高混凝土的密实性。
15.本发明的有益效果：1、本发明的柔性增强型纤维混凝土具有变形能力好、韧性高、强度高、粘结性能好的特性，利用改性废橡胶颗粒和聚烯烃弹性体的弹性特性来吸收混凝土的膨胀应力，使混凝土整体的体积稳定性好，与其它材料之间相互配合，显著提升混凝土整体的柔性。
16.2、废轮胎目前多以堆积存放或道路填充等处理和利用，不仅占据有限空间，同时产生巨大的环境污染。本发明变废为宝，将废旧资源充分回收利用，实现了资源的合理化，推动了绿色资源的发展，促进节能减排和综合利用。
17.3、本发明的制备方法简单，所制备的柔性增强型纤维混凝土可在新建路面、旧路加辅以及桥面、隧道等不同类型的路面应用，且具有极高的推广价值。
具体实施方式
18.以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。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。
19.本发明所用的粉煤灰为一级粉煤灰。
20.本发明所用的砂为河砂，细度模数为2.4；石子为5
‑
25mm的连续级配碎石。
21.实施例1一种柔性增强型纤维混凝土，是由以下重量份的原料制得的：普通硅酸盐水泥120份、高铁磷铝酸盐水泥13份、改性废橡胶颗粒28份、聚烯烃弹性体7份、浮选脱墨渣纤维5份、改性海泡石纤维4份、碳化硅粉15份、竹纤维粉7份、聚羧酸减水剂13份、氟硅酸镁4份、矿渣粉12份、粉煤灰5份、砂165份、石子470份、水55份。
22.所述的，改性废橡胶颗粒是由以下步骤制得的：1）将废轮胎制成粒径为30
‑
50目的废橡胶颗粒；2）将废橡胶颗粒置于正硅酸乙酯中，室温放置10h，过滤，得半溶胀胶粒；3）45℃条件下，将半溶胀胶粒和油酸按照1：1的比例混合均匀，1000r/min条件下搅拌至分散，过滤，得溶胀胶粒；4）将溶胀胶粒加至浓度为3mol/l的naoh溶液中，搅拌8min后，过滤，烘干，得改性废橡胶颗粒。
23.所述的，浮选脱墨渣纤维的尺寸不超过200目。
24.所述的，改性海泡石纤维是由以下方法制得：将海泡石纤维加至浓度2.5mol/l的naoh溶液中浸泡2h，水洗2次，再加至浓度2.9mol/l的hcl溶液中浸泡3h，水洗3次，烘干，得初料；将甲基三乙氧基硅烷和环氧化甘油三酸酯加至初料中，1000r/min条件下混合搅拌15min，烘干粉碎，得改性海泡石纤维。
25.所述的，初料、甲基三乙氧基硅烷和环氧化甘油三酸酯的重量比为100：3：1.5。
26.所述的，聚烯烃弹性体为乙烯
‑
辛烯共聚物；所述的，碳化硅粉sic含量＞96.5％；所述的，矿渣粉的比表面积＞350cm2/g，密度≥2.8g/cm3。
27.所述的，竹纤维粉的粒径为140
‑
160目。
28.一种柔性增强型纤维混凝土的制备方法，是由以下步骤制得的：1）将普通硅酸盐水泥、高铁磷铝酸盐水泥、矿渣粉、粉煤灰、砂和石子混合均匀，得料a；2）将改性废橡胶颗粒、聚烯烃弹性体、碳化硅粉、竹纤维粉、聚羧酸减水剂和氟硅酸镁混合均匀，得料b；3）将三分之一的料a和料b混合搅拌5min，得料c；4）将料c加至剩余的料a中，混合搅拌45s，得料d；5）将水加至料d中，搅拌3min，再将浮选脱墨渣纤维和改性海泡石纤维加至其中，搅拌4min，得柔性增强型纤维混凝土。
29.实施例2一种柔性增强型纤维混凝土，是由以下重量份的原料制得的：普通硅酸盐水泥110份、高铁磷铝酸盐水泥15份、改性废橡胶颗粒25份、聚烯烃弹性体10份、浮选脱墨渣纤维3份、改性海泡石纤维5份、碳化硅粉10份、竹纤维粉5份、聚羧酸减水剂15份、氟硅酸镁5份、矿渣粉10份、粉煤灰7份、砂170份、石子460份、水60份。
30.所述的，改性废橡胶颗粒是由以下步骤制得的：1）将废轮胎制成粒径为30
‑
50目的废橡胶颗粒；2）将废橡胶颗粒置于正硅酸乙酯中，室温放置8h，过滤，得半溶胀胶粒；3）50℃条件下，将半溶胀胶粒和油酸按照1：1的比例混合均匀，1000r/min条件下搅拌至分散，过滤，得溶胀胶粒；4）将溶胀胶粒加至浓度为3mol/l的naoh溶液中，搅拌10min后，过滤，烘干，得改性废橡胶颗粒。
31.一种柔性增强型纤维混凝土的制备方法，是由以下步骤制得的：1）将普通硅酸盐水泥、高铁磷铝酸盐水泥、矿渣粉、粉煤灰、砂和石子混合均匀，得料a；2）将改性废橡胶颗粒、聚烯烃弹性体、碳化硅粉、竹纤维粉、聚羧酸减水剂和氟硅酸镁混合均匀，得料b；3）将三分之一的料a和料b混合搅拌3min，得料c；4）将料c加至剩余的料a中，混合搅拌60s，得料d；5）将水加至料d中，搅拌2min，再将浮选脱墨渣纤维和改性海泡石纤维加至其中，搅拌5min，得柔性增强型纤维混凝土。
32.其余同实施例1。
33.实施例3一种柔性增强型纤维混凝土，是由以下重量份的原料制得的：普通硅酸盐水泥130份、高铁磷铝酸盐水泥10份、改性废橡胶颗粒30份、聚烯烃弹性体5份、浮选脱墨渣纤维6份、改性海泡石纤维3份、碳化硅粉20份、竹纤维粉10份、聚羧酸减水剂10份、氟硅酸镁3份、矿渣粉15份、粉煤灰3份、砂160份、石子480份、水50份。
34.所述的，改性废橡胶颗粒是由以下步骤制得的：1）将废轮胎制成粒径为30
‑
50目的废橡胶颗粒；2）将废橡胶颗粒置于正硅酸乙酯中，室温放置12h，过滤，得半溶胀胶粒；
3）40℃条件下，将半溶胀胶粒和油酸按照1：1的比例混合均匀，1000r/min条件下搅拌至分散，过滤，得溶胀胶粒；4）将溶胀胶粒加至浓度为3mol/l的naoh溶液中，搅拌5min后，过滤，烘干，得改性废橡胶颗粒。
35.一种柔性增强型纤维混凝土的制备方法，是由以下步骤制得的：1）将普通硅酸盐水泥、高铁磷铝酸盐水泥、矿渣粉、粉煤灰、砂和石子混合均匀，得料a；2）将改性废橡胶颗粒、聚烯烃弹性体、碳化硅粉、竹纤维粉、聚羧酸减水剂和氟硅酸镁混合均匀，得料b；3）将三分之一的料a和料b混合搅拌5min，得料c；4）将料c加至剩余的料a中，混合搅拌30s，得料d；5）将水加至料d中，搅拌4min，再将浮选脱墨渣纤维和改性海泡石纤维加至其中，搅拌3min，得柔性增强型纤维混凝土。
36.其余同实施例1。
37.对比例1一种柔性增强型纤维混凝土，是由以下重量份的原料制得的：普通硅酸盐水泥133份、改性废橡胶颗粒28份、聚烯烃弹性体7份、浮选脱墨渣纤维5份、改性海泡石纤维4份、碳化硅粉15份、竹纤维粉7份、聚羧酸减水剂13份、氟硅酸镁4份、矿渣粉12份、粉煤灰5份、砂165份、石子470份、水55份。
38.其余同实施例1。
39.对比例2一种柔性增强型纤维混凝土，是由以下重量份的原料制得的：普通硅酸盐水泥120份、高铁磷铝酸盐水泥13份、废橡胶颗粒28份、聚烯烃弹性体7份、浮选脱墨渣纤维5份、改性海泡石纤维4份、碳化硅粉15份、竹纤维粉7份、聚羧酸减水剂13份、氟硅酸镁4份、矿渣粉12份、粉煤灰5份、砂165份、石子470份、水55份。
40.所述废橡胶颗粒是由废轮胎制得的，粒径为30
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50目。
41.其余同实施例1。
42.对比例3一种柔性增强型纤维混凝土，是由以下重量份的原料制得的：普通硅酸盐水泥120份、高铁磷铝酸盐水泥13份、改性废橡胶颗粒35份、浮选脱墨渣纤维5份、改性海泡石纤维4份、碳化硅粉15份、竹纤维粉7份、聚羧酸减水剂13份、氟硅酸镁4份、矿渣粉12份、粉煤灰5份、砂165份、石子470份、水55份。
43.其余同实施例1。
44.对比例4一种柔性增强型纤维混凝土，是由以下重量份的原料制得的：普通硅酸盐水泥120份、高铁磷铝酸盐水泥13份、改性废橡胶颗粒28份、聚烯烃弹性体7份、聚丙烯纤维9份、碳化硅粉15份、竹纤维粉7份、聚羧酸减水剂13份、氟硅酸镁4份、矿渣粉12份、粉煤灰5份、砂165份、石子470份、水55份。
45.其余同实施例1。
46.性能测试将实施例1
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3和对比例1
‑
4制备的柔性增强型纤维混凝土按照gb/t50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行检验；混凝土强度按照gb/t50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行检验。性能测试结果见表1。
47.由表1可知，本发明的柔性增强型纤维混凝土可以显著提高混凝土的28d抗压强度、28d抗折强度、28d劈裂抗拉强度和粘结强度，降低混凝土的28d弹性模量。
48.最后应说明的是：以上具体实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述具体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：其依然可以对前述实施方式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方式和具体实施例技术方案的精神和范围。