耐久性、力学性能优良的钢渣水泥混凝土及其制备工艺的制作方法

1.本发明涉及混凝土制备技术领域，具体涉及耐久性、力学性能优良的钢渣水泥混凝土及其制备工艺。


背景技术：

2.在一些道路的特殊区域，如路线曲线半径较小，公交站台或隧道路面、长大纵坡等易发生拥包推移的路面，其路面表面承受横向力和剪切应力的反复作用，常出现路面表面横向的永久变形，具体表现为波浪、拥包和推移，进而导致安全性和耐磨性能下降，从而导致交通事故，造成人员伤亡和经济损失，尤其是在长大陡坡、小半径急转弯、重载交通等特殊路段，而常规的方法是对路面换用水泥混凝土路面，对于这些特殊区域水泥混凝土路面会因刚度过大导致抗折强度不足进而导致易发生开裂，且路面表面的耐磨耗性能会大幅下降，严重影响路面的使用效果，严重时会引起安全事故；
3.将钢渣作为混凝土的骨料使用，是提高钢渣利用率的一个有效途径，由于钢渣中含有硅酸二钙、硅酸三钙以及铁铝酸盐等活性矿物质，具有水硬胶凝性，钢渣的加入可以增强水泥混凝土的水反应活性，同时，钢渣价格优廉，具有很大的市场优势，但钢渣水泥混凝土的力学性能一般，在长时间受到外力作用后，仍然会出现破损，使得钢渣水泥混凝土使用寿命降低；
4.针对此方面的技术缺陷，现提出一种解决方案。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种耐久性、力学性能优良的钢渣水泥混凝土及其制备工艺，通过改性聚丙烯纤维和改性环氧树脂解决了现阶段钢渣水泥混凝土力学性能一般，使用寿命有限的问题。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种耐久性、力学性能优良的钢渣水泥混凝土，包括如下重量份原料：水泥70-90份、钢渣80-100份、改性聚丙烯纤维50-60份、改性环氧树脂30-40份、三乙烯四胺15-20份、水150-200份；
8.该钢渣水泥混凝土由如下步骤制成：
9.称取上水原料，将原料共混均匀，制得钢渣水泥混凝土。
10.进一步的，所述的改性聚丙烯纤维由如下步骤制成：
11.步骤a1：将对甲基苯甲酸、氯化锌、三氯氧磷、环丁砜混合均匀，在转速为150-200r/min，温度为65-70℃的条件下，进行搅拌1-1.5h后，加入间苯二酚，继续反应2-3h，制得中间体1，将中间体1、n-溴代丁二酰亚胺、过氧化苯甲酰、四氯化碳混合均匀，在转速为150-200r/min，温度为80-90℃的条件下，进行回流反应5-7h，制得中间体2，将中间体2、碳酸钾、去离子水、溴化四乙基铵混合均匀，在温度为100-110℃的条件下，回流反应2-3h，制得中间体3；
12.反应过程如下：
[0013][0014]
步骤a2：将2,6-二叔丁基苯酚、氢氧化钠、硫酸铜、四氯化碳混合均匀，在转速为200-300r/min，温度为70-80℃的条件下，进行反应2-3h，制得中间体4，将中间体4、去离子水、氢氧化钠混合均匀，在转速为150-200r/min，温度为85-90℃的条件下，进行反应5-7h后，调节反应液ph值为3-4，制得中间体5；
[0015]
反应过程如下：
[0016][0017]
步骤a3：将中间体5、中间体3、n,n-二甲基甲酰胺、氯化锌混合均匀，在转速为200-300r/min，温度为120-130℃的条件下，进行反应6-8h后，过滤去除滤渣，再进行蒸馏去除溶剂，将底物溶于四氢呋喃中，加入三聚氯氰和碳酸钾，在转速为150-200r/min，温度为40-50℃的条件下，进行反应8-10h后，加入乙二胺，在温度为80-90℃的条件下，继续反应6-8h，制得中间体6；
[0018]
反应过程如下：
[0019][0020]
步骤a4：将中间体6、马来酸酐、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为150-200r/min，温度为50-60℃的条件下，进行反应5-7h后，升温至温度为180-200℃的条件下，保温5-8h，制得中间体7，将中间体7、聚丙烯纤维、去离子水、十二烷基苯磺酸钠、对二甲苯混合均匀，在转速为200-300r/min，温度为60-70℃的条件下，进行搅拌2-3h后，升温至温度为140-170℃，并加入过氧化二苯甲酰，进行反应5-8h，制得改性聚丙烯纤维。
[0021]
反应过程如下：
[0022][0023]
进一步的，步骤a1所述的对甲基苯甲酸、氯化锌、三氯氧磷、环丁砜、间苯二酚的用量比为15.5g:25g:20ml:25ml:15g，中间体1、n-溴代丁二酰亚胺、过氧化苯甲酰、四氯化碳的用量比为0.1mol:0.1mol:0.15g:200ml，中间体2、碳酸钾、去离子水、溴化四乙基铵的用量比为3.5g:8g:100ml:1.5g。
[0024]
进一步的，步骤a2所述的2,6-二叔丁基苯酚、氢氧化钠、四氯化碳的用量摩尔比为1:1.1:1.3，中间体3、去离子水、氢氧化钠的用量比为1g:10ml:1.5g。
[0025]
进一步的，步骤a3所述的中间体5、中间体3、三聚氯氰、乙二胺的用量摩尔比为2:2:1:1。
[0026]
进一步的，步骤a4所述的中间体6和马来酸酐的用量摩尔比1:1，中间体7和聚丙烯纤维的用量质量比为1:2.5。
[0027]
进一步的，所述的改性环氧树脂由如下步骤制成：
[0028]
步骤b1：将对硝基氯化苄、硝基苯、三氯化铝、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为150-200r/min，温度为80-85℃的条件下，进行反应10-12h，制得中间体8，将中间体8、冰
醋酸、三水乙酸铅、浓硝酸混合均匀，在转速为200-300r/min，温度为100-110℃的条件下，进行反应6-8h，制得中间体9；
[0029]
反应过程如下：
[0030][0031]
步骤b2：将中间体9、铁粉、乙醇混合均匀，在温度为90-95℃的条件下，回流反应3-5h后，加入盐酸溶液，继续回流30-40min，调节反应液ph值为8-9，制得中间体10，将三光气溶于氯苯中，在转速为150-200r/min，温度为70-80℃的条件下，搅拌并加入中间体10，进行反应10-15h，制得中间体11；
[0032]
反应过程如下：
[0033][0034]
步骤b3：将中间体11、双酚a、环氧氯丙烷混合均匀，通入氮气保护，在转速为150-200r/min，温度为50-60℃的条件下，进行反应1-3h后，升温至温度为70-80℃，加入氢氧化钠溶液，进行反应1-3h，制得中间体12，将中间体12、去离子水、乙醇、硼氢化钠混合均匀，在转速为200-300r/min，温度为30-40℃的条件下，进行反应20-30min后，加入盐酸溶液，搅拌5-10min后，过滤去除滤液，将滤饼、溴代十八烷、氢氧化钠、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为150-200r/min，温度为60-70℃的条件下，进行反应6-8h，改性环氧树脂。
[0035]
反应过程如下：
[0036][0037]
进一步的，步骤b1所述的对硝基氯化苄、硝基苯、三氯化铝的用量比为1:1:2，中间体8、冰醋酸、三水乙酸铅、浓硝酸的用量比为0.01mol:20ml:0.025g。
[0038]
进一步的，步骤b2所述的中间体9、铁粉、乙醇、盐酸溶液的用量比为0.01mol:0.08mol:60ml:10ml，盐酸溶液为质量分数95％的浓盐酸和乙醇以体积比1:9混合制得，三光气和中间体10的用量摩尔比为2.1:1。
[0039]
进一步的，步骤b3所述的中间体11、双酚a、环氧氯丙烷、氢氧化钠溶液的用量比为0.045mol:0.01mol:0.02mol:50ml，氢氧化钠溶液的质量分数为20％，中间体12、去离子水、乙醇、硼氢化钠、盐酸溶液的用量比为0.05mol:5ml:20ml:0.5g:2ml，盐酸溶液的质量分数为5％，滤饼、溴代十八烷、氢氧化钠的用量摩尔比为1:1:1。
[0040]
本发明的有益效果如下：
[0041]
本发明在制备一种耐久性、力学性能优良的钢渣水泥混凝土的过程中制备改性聚丙烯纤维，该改性聚丙烯纤维以对甲基苯甲酸和间苯二酚为原料进行反应，制得中间体1，将中间体1用n-溴代丁二酰亚胺处理，制得中间体2，将中间体2用溴化四乙基铵处理，制得中间体3，将2,6-二叔丁基苯酚与氢氧化钠以及四氯化碳反应，制得中间体4，将中间体4水解，并调节反应液为酸性，制得中间体5，将中间体5和中间体3进行酯化反应，制得中间体6，将中间体6与三聚氯氰进行反应，通过温度控制，使得三聚氯氰上的两个氯原子位与中间体6上酚羟基反应，再通过温度控制，使得三聚氯氰上的剩余氯原子位点与乙二胺的氨基反应，制得中间体6，将中间体6与马来酸酐进行反应，制得中间体7，再将中间体7与聚丙烯纤维进行接枝处理，制得改性聚丙烯纤维，该改性聚丙烯纤维含有受阻酚结构，在钢渣水泥混凝土日常使用时，受阻酚能够与聚丙烯纤维产生的自由基进行反应，进而组织改性聚丙烯纤维老化，同时分子链中苯环上的羟基氢和相邻的羰基氧之间形成了分子内氢键，构成了一个螯合环，当吸收紫外线能量后，分子发生热振动，氢键破坏，螯合环打开，这样就把有害的紫外线变为无害的热能而释放出来，进一步的提升了改性聚丙烯纤维使用寿命，且改性聚丙烯纤维具有很好的韧性，进一步的提升钢渣水泥混凝土力学性能，该改性环氧树脂以对硝基氯化苄和硝基苯进行反应，制得中间体8，将中间体8进一步的处理，制得中间体9，将中间体9用铁粉还原，制得中间体10，将中间体10与三光气反应，制得中间体11，将中间体11和双酚a进行反应，使得中间体11上的异氰酸酯基和双酚a上的酚羟基反应，制得中间体12，将中间体12用硼氢化钠处理后，再与溴代十八烷反应，制得改性环氧树脂，该改性环氧树脂侧链含有长链烷基，长链烷基为柔性基团，能够进一步的提升钢渣水泥混凝土力学性能。
具体实施方式
[0042]
下面将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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043]
实施例1
[0044]
一种耐久性、力学性能优良的钢渣水泥混凝土，包括如下重量份原料：水泥70份、钢渣80份、改性聚丙烯纤维50份、改性环氧树脂30份、三乙烯四胺15份、水150份；
[0045]
该钢渣水泥混凝土由如下步骤制成：
[0046]
称取上水原料，将原料共混均匀，制得钢渣水泥混凝土。
[0047]
改性聚丙烯纤维由如下步骤制成：
[0048]
步骤a1：将对甲基苯甲酸、氯化锌、三氯氧磷、环丁砜混合均匀，在转速为150r/min，温度为65℃的条件下，进行搅拌1h后，加入间苯二酚，继续反应2h，制得中间体1，将中间体1、n-溴代丁二酰亚胺、过氧化苯甲酰、四氯化碳混合均匀，在转速为150r/min，温度为80℃的条件下，进行回流反应5h，制得中间体2，将中间体2、碳酸钾、去离子水、溴化四乙基铵混合均匀，在温度为100℃的条件下，回流反应2h，制得中间体3；
[0049]
步骤a2：将2,6-二叔丁基苯酚、氢氧化钠、硫酸铜、四氯化碳混合均匀，在转速为200r/min，温度为70℃的条件下，进行反应2h，制得中间体3，将中间体3、去离子水、氢氧化钠混合均匀，在转速为150r/min，温度为85℃的条件下，进行反应5h后，调节反应液ph值为
3，制得中间体5；
[0050]
步骤a3：将中间体5、中间体3、n,n-二甲基甲酰胺、氯化锌混合均匀，在转速为200r/min，温度为120℃的条件下，进行反应6h后，过滤去除滤渣，再进行蒸馏去除溶剂，将底物溶于四氢呋喃中，加入三聚氯氰和碳酸钾，在转速为150r/min，温度为40℃的条件下，进行反应8h后，加入乙二胺，在温度为80℃的条件下，继续反应6h，制得中间体6；
[0051]
步骤a4：将中间体6、马来酸酐、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为150r/min，温度为50℃的条件下，进行反应5h后，升温至温度为180℃的条件下，保温5h，制得中间体7，将中间体7、聚丙烯纤维、去离子水、十二烷基苯磺酸钠、对二甲苯混合均匀，在转速为200r/min，温度为60℃的条件下，进行搅拌2h后，升温至温度为140℃，并加入过氧化二苯甲酰，进行反应5h，制得改性聚丙烯纤维。
[0052]
改性环氧树脂由如下步骤制成：
[0053]
步骤b1：将对硝基氯化苄、硝基苯、三氯化铝、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为150r/min，温度为80℃的条件下，进行反应10h，制得中间体8，将中间体8、冰醋酸、三水乙酸铅、浓硝酸混合均匀，在转速为200r/min，温度为100℃的条件下，进行反应6h，制得中间体9；
[0054]
步骤b2：将中间体9、铁粉、乙醇混合均匀，在温度为90℃的条件下，回流反应3h后，加入盐酸溶液，继续回流30min，调节反应液ph值为8，制得中间体10，将三光气溶于氯苯中，在转速为150r/min，温度为70℃的条件下，搅拌并加入中间体10，进行反应10h，制得中间体11；
[0055]
步骤b3：将中间体11、双酚a、环氧氯丙烷混合均匀，通入氮气保护，在转速为150r/min，温度为50℃的条件下，进行反应1h后，升温至温度为70℃，加入氢氧化钠溶液，进行反应1h，制得中间体12，将中间体12、去离子水、乙醇、硼氢化钠混合均匀，在转速为200r/min，温度为30℃的条件下，进行反应20min后，加入盐酸溶液，搅拌5min后，过滤去除滤液，将滤饼、溴代十八烷、氢氧化钠、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为150r/min，温度为60℃的条件下，进行反应6h，改性环氧树脂。
[0056]
实施例2
[0057]
一种耐久性、力学性能优良的钢渣水泥混凝土，包括如下重量份原料：水泥80份、钢渣90份、改性聚丙烯纤维55份、改性环氧树脂35份、三乙烯四胺18份、水180份；
[0058]
该钢渣水泥混凝土由如下步骤制成：
[0059]
称取上水原料，将原料共混均匀，制得钢渣水泥混凝土。
[0060]
改性聚丙烯纤维由如下步骤制成：
[0061]
步骤a1：将对甲基苯甲酸、氯化锌、三氯氧磷、环丁砜混合均匀，在转速为180r/min，温度为68℃的条件下，进行搅拌1.3h后，加入间苯二酚，继续反应2.5h，制得中间体1，将中间体1、n-溴代丁二酰亚胺、过氧化苯甲酰、四氯化碳混合均匀，在转速为180r/min，温度为85℃的条件下，进行回流反应6h，制得中间体2，将中间体2、碳酸钾、去离子水、溴化四乙基铵混合均匀，在温度为105℃的条件下，回流反应2.5h，制得中间体3；
[0062]
步骤a2：将2,6-二叔丁基苯酚、氢氧化钠、硫酸铜、四氯化碳混合均匀，在转速为300r/min，温度为75℃的条件下，进行反应2.5h，制得中间体3，将中间体3、去离子水、氢氧化钠混合均匀，在转速为180r/min，温度为88℃的条件下，进行反应6h后，调节反应液ph值
为4，制得中间体5；
[0063]
步骤a3：将中间体5、中间体3、n,n-二甲基甲酰胺、氯化锌混合均匀，在转速为200r/min，温度为125℃的条件下，进行反应7h后，过滤去除滤渣，再进行蒸馏去除溶剂，将底物溶于四氢呋喃中，加入三聚氯氰和碳酸钾，在转速为180r/min，温度为45℃的条件下，进行反应9h后，加入乙二胺，在温度为85℃的条件下，继续反应7h，制得中间体6；
[0064]
步骤a4：将中间体6、马来酸酐、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为180r/min，温度为55℃的条件下，进行反应6h后，升温至温度为190℃的条件下，保温6h，制得中间体7，将中间体7、聚丙烯纤维、去离子水、十二烷基苯磺酸钠、对二甲苯混合均匀，在转速为300r/min，温度为65℃的条件下，进行搅拌2.5h后，升温至温度为150℃，并加入过氧化二苯甲酰，进行反应6h，制得改性聚丙烯纤维。
[0065]
改性环氧树脂由如下步骤制成：
[0066]
步骤b1：将对硝基氯化苄、硝基苯、三氯化铝、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为180r/min，温度为83℃的条件下，进行反应11h，制得中间体8，将中间体8、冰醋酸、三水乙酸铅、浓硝酸混合均匀，在转速为300r/min，温度为105℃的条件下，进行反应7h，制得中间体9；
[0067]
步骤b2：将中间体9、铁粉、乙醇混合均匀，在温度为93℃的条件下，回流反应4h后，加入盐酸溶液，继续回流35min，调节反应液ph值为9，制得中间体10，将三光气溶于氯苯中，在转速为180r/min，温度为75℃的条件下，搅拌并加入中间体10，进行反应13h，制得中间体11；
[0068]
步骤b3：将中间体11、双酚a、环氧氯丙烷混合均匀，通入氮气保护，在转速为180r/min，温度为55℃的条件下，进行反应2h后，升温至温度为75℃，加入氢氧化钠溶液，进行反应2h，制得中间体12，将中间体12、去离子水、乙醇、硼氢化钠混合均匀，在转速为200r/min，温度为35℃的条件下，进行反应25min后，加入盐酸溶液，搅拌8min后，过滤去除滤液，将滤饼、溴代十八烷、氢氧化钠、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为180r/min，温度为65℃的条件下，进行反应7h，改性环氧树脂。
[0069]
实施例3
[0070]
一种耐久性、力学性能优良的钢渣水泥混凝土，包括如下重量份原料：水泥90份、钢渣100份、改性聚丙烯纤维60份、改性环氧树脂40份、三乙烯四胺20份、水200份；
[0071]
该钢渣水泥混凝土由如下步骤制成：
[0072]
称取上水原料，将原料共混均匀，制得钢渣水泥混凝土。
[0073]
改性聚丙烯纤维由如下步骤制成：
[0074]
步骤a1：将对甲基苯甲酸、氯化锌、三氯氧磷、环丁砜混合均匀，在转速为200r/min，温度为70℃的条件下，进行搅拌1.5h后，加入间苯二酚，继续反应3h，制得中间体1，将中间体1、n-溴代丁二酰亚胺、过氧化苯甲酰、四氯化碳混合均匀，在转速为200r/min，温度为90℃的条件下，进行回流反应7h，制得中间体2，将中间体2、碳酸钾、去离子水、溴化四乙基铵混合均匀，在温度为110℃的条件下，回流反应3h，制得中间体3；
[0075]
步骤a2：将2,6-二叔丁基苯酚、氢氧化钠、硫酸铜、四氯化碳混合均匀，在转速为300r/min，温度为80℃的条件下，进行反应3h，制得中间体3，将中间体3、去离子水、氢氧化钠混合均匀，在转速为200r/min，温度为90℃的条件下，进行反应7h后，调节反应液ph值为
4，制得中间体5；
[0076]
步骤a3：将中间体5、中间体3、n,n-二甲基甲酰胺、氯化锌混合均匀，在转速为300r/min，温度为130℃的条件下，进行反应8h后，过滤去除滤渣，再进行蒸馏去除溶剂，将底物溶于四氢呋喃中，加入三聚氯氰和碳酸钾，在转速为200r/min，温度为50℃的条件下，进行反应10h后，加入乙二胺，在温度为90℃的条件下，继续反应8h，制得中间体6；
[0077]
步骤a4：将中间体6、马来酸酐、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为200r/min，温度为60℃的条件下，进行反应7h后，升温至温度为200℃的条件下，保温8h，制得中间体7，将中间体7、聚丙烯纤维、去离子水、十二烷基苯磺酸钠、对二甲苯混合均匀，在转速为300r/min，温度为70℃的条件下，进行搅拌3h后，升温至温度为170℃，并加入过氧化二苯甲酰，进行反应8h，制得改性聚丙烯纤维。
[0078]
改性环氧树脂由如下步骤制成：
[0079]
步骤b1：将对硝基氯化苄、硝基苯、三氯化铝、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为200r/min，温度为85℃的条件下，进行反应12h，制得中间体8，将中间体8、冰醋酸、三水乙酸铅、浓硝酸混合均匀，在转速为300r/min，温度为110℃的条件下，进行反应8h，制得中间体9；
[0080]
步骤b2：将中间体9、铁粉、乙醇混合均匀，在温度为95℃的条件下，回流反应5h后，加入盐酸溶液，继续回流40min，调节反应液ph值为9，制得中间体10，将三光气溶于氯苯中，在转速为200r/min，温度为80℃的条件下，搅拌并加入中间体10，进行反应15h，制得中间体11；
[0081]
步骤b3：将中间体11、双酚a、环氧氯丙烷混合均匀，通入氮气保护，在转速为200r/min，温度为60℃的条件下，进行反应3h后，升温至温度为80℃，加入氢氧化钠溶液，进行反应3h，制得中间体12，将中间体12、去离子水、乙醇、硼氢化钠混合均匀，在转速为300r/min，温度为40℃的条件下，进行反应30min后，加入盐酸溶液，搅拌10min后，过滤去除滤液，将滤饼、溴代十八烷、氢氧化钠、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为200r/min，温度为70℃的条件下，进行反应8h，改性环氧树脂。
[0082]
对比例1
[0083]
本对比例与实施例1相比用聚丙烯纤维代替改性聚丙烯纤维，其余步骤相同。
[0084]
对比例2
[0085]
本对比例与实施例1相比未加入改性环氧树脂，其余步骤相同。
[0086]
对比例3
[0087]
本对比例为中国专利cn108609948a公开的钢渣水泥混凝土。
[0088]
将实施例1-3和对比例1-3制得的钢渣水泥混凝土依照gb/t50081-2002标准对混凝土硬化后抗压强度进行检测，结果如下表所示；
[0089][0090][0091]
由上表可知实施例1-3制得的钢渣水泥混凝土7d抗压强度为38.5-38.8mpa，28d抗压强度为44.9-45.5mpa，并在使用一段时间后，钢渣水泥混凝土的抗压强度并未出现明显下降，而实施例1和3均出现不同程度的下降，表面本发明具有很好的力学性能和耐久性。
[0092]
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。