一种抗渗混凝土及其制备方法与流程

1.本技术涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种抗渗混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.地铁建设已成为我国城市化发展战略的重要策略和措施，是当前我国城市基础设施建设领域的一个热点，对改善城市环境、构建和谐交通有着重要意义。近年来，面对日益严重的城市交通问题，诸多城市突出了轨道交通在城市总体规划中的地位，把大力发展轨道交通作为解决城市交通问题、提升国际竞争力和城市品牌的重要策略和手段，轨道交通在国内已呈现蓬勃发展的态势。
3.地铁工程的防水质量是工程质量的一项重要内容，防水工程的优劣决定着地铁车站主体是否渗漏地下水，站内是否干燥，各种装饰及机电材料设备能否安全持久运行，站内人员是否安全、行车是否安全等诸多问题。因此，做好地铁防水工程是一切功能实现的前提，其中，带有抗渗等级要求的混凝土是地铁防水工程最重要的一环。
4.对于抗渗混凝土，其中一种常用的方法是掺用引气型外加剂，使混凝土内部产生不连通的气泡，截断毛细管通道，改变孔隙结构，提高混凝土的密实度，从而提高混凝土的抗渗性，但是由于混凝土自重较大，容易开裂，开裂混凝土的抗渗性能减弱，因此如何进一步提高混凝土的抗渗性能，一直是混凝土行业亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.为了提高混凝土的渗性能，本技术提供一种抗渗混凝土及其制备方法。
6.第一方面，本技术提供一种抗渗混凝土，采用如下的技术方案：一种抗渗混凝土，包括以下重量份原料：280-350份水泥、80-100份水、100-150份矿渣、80-100份粉煤灰、3-6份减水剂、400-550份粗骨料、3-5份引气剂、600-650份细骨料、25-40份聚丙烯纤维、30-50份玻璃纤维、25-40份疏水改性膨胀石墨、8-15份氯化铁防水剂和23-38份无机纳米硅物质；其中，所述无机纳米硅物质由包含以下重量份原料制得：18-25份水玻璃、15-20份正硅酸酯、5-10份硅钙粉、3-8份二氧化硅超微粉以及4-8份聚丙烯酰胺和5-8份魔芋胶。
7.通过采用上述技术方案，本技术中矿渣和粉煤灰的添加有利于提高混凝土的密实性，从而提高混凝土的抗渗性能，引气剂的添加使得混凝土拌合物泌水性减少，相对应泌水通道的毛细管也相应减少，大量封闭的微气泡的存在堵塞隔断了混凝土中毛细管渗水通道，改变混凝土的孔结构，使混凝土抗渗性显著提高。
8.此外，本技术中氯化铁防水剂的添加，可以与水泥水化产物中的氢氧化钙生成不溶于水的胶体，堵塞孔隙，得到混凝土具有良好的密实性，而且还具有优异的抗渗性能，从而得到混凝土的抗渗性更好；聚丙烯纤维和玻璃纤维的添加可以显著改善混凝土的抗裂性能，从而缓解由于开裂导致混凝土抗渗性能的降低，而且可能是由于玻璃纤维的添加可以与混凝土中水化产物在水环境中发生硅钙反应，形成晶体堵塞孔隙，增加密实度，其与聚丙
烯纤维配合相较于其它抗裂纤维，其对于混凝土的抗渗性能得到大幅度提升；疏水改性膨胀石墨的添加可以起到膨胀补偿作用，从而可以切断毛细管的连通状态，提高抗渗性能，其表面进行疏水改性，进一步提高混凝土的抗渗性能；由水玻璃、正硅酸酯、硅钙粉以及二氧化硅超微粉制得的无机纳米硅物质融入混凝土内部，并在混凝土中渗透扩散，硅离子与混凝土中的钙离子发生化学反应，生成不溶于水的枝蔓状结构晶体硅酸钙水化物，结晶体充满毛细管孔隙并与混凝土结合成整体，堵塞混凝土内部的毛细孔道，使得混凝土致密，提高其抗渗性能，而且原料中还添加有魔芋胶，其被带入混凝土结构内部孔隙中，并在孔隙中吸水膨大，有效降低混凝土孔隙率，逐渐形成一个个抗渗区域，进一步显著提升混凝土的抗渗性能。
9.可选的，所述抗渗混凝土的原料还包括1-3重量份聚乙烯亚胺和10-15重量份微纳米气泡水，且微纳米气泡水是以二氧化碳为曝气源得到。
10.通过采用上述技术方案，微纳米气泡水中引入二氧化碳气泡，聚乙烯亚胺对于二氧化碳具有一定的吸附固定作用，申请人发现聚一下亚胺和微纳米气泡水的添加，可能是二氧化碳的引入形成固体颗粒，而且更加有利于硅钙反应，制得混凝土的密实度和抗渗性能更好。
11.可选的，所述无机纳米硅物质由以下方法制得：将水玻璃、硅钙粉以及二氧化硅超微粉干法球磨后与聚丙烯酰胺和魔芋胶以及正硅酸酯混合，得到初混合物，然后在320-380℃下焙烧30-40min，得到无机纳米硅物质。
12.通过采用上述技术方案，水玻璃作为促凝剂，硅钙粉和二氧化硅超微粉核化晶种作用，聚丙烯酰胺不仅可以促凝，而且利用其高分子链，将上述分散物质相连接起来，然后各个原料混合后高温焙烧，得到含硅的纳米粒子，与混凝土钙离子作用形成晶体。
13.可选的，所述疏水改性膨胀石墨由包含以下重量份的原料制得：30-45份膨胀石墨、15-22份n，n-二甲基甲酰胺、8-12份聚苯乙烯、6-15份聚甲基丙烯酸辛酯、15-20份含氟丙烯酸疏水树脂和2-4份交联剂。
14.可选的，所述疏水改性膨胀石墨由以下方法制得：将膨胀石墨分散在n，n-二甲基甲酰胺中，然后加入聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸辛酯，混合，然后加入含氟丙烯酸疏水树脂和交联剂，搅拌，在45-55℃下反应30-40min，离心洗涤，烘干，研磨过筛后得到疏水改性膨胀石墨。
15.通过采用上述技术方案，首先将膨胀石墨分散，然后在交联剂的作用下，一方面与聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸辛酯和含氟丙烯酸疏水树脂化学交联，另一方面，膨胀石墨还具有良好的吸附性，将上述疏水物质吸附在表面，从而实现对于膨胀石墨的疏水改性，而且掺入了苯基、酯基以及氟元素和碳链链段，显著提升混凝土的抗渗性能。
16.可选的，所述交联剂选用2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷和n-羟甲基丙烯酰胺中的一种或两种。
17.可选的，所述引气剂选用三萜皂苷引气剂。
18.可选的，所述粗骨料选用5-20mm的连续级碎石；所述细骨料选用质量比为1：(1-1.5)的细砂和中砂。
19.第二方面，本技术提供一种抗渗混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种抗渗混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将粗骨料和细骨料混合，然后加入聚丙烯纤维和玻璃纤维，搅拌，得到混合物a；将水泥、粉煤灰、矿渣、疏水改性膨胀石墨和无机纳米硅物质以及引气剂搅拌混合，得到混合物b；在水中加入减水剂和氯化铁防水剂，然后加入混合物a和混合物b，搅拌，制得抗渗混凝土。
20.可选的，在水中加入10-15重量份微纳米气泡水和1-3重量份聚乙烯亚胺后混合，然后再加入减水剂和氯化铁防水剂。
21.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、本技术中疏水改性膨胀石墨的添加可以起到膨胀补偿作用，从而可以切断毛细管的连通状态，提高抗渗性能，其表面进行疏水改性，进一步提高混凝土的抗渗性能；无机纳米硅物质在混凝土中渗透扩散，硅离子与混凝土中的钙离子发生化学反应，生成不溶于水的枝蔓状结构晶体硅酸钙水化物，堵塞混凝土内部的毛细孔道，提高其抗渗性能，而且原料中还添加有魔芋胶，其被带入混凝土结构内部孔隙中，并在孔隙中吸水膨大，有效降低混凝土孔隙率，逐渐形成一个个抗渗区域，进一步显著提升混凝土的抗渗性能；2、本技术中聚丙烯纤维和玻璃纤维的添加可以显著改善混凝土的抗裂性能，从而缓解由于开裂导致混凝土抗渗性能的降低，而且可能是由于玻璃纤维的添加可以与混凝土中水化产物在水环境中发生硅钙反应，形成晶体堵塞孔隙，增加密实度，其与聚丙烯纤维配合相较于其它抗裂纤维，其对于混凝土的抗渗性能得到大幅度提升；3、本技术中微纳米气泡水和聚乙烯亚胺的添加，微纳米气泡中引入二氧化碳气泡，聚乙烯亚胺对于二氧化碳具有一定的吸附固定作用，制得混凝土的密实度和抗渗性能更好。
22.4、本技术中通过聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸辛酯和含氟丙烯酸疏水树脂对膨胀石墨改性，实现对于膨胀石墨的疏水改性，而且掺入了苯基、酯基以及氟元素和碳链链段，显著提升混凝土的抗渗性能。
具体实施方式
23.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明，予以特别说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
24.以下制备例中含氟丙烯酸疏水树脂型号为希亚诺rb-202。
25.以下实施例中，水泥为p.o.42.5级普通硅酸盐水泥，粉煤灰为f类i级粉煤灰，减水剂选用聚羧酸系减水剂，粗骨料选用5-20mm的连续级碎石；细骨料选用机制砂，且为花岗石母岩经机械破碎后得到的细数模度为1.7-2.1的细砂和细数模度为2.2-2.6的中砂；引气剂选用三萜皂苷引气剂。
26.微纳米气泡水是以二氧化碳为曝气源得到，通过微纳米气泡发生器制得，微纳米气泡水中微纳米气泡的直径范围为200-1000nm，气泡浓度为2.0
×
108个/ml。
27.以下制备例为疏水改性膨胀石墨的制备例制备例1一种疏水改性膨胀石墨的制备方法，包括以下步骤：
将40kg膨胀石墨分散在18kg n，n-二甲基甲酰胺中，然后加入10kg聚苯乙烯和12kg聚甲基丙烯酸辛酯，混合，然后加入18kg含氟丙烯酸疏水树脂和3kg交联剂2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷，搅拌，在50℃下反应35min，然后离心洗涤，烘干，研磨过筛后得到800-1000目的疏水改性膨胀石墨。
28.制备例2一种疏水改性膨胀石墨的制备方法，包括以下步骤：将30kg膨胀石墨分散在15kg n，n-二甲基甲酰胺中，然后加入8kg聚苯乙烯和6kg聚甲基丙烯酸辛酯，混合，然后加入15kg含氟丙烯酸疏水树脂和2kg交联剂2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷，搅拌，在45℃下反应40min，离心洗涤，烘干，研磨过筛后得到800-1000目的疏水改性膨胀石墨。
29.制备例3一种疏水改性膨胀石墨的制备方法，包括以下步骤：将45kg膨胀石墨分散在22kg n，n-二甲基甲酰胺中，然后加入12kg聚苯乙烯和15kg聚甲基丙烯酸辛酯，混合，然后加入20kg含氟丙烯酸疏水树脂和4kg交联剂2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷，搅拌，在55℃下反应30min，离心洗涤，烘干，研磨过筛后得到800-1000目的疏水改性膨胀石墨。
30.对比制备例1一种疏水改性膨胀石墨的制备方法，按照制备例1中的方法进行，不同之处在于，原料中未添加含氟丙烯酸疏水树脂。
31.对比制备例2一种疏水改性膨胀石墨的制备方法，按照制备例1中的方法进行，不同之处在于，将含氟丙烯酸疏水树脂等量替换为双酚a型环氧树脂e44。
32.对比制备例3一种疏水改性膨胀石墨的制备方法，按照制备例1中的方法进行，不同之处在于，将聚苯乙烯等量替换为聚甲基丙烯酸辛酯。
33.对比制备例4一种疏水改性膨胀石墨的制备方法，按照制备例1中的方法进行，不同之处在于，将聚甲基丙烯酸辛酯等量替换为聚苯乙烯。
34.以下制备例为无机纳米硅物质的制备例制备例4一种无机纳米硅物质的制备方法，包括以下步骤：将20kg粉状水玻璃、8kg硅钙粉以及5kg二氧化硅超微粉干法球磨30min后，与6kg聚丙烯酰胺和7kg魔芋胶以及18kg正硅酸酯混合，得到初混合物，然后在350℃下焙烧35min，研磨，得到无机纳米硅物质。
35.制备例5一种无机纳米硅物质的制备方法，包括以下步骤：将18kg粉状水玻璃、5kg硅钙粉以及3kg二氧化硅超微粉干法球磨15min后，与4kg聚丙烯酰胺和5kg魔芋胶以及15kg正硅酸酯混合，得到初混合物，然后在320℃下焙烧40min，得到无机纳米硅物质。
36.制备例6一种无机纳米硅物质的制备方法，包括以下步骤：将25kg粉状水玻璃、10kg硅钙粉以及8kg二氧化硅超微粉干法球磨40min后，与8kg聚丙烯酰胺和8kg魔芋胶以及20kg正硅酸酯混合，得到初混合物，然后在380℃下焙烧30min，得到无机纳米硅物质。
37.对比制备例5一种无机纳米硅物质的制备方法，按照制备例4中的方法进行，不同之处在于，原料中未添加魔芋胶。
38.对比制备例6一种无机纳米硅物质的制备方法，按照制备例4中的方法进行，不同之处在于，原料中未添加聚丙烯酰胺。
39.对比制备例7一种无机纳米硅物质的制备方法，按照制备例4中的方法进行，不同之处在于，原料中未添加正硅酸酯。实施例
40.实施例1一种抗渗混凝土的制备方法，包括以下步骤：s1、将480kg粗骨料和620kg细骨料混合，然后加入30kg聚丙烯纤维和40kg玻璃纤维，搅拌，得到混合物a；其中，细骨料选用质量比为1：1.2的细砂和中砂，细砂细数模度为1.7-2.1，中砂细数模度为2.2-2.6；s2、将300kg水泥、90kg粉煤灰、130kg矿渣、30kg制备例1中制得的疏水改性膨胀石墨和30kg制备例4中制得的无机纳米硅物质以及4kg引气剂搅拌混合，得到混合物b；s3、在90kg水中加入5kg减水剂和10kg氯化铁防水剂，然后加入混合物a和混合物b，搅拌，制得抗渗混凝土。
41.实施例2一种抗渗混凝土的制备方法，包括以下步骤：s1、将400kg粗骨料和600kg细骨料混合，然后加入25kg聚丙烯纤维和30kg玻璃纤维，搅拌，得到混合物a；其中，细骨料选用质量比为1：1的细砂和中砂，细砂细数模度为1.7-2.1，中砂细数模度为2.2-2.6；s2、将280kg水泥、80kg粉煤灰、100kg矿渣、25kg制备例2中制得的疏水改性膨胀石墨和23kg制备例5中制得的无机纳米硅物质以及3kg引气剂搅拌混合，得到混合物b；s3、在80kg水中加入3kg减水剂和8kg氯化铁防水剂，然后加入混合物a和混合物b，搅拌，制得抗渗混凝土。
42.实施例3一种抗渗混凝土的制备方法，包括以下步骤：s1、将550kg粗骨料和650kg细骨料混合，然后加入40kg聚丙烯纤维和50kg玻璃纤维，搅拌，得到混合物a；
其中，细骨料选用质量比为1：1.5的细砂和中砂，细砂细数模度为1.7-2.1，中砂细数模度为2.2-2.6；s2、将350kg水泥、100kg粉煤灰、150kg矿渣、40kg制备例3中制得的疏水改性膨胀石墨和38kg制备例6中制得的无机纳米硅物质以及5kg引气剂搅拌混合，得到混合物b；s3、在100kg水中加入6kg减水剂和15kg氯化铁防水剂，然后加入混合物a和混合物b，搅拌，制得抗渗混凝土。
43.实施例4一种抗渗混凝土的制备方法，按照实施例1中方法进行，不同之处在于，步骤s3中，在100kg水中先加入2kg聚乙烯亚胺和102kg微纳米气泡水，然后再加入减水剂和氯化铁防水剂。
44.实施例5一种抗渗混凝土的制备方法，按照实施例1中方法进行，不同之处在于，步骤s3中，在100kg水中先加入1kg聚乙烯亚胺和10kg微纳米气泡水，然后再加入减水剂和氯化铁防水剂。
45.实施例6一种抗渗混凝土的制备方法，按照实施例1中方法进行，不同之处在于，步骤s3中，在100kg水中先加入3kg聚乙烯亚胺和15kg微纳米气泡水，然后再加入减水剂和氯化铁防水剂。
46.实施例7-10一种抗渗混凝土的制备方法，按照实施例1中方法进行，不同之处在于，疏水改性膨胀石墨分别选用对比制备例1-4中制得的疏水改性膨胀石墨。
47.对比例1一种抗渗混凝土的制备方法，按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，将无机纳米硅物质等量替换为粒径为12
±
2nm的纳米二氧化硅。
48.对比例2-4一种抗渗混凝土的制备方法，按照实施例1中方法进行，不同之处在于，步骤s2中无机纳米硅物质分别选用对比制备例5-7中制得的无机纳米硅物质。
49.对比例5一种抗渗混凝土的制备方法，按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，将疏水改性膨胀石墨等量替换为膨胀石墨。
50.对比例6一种抗渗混凝土的制备方法，按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，将玻璃纤维等量替换为钢纤维。
51.性能检测对本技术实施例和对比例中制得的混凝土按照gb/t50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的渗水高度法对养护28d后的混凝土进行抗渗性能检测，检测结果如下表1所示：表1：
结合上表1中实施例1与实施例4的检测结果，明显看出混凝土原料中加入聚乙烯亚胺和微纳米气泡水的时候可以显著提高混凝土的抗渗性能；再结合实施例1与实施例7的检测结果，可以看出，疏水改性膨胀石墨原料中未添加含氟丙烯酸疏水树脂的时候，其抗渗性能显著降低，再结合实施例8的检测结果，将含氟丙烯酸疏水树脂等量替换为其它疏水树脂时，其抗渗性能较差，氟元素的引入可以显著提高混凝土的抗渗性能。
52.再结合实施例9与实施例10的检测结果，疏水改性膨胀石墨原料中只添加有聚甲基丙烯酸辛酯或聚苯乙烯的时候，其疏水性能远差于两者共同添加，可能是由于两者在交联剂的作用下形成疏水网络结构，混凝土抗渗性能显著增强。
53.再参照实施例1与对比例1的检测结果，可以看到，将无机纳米硅物质等量替换为纳米二氧化硅的时候，抗渗性能显著降低，再结合对比例2-4的检测结果，对比例2中的无机纳米硅物质未添加魔芋胶，抗渗性能差，对比例3和4中未添加聚丙烯酰胺和正硅酸酯的时候，其抗渗性能也较差；再结合实施例1与对比例5的检测结果，将疏水改性膨胀石墨等量替换为膨胀石墨的时候，抗渗性能大幅度降低，再结合对比例6的检测结果，将玻璃纤维等量替换为其它抗裂纤维的时候，其抗渗性能差。
54.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。