一种固定粒径的聚脲粉混凝土及其配置方法

本发明涉及建筑材料领域，具体为一种固定粒径的聚脲粉混凝土及其配置方法。

背景技术：

1、混凝土材料以其骨料取材方便、生产工艺简单、造价低廉以及优异的力学性能如抗压强度高、耐久性良好、耐腐蚀等优点，广泛应用于建筑工程中，也是目前世界上研究最多、应用最广的主要土木工程材料之一。随着经济的高速发展和社会需求的进一步增大，应用于严酷条件下的各种重大混凝土结构的建造不断增加，以及现在工程结构向大跨、高耸、形式新颖等方面发展，都对混凝土性能的要求越发苛刻，普通混凝土已无法满足当今工程建设的需求；其中，混凝土的抗压强度差和防水性能差是其最大的弊端，且无法通过材质进行改良。

2、聚脲粉凭借其韧性高、抗冲击性能强等优势正受到许多科研人员的关注，进行了一系列的试验研究。但都因聚脲粉加入以后，导致混凝土的抗压强度低、防水性等问题处于搁置状态，被用于一些非承重结构中。究其原因主要是因为聚脲加入后与水泥浆体之间的粘结较差。

3、因此，亟需配置一种固定粒径的聚脲粉混凝土来解决上述问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种固定粒径的聚脲粉混凝土，按质量份数计，包括：水泥100份、细骨料介孔硫酸钙132～146份、粗骨料283～285份、聚脲粉5.8～6份、水50份；所述聚脲粉采用亚苯基-1,4-二异氰酸酯、3-氨基丙基三甲氧基硅烷混合反应制得；所述细骨料采用介孔硫酸钙粉末。

2、进一步的，所述细骨料介孔硫酸钙的累计筛余百分率分别为4.75：2.36：1.18：0.60：0.30：0.15＝0％：10％：20％：50％：80％：100％。

3、进一步的，所述聚脲粉的采用多种粒径的聚脲粉；所述聚脲粉的粒径范围包括0～0.3mm、0.3～0.6mm、0.6～1.18mm、1.18～2.36mm以及2.36～4.75mm。

4、进一步的，所述水泥采用铝酸钙水泥。

5、进一步的，所述粗骨料采用粒径不大于20mm的碎石。

6、本发明还提供了一种固定粒径的聚脲粉混凝土的配置方法，包括以下步骤：

7、(1)将5.8～6份聚脲粉与氢氧化钠溶液按质量比1：10～1：30混合，以80～120r/min搅拌50～70min，过滤后，用自来水清洗至ph为6.8～7.2，随后在室温下通风晾干备用，得到预处理的聚脲粉；

8、(2)将132～146质量份细骨料介孔硫酸钙按照以下粒径0～0.3mm、0.3～0.6mm、0.6～1.18mm、1.18～2.36mm以及2.36～4.75mm进行筛分划区备用；

9、(3)将步骤(1)制备的预处理的聚脲粉按照以下粒径0～0.3mm、0.3～0.6mm、0.6～1.18mm、1.18～2.36mm以及2.36～4.75mm进行筛分划区，并与对应粒径的步骤(2)筛分的细骨料介孔硫酸钙进行分别混合，升温至120～140℃，以80～120r/min搅拌50～70min，得到不同粒径的聚脲粉细骨料介孔硫酸钙混合料；

10、(4)按量称取100份水泥与步骤(3)制备的聚脲粉细骨料介孔硫酸钙混合料混合后，以60～100r/min搅拌20～40min，随后依次加入283～285质量份粗骨料、50质量份水，继续搅拌30～50min，随后放入模具中以12000～19000次/min振捣5～7次，每次振捣20～30s，得到聚脲粉混凝土。

11、进一步的，步骤(1)所述氢氧化钠的浓度为1mol/l。

12、进一步的，步骤(1)所述聚脲粉的制备方法如下：将亚苯基-1,4-二异氰酸酯溶于其质量0.6～0.8倍的甲苯中混合，以400～600r/min搅拌30～50min，随后加入亚苯基-1,4-二异氰酸酯质量0.02～0.04倍的异辛酸钾，室温下继续搅拌4～6min，加热至66～70℃，继续搅拌7～9h，随后加入亚苯基-1,4-二异氰酸酯质量2.2～2.4倍的3-氨基丙基三甲氧基硅烷聚合物，继续搅拌7～9h，过滤，在40～60℃下烘12～14h，破碎、研磨，过筛得到聚脲粉。

13、进一步的，所述3-氨基丙基三甲氧基硅烷聚合物的制备方法如下：室温下，将3-氨基丙基三甲氧基硅烷溶解于其质量2.8～3.2倍的无水乙醇中，以600～800r/min搅拌15～20min，加入3-氨基丙基三甲氧基硅烷质量0.8～1.2倍的抑制剂冰乙酸，继续转速800～1000r/min搅拌15～20min，制得溶液a；另外3-氨基丙基三甲氧基硅烷质量1.4～1.5倍的无水乙醇和3-氨基丙基三甲氧基硅烷质量0.12～0.13倍的去离子水混合均匀后制得b溶液；把溶液a放在1200～1500r/min转速的磁力搅拌器上搅拌，b溶液以40滴/min的滴定速度滴加进a溶液中，滴加溶液b的质量为溶液a质量的0.8～1.2倍，滴加完毕后继续搅拌10min，得到3-氨基丙基三甲氧基硅烷聚合物。

14、进一步的，所述过筛的孔径分别在0～0.3mm、0.3～0.6mm、0.6～1.18mm、1.18～2.36mm以及2.36～4.75mm。

15、进一步的，所述聚脲粉的累计筛余百分率分别为4.75：2.36：1.18：0.60：0.30：0.15＝0％：8％：32％：56％：84％：100％。

16、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

17、本发明配置的固定粒径的聚脲粉混凝土，按质量份数计包括水泥100份、细骨料介孔硫酸钙132～146份、粗骨料283～285份、聚脲粉5.8～6份、水50份；其中，所述聚脲粉采用亚苯基-1,4-二异氰酸酯、3-氨基丙基三甲氧基硅烷混合反应后、破碎、研磨、过筛制得；所述细骨料采用介孔硫酸钙粉末；所述水泥采用铝酸钙水泥；本发明配置的固定粒径的聚脲粉混凝土的抗压强度较强、防水性较好。

18、亚苯基-1,4-二异氰酸酯自聚合，形成异氰酸酯三聚体，3-氨基丙基三甲氧基硅烷聚合，形成3-氨基丙基三甲氧基硅烷聚合物，异氰酸酯三聚体的异氰酸酯和3-氨基丙基三甲氧基硅烷聚合物的氨基反应，形成超支化结构的聚脲，增强了固定粒径的聚脲粉混凝土的抗压强度；随后不同粒径的聚脲粉和取代细骨料颗粒级配中的某一区段，从而保证取代前后细骨料级配的连续性，提高聚脲粉内部的孔径分布均匀，减小聚脲粉混凝土收缩，进一步增强了聚脲粉混凝土的抗压强度，后续搅拌时，部分聚脲粉熔融穿入介孔硫酸钙的孔道，与介孔硫酸钙形成聚脲介孔硫酸钙互穿网络结构，进一步增强了聚脲粉混凝土的抗压强度；介孔硫酸钙与水泥中的铝酸钙、水相互结合，形成水化硫铝酸钙针状晶体，形成保护膜，阻碍水分进入水泥颗粒内部，进而达到防水的效果，增强了聚脲粉混凝土的防水性能。

技术特征：

1.一种固定粒径的聚脲粉混凝土，其特征在于，按质量份数计，包括：水泥100份、细骨料介孔硫酸钙132～146份、粗骨料283～285份、聚脲粉5.8～6份、水50份；所述聚脲粉采用亚苯基-1,4-二异氰酸酯、3-氨基丙基三甲氧基硅烷混合反应制得；所述细骨料采用介孔硫酸钙粉末。

2.根据权利要求1所述的一种固定粒径的聚脲粉混凝土，其特征在于，所述聚脲粉的采用多种粒径的聚脲粉；所述聚脲粉的粒径范围包括0～0.3mm、0.3～0.6mm、0.6～1.18mm、1.18～2.36mm以及2.36～4.75mm。

3.根据权利要求1所述的一种固定粒径的聚脲粉混凝土，其特征在于，所述水泥采用铝酸钙水泥。

4.根据权利要求1所述的一种固定粒径的聚脲粉混凝土，其特征在于，所述粗骨料采用粒径不大于20mm的碎石。

5.一种固定粒径的聚脲粉混凝土的配置方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种固定粒径的聚脲粉混凝土的配置方法，其特征在于，步骤(1)所述氢氧化钠的浓度为1mol/l。

7.根据权利要求5所述的一种固定粒径的聚脲粉混凝土的配置方法，其特征在于，采用亚苯基-1,4-二异氰酸酯、3-氨基丙基三甲氧基硅烷混合反应制得，制备方法如下：将亚苯基-1,4-二异氰酸酯溶于其质量0.6～0.8倍的甲苯混合，以400～600r/min搅拌30～50min，随后加入亚苯基-1,4-二异氰酸酯质量0.02～0.04倍的异辛酸钾，室温下继续搅拌4～6min，加热至66～70℃，继续搅拌7～9h，随后加入亚苯基-1,4-二异氰酸酯质量2.2～2.4倍的3-氨基丙基三甲氧基硅烷聚合物，继续搅拌7～9h，过滤，在40～60℃下烘12～14h，破碎、研磨，过筛得到聚脲粉。

8.根据权利要求7所述的一种固定粒径的聚脲粉混凝土的配置方法，其特征在于，所述3-氨基丙基三甲氧基硅烷聚合物的制备方法如下：室温下，将3-氨基丙基三甲氧基硅烷溶解于其质量2.8～3.2倍的无水乙醇中，以600～800r/min搅拌15～20min，加入3-氨基丙基三甲氧基硅烷质量0.8～1.2倍的抑制剂冰乙酸，继续转速800～1000r/min搅拌15～20min，制得溶液a；另外3-氨基丙基三甲氧基硅烷质量1.4～1.5倍的无水乙醇和3-氨基丙基三甲氧基硅烷质量0.12～0.13倍的去离子水混合均匀后制得b溶液；把溶液a放在1200～1500r/min转速的磁力搅拌器上搅拌，b溶液以40滴/min的滴定速度滴加进a溶液中，滴加溶液b的质量为溶液a质量的0.8～1.2倍，滴加完毕后继续搅拌10min，得到3-氨基丙基三甲氧基硅烷聚合物。

9.根据权利要求7所述的一种固定粒径的聚脲粉混凝土的配置方法，其特征在于，所述过的孔径分别在0～0.3mm、0.3～0.6mm、0.6～1.18mm、1.18～2.36mm以及2.36～4.75mm。

技术总结
本发明公开的一种固定粒径的聚脲粉混凝土及其配置方法，涉及建筑材料领域。本发明配置的固定粒径的聚脲粉混凝土，按质量份数计包括水泥100份、细骨料介孔硫酸钙132～146份、粗骨料283～285份、聚脲粉5.8～6份、水50份；其中，所述聚脲粉采用亚苯基‑1,4‑二异氰酸酯、3‑氨基丙基三甲氧基硅烷混合聚合反应后、破碎、研磨、过筛制得；所述细骨料采用介孔硫酸钙粉末；所述水泥采用铝酸钙水泥；本发明配置的固定粒径的聚脲粉混凝土的抗压强度较强、防水性较好。

技术研发人员：陈玉,邓妍池,邱爽,冯晓伟,郭辉
受保护的技术使用者：西南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15