一种高黏结性混凝土及其加工工艺的制作方法

1.本发明涉及混凝土技术领域，尤其涉及一种高黏结性混凝土及其加工工艺。


背景技术：

2.高黏结性混凝土是一种新型的混凝土材料，当前已有的技术主要包括硅酸盐胶凝材料，采用硅酸盐胶凝材料作为胶凝剂，添加适量的超细矿物粉和化学掺合剂等，可以提高混凝土的黏结性和强度。高性能混凝土，采用高性能胶凝材料、适量的超细矿物粉和化学掺合剂等，可以提高混凝土的抗压强度、抗裂性和耐久性。自密实混凝土，采用特殊的掺合剂和生产工艺，可以在混凝土内部形成微观气泡，从而提高混凝土的密实性和耐久性。纳米材料增强混凝土，采用纳米材料作为增强剂，可以提高混凝土的强度和耐久性。改性沥青混凝土，采用改性沥青代替传统的水泥作为胶凝剂，可以提高混凝土的黏结性和耐久性。
3.改性沥青混凝土存在黏结性与强度之间的平衡问题，改性沥青混凝土通过添加改性剂提高了黏结性，但在一定程度上也会影响混凝土的强度和耐久性，需要在黏结性和强度之间进行平衡。
4.因此，在制备高黏结性混凝土时，需要综合考虑其优缺点，选择合适的材料和生产工艺，以满足具体应用场景和性能要求。
5.发明授权专利cn111807781b公开了一种高黏结性纤维增强混凝土及其加工工艺，包括以下重量组分：100～120份水泥、4～6份纤维、420～480份集料、35～50份水。该发明通过混凝土中组分和工艺的设置，单一组分、单一工序的作用和多组分、多工序之间的配合，以纤维为主导提高混凝土的强度，以水泥为主要组分对象提高混凝土的黏结性，同时提高混凝土的抗冻、抗渗、抗冲击等性能，适合广泛推广与使用。但是该发明制备的高黏结性纤维增强混凝土存在力学性能差、粘结性不足、抗剥落不理想的缺点。


技术实现要素：

6.有鉴于现有技术中高黏结性混凝土存在力学性能差、粘结性不足、抗剥落不理想的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种高黏结性、力学性能和抗剥落效果好的混凝土及其加工工艺。
7.为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
8.一种高黏结性混凝土，包括如下组份：集料、高炉矿渣粉、石灰、改性填料、改性沥青、增强纤维。
9.优选的，所述高黏结性混凝土，包括如下重量份组份：80～120份集料、15～25份高炉矿渣粉、10～15份石灰、15～25份改性填料、60～100份改性沥青、3～5份增强纤维。
10.所述集料为玄武岩粗集料、玄武岩细集料按照0.5～2：0.5～2混合而成。
11.所述玄武岩粗集料粒径为5～30mm；所述玄武岩细集料粒径为0.5～2mm。
12.所述增强纤维为玄武岩纤维、玻璃纤维、碳纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯酰胺纤维中的至少一种。
13.所述改性沥青的制备方法如下，以重量份计：
14.将15～25份沥青加热至160～180℃，加入质量分数为沥青5～10％的马来酸酐接枝eva颗粒和质量分数为沥青1～3％的矿物油，以1500～3000r/min的剪切速率进行低速剪切溶胀10～30min，再以转速为3000～5000r/min的剪切速率高速剪切40～80min，得到改性沥青。
15.所述改性填料的制备方法如下，以重量份计：
16.s1、将8～12份二乙二醇乙醚在70～90℃、100～300rpm搅拌下，加入0.5～2份三(3-三乙氧基硅基丙基)三聚异氰酸酯，继续搅拌5～20h，得到改性剂；
17.s2、将15～25份硅粉加入到80～120份混合溶液中，在60～80℃下、100～300rpm搅拌5～15min，然后在100～300w下超声5～15min、超声频率为40～100khz，得到分散液，加入8～12份步骤s1制备的改性剂，100～300rpm搅拌反应8～15h，在氮气气流下60～80℃干燥，直到所有溶剂蒸发，得到改性填料。
18.优选的，所述步骤s2中的混合溶液为无水乙醇：水：一水合氨按照重量比4～6：0.5～2：0.5～2配置而成。
19.所述高黏结性混凝土的加工工艺如下：
20.步骤1、按照重量份称取各原料，将玄武岩粗集料、玄武岩细集料、高炉矿渣粉以10～20rpm搅拌混合30～50min，搅拌混合过程中采用25～40℃烘干，得到混合料；
21.步骤2、将步骤1制备的混合料放入拌和缸中，将改性沥青加热至150～180℃，在20～30s内均匀的加入拌和缸中搅拌1～3h，搅拌速度为15～25rpm，得到沥青混合料；
22.步骤3、将步骤2制备的沥青混合料进行预热后和玄武岩纤维一同加入上述拌和缸中，拌和缸内温度维持在150～180℃，进行搅拌，搅拌速度为15～25rpm，时间为20～40min，再加入石灰、改性填料，进行搅拌混合，搅拌速度为20～40rpm，时间为10～30min，控制出料温度为160～170℃，得到高黏结性混凝土。
23.其中普通的硅粉无法在沥青中较好的分散，容易形成结构缺陷，影响混凝土的力学性能，本发明中通过在硅粉表面的接枝聚合物增强了硅粉在沥青中的分散性。并且制备的改性填料通过填料效应，可以产生更致密的基体，填充混凝土的缺陷，具有更高的抗压强度，改性填料也能够与基体反应，并产生更均匀的基体。改善混凝土的结构缺陷。另一方面，混凝土的结构强度取决于集料之间的挤压力和集料与水泥之间的粘结力。本发明通过对从沥青进行改性，主要原理为利用高速剪切机中转子和定子的剪切作用将马来酸酐接枝eva颗粒和矿物油加工成细颗粒均匀分散在沥青中。提高了沥青与集料之间的粘聚力。并且加入的矿物油能促进沥青的硬化，提高抗变形能力。
24.改性填料的加入提高了其强度，但该改性填料也会降低了砂浆的流动性。本发明选择合适的改性填料用量，既能对混凝土的强度产生积极的影响，又能满足流动性要求，能渗透到改性沥青中。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果：
26.1)本发明制备的高黏结性混凝土使用玄武岩粗、细集料和高炉矿渣粉等多种原材料，可以提高混凝土的密实性和耐久性，增强混凝土的抗压强度、抗裂性和耐久性。
27.2)本发明采用改性沥青、改性填料和增强纤维等多种功能剂，可以提高混凝土的黏结性能，增强混凝土的抗剪切和抗压强度。
28.3)本发明的生产工艺简单，采用低温搅拌混合、高温热拌等工艺，生产工艺简单、操作方便，可以降低生产成本。
29.4)本发明制备的高黏结性混凝土适用于各种建筑、交通等领域的混凝土结构，具有广泛的应用前景。
具体实施方式
30.主要物质来源：
31.玄武岩粗集料：粒径：10～20mm。
32.玄武岩细集料：粒径：1～2mm。
33.高炉矿渣粉：灵寿县速达矿产品加工厂，货号：k-02。
34.沥青：安徽铂优新材料有限公司，型号：by-20。
35.马来酸酐接枝eva颗粒：东莞市滔滔塑胶原料有限公司，牌号：30e671。
36.矿物油：济南鑫辉煌化工有限公司，型号：10#。
37.玄武岩纤维：泰安浩达新材料有限公司，长度：5～50mm，直径：13～17μm。
38.硅粉：粒径：1250目。
39.实施例1
40.一种高黏结性混凝土的加工工艺如下：
41.步骤1、将50kg玄武岩粗集料、50kg玄武岩细集料、20kg高炉矿渣粉以15rpm搅拌混合40min，搅拌混合过程中采用30℃烘干，得到混合料；
42.步骤2、将步骤1制备的混合料放入拌和缸中，将80kg改性沥青加热至160℃，在25s内均匀的加入拌和缸中搅拌2h，搅拌速度为20rpm，得到沥青混合料；
43.步骤3、将步骤2制备的沥青混合料进行预热后和4kg玄武岩纤维一同加入上述拌和缸中，拌和缸内温度维持在170℃，进行搅拌，搅拌速度为20rpm，时间为30min，再加入12kg石灰、20kg改性填料，进行搅拌混合，搅拌速度为30rpm，时间为15min，控制出料温度为165℃，得到高黏结性混凝土。
44.所述改性沥青的制备方法如下：
45.将20kg沥青加热至170℃，加入质量分数为沥青8％的马来酸酐接枝eva颗粒和质量分数为沥青2％矿物油，以2000r/min的剪切速率进行低速剪切溶胀20min，再以转速为4000r/min的剪切速率高速剪切60min，得到改性沥青。
46.所述改性填料的制备方法如下：
47.s1、将10kg二乙二醇乙醚在80℃、200rpm搅拌下，加入1kg三(3-三乙氧基硅基丙基)三聚异氰酸酯，继续搅拌12h，得到改性剂；
48.s2、将20kg硅粉加入到100kg混合溶液中，所述混合溶液为无水乙醇：水：一水合氨按照重量比5：1：1配置而成，在70℃下、200rpm搅拌10min，然后在200w下超声10min、超声频率为60khz，得到分散液，加入10kg步骤s1制备的改性剂，200rpm搅拌反应12h，在氮气气流下70℃干燥，直到所有溶剂蒸发，得到改性填料。
49.实施例2
50.一种高黏结性混凝土的制备方法与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述改性沥青替换为等量的沥青。
51.所述改性填料的制备方法与实施例1相同。
52.实施例3
53.一种高黏结性混凝土的制备方法与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述改性填料替换为等量的硅粉。
54.所述改性沥青的制备方法与实施例1相同。
55.对比例1
56.一种高黏结性混凝土的制备方法与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述高黏结性混凝土的制备方法中不添加改性填料。
57.所述改性沥青的制备方法与实施例1相同。
58.测试例1
59.力学性能测试
60.沥青混凝土的轴向抗压强度及抗压应变和轴向压缩变形模量均是通过压缩试验所得。本发明压缩试验对实施例和对比例中每组配合比各做3个试件，试验结果为平均值。试验步骤如下：
61.(1)压缩试件的成型方法是将本发明制备的高黏结性混凝土采用标准马歇尔击实仪来进行击实成型，具体方法为在φ100mm的成型试模中按每50mm进行分层击实，且每层击实35次，待到最后一层击实后，将模具反过来再击实35次即可。压缩试件的尺寸为φ100
×
100mm的圆柱体试件。
62.(2)用卡尺测量试件的尺寸，试件的测量尺寸与设计时指定的尺寸即规定尺寸的误差不能大于1mm，试件的尺寸测量必须精确至0.1mm。
63.(3)试件在常温下放置24h后，再置于试验温度(即22.4℃)的恒温水槽中，恒温时间不小于4h。
64.(4)将恒温至试验温度的试件取出，安装到试验仪上，使试件轴心与底座压板的中心重合。试件安装好之后即可开始试验，应变速率为1.0mm/min(即应变速率1％/min)，待到试件完全破坏则停止试验。试验数据通过采集系统在电脑上进行采集。
65.试件的抗压强度(精确至0.01mpa)、压缩应变计算公式如下：
66.rc＝p/a
67.ε＝δ/h
×
100％
68.式中：
69.rc——抗压强度，mpa；
70.ε——试件最大应力时的应变，％；
71.p——试件受压时的最大荷载，n；
72.a——试件受压面积，mm2；
73.h——试件高度，mm；
74.δ——荷载最大时的垂直变形，mm；
75.测试结果见表1。
76.表1：力学性能测试结果
[0077][0078]
测试例2
[0079]
抗剥落性能测试
[0080]
车辙板试件成型：将本发明制备的高黏结性混凝土，利用轮碾法成型标准尺寸为300mm
×
300mm
×
50mm的车辙板，保证车辙板试件表面平整；
[0081]
水浴预处理：将成型好的车辙板室温养生至少12h后，进行水浴预处理，其中水浴时间采用24h，水浴温度分别为20℃；
[0082]
高温轮碾：将经过不同水浴预处理的车辙板试件放置于车辙试验机中，设置温度为60℃、轮载压强为0.8mpa，轮碾试验时间为60min。
[0083]
钻取芯样：用钻芯机钻取高温轮辙试验后轮迹带下的芯样，每一个车辙板试件钻取两个芯样，芯样直径为100mm；
[0084]
飞散试验：称取钻取的芯样质量m0，将芯样放置于飞散试验磨耗机中进行飞散试验，试验过程中进行500转后记录质量m1，并根据以下公式计算集料剥落质量损失：
[0085]
δs＝(m
0-m1)/m0×
100％
[0086]
式中：δs—沥青混凝土的质量损失(％)；
[0087]
m0—试验前沥青混凝土试件的质量(g)；
[0088]
m1—试验转数为500转后沥青混凝土试件的质量(g)。
[0089]
每组测试三次，取平均值，测试结果见表2。
[0090]
表2：抗剥落性能测试结果
[0091]
试验方案质量损失(％)实施例112.5实施例214.6实施例314.4对比例116.4
[0092]
从测试例1～2的测试结果可以看出，实施例1的力学和抗剥落性能最好，可能原因在于本发明实施例1中将玄武岩粗集料、玄武岩细集料、高炉矿渣粉搅拌混合，烘干，得到混合料；加入改性沥青加热至160℃，搅拌得到沥青混合料；加入玄武岩纤维，温度维持在170℃，进行搅拌，再加入石灰、改性填料进行搅拌混合，得到高黏结性混凝土。所述改性沥青是将沥青加热，再加入马来酸酐接枝eva颗粒和矿物油，低速剪切溶胀，再高速剪切，得到改性沥青。所述改性填料是将二乙二醇乙醚在高温搅拌下，加入三(3-三乙氧基硅基丙基)三聚
异氰酸酯，继续搅拌得到改性剂；将硅粉加入到混合溶液中，所述混合溶液为无水乙醇：水：一水合氨配置而成，搅拌，然后超声，得到分散液，加入改性剂，搅拌反应，干燥，直到所有溶剂蒸发，得到改性填料。
[0093]
其中普通的硅粉无法在沥青中较好的分散，容易形成结构缺陷，影响混凝土的力学性能，本发明中通过在硅粉表面的接枝聚合物增强了硅粉在沥青中的分散性。并且制备的改性填料通过填料效应，可以产生更致密的基体，填充混凝土的缺陷，具有更高的抗压强度，改性填料也能够与基体反应，并产生更均匀的基体。改善混凝土的结构缺陷。另一方面，混凝土的结构强度取决于集料之间的挤压力和集料与水泥之间的粘结力。本发明通过对从沥青进行改性，主要原理为利用高速剪切机中转子和定子的剪切作用将马来酸酐接枝eva颗粒和矿物油加工成细颗粒均匀分散在沥青中。提高了沥青与集料之间的粘聚力。并且加入的矿物油能促进沥青的硬化，提高抗变形能力。
[0094]
改性填料的加入提高了其强度，但该改性填料也会降低了砂浆的流动性。本发明选择合适的改性填料用量，既能对混凝土的强度产生积极的影响，又能满足流动性要求，能渗透到改性沥青中。

技术特征：
1.一种高黏结性混凝土，其特征在于，包括如下组份：集料、高炉矿渣粉、石灰、改性填料、改性沥青、增强纤维。2.如权利要求1所述的一种高黏结性混凝土，其特征在于，所述高黏结性混凝土，包括如下重量份组份：80～120份集料、15～25份高炉矿渣粉、10～15份石灰、15～25份改性填料、60～100份改性沥青、3～5份增强纤维。3.如权利要求1或2所述的一种高黏结性混凝土，其特征在于，所述集料为玄武岩粗集料、玄武岩细集料按照0.5～2：0.5～2混合而成。4.如权利要求3所述的一种高黏结性混凝土，其特征在于，所述玄武岩粗集料粒径为5～30mm；所述玄武岩细集料粒径为0.5～2mm。5.如权利要求1或2所述的一种高黏结性混凝土，其特征在于，所述增强纤维为玄武岩纤维、玻璃纤维、碳纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯酰胺纤维中的至少一种。6.如权利要求1或2所述的一种高黏结性混凝土，其特征在于，所述改性沥青的制备方法如下，以重量份计：将15～25份沥青加热至160～180℃，加入质量分数为沥青5～10％的马来酸酐接枝eva颗粒和质量分数为沥青1～3％的矿物油，以1500～3000r/min的剪切速率进行低速剪切溶胀10～30min，再以转速为3000～5000r/min的剪切速率高速剪切40～80min，得到改性沥青。7.如权利要求1或2所述的一种高黏结性混凝土，其特征在于，所述改性填料的制备方法如下，以重量份计：s1、将8～12份二乙二醇乙醚在70～90℃、100～300rpm搅拌下，加入0.5～2份三(3-三乙氧基硅基丙基)三聚异氰酸酯，继续搅拌5～20h，得到改性剂；s2、将15～25份硅粉加入到80～120份混合溶液中，在60～80℃下、100～300rpm搅拌5～15min，然后在100～300w下超声5～15min、超声频率为40～100khz，得到分散液，加入8～12份步骤s1制备的改性剂，100～300rpm搅拌反应8～15h，在氮气气流下60～80℃干燥，直到所有溶剂蒸发，得到改性填料。8.如权利要求7所述的一种高黏结性混凝土，其特征在于，所述步骤s2中的混合溶液为无水乙醇：水：一水合氨按照重量比4～6：0.5～2：0.5～2配置而成。9.一种如权利要求1～8任一项所述高黏结性混凝土的加工工艺，其特征在于，加工步骤如下：步骤1、按照重量份称取各原料，将玄武岩粗集料、玄武岩细集料、高炉矿渣粉以10～20rpm搅拌混合30～50min，搅拌混合过程中采用25～40℃烘干，得到混合料；步骤2、将步骤1制备的混合料放入拌和缸中，将改性沥青加热至150～180℃，在20～30s内均匀的加入拌和缸中搅拌1～3h，搅拌速度为15～25rpm，得到沥青混合料；步骤3、将步骤2制备的沥青混合料进行预热后和玄武岩纤维一同加入上述拌和缸中，拌和缸内温度维持在150～180℃，进行搅拌，搅拌速度为15～25rpm，时间为20～40min，再加入石灰、改性填料，进行搅拌混合，搅拌速度为20～40rpm，时间为10～30min，控制出料温度为160～170℃，得到高黏结性混凝土。

技术总结
本发明公开了一种高黏结性混凝土及其加工工艺，包括如下组份：集料、高炉矿渣粉、石灰、改性填料、改性沥青、增强纤维。与现有技术相比，本发明制备的高黏结性混凝土提高了混凝土的密实性和耐久性，增强混凝土的抗压强度、抗裂性和耐久性，加工工艺简单、操作方便，可以降低生产成本，适用于各种建筑、交通等领域的混凝土结构，具有广泛的应用前景。具有广泛的应用前景。


技术研发人员：黄海炯 张信锋 章印 黄春 肖树祥 魏斌
受保护的技术使用者：江西天和建设有限公司
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/10/15