一种高韧防开裂自修复混凝土及其制备方法与流程

1.6h，得到改性液；
12.进一步地，氯丙基三乙氧基硅烷、亚氨基二乙酸和三乙胺的用量比为0.1mol：0.12-0.14mol：8-10ml，三乙胺为缚酸剂，促进氯丙基三乙氧基硅烷和亚氨基二乙酸取代反应，同时抑制氯丙基三乙氧基硅烷水解交联。
13.步骤a3：将预处理纤维和改性液混合，加入盐酸调节ph值为3-4，超声分散处理10-15min，再于室温下搅拌水解40-60min，之后加入氢氧化钙调节至中性，静置浸泡24h，去除上清液，取底层沉淀清洗干燥，得到改性抗裂纤维；
14.进一步地，预处理纤维和改性液的固液质量比为1：7-10，改性液中乙氧基硅烷结构在酸性下水解，氢氧化钙调节为中性，水解得到的硅醇结构与玄武岩纤维表面的活化基团偶联，同时氢氧化钙和乙酸结构反应，向纤维表面引入乙酸钙结构包覆。
15.一种高韧防开裂自修复混凝土的制备方法，具体操作为：将硫酸铝盐水泥、改性抗裂纤维和超微填料预混，再加入普通硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料和减水剂干拌，最后加水拌合，得到高韧防开裂自修复混凝土。
16.进一步地，粗骨料选自5-10mm的连续级配机制碎石。
17.进一步地，细骨料选自1-5mm的连续级配天然河砂。
18.进一步地，减水剂选自聚羧酸类减水剂。
19.本发明的有益效果：
20.本发明在混凝土中掺杂一种改性抗裂纤维，其以短切纱状的玄武岩纤维为基体，通过硝酸溶液刻蚀、活化，提高表面粗糙度和含氧基团含量，以氯丙基三乙氧基硅烷和亚氨基二乙酸取代反应，制成具有乙氧基硅烷和支状羧基结构的改性成分，其在酸性条件下水解，通过氢氧化钙调节为碱性，将改性成分与预处理纤维偶联，同时在纤维表面形成乙酸钙结构包覆；在混凝土浇筑前期，改性抗裂纤维表面的乙酸钙结构可以富集混凝土中的钙离子，充分进行水化反应，在改性抗裂纤维近层优先形成致密的水化层，一方面对玄武岩纤维进行防护，另一方面该水化层作为缓冲过渡层，将纤维与混凝土中基体呈韧性结合，对阻碍混凝土早期裂纹起到重要作用；另外，在混凝土受到外界作用力发生开裂时，裂纹的根部位于纤维和混凝土基体交界处，使得乙酸钙结构与外界空气、水分接触，其吸潮后水解产生氢氧化钙，进行二次水化，对裂纹进行修复，阻碍裂纹的侵蚀扩展，具有良好的自修复特性；此外，本发明在混凝土中掺杂少量的硫酸铝盐水泥和超微填料，其中，硫酸铝盐水泥水化速度快，促进改性抗裂纤维近层快速形成水化凝胶骨架，超微填料活性高、粒度小，更易于填充到初期水化凝胶中，强化改性抗裂纤维近层的水化层，提高纤维与混凝土基体的结合强度，充分发挥纤维的抗裂作用。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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。
22.实施例1
23.本实施例制备高韧防开裂自修复混凝土，具体实施过程如下：
24.1)制备改性抗裂纤维
25.1.1、取短切玄武岩纤维，选自玄武岩纤维短切纱，由浙江石金玄武岩纤维股份有限公司提供，型号为bfcs-15-12，单纤直径为15μm，长度为12mm，配制质量分数为8％的硝酸溶液，将短切玄武岩纤维和硝酸溶液按照固液质量比为1：6混合，室温下静置活化12h，撇除上清液，取底层过滤、沥干，制得预处理纤维。
26.1.2、取亚氨基二乙酸投料，加入去离子水搅拌至完全溶解，再加入少量三乙胺混匀，水浴控制温度为45℃，施加180rpm机械搅拌，在20min内缓慢加入氯丙基三乙氧基硅烷，全部加入后继续恒温搅拌反应，控制总加入反应时间为1.2h，反应中，氯丙基三乙氧基硅烷、亚氨基二乙酸和三乙胺的用量比为0.1mol：0.14mol：10ml，即制得改性液。
27.1.3、取预处理纤维和改性液按照固液比为1：10混合，加入盐酸调节混合液的ph值为3，以40khz超声分散10min，之后施加240rpm搅拌水解40min，再向水解液中加入氢氧化钙调节至中性，静置浸泡24h，撇除上清液，取底层沉淀用水清洗、干燥，制得改性抗裂纤维。
28.2)配制混凝土
29.2.1、按照重量份配比取如下原料：
30.普通硅酸盐水泥120份，选自p.o42.5硅酸盐水泥，由安徽海螺水泥股份有限公司提供；
31.硫酸铝盐水泥45份，型号为sk-001a，由无锡市江淮建材科技有限公司提供；
32.粗骨料280份，选自连续级配机制碎石，具体级配参数如表1所示：
33.表1
34.筛孔尺寸/mm9.509.008.357.506.305.25累计筛余/％0.153.716.534.282.596.0
35.细骨料220份，选自连续级配天然河砂，具体级配参数如表1所示：
36.表2
37.筛孔尺寸/mm4.752.361.180.60.30.15累计筛余/％1.112.525.052.483.798.2
38.超微填料18份，由粉煤灰和硅灰按照质量比为3:1混合而成，细度不低于325目，其中，粉煤灰由河北邢台发电有限公司提供，硅灰由四川郎天资源综合利用有限公司提供；
39.改性抗裂纤维12份，本实施例制备；
40.减水剂2.3份，选自聚羧酸高效减水剂，型号为556p，由上海亨创化工有限公司提供；
41.水55份；
42.以下实施例中采用的原料与如上原料均属于同一批次。
43.2.2、将硫酸铝盐水泥、改性抗裂纤维和超微填料投料，以80rpm干混15min，再加入普通硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料和减水剂干拌混合5min，最后加水以50rpm拌合10min，制得高韧防开裂自修复混凝土。
44.实施例2
45.本实施例制备高韧防开裂自修复混凝土，具体实施过程如下：
46.1)制备改性抗裂纤维
47.1.1、取短切玄武岩纤维，选自玄武岩纤维短切纱，由浙江石金玄武岩纤维股份有
限公司提供，型号为bfcs-15-12，单纤直径为15μm，长度为12mm，配制质量分数为10％的硝酸溶液，将短切玄武岩纤维和硝酸溶液按照固液质量比为1：5混合，室温下静置活化12h，撇除上清液，取底层过滤、沥干，制得预处理纤维。
48.1.2、取亚氨基二乙酸投料，加入去离子水搅拌至完全溶解，再加入少量三乙胺混匀，水浴控制温度为35℃，施加120rpm机械搅拌，在30min内缓慢加入氯丙基三乙氧基硅烷，全部加入后继续恒温搅拌反应，控制总加入反应时间为1.6h，反应中，氯丙基三乙氧基硅烷、亚氨基二乙酸和三乙胺的用量比为0.1mol：0.13mol：10ml，即制得改性液。
49.1.3、取预处理纤维和改性液按照固液比为1：8混合，加入盐酸调节混合液的ph值为4，以40khz超声分散15min，之后施加240rpm搅拌水解60min，再向水解液中加入氢氧化钙调节至中性，静置浸泡24h，撇除上清液，取底层沉淀用水清洗、干燥，制得改性抗裂纤维。
50.2)配制混凝土
51.2.1、按照重量份配比取如下原料：
52.普通硅酸盐水泥110份；
53.硫酸铝盐水泥55份；
54.粗骨料310份；
55.细骨料190份；
56.超微填料20份；
57.改性抗裂纤维17份，本实施例制备；
58.减水剂1.9份；
59.水60份。
60.2.2、将硫酸铝盐水泥、改性抗裂纤维和超微填料投料，以80rpm干混15min，再加入普通硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料和减水剂干拌混合5min，最后加水以50rpm拌合10min，制得高韧防开裂自修复混凝土。
61.实施例3
62.本实施例制备高韧防开裂自修复混凝土，具体实施过程如下：
63.1)制备改性抗裂纤维
64.1.1、取短切玄武岩纤维，选自玄武岩纤维短切纱，由浙江石金玄武岩纤维股份有限公司提供，型号为bfcs-18-25，单纤直径为18μm，长度为25mm，配制质量分数为12％的硝酸溶液，将短切玄武岩纤维和硝酸溶液按照固液质量比为1：4混合，室温下静置活化12h，撇除上清液，取底层过滤、沥干，制得预处理纤维。
65.1.2、取亚氨基二乙酸投料，加入去离子水搅拌至完全溶解，再加入少量三乙胺混匀，水浴控制温度为40℃，施加120rpm机械搅拌，在30min内缓慢加入氯丙基三乙氧基硅烷，全部加入后继续恒温搅拌反应，控制总加入反应时间为1.5h，反应中，氯丙基三乙氧基硅烷、亚氨基二乙酸和三乙胺的用量比为0.1mol：0.12mol：8ml，即制得改性液。
66.1.3、取预处理纤维和改性液按照固液比为1：7混合，加入盐酸调节混合液的ph值为3，以40khz超声分散12min，之后施加240rpm搅拌水解50min，再向水解液中加入氢氧化钙调节至中性，静置浸泡24h，撇除上清液，取底层沉淀用水清洗、干燥，制得改性抗裂纤维。
67.2)配制混凝土
68.2.1、按照重量份配比取如下原料：
69.普通硅酸盐水泥150份；
70.硫酸铝盐水泥40份；
71.粗骨料260份；
72.细骨料180份；
73.超微填料15份；
74.改性抗裂纤维14份，本实施例制备；
75.减水剂2.2份；
76.水50份。
77.2.2、将硫酸铝盐水泥、改性抗裂纤维和超微填料投料，以80rpm干混20min，再加入普通硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料和减水剂干拌混合5min，最后加水以50rpm拌合10min，制得高韧防开裂自修复混凝土。
78.实施例4
79.本实施例制备高韧防开裂自修复混凝土，具体实施过程如下：
80.1)制备改性抗裂纤维
81.1.1、取短切玄武岩纤维，选自玄武岩纤维短切纱，由浙江石金玄武岩纤维股份有限公司提供，型号为bfcs-18-25，单纤直径为18μm，长度为25mm，配制质量分数为10％的硝酸溶液，将短切玄武岩纤维和硝酸溶液按照固液质量比为1：6混合，室温下静置活化12h，撇除上清液，取底层过滤、沥干，制得预处理纤维。
82.1.2、取亚氨基二乙酸投料，加入去离子水搅拌至完全溶解，再加入少量三乙胺混匀，水浴控制温度为45℃，施加180rpm机械搅拌，在30min内缓慢加入氯丙基三乙氧基硅烷，全部加入后继续恒温搅拌反应，控制总加入反应时间为1.4h，反应中，氯丙基三乙氧基硅烷、亚氨基二乙酸和三乙胺的用量比为0.1mol：0.12mol：8ml，即制得改性液。
83.1.3、取预处理纤维和改性液按照固液比为1：7混合，加入盐酸调节混合液的ph值为3.5，以40khz超声分散15min，之后施加240rpm搅拌水解60min，再向水解液中加入氢氧化钙调节至中性，静置浸泡24h，撇除上清液，取底层沉淀用水清洗、干燥，制得改性抗裂纤维。
84.2)配制混凝土
85.2.1、按照重量份配比取如下原料：
86.普通硅酸盐水泥130份；
87.硫酸铝盐水泥50份；
88.粗骨料290份；
89.细骨料240份；
90.超微填料19份；
91.改性抗裂纤维15份，本实施例制备；
92.减水剂2份；
93.水60份。
94.2.2、将硫酸铝盐水泥、改性抗裂纤维和超微填料投料，以80rpm干混20min，再加入普通硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料和减水剂干拌混合5min，最后加水以50rpm拌合10min，制得高韧防开裂自修复混凝土。
95.对比例
96.本对比例与实施例3的实施过程相同，将改性抗裂纤维替换为相同质量份的短切玄武岩纤维，其余操作完全相同。
97.将以上实施例1-实施例4制备的混凝土浇筑到混凝土大板试验试模中，标准养护7d，检测表面裂纹，具体数据如表3所示：
98.表3
[0099][0100][0101]
由表3数据可知，本发明制备的混凝土，早期裂纹数量和裂纹尺寸均低于对比例，表现出优异的早期抗裂性能。
[0102]
将以上实施例1-实施例4制备的混凝土浇筑到边长为150mm的模具中，48h后拆模，标准养护28d，制得试样，对试样以5kn/s匀速加载进行抗压测试，具体测试数据如表4所示：
[0103]
表4
[0104][0105]
由表4数据可知，本发明制备的混凝土，28d标准养护后抗压强度在44.7mpa以上，达到c40混凝土标准，适用于薄型叠合楼板使用，抗压强度略高于直接掺杂玄武岩纤维的对比例。
[0106]
将以上实施例1-实施例4制备的混凝土浇筑到边长为150mm的模具中，48h后拆模，标准养护7d，施加其28d抗压强度的60％，置于恒温室内，控制温度为25℃，湿度为90％，养护90d，再次以5kn/s匀速加载，测试二次抗压强度，具体测试数据如表5所示：
[0107]
表5
[0108][0109]
[0110]
由表5数据可知，在混凝土试样养护7d施加压力破坏，继续养护90d，二次抗压强度恢复至28d养护强度的95％以上，表现出优异的自修复特性。
[0111]
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0112]
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，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。

技术特征：
1.一种高韧防开裂自修复混凝土，其特征在于，按照重量份计包括：普通硅酸盐水泥110-150份、硫酸铝盐水泥40-55份、粗骨料260-310份、细骨料180-240份、超微填料15-20份、改性抗裂纤维12-17份、减水剂1.9-2.3份和水50-60份；所述改性抗裂纤维由以下方法制备：步骤a1：将短切玄武岩纤维和硝酸溶液混合，室温下静置活化12h，之后去除上清液，取底层过滤、沥干，得到预处理纤维；步骤a2：将亚氨基二乙酸溶于去离子水，加入三乙胺混合，温度为35-45℃，搅拌状态缓慢加入氯丙基三乙氧基硅烷，控制氯丙基三乙氧基硅烷总加入反应时间为1.2-1.6h，得到改性液；步骤a3：将预处理纤维和改性液混合，加入盐酸调节ph值为3-4，超声分散处理10-15min，再于室温下搅拌水解40-60min，之后加入氢氧化钙调节至中性，静置浸泡24h，去除上清液，取底层沉淀清洗干燥，得到改性抗裂纤维。2.根据权利要求1所述一种高韧防开裂自修复混凝土，其特征在于，短切玄武岩纤维为玄武岩纤维短切纱，单纤直径为15-18μm，长度为12-25mm。3.根据权利要求1所述一种高韧防开裂自修复混凝土，其特征在于，氯丙基三乙氧基硅烷、亚氨基二乙酸和三乙胺的用量比为0.1mol：0.12-0.14mol：8-10ml。4.根据权利要求3所述一种高韧防开裂自修复混凝土，其特征在于，预处理纤维和改性液的固液质量比为1：7-10。5.根据权利要求1所述一种高韧防开裂自修复混凝土的制备方法，其特征在于，具体操作为：将硫酸铝盐水泥、改性抗裂纤维和超微填料预混，再加入普通硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料和减水剂干拌，最后加水拌合，得到高韧防开裂自修复混凝土。6.根据权利要求5所述一种高韧防开裂自修复混凝土的制备方法，其特征在于，粗骨料为5-10mm的连续级配机制碎石。7.根据权利要求5所述一种高韧防开裂自修复混凝土的制备方法，其特征在于，细骨料为1-5mm的连续级配天然河砂。8.根据权利要求5所述一种高韧防开裂自修复混凝土的制备方法，其特征在于，减水剂为聚羧酸类减水剂。

技术总结
本发明涉及一种高韧防开裂自修复混凝土及其制备方法，属于建筑材料技术领域，主要应用于装配式预制薄型叠合楼板。其包括：普通硅酸盐水泥110-150份、硫酸铝盐水泥40-55份、粗骨料260-310份、细骨料180-240份、超微填料15-20份、改性抗裂纤维12-17份、减水剂1.9-2.3份和水50-60份；改性抗裂纤维以短切纱玄武岩纤维为基体，通过硝酸溶液刻蚀、活化，以氯丙基三乙氧基硅烷和亚氨基二乙酸取代反应制成改性液，通过氢氧化钙处理进行偶联，在纤维表面形成乙酸钙结构包覆，其与硫酸铝盐水泥和超微填料共同作用，在纤维与混凝土基体间形成强化过渡层，提高纤维与混凝土基体的结合强度，充分发挥纤维的抗裂作用。发挥纤维的抗裂作用。


技术研发人员：舒浪平
受保护的技术使用者：舒浪平
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/7/27