本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种环氧复合二元水泥基体系弹性混凝土及其制备方法。
背景技术：
混凝土是由胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料。胶凝材料通常为水泥，骨料为砂、石，再与水按一定比例配合，经搅拌获得。混凝土作为一种非常重要的建筑材料，被广泛应用于土木工程。
随着混凝土材料的不断发展，钢筋混凝土和预应力混凝土取得了长足的进步，但是作为建筑材料，混凝土在基础设施建设时仍存在着一些固有的缺陷，如抗拉强度低（一般仅为抗压强度的1/10左右）、韧性差等缺点。当其应用于山区桥梁桥墩、水利大坝迎流面、桥梁伸缩缝等对混凝土抗冲刷（抗冲击）性能要求比较高的结构物时，其通常服役一两年后普遍出现钢筋保护层混凝土冲磨脱落、钢筋的外露、裂缝、崩碎、结构物的承载力下降等病害，甚至会造成结构倒塌的现象，造成巨大的安全隐患和较高的维修成本，从而限制了诸多传统混凝土材料在修补加固领域中的应用。因此，亟需提供一种高弹性抗冲击、粘结强度高的混凝土以应用于复杂环境下的建筑物施工及修补加固工程。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种高弹性、高韧性、耐久性好、粘结强度高的环氧复合二元水泥基体系弹性混凝土及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种环氧复合二元水泥基体系弹性混凝土，各组分及其含量包括：硅酸盐水泥600-700kg/m3，硫铝酸盐水泥300-350kg/m3，纳米微珠100-130kg/m3，填料1000-1200kg/m3，碳酸锂2-4kg/m3，减水剂粉剂2-3kg/m3，纤维素2-3kg/m3，硼酸2-4kg/m3，钢纤维60-80kg/m3，塑性膨胀剂3-4kg/m3，聚丙烯纤维30kg/m3，乳化环氧树脂176-186kg/m3，固化剂88-93kg/m3。
本发明中采用二元水泥基体系（即r.sac和p.o的复合体系）作为弹性混凝土的刚性结构主体，r.sac水泥提供早期水化反应，使混凝土快速固化形成抗压强度，p.o水泥提供后期强度，使抗压强度随时间的推移而增大，r.sac水泥凝固后会产生一定的膨胀应力，该部分膨胀应力可抵消p.o水泥的收缩，减少混凝土开裂的风险；且采用r.sac和p.o复合的二元体系结构不仅提高了混凝土耐酸碱能力，还减少了内部钢筋的腐蚀。
本发明还在弹性混凝土中掺加乳化环氧树脂，乳化环氧树脂与固化剂固化后会产生交联反应形成三维网格结构，该三维网格结构可以充分穿插于混凝土内部，进一步提高混凝土的抗拉强度、抗冲击性和弹性；乳化环氧树脂固化后会在表面形成一层封闭层，提高了混凝土的抗渗效果和耐腐蚀性，由于乳化环氧树脂的界面性能远高于水泥基材料，加入乳化环氧树脂后可提高混凝土的粘结性能，使新旧混凝土界面在体积变化中不剥离不脱落。
进一步，所述硅酸盐水泥为p.o52.5，硫铝酸盐水泥为r.sac42.5，所述纳米微珠为一种全球状、连续粒径分布、实心、超细粉煤灰硅铝酸盐细微珠，其粒径≤3um。
进一步，所述填料为1-4.75mm连续级配石英砂，其表观密度为2500-2980kg/m3，松散堆积密度为1400-1600kg/m3，石粉含量为2%-4%，含泥量<0.3%，压碎值为10%-15%。
进一步，所述碳酸锂为无色单斜晶系结晶体或白色粉末，其纯度为95-99%，密度为2.11g/cm3，熔点为618℃，所述减水剂为聚羧酸型高效减水剂，所述纤维素的粘度为10-20万单位，所述硼酸有效成分含量为95-99%。
进一步，所述塑性膨胀剂为黄色粉末，其是以铝矾土矿物为主要材料在氮气气氛下，在炭和氧化钙存在的条件下，经1700℃高温烧结后的产品经表面处理磨细而成。
本发明在弹性混凝土中加入塑性膨胀剂，塑性膨胀剂为早期膨胀剂，使混凝土早期发生体积膨胀以抵消搅拌过程中混入的空气逸出后造成体积收缩，使浇筑部位更加饱满；塑性膨胀剂在反应过程中产生的气体使混凝土中存在一部分微小气泡，使混凝土有足够的体积变形容量，从而使抗冻融循环次数高于一般混凝土，其耐久性也会高于一般混凝土。
进一步，所述钢纤维为镀铜平直钢纤维，公称长度为10-13mm，当量直径为0.18-0.25mm，断裂强度≥1600mpa，弹性模量为200-250gpa。
本发明在弹性混凝土中掺加镀铜平直钢纤维，利用钢纤维的高拉伸强度和弹性模量，有效提高了混凝土的抗冲击韧性和弹性。
进一步，所述聚丙烯纤维的公称长度为10-12mm，当量直径为0.18-0.20mm，断裂强度≥950mpa，弹性模量≥15gpa，断裂伸长率为10%-15%，无吸水性。
聚丙烯纤维的添加能大大增强混凝土的弹性，聚丙烯纤维的基体的作用是在受弯时对结构表层胀裂的约束，且通过聚丙烯纤维与钢纤维的混掺，能在材料上体现出不同的受力情况，可以互为补充，提高混凝土的强度和弹性；当混凝土内部结构中出现微裂缝后，裂缝相对的两面基体由于承受不了荷载，改由横贯裂缝的钢纤维和聚丙烯纤维共同承担荷载。
本发明还提供了一种环氧复合二元水泥基体系弹性混凝土的制备方法，包括以下步骤：
1）粉料的制备：按以下配比称取原材料：硅酸盐水泥600-700kg/m3，硫铝酸盐水泥300-350kg/m3，纳米微珠100-130kg/m3，填料1000-1200kg/m3，碳酸锂2-4kg/m3，减水剂粉剂2-3kg/m3，纤维素2-3kg/m3，硼酸2-4kg/m3，钢纤维60-80kg/m3，塑性膨胀剂3-4kg/m3，聚丙烯纤维30kg/m3，用搅拌机搅拌并混合均匀后用包装袋封装后，备用；
2）将分别封装于铁桶中的乳化环氧树脂、固化剂和步骤1）中包装袋封装的粉料取出后混合均匀，即得所述环氧复合二元水泥基体系弹性混凝土，其中乳化环氧树脂与固化剂的混合比例为2：1，粉料的混合比例可根据现场实际情况进行调整。
进一步，所述乳化环氧树脂的制备方法为：
a）采用e44或e51制备乳化环氧树脂，将树脂加入反应釜，将温度加热至60-70℃；
b）预热后将分散机转速调制2000-3000转/min，高速剪切下加入聚氧乙烯辛基苯酚醚-10，搅拌一定时间后再加入十二烷基磺酸钠复合乳化剂，保持温度搅拌一段时间后再缓慢加入去离子水，并保持温度持续搅拌；
c）搅拌一定时间并冷却后用铁桶封装，即得乳化环氧树脂。
进一步，所述固化剂的制备方法为：在反应釜中加入脂环胺、改性胺溶液和十二烷基磺酸钠复合乳化剂，将分散机转速调制2000-3000转/min，高速剪切；缓慢加入一定量去离子水保持搅拌速度；冷却后用铁桶封装，即得固化剂。
本发明一种环氧复合二元水泥基体系弹性混凝土及其制备方法的有益效果：
（1）本发明通过采用r.sac和p.o的复合的二元体系结构作为混凝土的刚性主体结构，减少了混凝土开裂的风险，提高了混凝土的耐酸碱能力，减少了混凝土内部钢筋的腐蚀，降低了维修成本；
（2）本发明添加的乳化环氧树脂于固化剂固化后产生交联反应形成的三维网格结构可充分穿插于混凝土内部，提高了混凝土的抗拉强度、抗冲击性和弹性；且乳化环氧树脂固化后会在表面形成一层封闭层，提高了混凝土的抗渗效果和耐腐蚀性高；
（3）本发明通过在二元体系结构中添加钢纤维和聚丙烯纤维，钢纤维和聚丙烯纤维在成型过程中彼此缠绕于一起形成三维网格支撑结构体系，减少了基体的收缩和受到荷载作用前的初始内部缺陷以及内部存在的附加拉应力，提高了混凝土的力学性能；
（4）本发明添加的塑性脚胀剂在反应过程中产生的气体使混凝土中存在一部分微小气泡，使混凝土有足够的体积变形容量，从而使抗冻融循环次数高于一般混凝土，提高了混凝土的耐久性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但这些具体实施方案不以任何方式限制本发明的保护范围。
实施例1
采用的硅酸盐水泥为p.o52.5，硫铝酸盐水泥为r.sac42.5，纳米微珠为一种全球状、连续粒径分布、实心、超细粉煤灰硅铝酸盐细微珠，其粒径为2.5um；填料为1-4.75mm连续级配石英砂，其表观密度为2750kg/m3，松散堆积密度为1500kg/m3，石粉含量为3%，含泥量为0.25%，压碎值为12%；碳酸锂为无色单斜晶系结晶体或白色粉末，其纯度为99%，密度为2.11g/cm3，熔点为618℃，减水剂为聚羧酸型高效减水剂，纤维素的粘度为15万单位，硼酸有效成分含量为99%；塑性膨胀剂为黄色粉末，其是以铝矾土矿物为主要材料在氮气气氛下，在炭和氧化钙存在的条件下，经1700℃高温烧结后的产品经表面处理磨细而成；所述钢纤维为镀铜平直钢纤维，公称长度为12mm，当量直径为0.22mm，断裂强度为2500mpa，弹性模量为225gpa；聚丙烯纤维的公称长度为12mm，当量直径为0.20mm，断裂强度为1250mpa，弹性模量为20gpa，断裂伸长率为12%，无吸水性。
一种环氧复合二元水泥基体系弹性混凝土的制备方法，包括以下步骤：
1）粉料的制备：按表1所述配比称取原材料：硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、纳米微珠、填料、碳酸锂、减水剂粉剂、纤维素、硼酸、钢纤维、塑性膨胀剂、聚丙烯纤维、用搅拌机搅拌并混合均匀后用包装袋封装后，备用；
2）制备乳化环氧树脂：a）采用e44或e51制备乳化环氧树脂，将树脂加入反应釜，将温度加热至60-70℃；b）预热后将分散机转速调制2000-3000转/min，高速剪切下加入聚氧乙烯辛基苯酚醚-10，搅拌一定时间后再加入十二烷基磺酸钠复合乳化剂，保持温度搅拌一段时间后再缓慢加入去离子水，并保持温度持续搅拌；c）搅拌一定时间并冷却后用铁桶封装，即得乳化环氧树脂，备用；
3）制备固化剂：在反应釜中加入脂环胺、改性胺溶液和十二烷基磺酸钠复合乳化剂，将分散机转速调制2000-3000转/min，高速剪切；缓慢加入一定量去离子水保持搅拌速度；冷却后用铁桶封装，即得固化剂，备用；
4）在使用现场分别将封装于步骤2）、步骤3）铁桶中的乳化环氧树脂、固化剂和步骤1）中包装袋封装的粉料取出后混合均匀，其中乳化环氧树脂与固化剂的混合比例为2：1，具体乳化环氧树脂在混合时添加的含量为20kg，固化剂在混合时添加的含量为10kg，粉料在混合时添加的含量为120-150kg，粉料在混合时的添加量还可根据现场实际情况进行调整，即得所述环氧复合二元水泥基体系弹性混凝土。
实施例2
本实施例采用普通混凝土的原材料制备混凝土，其原材料的组分及含量为：
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于：不添加p.o52.5，其他原料与操作步骤均与实施例1一致，其原材料的配比如表1中所述。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于：不添加r.sac42.5，其他原料与操作步骤均与实施例1一致，其原材料的配比如表1中所述。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于：不添加钢纤维，其他原料与操作步骤均与实施例1一致，其原材料的配比如表1中所述。
实施例6
本实施例与实施例1的不同之处在于：不添加聚丙烯纤维，其他原料与操作步骤均与实施例1一致，其原材料的配比如表1中所述。
实施例7
本实施例与实施例1的不同之处在于：不添加聚丙烯纤维和钢纤维，其他原料与操作步骤均与实施例1一致，其原材料的配比如表1中所述。
表1实施例1及实施例3-7中混凝土的配合比（单位kg/m3）
对实施例1-7得到的混凝土进行性能测试，其测试结果如表2和表3所示，表3中耐磨性为磨损1cm所需转速。
表2实施例1-7中混凝土性能测试结果
表3实施例1-7中混凝土性能测试结果
由表2和表3可知，采用本申请的制备方法制备的弹性混凝土相比普通混凝土具有更好的力学性能（抗拉强度、抗折强度、抗压强度、弹性模量和抗剪强度），本发明的弹性混凝土具有高弹性、高韧性、耐久性好、粘结强度高的特点。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。