一种绿色增强体改性混凝土及其制备方法与流程

一种绿色增强体改性混凝土及其制备方法
技术背景
1.本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种绿色增强体改性混凝土及其制备方法。
2.

背景技术：

3.目前世界各国纷纷倡导“绿色、低碳、环保”，但是随着我国城市化进程的不断加快，大量混凝土结构的基础设施仍然是经济发展不可或缺的部分。为了解决经济发展、环境污染、资源紧缺、能源浪费的突出问题，作为混凝土发展方向的绿色高性能混凝土，可以有效缓解上述难题。尽管高性能混凝土已经在许多大型工程中使用，但与环境保护、生态保护和可持续发展联系起来的绿色高性能混凝土，还需要进一步研究。
4.因此研究绿色高性能混凝土配合比的研究重点是将混凝土的原材料与性能完美结合的基础上，既要同时满足工作性、功能性和耐久性要求又要做到经济合理、节约成本，因此配合比设计成为了一项复杂的系统工程。
5.综上，本发明公开了种绿色增强体改性混凝土及其制备方法，采用超声仪配置乙腈-碳纳米管-石墨烯分散液，按照一定比例将其加入混凝土配置环境中，乙腈具有优良的溶剂性能，可用于配置优良的溶解环境，碳纳米管可以提升材料的抗拉、抗压强度，乙腈-碳纳米管-石墨烯三者协同作用下可以有效的提高混合材料的分散程度，优化注浆材料的孔隙结构并有效提高其力学性能，三者配置的液体环境溶液可以有效增强混凝土改性，促进水化反应减少水泥基材料中较大的毛细孔转而生成较小的凝胶孔。本发明充分利用乙腈-碳纳米管-石墨烯增强体改性混凝土性能，具有品质优良、制备工艺简单等优点，适合大面积推广应用。


技术实现要素：

6.为于克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种绿色增强体改性混凝土及其制备方法，以解决上述技术背景中提出的问题。
7.为实现上述目的，本发明通过以下技术方法来实现：
8.s1、将聚羧酸减水剂按照1：150的比例溶解在蒸馏水中，加入乙腈搅拌，乙腈和溶液配置比为1：200，搅拌均匀后静置备用；
9.s2、向溶液中添加石墨烯和碳纳米管粉末，质量比为1：2，搅拌均匀后静置20分钟，将悬浊液置于冰水混合物环境中，采用超声仪制备乙腈-碳纳米管-石墨烯分散液；
10.s3、依次将称量好的天然碎石、钢渣、河砂、铁尾矿砂、水泥、粉煤灰和体积浓度为8％的膨胀剂加入搅拌机内，让其干拌1min，之后再加水搅拌3min；
11.s4、将制备乙腈-碳纳米管-石墨烯分散液加入搅拌机中继续搅拌10min；
12.s5、搅拌好的拌合物从搅拌机内卸出，倾倒在预先放置的钢板上，对其进行坍落度测定，之后浇注、振动成型为100mm*100mm*100mm立方体体试件；
13.s6、试件成型24h后对其进行编号、拆模，并将其移入温度为20℃，相对湿度95％左右的养护箱内分别进行7天，14天，21天，28天，35天养护；
14.s7、到达规定龄期时，将混凝土试件从养护箱中取出，制备成型。
15.优选地，步骤s1中聚羧酸减水剂为质量浓度为30％。
16.优选地，步骤s1中聚羧酸减水剂为质量浓度为35％。
17.优选地，步骤s1中乙腈和溶液配置比为1：250。
18.优选地，步骤s1中乙腈和溶液配置比为1：300。
19.优选地，步骤s2中石墨烯和碳纳米管粉末，质量比为1：2。
20.优选地，步骤s2中石墨烯和碳纳米管粉末，质量比为1：1.5。
21.优选地，步骤s4中水泥为硅酸盐水泥。
22.优选地，步骤s4中步骤s4中膨胀剂为硫铝酸钙型混凝土膨胀剂。
23.优选地，步骤s4中所述天然碎石为石灰石碎石，粒径为5mm-20mm的连续级配。
24.优选地，步骤s6中试件成型24h后对其进行编号、拆模，并将其移入温度为25℃，相对湿度90％的养护箱内进行养护。
25.优选地，步骤s6中试件成型24h后对其进行编号、拆模，并将其移入温度为20℃，相对湿度85％的养护箱内进行养护。
26.优选地，步骤s6中试件成型24h后对其进行编号、拆模，并将其移入温度为25℃，相对湿度85％的养护箱内进行养护。
27.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
28.1.采用超声仪配置乙腈-碳纳米管-石墨烯分散液，将其按照一定比例加入混凝土配置环境中，促进混凝土配置环境改性。
29.2.乙腈具有优良的溶剂性能，可用于配置优良的溶解环境，碳纳米管可以提升材料的抗拉、抗压强度，乙腈-碳纳米管-石墨烯三者协同作用下可以有效的提高混合材料的分散程度。
30.3.乙腈-碳纳米管-石墨烯三者配置的液体环境溶液可以有效增强混凝土改性，促进水化反应减少水泥基材料中较大的毛细孔转而生成较小的凝胶孔。
31.4.本发明充分利用乙腈-碳纳米管-石墨烯增强体改性混凝土性能，具有品质优良、制备工艺简单等优点，适合大面积推广应用。
附图说明
32.图1为本发明图1实施例1、对比例1、对比例2、对比例3、对比例4养护28天抗压强度对比。
33.图2为本发明实施例2和对比例3劈裂抗拉强度对比。
34.图3为本发明图3为实施例3、对比例6和对比例7随养护时间变化发展变化情况。
35.图4是本发明实施例4，对比例6、对比例7、对比例8的微观形貌观察。
具体实施方式
36.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.本发明提供一种绿色增强体改性混凝土及其制备方法，具体步骤包括：
38.s1、将聚羧酸减水剂按照1：150的比例溶解在蒸馏水中，加入乙腈搅拌，乙腈和溶液配置比为1：200，搅拌均匀后静置备用。
39.s2、向溶液中添加石墨烯和碳纳米管粉末，质量比为1：1.5，搅拌均匀后静置20分钟，将悬浊液置于冰水混合物环境中，采用超声仪制备乙腈-碳纳米管-石墨烯分散液。
40.s3、依次将称量好的天然碎石、钢渣、河砂、铁尾矿砂、水泥、粉煤灰和体积浓度为8％的膨胀剂加入搅拌机内，让其干拌1min，之后再加水搅拌3min。
41.s4、将制备乙腈-碳纳米管-石墨烯分散液加入搅拌机中继续搅拌10min。
42.s5、搅拌好的拌合物从搅拌机内卸出，倾倒在预先放置的钢板上，对其进行坍落度测定，之后浇注、振动成型为100mm*100mm*100mm立方体体试件。
43.s6、试件成型24h后对其进行编号、拆模，并将其移入温度为20℃，相对湿度95％左右的养护箱内分别进行7天，14天，21天，28天，35天养护。
44.s7、到达规定龄期时，将混凝土试件从养护箱中取出，制备成型。
45.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
46.实施例1
47.s1、将聚羧酸减水剂按照1：150的比例溶解在蒸馏水中，加入乙腈搅拌，乙腈和溶液配置比为1：250，搅拌均匀后静置备用；
48.s2、向溶液中添加石墨烯和碳纳米管粉末，质量比为1：2，搅拌均匀后静置20分钟，将悬浊液置于冰水混合物环境中，采用超声仪制备乙腈-碳纳米管-石墨烯分散液。
49.s3、依次将称量好的天然碎石、钢渣、河砂、铁尾矿砂、水泥、粉煤灰和体积浓度为8％的膨胀剂加入搅拌机内，让其干拌1min，之后再加水搅拌3min。
50.s4、将制备乙腈-碳纳米管-石墨烯分散液加入搅拌机中继续搅拌10min。
51.s5、搅拌好的拌合物从搅拌机内卸出，倾倒在预先放置的钢板上，对其进行坍落度测定，之后浇注、振动成型为100mm*100mm*100mm立方体体试件。
52.s6、试件成型24h后对其进行编号、拆模，并将其移入温度为20℃，相对湿度95％左右的养护箱内分别进行7天，14天，21天，28天，35天养护。
53.s7、到达规定龄期时，将混凝土试件从养护箱中取出，制备成型。
54.对比例1：步骤s1中不添加乙腈,其余的均与实施例1相同。
55.对比例2：步骤s4中不添加乙腈而添加乙醇,其余的均与实施例1相同。
56.实施例2
57.s1、将聚羧酸减水剂按照1：200的比例溶解在蒸馏水中，加入乙腈搅拌，乙腈和溶液配置比为1：300，搅拌均匀后静置备用。
58.s2、向溶液中添加石墨烯和碳纳米管粉末，质量比为1：1.5，搅拌均匀后静置20分钟，将悬浊液置于冰水混合物环境中，采用超声仪制备乙腈-碳纳米管-石墨烯分散液。
59.s3、依次将称量好的天然碎石、钢渣、河砂、铁尾矿砂、水泥、粉煤灰和体积浓度为
8％的膨胀剂加入搅拌机内，让其干拌1min，之后再加水搅拌3min。
60.s4、将制备乙腈-碳纳米管-石墨烯分散液加入搅拌机中继续搅拌10min。
61.s5、搅拌好的拌合物从搅拌机内卸出，倾倒在预先放置的钢板上，对其进行坍落度测定，之后浇注、振动成型为100mm*100mm*100mm立方体体试件。
62.s6、试件成型24h后对其进行编号、拆模，并将其移入温度为20℃，相对湿度95％左右的养护箱内分别进行7天，14天，21天，28天，35天养护。
63.s7、到达规定龄期时，将混凝土试件从养护箱中取出，制备成型。
64.对比例3：步骤s2中不添加石墨烯,其余的均与实施例2相同。
65.对比例4：步骤s2中不添加碳纳米管，其余的均与实施例2相同。
66.对比例5：步骤s2中不添加石墨烯和碳纳米管，其余的均与实施例2相同。
67.实施例3
68.s1、将聚羧酸减水剂按照1：150的比例溶解在蒸馏水中，加入乙腈搅拌，乙腈和溶液配置比为1：200，搅拌均匀后静置备用。
69.s2、向溶液中添加石墨烯和碳纳米管粉末，质量比为1：2，搅拌均匀后静置20分钟，将悬浊液置于冰水混合物环境中，采用超声仪制备乙腈-碳纳米管-石墨烯分散液。
70.s3、依次将称量好的天然碎石、钢渣、河砂、铁尾矿砂、水泥、粉煤灰和体积浓度为8％的膨胀剂加入搅拌机内，让其干拌1min，之后再加水搅拌3min。
71.s4、将制备乙腈-碳纳米管-石墨烯分散液加入搅拌机中继续搅拌10min。
72.s5、搅拌好的拌合物从搅拌机内卸出，倾倒在预先放置的钢板上，对其进行坍落度测定，之后浇注、振动成型为100mm*100mm*100mm立方体体试件。
73.s6、试件成型24h后对其进行编号、拆模，并将其移入温度为20℃，相对湿度95％左右的养护箱内分别进行7天，14天，21天，28天，35天养护。
74.s7、到达规定龄期时，将混凝土试件从养护箱中取出，制备成型。
75.对比例6：步骤s2中石墨烯和碳纳米管粉末，质量比为1：3，其余均与实施例3相同。
76.对比例7：步骤s2中石墨烯和碳纳米管粉末，质量比为1：4，其余均与实施例3相同。
77.实施例4
78.s1、将聚羧酸减水剂按照1：150的比例溶解在蒸馏水中，加入乙腈搅拌，乙腈和溶液配置比为1：250，搅拌均匀后静置备用。
79.s2、向溶液中添加石墨烯和碳纳米管粉末，质量比为1：2，搅拌均匀后静置20分钟，将悬浊液置于冰水混合物环境中，采用超声仪制备乙腈-碳纳米管-石墨烯分散液。
80.s3、依次将称量好的天然碎石、钢渣、河砂、铁尾矿砂、水泥、粉煤灰和体积浓度为8％的膨胀剂加入搅拌机内，让其干拌1min，之后再加水搅拌3min。
81.s4、将制备乙腈-碳纳米管-石墨烯分散液加入搅拌机中继续搅拌10min。
82.s5、搅拌好的拌合物从搅拌机内卸出，倾倒在预先放置的钢板上，对其进行坍落度测定，之后浇注、振动成型为100mm*100mm*100mm立方体体试件。
83.s6、试件成型24h后对其进行编号、拆模，并将其移入温度为20℃，相对湿度95％左右的养护箱内分别进行7天，14天，21天，28天，35天养护。
84.s7、到达规定龄期时，将混凝土试件从养护箱中取出，制备成型。
85.对比例8：步骤3中采用体积浓度为6％的膨胀剂加入搅拌机,其余的均与实施例2
相同。
86.对比例9：步骤2中体积浓度为10％的膨胀剂加入搅拌机内,其余的均与实施例2相同。
87.为了评估实施例和对比例中制备混凝土的抗压强度、抗拉强度和坍落度，我们进行了如下方法进行相关测试：
88.抗压强度测试
89.混凝土的抗压强度采用如下公式计算：
[0090][0091]
式中：
[0092]fcu
——立方体抗压强度(mpa)；
[0093]
α——立方体抗压强度修正系数，在本实验中α＝0.95；
[0094]
f——破坏载荷(n)；
[0095]
a——试件的承压面积，mm2。
[0096]
通过观察立方体抗压强度实验主要裂缝发展过程，进而确定试件的最终破坏形态。根据观察可以看到在混凝土的抗压初期，混凝土试块的表面并不会出现明显的裂缝，随着荷载的逐渐增加，试块的表面开始逐渐出现几条细小的裂缝，裂缝的宽度不大，大都在试块的受力方向。随着荷载的增加，裂缝逐渐的扩展延伸，混凝土开始出现被压溃脱落的现象，当混凝土趋近破坏荷载时，试块的边缘和侧面出现大块脱落，不再具有抗压能力。从破坏面可以看出，在荷载压力的作用下，破坏最大的部位出现在试块的边缘和侧面边界处，但在试块的中部，特别是与压力机相接触的试块上下表面的破坏，因受到接触面产生的约束力作用，破坏较为不明显。表1是实施例1、实施例2、对比例1-7混凝土养护7天，14天，21天，28天，35天的不同龄期混凝土抗压强度承压能力发展变化情况，可以看到，实施例1制备混凝土具有最优的抗压能力。图1实施例1、对比例1、对比例2、对比例3、对比例4养护28天抗压强度对比，可以看到实施例1制备混凝土的抗压能力最佳。
[0097]
表1不同龄期混凝土抗压强度(mpa)
[0098] 7天14天21天28天35天实施例133.2
±
0.237.2
±
0.141.1
±
0.346.2
±
0.253.1
±
0.2实施例232.1
±
0.336.2
±
0.140.8
±
0.145.4
±
0.352.2
±
0.2对比例131.1
±
0.135.2
±
0.339.8
±
0.243.4
±
0.149.1
±
0.2对比例230.1
±
0.133.9
±
0.138.9
±
0.242.1
±
0.347.3
±
0.3对比例330.3
±
0.334.1
±
0.237.3
±
0.143.3
±
0.149.3
±
0.1对比例428.5
±
0.231.1
±
0.139.2
±
0.344.5
±
0.248.5
±
0.2对比例529.1
±
0.132.3
±
0.238.2
±
0.142.3
±
0.347.2
±
0.2对比例629.5
±
0.133.2
±
0.139.9
±
0.243.5
±
0.248.3
±
0.3对比例728.7
±
0.234.4
±
0.139.7
±
0.142.4
±
0.249.7
±
0.1
[0099]
混凝土劈裂抗拉强度
[0100]
对实施例2、对比例3、对比例4和对比例5的劈裂抗拉强度进行分析，混凝土的裂抗拉强度采用如下公式计算：
[0101][0102]
式中：
[0103]fp1
——劈裂抗拉强度(mpa)；
[0104]
p——试件破坏载荷；
[0105]
a——试件劈裂面面积(mm2)。
[0106]
表2是实施例2、对比例3、对比例4和对比例5、混凝土养护7天，14天，21天，28天，35天的不同龄期混凝土劈裂抗拉强度发展变化情况，可以看到，实施例2制备混凝土具有最优的抗拉能力。图2实施例2和对比例3劈裂抗拉强度对比，可以看到实施例2制备混凝土的抗拉能力最佳。
[0107]
表2不同龄期混凝土劈裂抗拉强度(mpa)
[0108] 7天14天21天28天35天实施例22.2
±
0.23.2
±
0.14.1
±
0.35.2
±
0.25.8
±
0.2对比例32.1
±
0.32.5
±
0.13.8
±
0.14.4
±
0.35.2
±
0.2对比例41.5
±
0.12.8
±
0.33.1
±
0.24.7
±
0.14.6
±
0.2对比例51.3
±
0.12.9
±
0.13.9
±
0.24.8
±
0.35.3
±
0.3
[0109]
绿色混凝土的和易性
[0110]
混凝土的和易性能主要是由包括流动性、粘聚性和保水性。流动性主要就是混凝土在机械振捣或自重条件下，能够均匀流动并将模板填充密实的程度。流动性指标可以对混凝土混合物进行稀稠判断，若混凝土过稀，就会产生很好的流动性，但其更易产生分层离析，会降低混凝土性能；若过稠，流动性就会差，增加振捣难度，模板填充密实度受到影响，影响施工。而粘聚性和保水性反映的是混凝土拌合物的均匀性，粘聚性不良会导致离析，严重时导致混凝土分层；而保水性不良则会导致混凝土出现泌水现象。所谓离析主要是指混凝土拌合物自身内部粘聚力不能阻止粗集料下沉，导致混凝土不同成分出现分离，使得其内部结构组成不均匀。混凝土的流动性的主要通过坍落度法来测定。表3是实施例3、实施例4、对比例6、对比例7、对比例8和对比例9的坍落度实验结果，根据对比分析可以看到实施例3的坍落度值最高，棍度最优，粘聚性最好以及保水性最佳。图3为实施例3、对比例6和对比例7随养护时间变化发展变化情况，可以看到，实施例3拥有最佳的坍落度。
[0111]
表3坍落度实验结果
[0112] 坍落度值棍度粘聚性保水性实施例357.5
±
0.4上良好良好实施例456.5
±
0.3上良好良好对比例653.3
±
0.5中良好微量泌水对比例752.3
±
0.5中一般微量泌水对比例851.6
±
0.2中一般少量泌水对比例952.7
±
0.6中一般微量泌水
[0113]
混凝土微观测试
[0114]
制备混凝土的力学性能很大程度上与其微观构成有着密不可分的关系。实验中采用扫描电子显微镜用来观察再生骨料配制的绿色混凝土界面过渡区域的微观形貌以及观
察其界面孔隙率，粗糙程度，微裂缝和缺陷分布等。将成型的绿色混凝土试件破碎，找到骨料和水泥浆接触的部位，即界面过渡区。然后用锤子和锯子制成所需的样品。将试样背面用砂纸打磨平整，方便粘连，样品大小约3毫米。将大小一致的样品浸泡入无水乙醇中密封24小时，样品在60℃下烘干干燥。最后，在实验过程中将其放置在样品台上，用导电胶粘好，并贴上一层导电膜，并将样品放置在导电膜上。图4是实施例4，对比例6、对比例7、对比例8的微观形貌观察。可以看到，实施例4界面过渡区凝胶状水化产物分布较多，非凝胶和非缺陷区的平整部分较为致密。对比例6除去凝胶和缺陷区整体较为致密，但致密程度略低于实施例4。对比例7、对比例8很明显看出混凝土界面过渡区的粗糙多孔，缺陷较多。
[0115]
综上，本发明涉及一种混凝土制备工艺，特别是一种绿色增强体改性混凝土及其制备方法，采用超声仪配置乙腈-碳纳米管-石墨烯分散液，按照一定比例将其加入混凝土配置环境中，乙腈具有优良的溶剂性能，可用于配置优良的溶解环境，碳纳米管可以提升材料的抗拉、抗压强度，乙腈-碳纳米管-石墨烯三者协同作用下可以有效的提高混合材料的分散程度，优化注浆材料的孔隙结构并有效提高其力学性能，三者配置的液体环境溶液可以有效增强混凝土改性，促进水化反应减少水泥基材料中较大的毛细孔转而生成较小的凝胶孔。本发明充分利用乙腈-碳纳米管-石墨烯增强体改性混凝土性能，具有品质优良、制备工艺简单等优点，适合大面积推广应用。
[0116]
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。