一种混凝土用抗冲磨掺合料及其制备方法与流程

本发明属于建筑材料，具体涉及一种混凝土用抗冲磨掺合料及其制备方法。

背景技术：

1、混凝土是土建工程中必不可少的建筑材料之一，是最主要的建筑材料，也是防止安全事故的重要材料，是保证建设工程安全的一道重要防线。

2、水利水电工程泄流建筑物是涉及水电站工程安全运行的重要建筑，含沙高速水流对水工建筑物过流面混凝土的冲刷磨损和空蚀破坏，是水工泄流建筑物如溢流坝、泄洪洞、泄水闸等常见的病害。尤其是当流速较高且水流中又夹带着悬移质或推移质时，建筑物遭受的冲磨、空蚀就更为严重；一般的水工建筑物在山洪、泥石流冲磨和动荷载耦合作用下，服役一到两年，普遍会出现不同程度的冲磨破坏问题，严重者建筑物过流面表层大面积剥蚀破坏，造成巨大安全隐患和较高的维修成本；因此如何提高水工建筑混凝土的抗冲磨性能，是一个亟需解决的问题。目前在有冲磨性能要求的混凝土工程中，为提高混凝土的耐磨性，主要是通过在配制混凝土时添加一些抗冲磨材料。如中国专利cn104446082b公开了一种混凝土用抗冲磨剂，所述抗冲磨剂由以下原料制成：煤矸石粉、地开石粉、石膏粉。该发明利用煤矸石粉、地开石粉和石膏粉在混凝土内部相互反应，产生微膨胀，使混凝土更密实，提高混凝土的耐磨性能。但地开石、石膏生成钙矾石主要集中在混凝土浇筑成型后3-5d内，不能补偿抗冲磨、大体积混凝土的温降收缩变形，一旦开裂将严重影响混凝土抗冲耐磨性能。中国专利cn108298859b公开了一种混凝土抗冲磨剂，其原料按重量份包括：纳米氧化物颗粒：2％～10％；碳化硅：5％～15％；减缩组分：5％～40％；分散组分：5％～10％；稳定组分：0.05％～0.2％；消泡剂和稳定剂：0～0.5％；余量为水。此发明的混凝土抗冲磨剂可提高混凝土的抗冲磨强度40％～60％以上。但是上述技术均是通过提高混凝土密实性来提高混凝土的抗冲磨性能，虽然能够在一定程度上提高混凝土的抗冲磨性能，但是其改善效果有限，难以满足复杂环境下工程的实际需要。此外，现有技术中还有在抗冲磨混凝土中添加橡胶颗粒的技术，虽然将橡胶颗粒加入到混凝土中能够降低作用于混凝土的整体冲击动能，但是橡胶颗粒掺入使得橡胶颗粒与胶凝材料间的粘结强度减弱，存在较大孔隙，并且会改变混凝土的受力机理导致混凝土的抗压强度降低。

3、因此，研究如何将橡胶颗粒经过一定处理后制备一种混凝土用抗冲磨掺合料，应用至混凝土中显著提高混凝土的抗冲磨性能具有重要意义。

技术实现思路

1、针对以上现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种混凝土用抗冲磨掺合料，本发明的掺合料不仅能保证混凝土抗冲磨性能，还能有效抑制抗冲磨混凝土的开裂，解决混凝土抗冲磨性能和抗裂性能不足的问题。

2、为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

3、一种混凝土用抗冲磨掺合料，包括以下质量百分比的各组分：超细化粉煤灰75％～85％、纳米级颗粒1％～3％、改性橡胶12％～24％；所述改性橡胶是通过在多孔橡胶的孔内穿插和表面分散玄武岩纤维，再偶联氮化硅颗粒后得到的。

4、本发明的改性橡胶的孔内穿插有玄武岩纤维，表面分散有玄武岩纤维，这种特殊的结构使改性橡胶与胶凝材料之间可以形成交联网状结构，一方面提高多孔橡胶与胶凝材料之间的粘接性，提高混凝土的强度和抗裂性能；另一方面，混凝土结构表面形成交联网状结构，提高了混凝土的抗冲磨性能。

5、本发明利用超细化粉煤灰改善混凝土的孔隙结构，提高混凝土基体密实性，利用纳米级颗粒进一步改善混凝土基体密实性，改善界面过渡区性能，利用改性橡胶在发挥吸能效果的同时提升混凝土的强度和抗裂性能，在各组分的相互作用下，本发明的掺合料不仅能保证混凝土抗冲磨性能，还能有效抑制抗冲磨混凝土的开裂，解决混凝土抗冲磨性能和抗裂性能不足的问题。

6、所述改性橡胶的制备方法包括以下步骤：

7、s1.将多孔橡胶与玄武岩纤维加入混炼机内，在60～80℃下高速混合4～8h，冷却固化后得到纤维穿插型橡胶；

8、s2.将步骤s1得到的纤维穿插型橡胶浸泡于硅烷偶联剂溶液中，再加入纳米氮化硅，浸泡20～24h后取出晾干，即得到所述改性橡胶。

9、本发明通过将多孔橡胶和玄武岩纤维于60～80℃下混料4～8h，部分玄武岩纤维穿过多孔橡胶的孔径，并穿插在多个多孔橡胶之间，部分玄武岩纤维分散在多孔橡胶的表面得到纤维穿插型橡胶；再通过硅烷偶联剂在纤维穿插型橡胶的孔隙内填充纳米氮化硅，起到支撑固定玄武岩纤维的作用，并且在纤维穿插型橡胶和玄武岩纤维表面附着纳米氮化硅，起到增强作用。本发明利用橡胶优异的形变吸收回弹释放部分冲击动能，降低作用于混凝土的整体冲击动能，延缓混凝土内部微裂纹的产生和发展；并通过将玄武岩纤维穿插在多孔橡胶颗粒之间，使改性橡胶与混凝土浆体之间可以形成交联网状结构，解决橡胶与胶凝材料之间粘结强度差的问题，进而成功利用橡胶提高混凝土的抗冲磨性能和抗裂性能。

10、优选的，所述多孔橡胶的孔径为0.03～0.20mm，粒径为2～4mm；所述玄武岩纤维的直径为9～25μm，长度为5～8mm。通过合理限定多孔橡胶的孔径、粒径和玄武岩纤维的直径、长度，可以使玄武岩纤维更好的穿入多孔橡胶的孔内，并穿插在多个多孔橡胶之间。

11、优选的，所述多孔橡胶的孔隙率为40％～60％。通过合理限定多孔橡胶的孔隙率可以使更多的玄武岩纤维可以穿入多孔橡胶的孔内，并穿插在多个多孔橡胶之间。

12、优选的，所述多孔橡胶为具有多孔网络状通孔结构的硅橡胶、硫化丁基橡胶、氟橡胶、聚硫橡胶中的至少一种。

13、优选的，所述玄武岩纤维为改性玄武岩纤维，所述改性玄武岩纤维的制备方法如下：将玄武岩纤维浸泡于80～90℃的聚乙酸乙烯酯溶液中，搅拌0.5～1h，洗涤干燥后得到改性玄武岩纤维。本发明通过采用聚乙酸乙烯酯对玄武岩纤维进行改性，可以提高玄武岩纤维的分散性，便于玄武岩纤维能够更好的穿插在多孔橡胶之间。

14、优选的，所述硅烷偶联剂溶液为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的醇溶液，质量分数为0.5％～1％。

15、优选的，所述超细化粉煤灰的比表面积为700～800m2/kg。

16、优选的，所述纳米级颗粒为纳米caco3和/或sio2。

17、优选的，所述氮化硅的质量是所述纤维穿插型橡胶质量的20％～50％。

18、本发明的另一目的是提供所述混凝土用抗冲磨掺合料的制备方法，其特征在于，步骤如下：将比例称取所述超细化粉煤灰、纳米级颗粒材料和改性橡胶，充分混合，即得到所述抗冲磨掺合料。

19、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

20、(1)本发明通过将多孔橡胶和玄武岩纤维于60～80℃下混料4～8h，部分玄武岩纤维穿过多孔橡胶的孔径，甚至穿插在多个多孔橡胶之间，部分玄武岩纤维分散在多孔橡胶的表面得到纤维穿插型橡胶，再通过硅烷偶联剂在纤维穿插型橡胶的孔隙内填充纳米氮化硅，起到支撑固定玄武岩纤维的作用，并且在纤维穿插型橡胶和玄武岩纤维表面附着纳米氮化硅，起到增强作用。本发明的改性橡胶的孔内穿插有玄武岩纤维，表面分散有玄武岩纤维，这种特殊的结构使改性橡胶与胶凝材料之间可以形成交联网状结构，一方面提高多孔橡胶与胶凝材料之间的粘接性，提高混凝土的强度和抗裂性能；另一方面，混凝土结构表面形成交联网状结构，提高了混凝土的抗冲磨性能。

21、(2)本发明解决了橡胶与胶凝材料之间粘结强度差的问题，进而成功利用橡胶提高混凝土的抗冲磨性能和抗裂性能。

22、(3)本发明利用超细化粉煤灰改善混凝土的孔隙结构，提高混凝土基体密实性，利用纳米级颗粒进一步改善混凝土基体密实性，改善界面过渡区性能，利用改性橡胶在发挥吸能效果的同时提升混凝土的强度和抗裂性能，在各组分的相互作用下，本发明的掺合料不仅能保证混凝土抗冲磨性能，还能有效抑制抗冲磨混凝土的开裂，解决混凝土抗冲磨性能和抗裂性能不足的问题。