一种抗渗混凝土及其制备工艺
技术领域
本申请涉及混凝土技术领域，尤其是涉及一种抗渗混凝土及其制备工艺。
背景技术
抗渗混凝土是指抗渗等级等于或大于P6级的混凝土。抗渗混凝土按抗渗压力不同分为P6、P8、P10、P12和大于P12共5个等级。普通抗渗混凝土通过提高混凝土的密实度，改善孔隙结构，从而减少渗透通道，提高抗渗性。
由于混凝土内部孔隙的存在，使得其具有水渗透的可能。目前，相关技术为了提高混凝土的抗渗性能，往往在混凝土表面涂抹一层防水涂料。
针对上述中的相关技术，发明人认为存在有以下缺陷：由于防水涂层在实际环境中常常使用较短时间后老化，性能降低，抗渗性能有待提高。
发明内容
为了提高抗渗混凝土的抗渗性能，本申请提供一种抗渗混凝土及其制备工艺。
第一方面，本申请提供一种抗渗混凝土，采用如下的技术方案：
一种抗渗混凝土，其原料包括如下重量份数的组分：
水180-200份；
水泥280-290份；
超细粉煤灰60-80份；
矿粉30-40份；
砂子750-760份；
石子900-980份；
减水剂9-10份；
引气剂6-7份；
混纺纤维25-35份；
所述混纺纤维由橡胶丝、陶瓷纤维、椰壳纤维混纺而成。
通过采用上述技术方案，橡胶丝可以改善混凝土内部微孔结构的连通性，提高混凝土的抗渗性，但是，橡胶丝的加入会导致混凝土的抗压强度有一定的下降，而且，橡胶丝表面是疏水的有机材料，与混凝土的无机组分相容性较差；陶瓷纤维化学稳定性好，强度高，能够弥补橡胶丝加入引起抗压强度下降的缺陷，但是由于陶瓷纤维表面也是疏水的，与混凝土的无机组分相容性较差；椰壳纤维具有较好的力学性能，耐湿性、耐热性也比较优异，而且椰壳纤维表面有较多的亲水性基团，由于其亲水性较好，与水泥、超细粉煤灰具有较好的粘接力，能够改善橡胶丝、陶瓷纤维与混凝土相容性差的缺陷；但是椰壳纤维存在不易分散的缺陷，将橡胶丝、陶瓷纤维、椰壳纤维混纺成混纺纤维后，橡胶丝和陶瓷纤维会降低椰壳纤维的亲水基团相互聚集的可能性。混纺纤维在混凝土中形成随机分散的网状结构，在混凝土固化时和固化后起到抑制裂缝产生的作用，增强混凝土的抗渗性能，同时也增强了混凝土的抗裂性能，而且满足混凝土基本力学性能的要求。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述橡胶丝、陶瓷纤维、椰壳纤维的数量比为1：(2-3)：(6-8)。
通过采用上述技术方案，橡胶丝虽然可以改善混凝土内部微孔结构的连通性，提高混凝土的抗渗性，但是也会降低混凝土的抗压强度，因此添加量低于陶瓷纤维和椰壳纤维，陶瓷纤维用于弥补橡胶丝加入引起抗压强度下降的缺陷，但是陶瓷纤维价格较贵，出于成本考虑，添加量略高于橡胶丝；椰壳纤维作为可再生资源，成本低，而且可以改善橡胶丝、陶瓷纤维与混凝土相容性差的缺陷，因此，添加量比橡胶丝、陶瓷纤维多，在上述配比下，混纺纤维的综合性能较佳，使得混凝土具有较好的抗渗性能和抗裂性能。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述橡胶丝、陶瓷纤维、椰壳纤维从内至外依次缠绕设置。
通过采用上述技术方案，橡胶丝和陶瓷纤维表面疏水，椰壳纤维表面亲水，因此，橡胶丝和陶瓷纤维大部分表面被椰壳纤维覆盖，椰壳纤维可以使混纺纤维与水泥、超细粉煤灰具有较好的粘接力，同时使得混凝土具有较好的抗渗性能。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述混纺纤维的长度为2～30mm，纤度为0.5-5D。
通过采用上述技术方案，控制混纺纤维的长度和纤度，从而使得混纺纤维既可以在混凝土中分散均匀，形成网状结构，也可以改善混凝土内部微孔结构的连通性，增强混凝土抗渗性能。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述椰壳纤维的制备方法如下：
机械处理，从成熟椰子上取40-50份椰壳粗纤维，干燥、打散后抽取椰壳单丝纤维；
制备改性液，将0.5-1份氢氧化钾、0.1-0.3份硬脂酸聚氧乙烯酯、0.05-0.15份丁基萘磺酸钠、0.05-0.1份月桂基硫酸钠加入100-120份水中，混合搅拌均匀，得到改性液；
改性处理，将椰壳单丝纤维放入改性液中，搅拌均匀，煮沸处理15-18min，过滤，椰壳单丝纤维用水冲洗后，烘干，得到椰壳纤维。
通过采用上述技术方案，椰壳粗纤维在经过干燥和打散，再经过氢氧化钠处理后，可以溶解去除木质素、果胶、半纤维素等低分子杂质，
硬脂酸聚氧乙烯酯属于脂肪酸聚氧乙烯酯，脂肪酸在催化剂的作用下可以与环氧乙烷加成，形成亲I水基与疏水基由酯键连接的聚氧乙烯型非离子表面活性剂，稳定性较高；丁基萘磺酸钠属于阴离子型表面活性剂，其化学性质稳定，在酸性或碱性介质中以及加热条件下都不会分解，但是容易起泡；月桂基硫酸钠的乳化能力和分散力较好，缺点是在酸性条件下可以发生水解。
三种表面活性剂配合使用，在改性处理时能够促进木质素、果胶、半纤维素等低分子杂质从椰壳纤维中分离出去，从而增强椰壳纤维的力学性能，同时，椰壳纤维的比表面积增加，改善了椰壳纤维与混凝土的界面性能，结合力增强，而且更加容易分散在混凝土中，使得混凝土不易开裂，增强抗渗性能。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述椰壳单丝纤维在烘干后还经过活化处理：将烘干后的椰壳单丝纤维、0.6-0.8份乙二胺和85-95份丁二醇混合搅拌均匀，超声波处理5-10min，过滤，干燥，得到活化椰壳纤维。
通过采用上述技术方案，由于椰壳单丝纤维内部含有较多的结晶水，会影响椰壳单丝纤维与其他成分结合，而且会降低椰壳单丝纤维的力学性能，活化处理时乙二胺在加热状态下降低椰壳单丝纤维的结晶度，有利于椰壳单丝纤维与其他成分结合，增强椰壳单丝纤维的力学性能，增强泡沫混凝土的抗渗性能和抗裂性能。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述椰壳单丝纤维在干燥后还经过硅烷偶联剂改性处理：将干燥后的椰壳单丝纤维、2-3份硅烷偶联剂和80-90份水混合搅拌均匀，反应15-20min后，过滤，水洗，干燥，得到改性后的椰壳纤维。
通过采用上述技术方案，硅烷偶联剂可以与椰壳单丝纤维的一部分羟基或羧基进行接枝反应，硅烷偶联剂可以在无机材料和有机材料之间形成架桥效应，从而进一步改善椰壳单丝纤维的分散性，增强泡沫混凝土的抗渗性能和抗裂性能。
第二方面，本申请提供一种抗渗混凝土的制备工艺，采用如下的技术方案：
如目的一中所述的一种抗渗混凝土的制备工艺，包括以下步骤：将相应重量份数的水泥、超细粉煤灰、矿粉、砂子、石子、减水剂、引气剂、混纺纤维混合搅拌均匀，再加入水，搅拌均匀，得到抗渗混凝土。
通过采用上述技术方案，混纺纤维在混凝土中形成随机分散的网状结构，在混凝土固化时和固化后起到抑制裂缝产生的作用，增强混凝土的抗渗性能，同时也增强了混凝土的抗裂性能，而且满足混凝土基本力学性能的要求。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过将橡胶丝、陶瓷纤维、椰壳纤维混纺成混纺纤维后，橡胶丝和陶瓷纤维会降低椰壳纤维的亲水基团相互聚集的可能性。混纺纤维在混凝土中形成随机分散的网状结构，在混凝土固化时和固化后起到抑制裂缝产生的作用，增强混凝土的抗渗性能，同时也增强了混凝土的抗裂性能，而且满足混凝土基本力学性能的要求。
2.通过对椰壳纤维进行碱改性，将低分子杂质从椰壳纤维中分离出去，从而增强椰壳纤维的力学性能，同时，椰壳纤维的比表面积增加，改善了椰壳纤维与混凝土的界面性能，结合力增强，而且更加容易分散在混凝土中，使得混凝土不易开裂，增强抗渗性能。
3.通过对椰壳单丝纤维进行硅烷偶联剂改性处理，硅烷偶联剂可以与椰壳单丝纤维的一部分羟基或羧基进行接枝反应，硅烷偶联剂可以在无机材料和有机材料之间形成架桥效应，从而进一步改善椰壳单丝纤维的分散性，增强泡沫混凝土的抗渗性能和抗裂性能。
具体实施方式
下面结合实施例，对本申请进行详细描述。
实施例1：一种抗渗混凝土，其原料的各组分及其相应的重量份数如表1所示，其中，水泥是普通硅酸盐水泥，矿粉为市售的S95矿粉，减水剂是市售的聚羧酸减水剂，引气剂是茶皂素，砂子是普通天然黄砂，规格为中粒径砂，细度模数控制在2.3-3.0，石子是天然碎石，粒径不大于25mm。
抗渗混凝土的制备工艺，包括以下步骤：将相应重量份数的水泥、超细粉煤灰、矿粉、砂子、石子、减水剂、引气剂、混纺纤维混合搅拌均匀，再加入水，搅拌均匀，得到抗渗混凝土。
其中，混纺纤维由橡胶丝、陶瓷纤维、椰壳纤维混纺而成，混纺纤维是随机缠绕的，能够形成不易散开的纤维即可，橡胶丝、陶瓷纤维、椰壳纤维的数量比为2：2：7，混纺纤维的长度为1.5mm，纤度为6D，椰壳纤维是从成熟椰子上取下的干燥的单丝纤维。
实施例2-3：一种抗渗混凝土，与实施例1的不同之处在于，各组分及其相应的重量份数如表1所示。
表1实施例1-3中原料的各组分及其重量份数
实施例4：一种抗渗混凝土，与实施例1的不同之处在于，橡胶丝、陶瓷纤维、椰壳纤维的数量比为1：2：6。
实施例5：一种抗渗混凝土，与实施例1的不同之处在于，橡胶丝、陶瓷纤维、椰壳纤维的数量比为1：3：8。
实施例6：一种抗渗混凝土，与实施例1的不同之处在于，橡胶丝、陶瓷纤维、椰壳纤维从内至外依次缠绕设置。
实施例7：一种抗渗混凝土，与实施例1的不同之处在于，混纺纤维的长度为2mm，纤度为0.5D。
实施例8：一种抗渗混凝土，与实施例1的不同之处在于，混纺纤维的长度为30mm，纤度为5D。
实施例9：一种抗渗混凝土，与实施例1的不同之处在于，椰壳纤维的制备方法如下：
机械处理，从成熟椰子上取40份椰壳粗纤维，干燥、打散后抽取椰壳单丝纤维；
制备改性液，将0.5份氢氧化钾、0.1份硬脂酸聚氧乙烯酯、0.05份丁基萘磺酸钠、0.05份月桂基硫酸钠加入100份水中，混合搅拌均匀，得到改性液；
改性处理，将椰壳单丝纤维放入改性液中，搅拌均匀，煮沸处理15min，过滤，椰壳单丝纤维用水冲洗后，烘干，得到椰壳纤维。其中，硬脂酸聚氧乙烯酯的聚合度为10。
实施例10：一种抗渗混凝土，与实施例9的不同之处在于，椰壳纤维的制备方法如下：
机械处理，从成熟椰子上取50份椰壳粗纤维，干燥、打散后抽取椰壳单丝纤维；
制备改性液，将1份氢氧化钾、0.3份硬脂酸聚氧乙烯酯、0.15份丁基萘磺酸钠、0.1份月桂基硫酸钠加入120份水中，混合搅拌均匀，得到改性液；
改性处理，将椰壳单丝纤维放入改性液中，搅拌均匀，煮沸处理18min，过滤，椰壳单丝纤维用水冲洗后，烘干，得到椰壳纤维。
实施例11：一种抗渗混凝土，与实施例9的不同之处在于，椰壳纤维的制备方法如下：
机械处理，从成熟椰子上取40份椰壳粗纤维，干燥、打散后抽取椰壳单丝纤维；
制备改性液，将0.5份氢氧化钾、0.15份硬脂酸聚氧乙烯酯、0.05份月桂基硫酸钠加入100份水中，混合搅拌均匀，得到改性液；
改性处理，将椰壳单丝纤维放入改性液中，搅拌均匀，煮沸处理15min，过滤，椰壳单丝纤维用水冲洗后，烘干，得到椰壳纤维。
实施例12：一种抗渗混凝土，与实施例9的不同之处在于，椰壳单丝纤维在烘干后还经过活化处理：将烘干后的椰壳单丝纤维、0.6份乙二胺和85份丁二醇混合搅拌均匀，超声波处理5min，过滤，干燥，得到活化椰壳纤维。
实施例13：一种抗渗混凝土，与实施例9的不同之处在于，椰壳单丝纤维在烘干后还经过活化处理：将烘干后的椰壳单丝纤维、0.8份乙二胺和95份丁二醇混合搅拌均匀，超声波处理10min，过滤，干燥，得到活化椰壳纤维。
实施例14：一种抗渗混凝土，与实施例12的不同之处在于，椰壳单丝纤维在干燥后还经过硅烷偶联剂改性处理：将干燥后的椰壳单丝纤维、2份硅烷偶联剂和80份水混合搅拌均匀，反应15min后，过滤，水洗，干燥，得到改性后的椰壳纤维,硅烷偶联剂是γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
实施例15：一种抗渗混凝土，与实施例12的不同之处在于，椰壳单丝纤维在干燥后还经过硅烷偶联剂改性处理：将干燥后的椰壳单丝纤维、3份硅烷偶联剂和90份水混合搅拌均匀，反应20min后，过滤，水洗，干燥，得到改性后的椰壳纤维，硅烷偶联剂是γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
对比例1：一种抗渗混凝土，与实施例1的不同之处在于，将混纺纤维替换为等重量份数的橡胶丝，橡胶丝的长度为1.5mm，纤度为6D。
对比例2：一种抗渗混凝土，与实施例1的不同之处在于，将混纺纤维替换为等重量份数的陶瓷纤维，陶瓷纤维的长度为1.5mm，纤度为6D。
对比例3：一种抗渗混凝土，与实施例1的不同之处在于，将混纺纤维替换为等重量份数的椰壳纤维，椰壳纤维的长度为1.5mm，纤度为6D。
对照例：一种抗渗混凝土，与实施例1的不同之处在于，未加入混纺纤维。
抗渗性能测试：参照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》规定的混凝土抗水渗透性试验方法，将实施例1-15、对比例1-3、对照例制成标准试块，测试在恒定水压力0.8MPa下的渗水高度，重复测试6组，计算平均渗水高度(mm)。
抗裂性能测试：按照GB/T50081-2016《普通混凝士力学性能试验方法标准》将实施例1-15、对比例1-3、对照例制作成标准试块，计算抗渗混凝土浇注24h后测量得到单位面积的裂缝数目以及单位面积上的总开裂面积。
抗压强度测试：按照GB/T50081-2016《普通混凝士力学性能试验方法标准》将实施例1-15、对比例1-3、对照例制作成标准试块，根据抗压强度试验，测试标准养护28d后的抗压强度。
表2实施例1-15、对比例1-3、对照例的抗渗性能测试结果
表3实施例1-15、对比例1-3、对照例的抗裂性能测试结果
表4实施例1-15、对比例1-3、对照例的抗压强度测试结果
测试结果及分析：其中，实施例1-15的裂缝宽度小于0.2mm，符合混凝土最大裂缝宽度允许值的要求。由表2中的数据可知，对照例未加入混纺纤维时，平均渗水高度高达42.5mm，在分别加入橡胶丝、陶瓷纤维、椰壳纤维后，平均渗水高度大幅下降，说明橡胶丝、陶瓷纤维、椰壳纤维均可以提高混凝土的抗渗水性能，其中，加入橡胶丝后的抗渗水性能最好；实施例1-3在将橡胶丝、陶瓷纤维、椰壳纤维制成混纺纤维加入混凝土后，平均渗水高度下降至10.3-13.5mm，说明橡胶丝、陶瓷纤维、椰壳纤维复配可以增强混凝土的抗渗性能；实施例4-5控制橡胶丝、陶瓷纤维、椰壳纤维的数量比，实施例6控制缠绕方式，实施例7-8控制混纺纤维的长度和纤度后，平均渗水高度进一步下降，抗渗性能提高；实施例9-10对椰壳纤维进行碱改性后，平均渗水高度进一步下降，说明碱改性改善了椰壳纤维与混凝土的界面性能，抗渗性能提高；但是，实施例11的改性液中去除丁基萘磺酸钠后，平均渗水高度下降幅度较小，说明只有当三种表面活性剂配合使用时，才可以更好地除去低分子杂质；实施例12-15分别进行活化处理和硅烷偶联剂改性处理后，平均渗水高度进一步下降，抗渗性能提高，说明活化处理可以降低椰壳单丝纤维的结晶度，有利于椰壳单丝纤维与其他成分结合，硅烷偶联剂可以改善椰壳单丝纤维的分散性，增强泡沫混凝土的抗渗性能。
由表3中的数据可知，对照例未加入混纺纤维时，单位面积的裂缝数目和单位面积上的总开裂面积较高，在分别加入橡胶丝、陶瓷纤维、椰壳纤维后，裂缝数目和总开裂面积大幅下降，说明橡胶丝、陶瓷纤维、椰壳纤维均可以提高混凝土的抗裂性能，其中，加入陶瓷纤维后的抗裂性能最好；实施例1-3在将橡胶丝、陶瓷纤维、椰壳纤维制成混纺纤维加入混凝土后，裂缝数目和总开裂面积大幅下降，说明橡胶丝、陶瓷纤维、椰壳纤维复配可以增强混凝土的抗裂性能；实施例4-5控制橡胶丝、陶瓷纤维、椰壳纤维的数量比，实施例6控制缠绕方式，实施例7-8控制混纺纤维的长度和纤度后，裂缝数目和总开裂面积进一步下降，抗裂性能提高；实施例9-10对椰壳纤维进行碱改性后，裂缝数目和总开裂面积进一步下降，说明碱改性改善了椰壳纤维与混凝土的界面性能，界面粘接力提高，抗裂性能提高；但是，实施例11的改性液中去除丁基萘磺酸钠后，裂缝数目和总开裂面积下降幅度较小，说明只有当三种表面活性剂配合使用时，才可以更好地除去低分子杂质；实施例12-15分别进行活化处理和硅烷偶联剂改性处理后，裂缝数目和总开裂面积进一步下降，抗裂性能提高，说明活化处理可以降低椰壳单丝纤维的结晶度，有利于椰壳单丝纤维与其他成分结合，硅烷偶联剂可以改善椰壳单丝纤维的分散性，增强泡沫混凝土的抗裂性能。
由表4中的数据可知，对照例未加入混纺纤维时，抗压强度较低，在加入橡胶丝后，抗压强度下降，在分别加入陶瓷纤维、椰壳纤维后，抗压强度大幅提高，说明陶瓷纤维、椰壳纤维均可以提高混凝土的抗压强度，但是，橡胶丝会导致混凝土的抗压强度有一定的下降。
实施例1-3在将橡胶丝、陶瓷纤维、椰壳纤维制成混纺纤维加入混凝土后，抗压强度进一步提高，说明陶瓷纤维和椰壳纤维能够弥补橡胶丝加入引起抗压强度下降的缺陷；椰壳纤维能够改善橡胶丝、陶瓷纤维与混凝土相容性差的缺陷；橡胶丝和陶瓷纤维会降低椰壳纤维的亲水基团相互聚集的可能性，增强混凝土的抗渗性能，同时也增强了混凝土的抗裂性能和抗压强度。
实施例4-15对抗压强度的影响较小，主要是对抗渗性能和抗裂性能有显著的影响。
本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
