一种抗渗混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种抗渗混凝土及其制备方法。
背景技术
近年来，将汽车工业产生的大量废旧轮胎粉碎成废旧胶粉的粉碎技术有效推动了废旧胶粉化废为宝和消除黑色污染，国内外学者已尝试利用废旧胶粉独特的柔韧性、抗冲击性来改性塑料、沥青、砂浆混凝土等，进而应用于建筑地坪、城市园林、防撞护栏等工程领域，并取得了良好的经济效益和社会效益。现有研究发现，分别用粗废旧胶粉和细废旧胶粉全部替代混凝土中的粗骨料时，相比于普通混凝土，掺粗、细废旧胶粉混凝土的抗压强度下降幅度分别达85％、65％，劈裂抗拉强度下降幅度约为50％。即废旧胶粉的掺量越高，混凝土的强度越低。
在公开号为CN111003981A的中国发明申请专利中公开了一种高强抗渗抗冻混凝土及其制备方法，该混凝土主要包括390-410份水泥、136-156份水、639-659份砂子、900-1100份石子、90-110份粉煤灰、14.4-18.4份防冻剂、42-54份阻锈防腐型防水剂、46-68份废旧混凝土颗粒、60-80份废旧橡胶颗粒。
上述专利在利用废旧材料的基础上，得到的混凝土具有较强的抗冻融性和力学性能。但我们知道，在橡胶工业中金常加入硬脂酸锌作为润滑剂、防黏剂、硫化催媒的活化剂，因而由废旧轮胎制备的废旧橡胶颗粒中必然含有硬脂酸锌，而硬脂酸锌恰恰是降低废旧橡胶颗粒与水泥砂浆结合力的主要原因。因此，当废旧橡胶颗粒按等体积替代部分骨料的体积不会超过10％，否则混凝土的强度会出现一个明显的降低，导致混凝土强度要求和废旧橡胶颗粒大规模和充分利用的矛盾出现。
因此，需要提出一种新的方案来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种抗渗混凝土，其具有充分利用废旧橡胶颗粒且混凝土力学性能高的优点。
本发明的目的二在于提供一种抗渗混凝土的制备方法，其具有操作简单、适合大规模化生产的优点。
为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：
一种抗渗混凝土，包括如下重量份数的组分：
水泥：350-400份；
水：120-150份；
砂子：600-650份；
细石：900-1000份；
粉煤灰：60-80份；
矿粉：80-100份；
减水剂：3-5份；
改性废旧橡胶颗粒：60-195份；
PVA纤维：6-19.5份；
所述改性废旧橡胶颗粒的制备方法为：按照重量比1:4将废旧橡胶颗粒加入到1mol/L的NaOH溶液中浸泡2-3h，然后用水将废旧橡胶颗粒进行清洗至pH＝8，烘干后用硅烷偶联剂在无水乙醇中浸泡2-3h，清洗后烘干，即得。
通过采用上述技术方案，本发明通过在混凝土中加入废旧橡胶颗粒，缓解了废旧橡胶对环境的影响，同时废旧橡胶的弹性模量低、变性能力强，掺入混凝土中，可提高混凝土的抗冲击性能，当水分在混凝土中形成颗粒较大的冰棱时，废旧橡胶能够为冰棱提供变形空间，当冰棱融化后，废旧橡胶颗粒恢复原状，提高了混凝土的抗变形能力。
此外，本发明对废旧橡胶颗粒进行改性处理，首先使用碱性剂处理废旧橡胶颗粒中的硬脂酸锌，露出其内部的极性键，然后再用硅烷偶联剂处理废旧橡胶颗粒表面，以提高其与水泥混凝土界面的粘结性能，相应抗压、抗折强度则大大提升。
本发明通过利用PVA纤维的水溶特性，进一步改善橡胶的亲水性，以改善橡胶混凝土的界面性质，提高大掺量橡胶混凝土的力学性能，改善了混凝土的韧性和防裂抗渗性能。
进一步优选为，所述废旧橡胶颗粒的粒径为10-18mm。
通过采用上述技术方案，废旧橡胶颗粒的细度较大，不利于混凝土的抗渗性能；细度较小，当废旧橡胶颗粒掺量过高时，由于废旧橡胶颗粒的比表面积大，水泥浆包裹不完整，则会产生过多的孔隙，抗渗性能亦不好。本发明采用粒径位于10-18mm的废旧橡胶颗粒，得到的混凝土则具有较好的抗渗性能。
进一步优选为，所述PVA纤维的长度为4-8mm，直径为15-18μm。
通过采用上述技术方案，本发明采用长度4-8mm，直径15-18μm的PVA纤维能够有效改善混凝土的抗裂韧性。
进一步优选为，所述减水剂包括重量比为1:1的马来海松酸酐和马来酸酐型羧酸减水剂。
通过采用上述技术方案，该减水剂中含有大量的羧基，对水泥有很好的分散作用，水泥在水中分散更加均匀，减少水的用量。
进一步优选为，所述细石的粒径为5-25mm连续级配。
通过采用上述技术方案，碎石为5-25mm连续级配，不同粒径的碎石可以堆积形成密实填充的搭接骨架，减少混凝土的孔隙率，提高混凝土的强度，从而提高混凝土的抗渗性能。
进一步优选为，所述粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰，45μm方孔筛筛余下，粉煤灰的细度≤8％，烧失量＜4.5％，需水量比＜96％，含水量＜0.2％。
通过采用上述技术方案，粉煤灰具有火山活性成分，粉煤灰的添加可以减少水泥的用量，降低水泥的水化热，降低混凝土的收缩开裂的情况；粉煤灰可以填充混凝土中的缝隙，提高混凝土的致密性，提高混凝土的抗渗性能；并且粉煤灰的颗粒中大部分为无定型的球形聚丙烯体，可以提高混凝土拌合物的和易性。
进一步优选为，所述矿粉为S95级矿渣粉，密度为2.8g/cm3，比表面积为420m2/kg，7d的活性指数为82％，28d的活性指数为94％，流动度比为96％，含水量为0.2％。
通过采用上述技术方案，矿粉有很好的化学活性，矿粉的加入可以降低用水量，矿粉与水混合后可以填充到混凝土中的水泥与细骨料之间的缝隙中，提高混凝土的致密性，提高混凝土的抗渗性能。
为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案：
一种抗渗混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1，将矿粉、粉煤灰、砂子和细石混合并搅拌均匀，加入水泥继续搅拌均匀，得到基料混合物；
S2，将改性废旧橡胶颗粒、PVA纤维和部分水用胶砂搅拌机拌和1.5-2h，烘干，得到PVA纤维改性废旧橡胶颗粒；
S3，将减水剂加入到剩余水中并搅拌均匀，得到减水剂溶液；
S4，将基料混合物和PVA纤维改性废旧橡胶颗粒混合物C混合，加入减水剂溶液并搅拌均匀，得到抗渗混凝土。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明对废旧橡胶颗粒进行改性处理，首先使用碱性剂处理废旧橡胶颗粒中的硬脂酸锌，露出其内部的极性键，然后再用硅烷偶联剂处理废旧橡胶颗粒表面，以提高其与水泥混凝土界面的粘结性能，相应抗压、抗折强度则大大提升；
(2)本发明通过利用PVA纤维的水溶特性，进一步改善橡胶的亲水性，以改善橡胶混凝土的界面性质，提高大掺量橡胶混凝土的力学性能，改善了混凝土的韧性和防裂抗渗性能，使得废旧橡胶颗粒的掺量达到了细骨料的30％，充分利用了废旧资源，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明中抗渗混凝土的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
本发明中的细石均采用粒径为5-20mm连续级配的碎石；
砂子均采用Ⅱ区天然中砂，细度模数为2.5，含泥量＜1.0％；
水泥均采用42.5级硅酸盐水泥；
粉煤灰均采用F类Ⅱ级粉煤灰，45μm方孔筛筛余下，粉煤灰的细度≤8％，烧失量＜4.5％，需水量比＜96％，含水量＜0.2％。
矿粉均采用S95级矿渣粉，密度为2.8g/cm3，比表面积为420m2/kg，7d的活性指数为82％，28d的活性指数为94％，流动度比为96％，含水量为0.2％；
减水剂采用重量比为1:1的马来海松酸酐和马来酸酐型羧酸减水剂。
硅烷偶联剂采用硅烷偶联剂KH570，购自上海耀华化工厂。
实施例1：如图1，一种抗渗混凝土，各组分及其相应的重量份数如表1所示，并通过如下步骤制备获得：
S1，将矿粉、粉煤灰、砂子和细石混合并搅拌均匀，加入水泥继续搅拌均匀，得到基料混合物；
S2，将改性废旧橡胶颗粒与等重量的水混合，加入平均长度6mm，平均直径16mm的PVA纤维，用胶砂搅拌机拌和1.5h，于60℃下烘干4h，得到PVA纤维改性废旧橡胶颗粒；
S3，将减水剂加入到剩余水中并搅拌均匀，得到减水剂溶液；
S4，将基料混合物和PVA纤维改性废旧橡胶颗粒混合物C混合，加入减水剂溶液并搅拌均匀，得到抗渗混凝土。
本实施例中，改性废旧橡胶颗粒的制备步骤为：将1份细度为10mm的废旧橡胶颗粒加入到4份1mol/L的NaOH溶液中浸泡2h，然后用清水将废旧橡胶颗粒进行清洗至pH＝8.0，75℃下烘干，再用4份硅烷偶联剂在6份无水乙醇中浸泡2h，用清水清洗，于75℃下烘干得到改性废旧橡胶颗粒。
实施例2-6：一种抗渗混凝土，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1-6中各组分及其重量份数
实施例7：一种抗渗混凝土，与实施例1的不同之处在于，本实施例中，改性废旧橡胶颗粒的制备步骤为：将1份细度为18mm的废旧橡胶颗粒加入到4份1mol/L的NaOH溶液中浸泡3h，然后用清水将废旧橡胶颗粒进行清洗至pH＝8.0，80℃下烘干，再用4份硅烷偶联剂在6份无水乙醇中浸泡3h，用清水清洗，于80℃下烘干得到改性废旧橡胶颗粒。
对比例1：一种混凝土，与实施例1的不同之处在于，未加入PVA纤维。
对比例2：一种混凝土，与实施例1的不同之处在于，未加入改性废旧橡胶颗粒。
对比例3：一种混凝土，与实施例1的不同之处在于，所加入改性废旧橡胶颗粒的改性步骤为：将1份细度为10mm的废旧橡胶颗粒用4份硅烷偶联剂在6份无水乙醇中浸泡2h，用清水清洗，于75℃下烘干得到改性废旧橡胶颗粒，即未采用NaOH处理。
对比例4：一种混凝土，与实施例1的不同之处在于，所加入改性废旧橡胶颗粒的改性步骤为：将1份细度为10mm的废旧橡胶颗粒加入到4份1mol/L的NaOH溶液中浸泡2h，然后用清水将废旧橡胶颗粒进行清洗至pH＝8.0，于75℃下烘干得到改性废旧橡胶颗粒，即未用硅烷偶联剂处理。
性能测试
分别对实施例1-7和对比例1-4制得的混凝土进行性能测试，测试结果计入表2中。
由表2中测试数据可以看出，实施例1-7的抗渗能力均优于对比例1-4，其中对比例2的抗渗能力最差，对比例3和对比例4由于未对废旧橡胶颗粒进行完全改性，所得混凝土的抗渗能力也较差。实施例1-7的抗折强度和抗压强度也均优于对比例1-4，其中对比例由于未加入PVA纤维，所得混凝土的力学性能最差。综上所述，本发明通过废旧橡胶颗粒进行两次改性，以及复配使用PVA纤维，保证了废旧橡胶颗粒使用量达到30％时，混凝土依然具有较高的抗渗能力和力学强度。
表2性能测试结果
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
