本發(fā)明屬于混凝土，具體涉及一種綠色高強(qiáng)混凝土及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、由于綠色生產(chǎn)理念的推廣，大力發(fā)展和使用綠色建材，充分利用可再生資源，提升綠色建筑品質(zhì)，推動建筑廢棄物的高效處理與再利用，實現(xiàn)工程建設(shè)全過程低碳環(huán)保、節(jié)能減排也勢在必行。在土木工程建設(shè)高速發(fā)展的今天，混凝土已經(jīng)成為世界上使用量最大的人造產(chǎn)品，其年均消耗量僅次于水。然而，普通混凝土在生產(chǎn)和制備的過程中耗能大，環(huán)境污染嚴(yán)重，且過度開采原材料將破壞其產(chǎn)地的生態(tài)環(huán)境，與可持續(xù)發(fā)展的要求相悖。除此之外，隨著經(jīng)濟(jì)和居民生活水平的大幅度提高，人們對建筑的安全、質(zhì)量及外觀亦提出更高的要求。因此，推廣新型生態(tài)環(huán)保的高和易性綠色混凝土材料的工程應(yīng)用顯得尤為重要。

2、因此，開發(fā)一種綠色高強(qiáng)混凝土是當(dāng)務(wù)之急。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出的綠色高強(qiáng)混凝土，既能改善鋼纖維與混凝土基質(zhì)界面的粘結(jié)性能，又能在鋼纖維與基體之間的界面區(qū)域被堆積和重排時，對這些間隙進(jìn)行填充對混凝土性能的改善作用。

2、根據(jù)本發(fā)明的第一方面實施例的一種綠色高強(qiáng)混凝土，所述綠色高強(qiáng)混凝土的制備原料包括鋼渣石、鋼渣砂、水泥、粉煤灰和改性鋼纖維；

3、所述改性鋼纖維的制備原料包括：鋼纖維、明膠顆粒、非離子型表面活性劑和聚乳酸。

4、根據(jù)本發(fā)明的第一方面的實施例至少具有以下有益效果：

5、聚乳酸能夠在鋼纖維表面形成一層覆蓋物，從而提高與混凝土基質(zhì)的物理粘結(jié)力，其中聚乳酸分子中含有羧基(-cooh)官能團(tuán)，而混凝土中的水化產(chǎn)物和粉煤灰富含羥基(-oh)。因而羧基和羥基發(fā)生酯化反應(yīng)，形成酯鍵(-coo-)，從而將聚乳酸與混凝土基質(zhì)牢固地連接在一起；聚乳酸分子中的羧基也與混凝土中的陽離子(如ca2+)發(fā)生離子交換反應(yīng)，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物進(jìn)一步促進(jìn)聚乳酸與混凝土基質(zhì)之間的結(jié)合。聚乳酸作為介于鋼纖維與混凝土基質(zhì)之間的界面過渡層，可以改善兩者之間的相容性和黏附力，在微觀尺度上填充鋼纖維與混凝土基質(zhì)之間的缺陷，減少應(yīng)力集中并提高界面的結(jié)合強(qiáng)度。

6、在混凝土受到外力作用時，鋼纖維會發(fā)生滑動位移，鋼纖維表面的聚乳酸包覆的明膠顆粒脫落填充到鋼纖維與基體之間的界面區(qū)域，一方面會形成摩擦阻止作用，增加了鋼纖維的拉拔阻力，另一方面，聚乳酸包覆的明膠顆粒的存在可以使應(yīng)力在鋼纖維與混凝土基體之間得到更均勻的分散，減輕了局部應(yīng)力集中的現(xiàn)象，從而有助于提高鋼纖維的拉拔強(qiáng)度和韌性，同時聚乳酸包覆的明膠顆粒的填充還可以填補(bǔ)界面間的空隙，進(jìn)一步提高了鋼纖維的抗拉性能。

7、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述非離子表面活性劑包括聚山梨酯。

8、本發(fā)明中的聚山梨酯在溶液中形成一層吸附在明膠顆粒表面的分子膜從而維持明膠顆粒的穩(wěn)定性，同時聚山梨酯通過改變?nèi)芤旱谋砻鎻埩Γ绊懢廴樗嵩谌芤褐械臄U(kuò)散速率和凝聚行為，從而得到能夠?qū)崿F(xiàn)維持明膠的小顆粒穩(wěn)定性以及調(diào)節(jié)聚乳酸包覆層厚度，避免了鋼纖維表面的聚乳酸包覆的明膠微球粒徑過大。

9、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，按重量份計，所述綠色高強(qiáng)混凝土的制備原料包括：鋼渣石850～1010份、鋼渣砂850～1010份、粉煤灰100～200份和改性鋼纖維50～70份。

10、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述綠色高強(qiáng)混凝土的制備原料還包括：聚羧酸減水劑和水。

11、根據(jù)本發(fā)明的第二方面實施例的一種所述的綠色高強(qiáng)混凝土的制備方法，包括以下步驟：

12、s1.將所述水泥、所述粉煤灰混合分散；

13、s2.向步驟s1所得混合物中加入所述鋼渣石、所述鋼渣砂和所述改性鋼纖維繼續(xù)混合。

14、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述改性鋼纖維的制備方法包括：

15、a1.將聚乳酸分散后加入非離子型表面活性劑得到混合液；

16、a2.將明膠加入混合液中反應(yīng)得到聚乳酸包覆的明膠微球溶液；

17、a3.將鋼纖維浸泡在聚乳酸包覆的明膠微球溶液后固化得到改性鋼纖維。

18、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述改性鋼纖維的制備方法包括：

19、a1.將100～200份聚乳酸分散后加入5～10份非離子型表面活性劑得到混合液；

20、a2.將50～75份明膠加入混合液中25～35℃反應(yīng)2～3h得到聚乳酸包覆的明膠微球溶液；

21、a3.將鋼纖維浸泡在聚乳酸包覆的明膠微球溶液后40～60℃固化6～8h得到改性鋼纖維。

22、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述明膠顆粒的粒徑為15～100目。

23、通過超聲波處理有助于打破聚乳酸顆粒之間的團(tuán)聚，促進(jìn)其分散在溶液中。

24、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，步驟a2中，所述反應(yīng)的方法包括：超聲反應(yīng)；所述超聲反應(yīng)的時間為2～6h；所述超聲反應(yīng)頻率為20khz～100khz。

25、本發(fā)明中，在上述超聲處理的條件下有助于打破聚乳酸顆粒之間的團(tuán)聚，促進(jìn)其分散在溶液中，從而調(diào)節(jié)聚乳酸包覆層厚度在合適的范圍內(nèi)。

26、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，步驟a2中，所述反應(yīng)的ph值為6～7。

27、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述聚乳酸分散的步驟中包括將聚乳酸和溶劑混合，所述溶劑包括：二甲基亞砜和氯化甲烷。

28、根據(jù)本發(fā)明的第三方面實施例的一種綠色高強(qiáng)混凝土在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種綠色高強(qiáng)混凝土，其特征在于：所述綠色高強(qiáng)混凝土的制備原料包括鋼渣石、鋼渣砂、水泥、粉煤灰和改性鋼纖維；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綠色高強(qiáng)混凝土，其特征在于，所述非離子表面活性劑包括聚山梨酯。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綠色高強(qiáng)混凝土，其特征在于，按重量份計，所述綠色高強(qiáng)混凝土的制備原料包括：鋼渣石850～1010份、鋼渣砂850～1010份、粉煤灰100～200份和改性鋼纖維50～70份。

4.一種如權(quán)利要求1～3中任一項權(quán)利要求所述的綠色高強(qiáng)混凝土的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述改性鋼纖維的制備方法包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述改性鋼纖維的中，所述明膠顆粒的粒徑為15～100目。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述反應(yīng)的方法包括：超聲反應(yīng)；所述超聲反應(yīng)的時間為2～6h；所述超聲反應(yīng)頻率為20khz～100khz。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述反應(yīng)的ph值為6～7。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述聚乳酸分散的步驟中包括將聚乳酸和溶劑混合，所述溶劑包括：二甲基亞砜和氯化甲烷。

10.一種如權(quán)利要求1～3中任一項權(quán)利要求所述的綠色高強(qiáng)混凝土在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種綠色高強(qiáng)混凝土及其制備方法與應(yīng)用，綠色高強(qiáng)混凝土的制備原料包括鋼渣石、鋼渣砂、水泥、粉煤灰和改性鋼纖維；改性鋼纖維的制備原料包括：鋼纖維、明膠顆粒、非離子型表面活性劑和聚乳酸。本發(fā)明提出的綠色高強(qiáng)混凝土，既能改善鋼纖維與混凝土基質(zhì)界面的粘結(jié)性能，又能在鋼纖維與基體之間的界面區(qū)域被堆積和重排時，對這些間隙進(jìn)行填充對混凝土性能的改善作用。

技術(shù)研發(fā)人員：周強(qiáng),蔣震,王軍,何彥琪,張毅,笪俊偉,李蒙強(qiáng),蔣崢瑾,王晨宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中建西部建設(shè)湖南有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6