装配式建筑用抗裂混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术公开了装配式建筑用抗裂混凝土及其制备方法，属于抗裂混凝土技术领域，包括如下步骤：硬脂酸包覆碳酸钙掺入丝素蛋白溶液中，经纺丝，得到复合纤维；将改性氧化石墨烯与硅微粉混合制备气凝胶，得到抗裂助剂；将硅酸盐水泥、砂子、石子、矿渣粉、复合纤维及抗裂剂、抗裂助剂混合，再加入聚羧酸减水剂和水，搅拌，制得抗裂混凝土。硬脂酸钙能够沿着毛细管孔形成防水层，减少水分通过毛细管孔，避免与游离氧化钙反应膨胀形成裂纹；纤维表面含有疏水层能够减少复合纤维在碱性混凝土中分解；多孔气凝胶结构能够有效降低混凝土的导热率，硅微粉在气凝胶中作为骨架，避免氧化石墨烯经高温处理后易脆造成混凝土易产生裂纹。理后易脆造成混凝土易产生裂纹。

【技术实现步骤摘要】
装配式建筑用抗裂混凝土及其制备方法


[0001]本专利技术涉及抗裂混凝土
，具体为装配式建筑用抗裂混凝土及其制备方法。

技术介绍

[0002]混凝土是指由胶凝材料将集料胶结成整体的复合材料统称，采用水泥作胶凝材料，砂、石作为集料，与水、外加剂和掺合料按一定比例配合，经搅拌而得的混凝土，混凝土有适用范围广、价格便宜、易浇筑成型等优点，混凝土是一种重要的水力建筑和建筑材料，在硬化过程中，混凝土的收缩是由于其自身的水化反应和水分的传递，常见的收缩类型包括自生收缩、化学收缩、热收缩和干燥收缩。
[0003]碳酸钙包括重质碳酸钙和轻质碳酸钙，重质碳酸钙具有较强的硬度，在混凝土中，能够增强其机械性能，还具有较好的防水性能；通过在混凝土中加入多孔材料，能够增强混凝土的保温性能，广泛应用于建筑领域，需要考虑多孔材料的易脆性，避免在压力冲撞下多孔材料在混凝土中破碎，造成混凝土产生裂纹；在混凝土中添加纤维可有效增强混凝土的机械性能和抗压强度，对废旧蚕丝及其纺织品处理大多仍采用焚烧、掩埋等方式，造成资源的极大浪费，采用丝素蛋白制备纤维，能够解决资源。
[0004]混凝土作为一种新型建筑材料，以其骨料可以就地取材、构件易于成型、具有水硬性，但混凝土中的游离氧化钙水化速度慢，水泥固化后游离氧化钙组分遇水仍然发生水化反应，在混凝土内部膨胀，导致混凝土开裂。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供装配式建筑用抗裂混凝土及其制备方法：采用硬脂酸包覆碳酸钙，在碳酸钙表面形成硬脂酸钙能够沿着毛细管孔形成防水层，减少水分通过毛细管孔，避免与游离氧化钙反应膨胀形成裂纹；将改性碳酸钙掺入丝素蛋白溶液中，改性碳酸钙能够增强丝素蛋白纤维的机械强度，在纤维表面含有疏水层，能够减少复合纤维在碱性混凝土中分解；利用阳离子改性含煤偏高岭土，再将阳离子改性的含煤偏高岭土吸附到氧化石墨烯片层上，促进水泥水化反应，且能够增强了氧化石墨烯气凝胶的成核效应，提高氧化石墨烯气凝胶的抗压强度；改性氧化石墨烯与硅微粉形成气凝胶，多孔结构能够有效降低混凝土的导热率，具有较好的保温性能，硅微粉具有较好的机械强度，在气凝胶中作为骨架，避免氧化石墨烯经高温处理后易脆造成混凝土易产生裂纹。
[0006]本专利技术要解决的技术问题：混凝土作为一种新型建筑材料，以其骨料可以就地取材、构件易于成型、具有水硬性，但混凝土中的游离氧化钙水化速度慢，水泥固化后游离氧化钙组分遇水仍然发生水化反应，在混凝土内部膨胀，导致混凝土开裂。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：装配式建筑用抗裂混凝土的制备方法，包括以下步骤：S1.采用硬脂酸包覆碳酸钙，得到改性碳酸钙，由以下步骤制得：
将0.2g碳酸钙加入到10mL去离子水中，置于30℃水浴锅中，超声处理3min，得到分散液，将0.5g硬脂酸加入到30mL去离子水中，搅拌均匀，置于分散液中，超声处理3min后，置于105℃烘箱中干燥过夜以去除水分，采用研钵和研杵进行研磨成细粉，得到改性碳酸钙；其中，碳酸钙分散在去离子水中，水解发生在碳酸钙的做外层，使得外层含有的钙离子能够与硬脂酸的羧基反应，形成硬脂酸钙，实现硬脂酸包覆在碳酸钙表面。
[0008]S2.将改性碳酸钙掺入丝素蛋白溶液中，经静电纺丝，得到复合纤维，即抗裂剂，由以下步骤制得：将0.8g改性碳酸钙加入到10mL甲酸中，超声处理10min，加入13g丝素蛋白溶液，搅拌3h，得到混合溶液，将混合溶液置于喷射器中，在静电纺丝电压为26KV，混合溶液流速为2.4mL/min条件下，进行静电纺丝，收集电纺丝，得到复合纤维，即抗裂剂。
[0009]其中，将改性碳酸钙分散在甲酸溶剂中，使得改性碳酸钙更好的分散在丝素蛋白纤维中，且改性碳酸钙表面含有疏水长链烷烃结构，在纤维表面形成疏水层，具有较好的耐碱性，使得丝素蛋白纤维在碱性混凝土中不易分解。
[0010]进一步的，丝素蛋白溶液由以下步骤制得：将0.2g蚕丝加入到20mL碳酸钠溶液中，在100℃下搅拌1h对蚕丝进行脱胶，取出，然后用去离子水洗涤5次以去除蚕丝中的丝胶，置于40℃烘箱中干燥10min后，溶解在0.85g氯化钙、10mL乙醇和20mL去离子水中，搅拌均匀，经透析后，过滤并冻干，得到丝素蛋白，将丝素蛋白溶解在质量分数为98%的甲酸中，得到丝素蛋白溶液。
[0011]进一步的，碳酸钙粒径为0.01
‑
0.5μm，钙含量≥65%。
[0012]进一步的，复合纤维长度为5
‑
10mm，直径为0.2
‑
0.3mm。
[0013]S3.利用阳离子改性含煤偏高岭土，再将阳离子改性的含煤偏高岭土吸附到氧化石墨烯片层上，得到改性氧化石墨烯，将改性氧化石墨烯与硅微粉混合制备气凝胶，得到抗裂助剂，由以下步骤制得：A1.将15mL饱和氢氧化钙溶液与30mL去离子水混合，搅拌3min，加入1.5g含煤偏高岭土，搅拌30min，在30℃下浸泡24h后，经过滤，去离子水洗涤3次，在70℃烘箱中干燥15min，取出，置于研磨机中进行研磨，得到粉末，其中，粉末粒径为2
‑
3μm，将0.2g氧化石墨烯加入到50mL去离子水中，超声处理5min以确保氧化石墨烯充分分散，加入0.15g粉末，在4000rpm下搅拌2min，浸渍5min后，经过滤，去离子水洗涤2次，在70℃烘箱中干燥20min，得到改性氧化石墨烯；其中，含煤偏高岭土表面的羟基与氢氧化钙中的钙离子反应，使得含煤偏高岭土表面的硅醇和铝醇基团去质子化，在高岭土表面形成Si
‑
O
‑
Ca
+
/Al
‑
O
‑
Ca
+
结构，实现含煤偏高岭土表面带有正电荷；氧化石墨烯片层表面含有羟基、羧基等官能团，在水溶液中显负电，能够与带有正电荷的含煤偏高岭土通过静电作用，使得含煤偏高岭土吸附在氧化石墨烯片层上，含煤偏高岭土能够促进水泥水化，且能够增强氧化石墨烯气凝胶的成核效应。
[0014]A2.将0.8g改性氧化石墨烯和0.6硅微粉加入到50mL去离子水中，超声处理30min，加入0.2mL乙二醇和1mL乙醇，搅拌30mimn后，升温至200℃，搅拌30min以去除未反应的有机溶剂，冷却至室温，经过滤得到凝胶状物质，凝胶状物质在氮气气氛下经800℃处理2h以消除凝胶状物质中的水分，冷却至室温，得到抗裂助剂；其中，改性氧化石墨烯表面的正电荷与乙二醇通过静电作用，且乙二醇与硅微粉
表现的羟基通过化学键结合，形成氧化石墨烯包覆硅微粉的凝胶状物质，进一步的，以惰性气体为还原剂，在800℃处理后，形成以硅微粉为骨架的氧化石墨烯气凝胶，避免氧化石墨烯经高温处理后易脆造成混凝土形成裂纹。
[0015]进一步的，硅微粉粒径为10
‑
40nm，比表面积为0.02m2/kg。
[0016]进一步的，抗裂助剂粒径为10
‑
30μm，孔径为50
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.装配式建筑用抗裂混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.采用硬脂酸包覆碳酸钙，得到改性碳酸钙；S2.将改性碳酸钙掺入丝素蛋白溶液中，经静电纺丝，得到复合纤维，即抗裂剂；S3.利用阳离子改性含煤偏高岭土，再将阳离子改性的含煤偏高岭土吸附到氧化石墨烯片层上，得到改性氧化石墨烯，将改性氧化石墨烯与硅微粉混合制备气凝胶，得到抗裂助剂；S4.将硅酸盐水泥、砂子、石子、矿渣粉、抗裂剂、抗裂助剂混合，再加入聚羧酸减水剂和去离子水，搅拌混合，制得抗裂混凝土。2.根据权利要求1所述的装配式建筑用抗裂混凝土的制备方法，其特征在于，所述抗裂剂由以下步骤制得：A1.将碳酸钙加入到去离子水中，置于30℃水浴锅中，超声处理3min，得到分散液，将硬脂酸加入到去离子水中，搅拌均匀，置于分散液中，超声处理3min后，置于105℃烘箱中干燥过夜，采用研钵和研杵研磨成细粉，得到改性碳酸钙；A2.将改性碳酸钙加入到甲酸中，超声处理，加入丝素蛋白溶液，搅拌3h，得到混合溶液，将混合溶液置于喷射器中，在静电纺丝电压为26KV，混合溶液流速为2.4mL/min条件下，进行静电纺丝，收集电纺丝，得到复合纤维，即抗裂剂。3.根据权利要求2所述的装配式建筑用抗裂混凝土的制备方法，其特征在于，所述碳酸钙粒径为0.1
‑
0.5μm，钙含量≥65%。4.根据权利要求2所述的装配式建筑用抗裂混凝土的制备方法，其特征在于，所述复合纤维长度为5
‑
10mm，直径为0.2
‑
0.3mm。5.根据权利要求2所述的装配式建筑用抗裂混凝土的制备方法，其特征在于，所述丝素蛋白溶液由以下步骤制得：将蚕丝加入到碳酸钠溶液中，在100℃下搅拌1h，取出，用去离子水洗涤5次，置于40℃烘箱中干燥10min后，溶解在氯化钙、乙醇和去离子水中，搅拌均匀，经透析后，过滤并冻干，得到丝素蛋白，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍德静，刘婷，许鑫，赵晓姗，辛阳阳，
申请(专利权)人：山东高速德建集团有限公司，
类型：发明
国别省市：