[发明专利]一种高强度高韧性粗集料、其制备方法及由其制备的混凝土

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度高韧性粗集料、其制备方法及由其制备的混凝土，属于建筑材料技术领域。

背景技术

混凝土自其被发明以来就存在韧性不足、脆性过大的缺点，一般而言，混凝土的抗拉强度约为抗压强度的7%～14%，且混凝土的抗压强度越高，拉压比就越小。混凝土作为一种多相复合材料，按照混凝土在应力作用下的行为一般将其视作由三相组成：水泥浆基体、分散其中的骨料以及水泥浆-骨料之间的过渡区相。其中，过渡区相代表着骨料颗粒与硬化水泥浆体之间的界面区，过渡区是围绕大骨料周围存在的一层薄壳，其公认厚度为≤200μm，通常比混凝土的两个主要相弱。在界面区上，水泥凝胶与骨料靠范德华力和物理的咬合力结合在一起，结合强度较低，在应力作用下，裂缝首先在这里发生。此外，混凝土材料的化学键主要为共价键和离子键，这类化学键键能大而具有方向性，这使得混凝土在发生小变形时，能够储存大量的势能，而一旦混凝土本身出现裂纹（包括原始裂纹、孔隙和后期受荷裂纹），能量便在缺陷处快速释放，造成材料发生迅速的裂纹扩展开裂直至破坏。因此，混凝土材料的化学键类型和材料的非匀质多缺陷的特征决定了其脆性材料的属性。

混凝土韧性方面的不足在一定程度上限制了其应用范围，为了提高混凝土的韧性，人们先后发明了钢筋混凝土、聚合物混凝土、纤维混凝土等。这三类混凝土的增韧机理各不相同，并互有优缺点。

钢筋混凝土利用混凝土与高强、高韧性钢筋骨架网络间的粘结作用将构件的受力更多地传递给钢筋网，而使混凝土基体所受的力则小于其极限应力，从而改善了钢筋混凝土的韧性。钢筋混凝土发展最早，应用广泛，适用于浇注具有一定规则几何形状的大型构件，此外受钢筋成本影响，其总体造价较为昂贵。

聚合物混凝土系颗粒型有机－无机复合材料的统称，这类材料在近30年来有显著的发展。按其组成和制作工艺，可分为：聚合物浸渍混凝土，聚合物水泥混凝土（也称聚合物改性混凝土），聚合物胶结混凝土（又称树脂混凝土）。聚合物混凝土利用聚合物乳液破乳后聚合物颗粒相互搭接在混凝土内部形成网络结构、填充混凝土中孔隙缺陷、增加混凝土内部固相颗粒的作用力实现增韧。聚合物混凝土与普通水泥混凝土相比，具有耐蚀、耐磨、耐冻融等优点，同时，由于有机聚合物的弹性模量较低致使聚合物混凝土抗压强度与同水灰比的普通混凝土相比要低一些。

纤维混凝土通过内部大量乱向分布的短细纤维与水泥基材料的粘结作用将水泥基材料的受力传递给纤维，使混凝土获得高强、高韧和高抗渗的特性。应用于混凝土领域的纤维按材质可分为有机纤维和钢纤维。其中有机纤维混凝土的设计初衷和主要功能是为了提高混凝土抗裂、抗渗性能，而增加韧性（提升有限）并非主要设计指标，钢纤维混凝土在众纤维混凝土中韧性提升同比最为显著，但其在潮湿环境下服役时可能引起钢纤维锈蚀而导致混凝土失效，此外钢纤维制造成本较昂贵，这也限制了其大范围应用。

专利200710053634.3公开了一种高强高韧性轻集料混凝土的制备方法，该文件所公开的技术中处理集料时采用了先增韧后增强的方法，该法仅用于轻集料混凝土的制备，并不适用于普通混凝土；除此之外，该技术在增强处理以及混凝土拌制过程中都使用了纤维，其增韧途径主要通过纤维获得，仍属传统的纤维混凝土范畴，这与本专利公开的增韧机理完全不同；最后，集料表面覆盖低强低模的苯丙乳液相当于在混凝土界面处引入了一弱化相，这将造成混凝土强度的大幅度折减。

综上所述，高强度高韧性混凝土存在巨大的市场需求，但目前的限于提高混凝土强度、韧性的技术的不足，限制了其应用推广。

技术内容

本发明提供了一种高强度高韧性粗集料、其制备方法及由其制备的混凝土。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种高强度高韧性粗集料的制备方法，包括如下步骤：

A、将普通粗集料与环氧改性苯丙乳液或环氧改性聚乙烯醇乳液混匀，所述环氧改性苯丙乳液或环氧改性聚乙烯醇乳液的质量用量为普通粗集料质量的1%～3%；

B、将步骤A所得物料与增强胶材混匀并标养，得高强度高韧性粗集料，所述步骤A所得物料与增强胶材的质量比为1：（0.002～0.046），所述增强胶材包括质量比为1：（0.1～0.3）：（0.05～0.1）的水泥、矿物掺合料和膨胀剂。

为了提高效率并保证产品性能，上述标养条件为：在相对湿度为90±5%，温度为20±2℃的条件下，养护2～3d。