1.本发明涉及混凝土抗裂剂技术领域，具体涉及一种混凝土抗裂剂及其制备方法。


背景技术：

2.随着我国基础设施建设的增强，建筑工程项目日渐增多，大体积混凝土的使用越来越广泛，但混凝土开裂问题却日益突出，严重影响了混凝土的结构强度、耐久性以及体积稳定性，因而控制混凝土结构缺陷，对有效地防止或减少混凝土开裂具有非常重要意义。
3.从材料的角度而言，混凝土膨胀剂、减缩剂、钢纤维和合成有机纤维都是减免或分散裂缝的有效措施。但这些混凝土添加剂往往功能单一，制备得到的混凝土材料从价格、施工便利、综合性能方面均有待改善。现有技术中主要通过在混凝土中掺加膨胀剂来提高混凝土的抗裂性能和抗渗性能，但是膨胀剂的使用会使得混凝土的强度降低，且添加膨胀剂后的混凝土的抗裂性能仍有待提高。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服上述不足，提供了一种混凝土抗裂剂，通过改性抗裂纤维、改性蓝晶石、改性蒙脱土、氧化石墨烯、聚合物微球、纳米氧化镝、纳米氧化锌及石膏的合理配伍得到混凝土抗裂剂，具有抗裂、补充收缩、抑制收缩的功能，加入混凝土中后大大提高了混凝土的强度、抗裂性能，同时有益于混凝土耐久性的提高；此外，本发明还提供了一种混凝土抗裂的制备方法。
5.为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种混凝土抗裂剂，包括以下重量份数的组分：改性抗裂纤维1.5～4份、改性蓝晶石2～7份、改性蒙脱土5～8份、氧化石墨烯0.5～1份、聚合物微球1～3.5份、纳米氧化镝2～4份、纳米氧化锌2～4份、石膏10～30份。
6.通过采用上述技术方案，改性纤维能够减少混凝土收缩，阻碍裂缝滋生，改善混凝土韧性，提高混凝土抗裂性能；聚合物微球有助于填充抗裂混凝土内部微小的裂纹，抗裂混凝土在受力时，聚合物微球自身的形变有助于减小抗裂混凝土的形变，进而提高混凝土的抗裂性；氧化石墨烯是一种新型的碳纳米材料，具有二维网面状结构，比表面积大并且有极高的弹性模量，氧化石墨烯添加至抗裂剂中，一方面其二维网面状结构及大比表面积使得水泥水化产物在氧化石墨烯上密集分布，从而得到更致密的水化产物，提升混凝土的力学性能，另一方面在混凝土收缩时能提供反向拉力，起到抑制收缩作用，从而减小混凝土的收缩；纳米氧化镝和纳米氧化锌为激发剂，比表面积大，性能优异，对混凝土原料的表面激活效率高，能够吸收二氧化碳，增强混凝土致密性，提高混凝土抗腐蚀性能，并能够激发水泥与矿物掺合料的早期活性，提高混凝土的早期强度；通过改性蒙脱土和改性抗裂纤维的配合，使改性抗裂纤维在混凝土中的分散性能更好，此外，改性蒙脱土和聚合物微球配合具有一定的保水性，有助于减少混凝土中水分的丧失，进而减弱混凝土的干缩，进一步提高混凝土的抗裂性。
7.优选地，所述聚合物微球的粒径为50～200nm；
8.所述聚合物微球为聚苯乙烯微球和聚甲基丙烯酸甲酯微球中的至少一种；
9.所述石膏为脱硫石膏、二水石膏及硬石膏中的至少一种。
10.通过采用上述技术方案，使用50～200nm粒径的聚合物微球，使得聚合物微球能够填充混凝土内部更细小的裂纹，进一步降低混凝土开裂的几率；混凝土自身的形变也是造成混凝土开裂的因素之一，当混凝土发生细微的形变时，聚合物微球在压力或拉力的作用下发生形变，进而减弱混凝土因形变而产生裂纹的几率。聚苯乙烯微球和聚甲基丙烯酸甲酯微球的自身稳定性较强，且易得，有助于抗裂混凝土的工业化生产。
11.优选地，所述改性抗裂纤维的制备方法为：
12.a、将聚丙烯纤维、玻璃纤维、聚酰胺纤维及玄武岩纤维混合均匀，得到混合纤维；
13.b、向步骤a中所得混合纤维中加入碳酸氢钠溶液，搅拌均匀后，恒温水浴加热，保温改性30～50min后倒入离心机中，离心，鼓风干燥，即得改性抗裂纤维。
14.进一步地，所述步骤b中：混合纤维与碳酸氢钠溶液的体积比为1：4～5，水浴加热的温度为78～80℃，离心速度为1200～1500r/min，离心时间为15～20min，鼓风干燥的温度为100～120℃，鼓风干燥的时间为20～30min。
15.通过采用上述技术方案，聚丙烯纤维、玻璃纤维、聚酰胺纤维及玄武岩纤维相互配合，通过弱碱改性、水浴加热、离心干燥的方式，能够使得聚丙烯纤维、玻璃纤维、聚酰胺纤维及玄武岩纤维均匀的分散于混凝土内形成网状结构，进一步有效的提高混凝土的抗裂性能。
16.优选地，所述改性蓝晶石的制备方法为：
17.a、将蓝晶石放入粉碎机中粉碎，收集粉碎物；
18.b、将步骤a中所收集的粉碎物放入煅烧炉中进行煅烧，收集煅烧物；
19.c、将步骤b中所收集的煅烧物放入球磨机中球磨后，干燥，过200目筛，即得改性蓝晶石。
20.进一步地，所述步骤b中煅烧为程序煅烧，首先升温至1000～1100℃，煅烧30～40min，升温至1250～1350℃，煅烧1～2h，再升温至1480～1500℃，煅烧2～3h。
21.通过采用上述技术方案，通过高温煅烧后所制得到的改性蓝晶石形成了纤维状莫来石晶体，渗透性能增加，进而提高了抗裂剂对混凝土内缝隙的填充。
22.优选地，所述改性蒙脱土的制备方法为：
23.(1)、将质量比为1：0.1～0.2的粉末状蒙脱土与甲基丙烯酸二甲氨乙酯三甲基氯化铵混合搅拌均匀；
24.(2)、将步骤(1)中所得混合物加热至120～135℃进行固相搅拌反应，反应45～70min后冷却至常温，即得改性蒙脱土。
25.通过采用上述技术方案，甲基丙烯酸二甲氨乙酯三甲基氯化铵通过固相反应时的物理和化学作用进入蒙脱土层间并与蒙脱土结合，省去了现有的水相法蒙脱土有机改性的繁杂步骤，具有工艺简单、生产成本低、无溶剂回收问题的优点。
26.优选地，本发明中的所述氧化石墨烯的制备方法为：在冰浴条件下，将h2so4和nano3混合，加入石墨粉末并不断搅拌，随后加入kmno4，并在室温下搅拌反应1～3小时，最后经离心分离，酸洗和水洗，烘干得到氧化石墨烯。
27.本发明第二发明提供了上述一种混凝土抗裂剂的制备方法，包括以下步骤：
28.s1、称取配方量的改性抗裂纤维、改性蓝晶石、改性蒙脱土、氧化石墨烯、聚合物微球、纳米氧化镝、纳米氧化锌、石膏；
29.s2、将步骤s1中所称取的纳米氧化镝、纳米氧化锌、石膏、氧化石墨烯、改性蓝晶石、改性蒙脱土依次加入搅拌混合机中，搅拌混合均匀后加入至磨粉机中粉磨至300目，得到混合粉料；
30.s3、将步骤s2中所得混合粉料、步骤s1中称取的聚合物微球和改性抗裂纤维依次加入至搅拌混合机中，搅拌混合均匀，即得混凝土抗裂剂。
31.进一步地，本发明中的混凝土抗裂剂使用时，混凝土抗裂剂的使用量为混凝土重量的0.5％～10％。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
33.1、本发明中的一种混凝土抗裂剂，通过改性抗裂纤维、改性蓝晶石、改性蒙脱土、氧化石墨烯、聚合物微球、纳米氧化镝、纳米氧化锌及石膏的合理配伍得到混凝土抗裂剂，具有抗裂、补充收缩、抑制收缩的功能，加入混凝土中后大大提高了混凝土的强度、抗裂性能，同时有益于混凝土耐久性的提高；其中，改性纤维能够减少混凝土收缩，阻碍裂缝滋生，改善混凝土韧性，提高混凝土抗裂性能；聚合物微球有助于填充抗裂混凝土内部微小的裂纹，抗裂混凝土在受力时，聚合物微球自身的形变有助于减小抗裂混凝土的形变，进而提高混凝土的抗裂性；氧化石墨烯是一种新型的碳纳米材料，具有二维网面状结构，比表面积大并且有极高的弹性模量，氧化石墨烯添加至抗裂剂中，一方面其二维网面状结构及大比表面积使得水泥水化产物在氧化石墨烯上密集分布，从而得到更致密的水化产物，提升混凝土的力学性能，另一方面在混凝土收缩时能提供反向拉力，起到抑制收缩作用，从而减小混凝土的收缩；纳米氧化镝和纳米氧化锌为激发剂，分散且比表面积大，性能优异，对混凝土原料的表面激活效率高，能够吸收二氧化碳，增强混凝土致密性，提高混凝土抗腐蚀性能，并能够激发水泥与矿物掺合料的早期活性，提高混凝土的早期强度；通过改性蒙脱土和改性抗裂纤维的配合，使改性抗裂纤维在混凝土中的分散性能更好，此外，改性蒙脱土和聚合物微球配合具有一定的保水性，有助于减少混凝土中水分的丧失，进而减弱混凝土的干缩，进一步提高混凝土的抗裂性。
34.2、本发明中的一种混凝土抗裂剂的制备方法，工艺简单，操作方便，原料价格低廉，对环境友好，适合规模化生产，具有较大的推广应用价值。
附图说明
35.图1为本发明中改性抗裂纤维制备方法的工艺流程图；
36.图2为本发明中改性蓝晶石制备方法的工艺流程图；
37.图3为本发明中改性蒙脱土制备方法的工艺流程图；
38.图4为本发明中混凝土抗裂剂制备方法的工艺流程图；
39.图5为实施例7、对比例1、对比例2的裂缝降低系数指标变化曲线图；
40.图6为实施例5、实施例6、实施例7、对比例3的裂缝降低系数指标变化曲线图。
具体实施方式
41.为了使发明实现的技术手段、创造特征、达成目的和功效易于明白了解，下结合具
体图示，进一步阐述本发明。
42.实施例1
43.参照图1所示，本实施例公开了一种改性抗裂纤维的制备方法，包括以下步骤：
44.a、聚丙烯纤维、玻璃纤维、聚酰胺纤维及玄武岩纤维混合均匀，得到混合纤维；
45.b、向步骤a中所得混合纤维中加入碳酸氢钠溶液，搅拌均匀后，恒温水浴加热，保温改性30～50min后倒入离心机中，离心，鼓风干燥，即得改性抗裂纤维。
46.其中，步骤a中，聚丙烯纤维、玻璃纤维、聚酰胺纤维及玄武岩纤维的质量比为2：0.6：1.2：1.6；
47.其中，步骤b中，混合纤维与碳酸氢钠溶液的体积比为1：4，水浴加热的温度为80℃，离心速度为1300r/min，离心时间为20min，鼓风干燥的温度为110℃，鼓风干燥的时间为22min。
48.实施例2
49.参照图2所示，本实施例公开了一种改性蓝晶石的制备方法，包括以下步骤：
50.a、将蓝晶石放入粉碎机中以900r/min粉碎1小时，收集粉碎物；
51.b、将步骤a中所收集的粉碎物放入煅烧炉中进行煅烧，收集煅烧物；
52.c、将步骤b中所收集的煅烧物放入球磨机中球磨后，干燥，过200目筛，即得改性蓝晶石。
53.其中，所述步骤b中煅烧为程序煅烧，首先升温至1100℃，煅烧35min，升温至1230℃，煅烧1.3h，再升温至1480℃，煅烧3h。
54.实施例3
55.参照图3所示，本实施例公开了一种改性蒙脱土的制备方法，包括以下步骤：
56.(1)、将质量比为1：0.2的粉末状蒙脱土与甲基丙烯酸二甲氨乙酯三甲基氯化铵混合搅拌均匀；
57.(2)、将步骤(1)中所得混合物加热至130℃进行固相搅拌反应68min后冷却至常温，即得改性蒙脱土。
58.实施例4
59.本实施例公开了一种氧化石墨烯的制备方法，包括以下步骤：在冰浴条件下，将浓硫酸和nano3混合均匀后，加入石墨粉末并不断搅拌2小时；接着向该混合物中加入kmno4，并在室温下搅拌1小时；反应后的溶液6000rpm下离心分离30min，除去混合物中的底层黑色沉淀物，取中间浅色混合液，用5％的稀盐酸与去离子水洗涤数次至无沉淀可见，洗涤后的氧化石墨烯置于干燥箱中60℃干燥5h备用，即得到氧化石墨烯。
60.其中，浓硫酸、nano3、石墨粉末、kmno4的质量比为75：3：10：20。
61.实施例5
62.本实施例公开了一种混凝土抗裂剂，包括以下重量的组分：改性抗裂纤维1.5kg、改性蓝晶石2kg、改性蒙脱土5kg、氧化石墨烯0.5kg、聚合物微球1kg、纳米氧化镝2kg、纳米氧化锌2kg、石膏10kg。
63.其中，本实施例中的聚合物微球的粒径为50nm。
64.进一步地，本实施例中的聚合物微球为聚苯乙烯微球。
65.本实施例中的石膏为硬石膏。
66.本实施例中的改性抗裂纤维选自实施例1中所制备的改性抗裂纤维。
67.本实施例中的改性蓝晶石选自实施例2中所制备的改性蓝晶石。
68.本实施例中的改性蒙脱土选自实施例3中所制备的改性蒙脱土。
69.本实施例中的氧化石墨烯选自实施例4中所制备的氧化石墨烯。
70.参照图4所示，本实施例中的混凝土抗裂剂通过以下方法制备而成：
71.s1、称取配方量的改性抗裂纤维、改性蓝晶石、改性蒙脱土、氧化石墨烯、聚合物微球、纳米氧化镝、纳米氧化锌、石膏；
72.s2、将步骤s1中所称取的纳米氧化镝、纳米氧化锌、石膏、氧化石墨烯、改性蓝晶石、改性蒙脱土依次加入搅拌混合机中，搅拌混合均匀后加入至磨粉机中粉磨至300目，得到混合粉料；
73.s3、将步骤s2中所得混合粉料、步骤s1中称取的聚合物微球和改性抗裂纤维依次加入至搅拌混合机中，搅拌混合均匀，即得混凝土抗裂剂。
74.实施例6
75.本实施例公开了一种混凝土抗裂剂，包括以下重量的组分：改性抗裂纤维4kg、改性蓝晶石7kg、改性蒙脱土8kg、氧化石墨烯1kg、聚合物微球3.5kg、纳米氧化镝4kg、纳米氧化锌4kg、石膏30kg。
76.其中，本实施例中的聚合物微球的粒径为180nm。
77.进一步地，本实施例中的聚合物微球为聚苯乙烯微球。
78.本实施例中的石膏为硬石膏。
79.本实施例中的改性抗裂纤维选自实施例1中所制备的改性抗裂纤维。
80.本实施例中的改性蓝晶石选自实施例2中所制备的改性蓝晶石。
81.本实施例中的改性蒙脱土选自实施例3中所制备的改性蒙脱土。
82.本实施例中的氧化石墨烯选自实施例4中所制备的氧化石墨烯。
83.参照图4所示，本实施例中的混凝土抗裂剂通过以下方法制备而成：
84.s1、称取配方量的改性抗裂纤维、改性蓝晶石、改性蒙脱土、氧化石墨烯、聚合物微球、纳米氧化镝、纳米氧化锌、石膏；
85.s2、将步骤s1中所称取的纳米氧化镝、纳米氧化锌、石膏、氧化石墨烯、改性蓝晶石、改性蒙脱土依次加入搅拌混合机中，搅拌混合均匀后加入至磨粉机中粉磨至300目，得到混合粉料；
86.s3、将步骤s2中所得混合粉料、步骤s1中称取的聚合物微球和改性抗裂纤维依次加入至搅拌混合机中，搅拌混合均匀，即得混凝土抗裂剂。
87.实施例7
88.本实施例公开了一种混凝土抗裂剂，包括以下重量的组分：改性抗裂纤维3kg、改性蓝晶石5kg、改性蒙脱土6kg、氧化石墨烯0.8kg、聚合物微球2.1kg、纳米氧化镝2kg、纳米氧化锌2kg、石膏25kg。
89.其中，本实施例中的聚合物微球的粒径为180nm。
90.进一步地，本实施例中的聚合物微球为聚苯乙烯微球。
91.本实施例中的石膏为硬石膏。
92.本实施例中的改性抗裂纤维选自实施例1中所制备的改性抗裂纤维。
93.本实施例中的改性蓝晶石选自实施例2中所制备的改性蓝晶石。
94.本实施例中的改性蒙脱土选自实施例3中所制备的改性蒙脱土。
95.本实施例中的氧化石墨烯选自实施例4中所制备的氧化石墨烯。
96.参照图4所示，本实施例中的混凝土抗裂剂通过以下方法制备而成：
97.s1、称取配方量的改性抗裂纤维、改性蓝晶石、改性蒙脱土、氧化石墨烯、聚合物微球、纳米氧化镝、纳米氧化锌、石膏；
98.s2、将步骤s1中所称取的纳米氧化镝、纳米氧化锌、石膏、氧化石墨烯、改性蓝晶石、改性蒙脱土依次加入搅拌混合机中，搅拌混合均匀后加入至磨粉机中粉磨至300目，得到混合粉料；
99.s3、将步骤s2中所得混合粉料、步骤s1中称取的聚合物微球和改性抗裂纤维依次加入至搅拌混合机中，搅拌混合均匀，即得混凝土抗裂剂。
100.对比例1
101.本实施例公开了一种混凝土抗裂剂，包括以下重量的组分：改性抗裂纤维3kg、改性蓝晶石5kg、改性蒙脱土6kg、氧化石墨烯0.8kg、聚合物微球2.1kg、纳米氧化镝2kg、纳米氧化锌2kg、石膏25kg。
102.其中，本实施例中的聚合物微球的粒径为30nm。
103.进一步地，本实施例中的聚合物微球为聚苯乙烯微球。
104.本实施例中的石膏为硬石膏。
105.本实施例中的改性抗裂纤维选自实施例1中所制备的改性抗裂纤维。
106.本实施例中的改性蓝晶石选自实施例2中所制备的改性蓝晶石。
107.本实施例中的改性蒙脱土选自实施例3中所制备的改性蒙脱土。
108.本实施例中的氧化石墨烯选自实施例4中所制备的氧化石墨烯。
109.本实施例中的混凝土抗裂剂通过以下方法制备而成：
110.s1、称取配方量的改性抗裂纤维、改性蓝晶石、改性蒙脱土、氧化石墨烯、聚合物微球、纳米氧化镝、纳米氧化锌、石膏；
111.s2、将步骤s1中所称取的纳米氧化镝、纳米氧化锌、石膏、氧化石墨烯、改性蓝晶石、改性蒙脱土依次加入搅拌混合机中，搅拌混合均匀后加入至磨粉机中粉磨至300目，得到混合粉料；
112.s3、将步骤s2中所得混合粉料、步骤s1中称取的聚合物微球和改性抗裂纤维依次加入至搅拌混合机中，搅拌混合均匀，即得混凝土抗裂剂。
113.对比例2
114.本实施例公开了一种混凝土抗裂剂，包括以下重量的组分：改性抗裂纤维3kg、改性蓝晶石5kg、改性蒙脱土6kg、氧化石墨烯0.8kg、聚合物微球2.1kg、纳米氧化镝2kg、纳米氧化锌2kg、石膏25kg。
115.其中，本实施例中的聚合物微球的粒径为250nm。
116.进一步地，本实施例中的聚合物微球为聚苯乙烯微球。
117.本实施例中的石膏为硬石膏。
118.本实施例中的改性抗裂纤维选自实施例1中所制备的改性抗裂纤维。
119.本实施例中的改性蓝晶石选自实施例2中所制备的改性蓝晶石。
120.本实施例中的改性蒙脱土选自实施例3中所制备的改性蒙脱土。
121.本实施例中的氧化石墨烯选自实施例4中所制备的氧化石墨烯。
122.本实施例中的混凝土抗裂剂通过以下方法制备而成：
123.s1、称取配方量的改性抗裂纤维、改性蓝晶石、改性蒙脱土、氧化石墨烯、聚合物微球、纳米氧化镝、纳米氧化锌、石膏；
124.s2、将步骤s1中所称取的纳米氧化镝、纳米氧化锌、石膏、氧化石墨烯、改性蓝晶石、改性蒙脱土依次加入搅拌混合机中，搅拌混合均匀后加入至磨粉机中粉磨至300目，得到混合粉料；
125.s3、将步骤s2中所得混合粉料、步骤s1中称取的聚合物微球和改性抗裂纤维依次加入至搅拌混合机中，搅拌混合均匀，即得混凝土抗裂剂。
126.对比例3
127.现有市售牌号为hys-10的混凝土抗裂剂。
128.试验例
129.对实施例5-7、对比例1-3中的混凝土抗裂剂进行性能测试，具体方法如下：
130.将各组混凝土抗裂剂掺入普通混凝土中进行性能测试，其中，混凝土抗裂剂掺量为2％。混凝土抗压强度、抗折强度按照gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，试件尺寸为标准中规定的标准尺寸；早期抗裂性能测定试验参考t/cecs 10001-2017《用于混凝土中的防裂抗渗复合材料》中的附录a进行。测试结果如表1所示。
131.表1性能测试结果表
[0132][0133]
实施例7、对比例1及对比例2的区别在于聚合物微球粒径不同，其中，实施例7中聚合物微球的粒径为180mm，对比例1中聚合物微球的粒径为30mm，对比例2中聚合物微球的粒径为250mm。由表1及图5可知，聚合物微球粒径为180nm的混凝土抗裂剂的抗裂性能明显优于合物微球粒径为30nm、250nm的混凝土抗裂剂，说明粒径为50～200nm的聚合物微球更易进入混凝土内部的微裂纹中。
[0134]
由表1及图6可知，本发明各实施例中混凝土抗裂剂的各项性能指标明显优于市售产品。实施例5-实施例7中所得混凝土抗裂剂能够显著提高混凝土的强度及抗裂性能。
[0135]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。