一种盾构管片生产用高性能环保混凝土及其制备方法与流程

1.本发明涉及混凝土技术领域，尤其是涉及一种盾构管片生产用高性能环保混凝土及其制备方法。

背景技术：

2.盾构管片是盾构施工的主要装配构件，是隧道的最内层屏障，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用。盾构管片是盾构法隧道的永久衬砌结构，盾构管片质量直接关系到隧道的整体质量和安全，影响隧道的防水性能及耐久性能。盾构管片的生产通常采用高强抗渗混凝土，以确保可靠的承载性和防水性能，生产主要利用成品管片模具在密封浇灌混凝土后即可成型。
3.随着城市化进程的加快，社会对混凝土的需求量也迅速增加，作为混凝土重要原材料的骨料也出现了明显不足。而将数量庞大的废旧混凝进行合理的回收利用，既能解决天然原生骨料缺少的问题，又能节省废旧混凝土的处理费用，还有利于环境保护，具有良好的社会经济效益。
4.但是由于再生骨料是由混凝土废料破碎而成的，在破碎过程中，容易使再生骨料表面产生损坏和裂痕，且简单破碎获得的再生骨料颗粒多棱角，表面粗糙、多裂纹，因此，再生骨料的粒形较差、空隙率高、强度低，从而影响混凝土抗渗性能和强度，导致再生骨料不适合用于生产盾构管片的混凝土。因此，本技术迫切需要研发一种含有再生骨料的高性能环保混凝土，用于生产盾构管片。

技术实现要素：

5.为了提高盾构管片生产用混凝土的抗渗性能和抗拉强度，本技术提供一种盾构管片生产用高性能环保混凝土及其制备方法。
6.第一方面，本技术提供一种盾构管片生产用高性能环保混凝土，采用如下技术方案实现：一种盾构管片生产用高性能环保混凝土，包括以下重量份的原料：水泥30-40份、改性再生粗骨料40-50份、改性再生细骨料25-35份、玻化微珠5-10份、硫酸铝钙4-6份、硅粉2-3份、可再分散乳胶粉1-2份、钢纤维1-2份、减水剂4-6份、水15-25份；所述改性再生粗骨料由再生粗骨料经聚丙烯酸酯乳液和环氧乳液共同改性而得；所述改性再生细骨料由再生细骨料经氨基硅烷偶联剂和水性聚氨酯分散体共同改性而得。
7.通过采用上述技术方案，再生粗骨料经聚丙烯酸酯乳液和环氧乳液共同改性后，能降低再生粗骨料界面处的表面张力，减少再生粗骨料的裂纹，使混凝土结构更加均匀密实，从而提升混凝土的抗压强度。且聚丙烯酸酯乳液和环氧乳液共同作用，能提高再生粗骨料之间的粘结性，减少材料中的空隙和连通的毛细管，在提高混凝土的抗压强度的同时提高混凝土的抗渗性能。
8.再生细骨料经氨基硅烷偶联剂和水性聚氨酯分散体共同改性后，再生细骨料表面的破损得到一定修补，而且再生细骨料表面接枝有氨基，能与水性聚氨酯分散体发生交联，可以阻断再生细骨料中毛细管的通路，提高混凝土的抗渗性能，还能提高改性再生细骨料和改性再生粗骨料之间的粘结性，从而提高混凝土的抗压强度。
9.玻化微珠、硅粉和钢纤维的加入提高了混凝土的抗压强度。同时，玻化微珠由于表面玻化形成一定的颗粒强度，可提高混凝土的流动性和自抗强度，减少混凝土的干缩，提高混凝土的抗渗性能和抗裂性能。硅粉具有分散性能好、粒径小、分布均匀、比表面积大和高表面活性等优点，可以填充于混凝土的孔隙内，降低混凝土的气孔率，提升混凝土的抗压强度和抗渗性能。
10.可再分散乳胶粉具有引气性质，可再分散乳胶粉与改性再生粗骨料、改性再生细骨料共同作用，在引气的同时使得颗粒结合紧密，可以在毛细孔的表面形成薄膜，从而提升混凝土的抗渗性能。
11.优选的，所述再生粗骨料、聚丙烯酸酯乳液和环氧乳液的质量比为1:(0.3-0.4):(0.5-0.7)。
12.优选的，所述环氧乳液为银洋合成乳液we-1103。
13.银洋合成乳液we-1103是使用双酚a和双酚f型两种环氧合成的，使其具有极好的硬度的同时具有极好的柔韧性，有利于进一步提高混凝土的抗压强度。同时，银洋合成乳液we-1103采用自乳化型环氧乳化剂，更有利于环氧乳液和聚丙烯酸酯乳液共同作用，降低再生粗骨料处的表面张力，且环氧当量较高，能进一步提高再生粗骨料之间的粘结性，从而提高混凝土的抗渗性能。
14.优选的，所述再生细骨料、氨基硅烷偶联剂和水性聚氨酯分散体的质量比为1:(0.06-0.08):(0.08-0.1)。
15.优选的，所述水性聚氨酯分散体为阳离子脂肪族聚氨酯水性分散体。
16.本技术采用阳离子脂肪族聚氨酯水性分散体，环保，成膜性较优，能提高混凝土的抗渗性能，且阳离子脂肪族聚氨酯水性分散体刚性较弱，有利于其与氨基硅烷偶联剂交联，提高改性再生细骨料和改性再生粗骨料之间的粘结性，从而提高混凝土的抗压强度。
17.优选的，所述氨基硅烷偶联剂为n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和/或n-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
18.n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、n-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷具有双氨基，有利于氨基硅烷偶联剂与水性聚氨酯分散体交联，也有利于提高改性再生细骨料和改性再生粗骨料之间的粘结性，从而提高混凝土的抗渗性能和抗压强度。
19.优选的，所述再生粗骨料的粒径为20-30mm；所述再生细骨料的粒径为2.2-2.5mm。
20.优选的，所述玻化微珠的粒径为50-70目。
21.优选的，所述可再分散乳胶粉为vae可再分散性乳胶粉。
22.第二方面，本技术提供一种盾构管片生产用高性能环保混凝土的制备方法，采用如下技术方案实现：一种盾构管片生产用高性能环保混凝土的制备方法，包括如下步骤：将水泥、改性再生粗骨料、改性再生细骨料、玻化微珠、硫酸铝钙、硅粉、可再分散乳胶粉、钢纤维、减水剂和水混合均匀，得盾构管片生产用高性能环保混凝土。
23.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、本技术再生粗骨料经聚丙烯酸酯乳液和环氧乳液共同改性，能降低再生粗骨料界面处的表面张力，减少再生粗骨料的裂纹，使混凝土结构更加均匀密实，能提高再生粗骨料之间的粘结性，减少材料中的空隙和连通的毛细管，从而提高混凝土的抗压强度和抗渗性能。
24.2、本技术再生细骨料经氨基硅烷偶联剂和水性聚氨酯分散体共同改性，表面接枝有氨基，能与水性聚氨酯分散体发生交联，可以阻断再生细骨料中毛细管的通路，提高混凝土的抗渗性能，还能提高改性再生细骨料和改性再生粗骨料之间的粘结性，从而提高混凝土的抗压强度。
25.3、本技术通过银洋合成乳液we-1103，硬度高，柔韧性好，且采用自乳化型环氧乳化剂，提高了混凝土的抗压强度和抗渗性能。
26.4、本技术采用阳离子脂肪族聚氨酯水性分散体，环保，刚性较弱，提高了混凝土的抗渗性能和抗压强度。
27.5、本技术采用含有双氨基的n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、n-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，提高了氨基硅烷偶联剂与水性聚氨酯分散体交联程度，从而提高混凝土的抗渗性能和抗压强度。
具体实施方式
28.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
29.制备例制备例1-5提供了一种改性再生粗骨料，以下以制备例1为例进行说明。
30.制备例1提供的改性再生粗骨料，其制备步骤为：s1、将0.3kg聚丙烯酸酯乳液和0.7kg叶子牌水性环氧乳液stw602混合均匀后再加入5kg水，搅拌均匀，得浸泡液；s2、向上述浸泡液中加入1kg粒径为20-30mm的再生粗骨料，搅拌30min后过筛，得改性再生粗骨料；其中，聚丙烯酸酯乳液，固含量为53
±
2％，购买自太原市万柏林区军华建材厂；叶子牌水性环氧乳液stw602，环氧当量为450-550g/mol，购买自上海华谊精细化工有限公司。
31.制备例2，与制备例1不同之处仅在于：聚丙烯酸酯乳液的质量为0.4kg。
32.制备例3，与制备例1不同之处仅在于：叶子牌水性环氧乳液stw602的质量为0.7kg。
33.制备例4，与制备例1不同之处仅在于：聚丙烯酸酯乳液的质量为0.4kg、叶子牌水性环氧乳液stw602的质量为0.7kg。
34.制备例5，与制备例4不同之处仅在于：叶子牌水性环氧乳液stw602等质量替换为银洋合成乳液we-1103(环氧当量为1400-2000g/mol，购买自广东银洋环保新材料有限公司)。
35.制备例6-12提供了一种改性再生细骨料，以下以制备例6为例进行说明。
36.制备例6提供的改性再生细骨料，其制备步骤为：
s1、将0.06kg 3-氨基丙基三乙氧基硅烷加入5kg 40wt％乙醇水溶液中，搅拌均匀，调节溶液ph至4，在45℃下搅拌水解，得硅烷偶联剂溶液；s2、将0.08kg阴离子芳香族聚酯型聚氨酯水性分散体加至上述硅烷偶联剂溶液中，混合均匀，得改性液；s3、向上述改性液中加入1kg粒径为2.2-2.5mm的再生细骨料，搅拌，过滤，洗涤，干燥，得改性再生细骨料；其中，阴离子芳香族聚酯型聚氨酯水性分散体，固含量为45％，ph为7-9，型号为1000b，购买自安徽省天长市新泰新材料科技有限公司。
37.制备例7，与制备例6不同之处仅在于：3-氨基丙基三乙氧基硅烷的质量为0.08kg。
38.制备例8，与制备例6不同之处仅在于：阴离子芳香族聚酯型聚氨酯水性分散体的质量为0.1kg。
39.制备例9，与制备例6不同之处仅在于：3-氨基丙基三乙氧基硅烷的质量为0.08kg、阴离子芳香族聚酯型聚氨酯水性分散体的质量为0.1kg。
40.制备例10，与制备例9不同之处仅在于：阴离子芳香族聚酯型聚氨酯水性分散体等质量替换为阳离子脂肪族聚氨酯水性分散体(固含量为30％，ph为2-6，型号为7001b，购买自安徽省天长市新泰新材料科技有限公司)。
41.制备例11，与制备例10不同之处仅在于：3-氨基丙基三乙氧基硅烷等质量替换为n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷。
42.制备例12，与制备例10不同之处仅在于：3-氨基丙基三乙氧基硅烷等质量替换为n-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
43.制备对比例制备对比例1-2提供了一种改性再生粗骨料。
44.制备对比例1，与制备例1不同之处仅在于：聚丙烯酸酯乳液等质量替换为叶子牌水性环氧乳液stw602。
45.制备对比例2，与制备例1不同之处仅在于：叶子牌水性环氧乳液stw602等质量替换为聚丙烯酸酯乳液。
46.制备对比例3-4提供了一种改性再生细骨料。
47.制备对比例3，与制备例6不同之处仅在于：3-氨基丙基三乙氧基硅烷等质量替换为阴离子芳香族聚酯型聚氨酯水性分散体。
48.制备对比例4，与制备例6不同之处仅在于：阴离子芳香族聚酯型聚氨酯水性分散体等质量替换为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。实施例
49.实施例1-13提供了一种盾构管片生产用高性能环保混凝土，以下以实施例1为例进行说明。
50.实施例1提供的盾构管片生产用高性能环保混凝土，其制备步骤为：将30kg p.o42.5硅酸盐水泥、40kg改性再生粗骨料(来源于制备例1)、25kg改性再生细骨料(来源于制备例6)、5kg玻化微珠、4kg硫酸铝钙、2kg硅粉、1kg vae可再分散性乳胶粉、1kg钢纤维、4kg高效减水剂h-fdn和15kg水混合均匀，得盾构管片生产用高性能环保混凝土；
其中，玻化微珠的目数为50-70目，购买自灵寿县盛飞矿产品加工厂；硅粉，平均粒径1μm，货号pt-si-1μm，购买自上海攀田粉体材料有限公司；vae可再分散性乳胶粉购买自廊坊福翼节能科技有限公司；高效减水剂h-fdn购买自合肥永源建材有限公司。
51.实施例2-3，与实施例1不同之处仅在于：混凝土的组成不同，具体见表1。
52.表1实施例1-3混凝土的组成实施例4-7，与实施例3不同之处仅在于：改性再生粗骨料来源不同，具体见表2。
53.表2实施例3-7改性再生粗骨料来源组别实施例3实施例4实施例5实施例6实施例7改性再生粗骨料来源制备例1制备例2制备例3制备例4制备例5实施例8-13，与实施例7不同之处仅在于：改性再生细骨料来源不同，具体见表3。
54.表3实施例7-13改性再生细骨料来源对比例对比例1，与实施例1不同之处仅在于：改性再生粗骨料来源于制备对比例1。
55.对比例2，与实施例1不同之处仅在于：改性再生粗骨料来源于制备对比例2。
56.对比例3，与实施例1不同之处仅在于：改性再生细骨料来源于制备对比例3。
57.对比例4，与实施例1不同之处仅在于：改性再生细骨料来源于制备对比例4。
58.对比例5，与实施例1不同之处仅在于：改性再生粗骨料等质量替换为再生粗骨料。
59.对比例6，与实施例1不同之处仅在于：改性再生细骨料等质量替换为再生细骨料。
60.对比例7，与实施例1不同之处仅在于：改性再生粗骨料等质量替换为再生粗骨料，改性再生细骨料等质量替换为再生细骨料。
61.性能检测试验针对本技术实施例1-13和对比例1-7制备的盾构管片生产用高性能环保混凝土，进行如下的性能检测。
62.1.抗压强度：按gb/t 50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》测定抗压强度，测试结果见表4。
63.2、抗渗性能：按gb/t 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》测定抗渗性能，样品尺寸渗透压力为3.5mpa，加压时间48h，测试结果见表4。
64.表4抗压强度和抗渗性能测试结果
以下针对表4的测试数据，详细说明本技术。
65.从实施例1和对比例5、6、7的测试数据可知，本技术对再生粗骨料、再生细骨料进行改性，提高了混凝土的强度和抗渗性能，改性再生粗骨料显著提高了混凝土的抗拉强度，改性再生细骨料显著降低了混凝土的渗水深度。
66.从实施例1和对比例1、2的测试数据可知，聚丙烯酸酯乳液和环氧乳液共同改性的再生粗骨料的强度高，其对应混凝土的抗拉强度明显高于聚丙烯酸酯乳液或环氧乳液单独改性的再生粗骨料对应混凝土的抗拉强度，聚丙烯酸酯乳液和环氧乳液共同作用改性的再生粗骨料的抗渗性能也较优。
67.从实施例1和对比例3、4的测试数据可知，氨基硅烷偶联剂和水性聚氨酯分散体共同改性的再生细骨料的28d抗渗深度低，其对应混凝土的抗渗性能明显优于氨基硅烷偶联剂或水性聚氨酯分散体单独改性的再生细骨料对应混凝土的抗渗性能，氨基硅烷偶联剂和水性聚氨酯分散体共同改性的再生细骨料的强度也较高。
68.从实施例7和实施例6的测试数据可知，银洋合成乳液we-1103对应混凝土的抗拉强度高于叶子牌水性环氧乳液stw602对应混凝土的抗拉强度，银洋合成乳液we-1103对应混凝土的抗渗性能也较优。这是由于银洋合成乳液we-1103是使用双酚a和双酚f型两种环氧合成的，具有高硬度和柔韧性，提高了混凝土的抗压强度；银洋合成乳液we-1103采用自乳化型环氧乳化剂，且环氧当量较高，降低了再生粗骨料处的表面张力，提高了再生粗骨料之间的粘结性。
69.从实施例11和实施例10的测试数据可知，阳离子脂肪族聚氨酯水性分散体对应混凝土的强度和抗渗性能均优于阴离子芳香族聚酯型聚氨酯水性分散体对应混凝土的强度和抗渗性能。这是由于阳离子脂肪族聚氨酯水性分散体成膜性较优，能提高混凝土的抗渗性能，且阳离子脂肪族聚氨酯水性分散体刚性较弱，有利于与氨基硅烷偶联剂交联，提高改性再生细骨料和改性再生粗骨料之间的粘结性，从而提高混凝土的抗压强度。
70.从实施例13和实施例11、12的测试数据可知，n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、n-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷对应混凝土的抗渗性能明显优于3-氨基丙基三乙氧基硅烷对应混凝土的抗渗性能，n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、n-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷对应混凝土的强度也较优。
71.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人
员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：

1.一种盾构管片生产用高性能环保混凝土，其特征在于，包括以下重量份的原料：水泥30-40份、改性再生粗骨料40-50份、改性再生细骨料25-35份、玻化微珠5-10份、硫酸铝钙4-6份、硅粉2-3份、可再分散乳胶粉1-2份、钢纤维1-2份、减水剂4-6份、水15-25份；所述改性再生粗骨料由再生粗骨料经聚丙烯酸酯乳液和环氧乳液共同改性而得；所述改性再生细骨料由再生细骨料经氨基硅烷偶联剂和水性聚氨酯分散体共同改性而得。2.根据权利要求1所述的一种盾构管片生产用高性能环保混凝土，其特征在于，所述再生粗骨料、聚丙烯酸酯乳液和环氧乳液的质量比为1:（0.3-0.4）:（0.5-0.7）。3.根据权利要求2所述的一种盾构管片生产用高性能环保混凝土，其特征在于，所述环氧乳液为银洋合成乳液 we-1103。4.根据权利要求1所述的一种盾构管片生产用高性能环保混凝土，其特征在于，所述再生细骨料、氨基硅烷偶联剂和水性聚氨酯分散体的质量比为1:（0.06-0.08）:（0.08-0.1）。5.根据权利要求4所述的一种盾构管片生产用高性能环保混凝土，其特征在于，所述水性聚氨酯分散体为阳离子脂肪族聚氨酯水性分散体。6.根据权利要求4所述的一种盾构管片生产用高性能环保混凝土，其特征在于，所述氨基硅烷偶联剂为n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和/或n-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。7.根据权利要求1所述的一种盾构管片生产用高性能环保混凝土，其特征在于，所述再生粗骨料的粒径为20-30mm；所述再生细骨料的粒径为2.2-2.5mm。8.根据权利要求1所述的一种盾构管片生产用高性能环保混凝土，其特征在于，所述玻化微珠的粒径为50-70目。9.根据权利要求1所述的一种盾构管片生产用高性能环保混凝土，其特征在于，所述可再分散乳胶粉为vae可再分散性乳胶粉。10.一种权利要求1-9中任一项所述盾构管片生产用高性能环保混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将水泥、改性再生粗骨料、改性再生细骨料、玻化微珠、硫酸铝钙、硅粉、可再分散乳胶粉、钢纤维、减水剂和水混合均匀，得盾构管片生产用高性能环保混凝土。

技术总结

本发明涉及混凝土技术领域，公开了一种盾构管片生产用高性能环保混凝土及其制备方法。盾构管片生产用高性能环保混凝土包括以下重量份的原料：水泥30-40份、改性再生粗骨料40-50份、改性再生细骨料25-35份、玻化微珠5-10份、硫酸铝钙4-6份、硅粉2-3份、可再分散乳胶粉1-2份、钢纤维1-2份、减水剂4-6份、水15-25份；所述改性再生粗骨料由再生粗骨料经聚丙烯酸酯乳液和环氧乳液共同改性而得；所述改性再生细骨料由再生细骨料经氨基硅烷偶联剂和水性聚氨酯分散体共同改性而得。本申请提供的盾构管片生产用混凝土，抗渗性能好，抗拉强度高，具有良好的社会经济效益。有良好的社会经济效益。