本发明提供一种轻质高抗裂水泥混凝土，其中，胶凝材料20～50份、废旧轮胎橡胶颗粒10～20份、硅烷偶联剂0.08～0.3份、河砂20～40份、水10～20份、减水剂0.3～0.6份和聚合物纤维0.8～2份。所述的胶凝材料中包括水泥60～80份，粉煤灰10～30份，硅灰5～10份，微细石灰石粉3～8份；所述的聚合物纤维由聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维组成，包括：70～90份聚乙烯醇纤维和10～30份聚丙烯纤维。本发明在回收利用废旧轮胎的同时大大降低混凝土的密度，极大的提高了混凝土的抗震和变形能力，改变了普通混凝土脆性破坏的模式，实现了应变硬化。
1.一种轻质高抗裂水泥混凝土，其特征在于，制得的该轻质高抗裂水泥混凝土，以100份重量单位计，由以下原料组成：胶凝材料20～50份，橡胶颗粒10～20份，硅烷偶联剂0.08～0.3份，河砂20～40份，水10～20份，减水剂0.3～0.6份，聚合物纤维0.8～2份，原料的重量份数之和为100份；其中：所述的胶凝材料以100份重量单位计，由以下原料组成：水泥60～80份，粉煤灰10～30份，硅灰5～10份，微细石灰石粉3～8份，原料的重量份数之和为100份；所述的聚合物纤维选择聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维的组合物，其中，聚乙烯醇纤维的重量份数为70～90份，聚丙烯纤维的重量份数为10～30份，两者重量份数之和为100份。
2.如权利要求1所述的轻质高抗裂水泥混凝土，其特征在于，所述的硅烷偶联剂选择3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
3.如权利要求1所述的轻质高抗裂水泥混凝土，其特征在于，所述的硅烷偶联剂的用量为橡胶颗粒用量的0.8%～1.5%。技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种轻质高抗裂水泥混凝土。
背景技术
水泥混凝土是当今世界用量最大的建筑材料，但是其固有的脆性明显、韧性差、抗拉强度低等特点给水泥混凝土结构物的耐久性带来极大的影响。此外，普通水泥混凝土的自重较大，从而导致结构物的截面尺寸大、钢筋配置率高，给现代建筑结构向超高层、大跨度的方向发展带来较大限制。随着汽车工业的发展，我国废旧轮胎的年产生量约2亿条，给社会环境带来严重的黑色污染，对其进行填埋、堆放或焚烧处理均会造成二次污染。如果将废旧轮胎磨碎成橡胶颗粒加入混凝土中，不仅能缓解混凝土刚度过大的问题，还能提高其韧性，降低自重，实现废物的回收利用。虽然橡胶颗粒混凝土具有轻质、韧性好、减震隔音以及抗冲击性能优越等特点，但是橡胶颗粒的掺入无疑是在混凝土中引入随机分布的软弱点，所以橡胶颗粒混凝土的强度会有明显降低，且随着橡胶颗粒用量的增大其降低幅度越明显。目前普遍的作法是通过对橡胶颗粒界面的处理来提高橡胶颗粒混凝土的性能，经过界面处理之后橡胶颗粒混凝土的力学性能有所提高，但其开裂模式与普通混凝土基本一致，裂缝扩散能力仍较差，极限变形能力较低。为降低水泥混凝土的密度，工程界中普遍采用掺加轻质集料的方式，但轻集料的强度较低，在受荷时混凝土内部的裂缝扩展几乎不受集料的阻碍，扩展非常迅速，使得轻集料混凝土在破坏过程中的脆性特征比普通混凝土更显著，破坏性更强。由于我国关于轻集料混凝土的研究与应用较晚，关于其脆性的相关研究开展的较少。为了提高水泥混凝土的抗裂和韧性性能，现在工程界研究提出一种超高韧性水泥混凝土，其极限拉应变能达到2%以上，在受拉条件下具有应变硬化特征。但是该材料的密度仍较大，其拌合物表观密度在2050kg/m³之上，对于大跨度和超高层建筑来说仍会产生很大的自重，增大基础建设的投资费用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种能同时提高水泥混凝土的裂缝无害化分散能力和耐久性，并降低其自重的混凝土。基于以上构思，本发明采取如下的技术解决方案：一种轻质高抗裂水泥混凝土，制得的该轻质高抗裂水泥混凝土，以100份重量单位计，由以下原料组成：胶凝材料20～50份，橡胶颗粒10～20份，硅烷偶联剂0.08～0.3份，河砂20～40份，水10～20份，减水剂0.3～0.6份，聚合物纤维0.8～2份，原料的重量份数之和为100份；其中：所述的胶凝材料以100份重量单位计，由以下原料组成：水泥60～80份，粉煤灰10～30份，硅灰5～10份，微细石灰石粉3～8份，原料的重量份数之和为100份；所述的聚合物纤维选择聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维的组合物，其中，聚乙烯醇纤维的重量份数为70～90份，聚丙烯纤维的重量份数为10～30份，两者重量份数之和为100份。所述的硅烷偶联剂选择3-氨基丙基三乙氧基硅烷。所述的硅烷偶联剂的用量为橡胶颗粒用量的0.8%～1.5%。本发明制得的轻质高抗裂水泥混凝土，28天极限拉应变为2.0%～4.2%，抗拉强度为3～8MPa，抗弯强度为7～17MPa，抗压强度为30～50MPa，拌合物表观密度为1600～1850kg/m³，既能大大降低混凝土的密度，提高混凝土抗震效果，同时极大的提高了混凝土的变形能力，改变了普通混凝土脆性破坏的模式，实现了应变硬化；这对于结构恒载占有较大比例且对材料性能要求较高的高层建筑、大跨度桥梁和海洋工程等现代大型工程而言具有较强的技术优势，并实现了废旧轮胎的回收利用。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。本实施例给出的轻质高抗裂水泥混凝土，以100份重量单位计，由以下原料组成：胶凝材料20～50份，橡胶颗粒10～20份，硅烷偶联剂0.08～0.3份，河砂20～40份，水10～20份，减水剂0.3～0.6份，聚合物纤维0.8～2份，原料的重量份数之和为100份；其中：胶凝材料以100份重量单位计，由以下原料组成：水泥60～80份，粉煤灰10～30份，硅灰5～10份，微细石灰石粉3～8份，原料的重量份数之和为100份；聚合物纤维选择聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维的组合物，其中，聚乙烯醇纤维的重量份数为70～90份，聚丙烯纤维的重量份数为10～30份，两者重量份数之和为100份。硅烷偶联剂选择3-氨基丙基三乙氧基硅烷。硅烷偶联剂的用量为橡胶颗粒用量的0.8%～1.5%。原料规格要求如下所述：水泥为普通硅酸盐水泥，表观密度为3.0～3.3g/cm³。粉煤灰为一级粉煤灰，表观密度为2.1～2.5g/cm³。硅灰的SiO₂含量≥86.5%，比表面积≥100m²/g，含水率≤3%。微细石灰石粉比表面积≥800m²/g，含水率≤3%。硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷，含量≥97%。河砂的细度模数为1.8～2.2，含泥量<1%。水为饮用自来水。减水剂为聚羧酸系高效减水剂，其技术要求为：固含量40%，减水率35%。橡胶颗粒为采用常温粉碎法，以废旧轮胎胎面橡胶为原料生产的硫化胶粉，颗粒尺寸为40～80目，丙酮抽提物≤8%，含水率≤1%，表观密度为1.0～1.2g/cm³。聚乙烯醇纤维长度为12mm，直径0.039mm，抗拉强度1620MPa，弹性模量42.8GPa，极限伸长率6%。聚丙烯纤维长度为8mm，直径0.020mm，抗拉强度600MPa，弹性模量3.8GPa，极限伸长率8%。硅灰和微细石灰石粉的加入改善了胶凝材料体系的颗粒级配，提高了浆体的粘结性和吸附性，便于聚合物纤维的分散，同时，微细石灰石粉的粒径在0.1～2μm之间，晶核作用明显，降低了水化产物的成核位垒，促进了水化产物的生成与交织，从而有助于提高水泥基体与橡胶颗粒之间的界面粘结。橡胶颗粒的加入既能替代部分集料，降低混凝土密度，还能缓和外部荷载的冲击和挤压，提高混凝土吸收能量的能力。硅烷偶联剂的作用在于其内部的可水解基团与有机官能团在橡胶颗粒和水泥基体之间架起分子桥，提高界面的粘结和应力传递效率。橡胶颗粒过大的弹性变形会引起微细裂缝尖端的应力集中，而聚合物纤维的加入能够缓和应力集中，促进基体内部应力的均匀分布，并桥联裂缝两端起到应力和应变传递的桥梁。在以下的实施例中，采用了普通水泥混凝土、超高韧性水泥混凝土与本实施例的轻质高抗裂水泥混凝土进行对比实验，如无特殊说明，均为本领域常用的材料。对比例1：普通水泥混凝土普通水泥混凝土以100份重量单位计，由以下原料组成：水泥17.7份，河砂30.2份，粗集料46份，水6份，减水剂0.1份。对比例2：超高韧性水泥混凝土超高韧性水泥混凝土以100份重量单位计，由以下原料组成：胶凝材料42份，河砂39份，水16.9份，聚乙烯醇纤维1.3份，减水剂0.8份，其中：胶凝材料中水泥、粉煤灰和矿渣的用量重量比例为65:20:15。实施例1：轻质高抗裂水泥混凝土轻质高抗裂水泥混凝土，以100份重量单位计，由以下原料组成：胶凝材料40份，橡胶颗粒14份，颗粒尺寸为60目，硅烷偶联剂0.14份，河砂29.06份，水15.2份，减水剂0.2，聚合物纤维1.4份，其中：胶凝材料中水泥、粉煤灰、硅灰和微细石灰石粉的用量重量比例为75:16:5:4；聚合物纤维中聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维的用量重量比例为80:20。将上述原料按照如下步骤制备成轻质高抗裂水泥混凝土。（1）按原料比例称取胶凝材料、橡胶颗粒、硅烷偶联剂、河砂、水、减水剂和聚合物纤维，备用；（2）将硅烷偶联剂溶于60～80℃的温水中，充分分散和搅拌，再把橡胶颗粒加入硅烷偶联剂水溶液中搅拌均匀，充分浸润橡胶颗粒表面，然后将橡胶颗粒放在干燥的环境下直至其表面完全干燥；（3）将称好的胶凝材料、橡胶颗粒、河砂和聚合物纤维加入搅拌锅中干拌，然后加入水和减水剂搅拌至均匀，即制得轻质高抗裂水泥混凝土。实施例2：轻质高抗裂水泥混凝土本实施例与上述实施例的区别仅在于原料的比例不同，以100份重量单位计，由以下原料组成：胶凝材料35份，橡胶颗粒18份，颗粒尺寸为60目；硅烷偶联剂0.27份；河砂32.33份；水12.6份；减水剂0.20；聚合物纤维1.6份，其中：胶凝材料中水泥、粉煤灰、硅灰和微细石灰石粉的用量重量比例为80:10:6:4；聚合物纤维中聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维的用量重量比例为70:30。实施例3：轻质高抗裂水泥混凝土本实施例与上述实施例的区别仅在于原料的比例不同，以100份重量单位计，由以下原料组成：胶凝材料38份，橡胶颗粒17份，颗粒尺寸为80目，硅烷偶联剂0.21份，河砂27.79份，水15份，减水剂0.20，聚合物纤维1.8份，其中：胶凝材料中水泥、粉煤灰、硅灰和微细石灰石粉的用量重量比例为72:15:10:3；聚合物纤维中聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维的用量重量比例为75:25。实施例4：轻质高抗裂水泥混凝土本实施例与上述实施例的区别仅在于原料的比例不同，以100份重量单位计，由以下原料组成：胶凝材料20份，橡胶颗粒20份，颗粒尺寸为80目，硅烷偶联剂0.3份，河砂40份，水17.1份，减水剂0.6，聚合物纤维2份，其中：胶凝材料中水泥、粉煤灰、硅灰和微细石灰石粉的用量重量比例为57:30:5:8；聚合物纤维中聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维的用量重量比例为70:30。实施例5：轻质高抗裂水泥混凝土本实施例与上述实施例的区别仅在于原料的比例不同，以100份重量单位计，由以下原料组成：胶凝材料50份，橡胶颗粒10份，颗粒尺寸为80目，硅烷偶联剂0.08份，河砂20份，水18.82份，减水剂0.3，聚合物纤维0.8份，其中：胶凝材料中水泥、粉煤灰、硅灰和微细石灰石粉的用量重量比例为60:22:10:8；聚合物纤维中聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维的用量重量比例为90:10。下面对实施例1～5的样品和对比例1、对比例2的样品进行性能测试，测试试验包括轴向拉伸试验、弯曲试验和抗压试验，具体参照《纤维混凝土试验方法标准》（CECS13:2009）。混凝土搅拌完毕后浇筑成型，使用振动台振捣，抹面后覆盖塑料薄膜，24小时后拆模放入温度为20±2℃、相对湿度在90%以上的标准养护室养护至28天龄期。如表1所示，是本发明的实施例样品和对比例样品的力学性能测试结果，包括拉伸性能、弯曲性能、抗压性能和拌合物表观密度。从表1可以看出，对比例1的样品极限拉伸应变和峰值荷载对应的挠度均很小，说明其变形能力和抗裂性能很差。而本发明的5个实施例的样品和对比例2的样品均具有很高的变形能力，其抗压、抗拉和抗弯强度均能满足一般工程结构物的要求。此外，在拉伸条件下，本发明的5个实施例样品和对比例2样品的应力-应变曲线均具有明显的应变硬化特征。但是对比例2的样品拌合物表观密度仍然较高，而本发明的5个实施例的样品拌合物表观密度在1600～1850kg/m³之间，即本发明的5个样品对应的混凝土既能提高结构物的抗震与变形性能，还能降低结构自重，在回收利用废旧轮胎橡胶的同时，实现了普通混凝土的轻质与高性能化。该材料对于结构恒载占有较大比例，且对材料性能要求较高的高层建筑、大跨度桥梁和海洋工程等现代大型工程而言，具有较强的技术优势。表1实施例样品和对比例样品的力学性能测试结果ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>注：拌合物表观密度测试参照GB/T50080-2002进行。