一种抗冻混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料生产技术领域，具体涉及一种抗冻混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土是由胶凝材料，颗粒状集料(水，以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大。

普通混凝土是由水泥、粗骨料(碎石或卵石)、细骨料(砂)、外加剂和水拌合，经硬化而成的一种人造石材。砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收缩；水泥和水形成水泥浆，包裹在粗细骨料表面并填充骨料间的空隙。水泥浆体在硬化前起润滑作用，使混凝土拌合物具有良好工作性能，硬化后将骨料胶结在一起，形成坚强的整体。

目前，现有技术中所制备的混凝土虽然能应用于建筑领域，但是其本身的抗冻性能及抗渗性能相对较差，这严重地影响了其使用寿命。再者，其本身的力学性能也相对较差，仍需进一步地改善和提升。

发明内容

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明的其中一个目的在于提供一种抗冻混凝土，其不仅具有很好的抗渗性能，同时其还具有很好的抗冻性能，从而有效地延长了混凝土的使用寿命。另外，改性高硅氧玻璃纤维与硅灰和粉煤灰配合使用，使得所制备的混凝土具有更加优越的力学性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种抗冻混凝土，由以下重量份数的原料组成：粗骨料1480～1550份、水泥200～230份、硅灰45～55份、粉煤灰20～30份、膨润土13～20份、改性高硅氧玻璃纤维25～40份、硅酸镁10～15份、火山灰8～12份、引气剂0.6～0.8份、抗冻剂36～50份、减水剂5～8份、早强剂200～230份和水130～180份。

通过采用上述技术方案：本发明以粗骨料、水泥、硅灰、改性高硅氧玻璃纤维、硅酸镁、及火山灰等作为原料其中，由于聚丙烯酰胺成功地接枝到高硅氧玻璃纤维分子上，使得所制备的改性高硅氧玻璃纤维应用于混凝土中时，其产生的凝胶网络的桥接作用阻碍了混凝土裂纹的进一步恶化，也有效地阻断了各裂纹之间进一步相联通的趋势，显著地提高了本发明所制备的混凝土的抗渗性能，也有效地提高了混凝土的抗冻性能，从而有效地延长了混凝土的使用寿命。

本发明进一步设置为：所述改性高硅氧玻璃纤维的制备方法为：

Ⅰ、称取适量的高硅氧玻璃纤维并将之置于反应釜中，向反应釜中加入质量为高硅氧玻璃纤维5～7倍的混合液，然后向釜内加入浓度为30～36％的盐酸使其中混合组分的pH为4.3～4.8，分别向反应釜中加入适量的过氧化苯甲酰、聚丙烯酰胺及交联剂，并以25～35kHz的频率超声分散5～10min；

其中，所述混合液由丙酮和蒸馏水按照体积比1:6～8混合配制而成的；混合组分中过氧苯甲酰的浓度为2.8*10

Ⅱ、将反应釜内的温度调节至30～40℃，高硅氧玻璃纤维在此温度下恒温浸渍70～100min，然后将反应釜内的温度升至70～80℃，并在此温度下恒温反应100～130min；待反应完毕后将釜内的混合物取出并自然冷却至室温，然后用去离子水对反应所得产物进行洗涤，再以丙酮为溶剂对其进行抽提9～12h，抽提完毕后用去离子水进行洗涤，然后将反应后所得的高硅氧玻璃纤维置于恒温干燥箱中，在50～60℃的温度下将其干燥至恒重，所得即为改性高硅氧玻璃纤维成品。

通过采用上述技术方案：本发明以改性高硅氧玻璃纤维作为制备抗冻混凝土的原料，其中，高硅氧玻璃纤维、过氧化苯甲酰、聚丙烯酰胺及交联剂分散在丙酮与水组成的混合液中。在一定温度下，高硅氧玻璃纤维在过氧化苯甲酰及交联剂的作用下与聚丙烯酰胺之间发生交联反应，使得聚丙烯酰胺以交联剂为媒介，最终通过键能较大的化学键与高硅氧玻璃纤维分子相连接，实现了将聚丙烯酰胺成功接枝到高硅氧玻璃纤维分子的表面，即成功获得了改性高硅氧玻璃纤维。通过对高硅氧玻璃纤维进行交联改性不仅有效地拓展了高硅氧玻璃纤维分子的三维网络结构，也提高了所制备的混凝土的韧性，同时还能有效地减小混凝土中原生裂纹的产生，使得所制备的混凝土具有更加优越的力学性能。

本发明进一步设置为：所述交联剂为缩水甘油氧丙基甲基二甲氧基硅烷或缩水甘油氧丙基甲基二乙氧基硅烷中的任意一种。

通过采用上述技术方案：交联剂与过氧化苯甲酰之间的配合使用能使得聚丙烯酰胺分子顺利地接枝在高硅氧玻璃纤维分子的表面，从而实现了对高硅氧玻璃纤维的改性。

本发明进一步设置为：所述引气剂为松香树脂类引气剂或烷基芳烃磺酸类引气剂。

通过采用上述技术方案：引气剂的使用能有效地提高本发明所制备的混凝土的抗冻性能及抗渗性能，使得本发明制备的混凝土的品质得到大幅度地提升。

本发明进一步设置为：所述抗冻剂为氯化钙、亚硝酸钠中的任意一种。

通过采用上述技术方案：抗冻剂的使用不仅能有效地降低本发明所制备的混凝土的冰点，提高其抗冻能力；同时其还具有溶解混凝土内部冰晶和阻止其冰晶长大的作用，提高了混凝土的适应性。

本发明进一步设置为：所述减水剂为木质素磺酸盐、三聚氰胺甲醛缩聚物或聚羧酸盐减水剂中的任意一种。

通过采用上述技术方案：减水剂的使用能在维持混凝土坍落度不变的条件下，减少拌合用水量。其对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善混凝土拌合物的流动性；或减少单位水泥用量，节约水泥。

本发明进一步设置为：所述早强剂为氯化钠或硫酸钠中的任意一种。

通过采用上述技术方案：早强剂的使用能加速混凝土的水化速度，促进混凝土早期强度的发展；既具有早强功能，又具有一定减水增强功能，并且对混凝土后期强度无显著影响。

本发明的另一个目的在于提供一种抗冻混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S1、按上述重量份配比准确称取各原料，并分别粗骨料、水泥、硅灰、粉煤灰、膨润土、硅酸镁、火山灰、引气剂、抗冻剂及二分之一质量的水加入到搅拌机中，并以100～200r/min的转速搅拌20～30min，搅拌完毕后搅拌机内所得记为混合物料；

S2、将减水剂、余量的水及剩余原料加入搅拌机中的混合物料内，继续以120～180r/min的转速搅拌10～15min，然后停止搅拌2～3min，并用插刀搅拌锅叶片及锅壁残留的水泥砂浆刮入搅拌锅内，最后再以300～480r/min的转速搅拌8～15min；然后将搅拌好的混凝土装入试模；

S3、在混凝土表面覆盖不透水薄膜对其进行覆膜养护3d，然后拆模进行标准养护或蒸汽养护后脱模，再放入标准条件养护箱中养护至设定龄期，得到抗冻混凝土。

通过采用上述技术方案：本发明所制备的混凝土不仅具有很好的抗渗性能，同时其还具有很好的抗冻性能，从而有效地延长了混凝土的使用寿命。另外，改性高硅氧玻璃纤维与硅灰和粉煤灰配合使用，使得所制备的混凝土具有更加优越的力学性能。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明中的高硅氧玻璃纤维在过氧化苯甲酰及交联剂的作用下与聚丙烯酰胺之间发生交联反应，使得聚丙烯酰胺以交联剂为媒介，最终通过键能较大的化学键与高硅氧玻璃纤维分子相连接，实现了将聚丙烯酰胺成功接枝到高硅氧玻璃纤维分子的表面，即成功获得了改性高硅氧玻璃纤维。通过对高硅氧玻璃纤维进行交联改性不仅有效地拓展了高硅氧玻璃纤维分子的三维网络结构，也提高了所制备的混凝土的韧性，同时还能有效地减小混凝土中原生裂纹的产生。改性高硅氧玻璃纤维与硅灰和粉煤灰配合使用，使得所制备的混凝土具有更加优越的力学性能；

2、将聚丙烯酰胺成功地接枝到高硅氧玻璃纤维分子上，可使得所制备的改性高硅氧玻璃纤维应用于混凝土中时，其产生的凝胶网络的桥接作用阻碍了混凝土裂纹的进一步恶化，也有效地阻断了各裂纹之间进一步相联通的趋势，显著地提高了本发明所制备的混凝土的抗渗性能，也有效地提高了混凝土的抗冻性能，从而有效地延长了混凝土的使用寿命。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

一种抗冻混凝土，由以下重量份数的原料组成：粗骨料1480份、水泥200份、硅灰45份、粉煤灰20份、膨润土13份、改性高硅氧玻璃纤维25份、硅酸镁10份、火山灰8份、引气剂0.6份、抗冻剂36份、减水剂5份、早强剂200份和水130份。

改性高硅氧玻璃纤维的制备方法为：

Ⅰ、称取适量的高硅氧玻璃纤维并将之置于反应釜中，向反应釜中加入质量为高硅氧玻璃纤维5倍的混合液，然后向釜内加入浓度为30％的盐酸使其中混合组分的pH为4.3，分别向反应釜中加入适量的过氧化苯甲酰、聚丙烯酰胺及交联剂，并以25kHz的频率超声分散5min；

其中，混合液由丙酮和蒸馏水按照体积比1:6混合配制而成的；混合组分中过氧苯甲酰的浓度为2.4*10

Ⅱ、将反应釜内的温度调节至30℃，高硅氧玻璃纤维在此温度下恒温浸渍70min，然后将反应釜内的温度升至70℃，并在此温度下恒温反应100min；待反应完毕后将釜内的混合物取出并自然冷却至室温，然后用去离子水对反应所得产物进行洗涤，再以丙酮为溶剂对其进行抽提9h，抽提完毕后用去离子水进行洗涤，然后将反应后所得的高硅氧玻璃纤维置于恒温干燥箱中，在50℃的温度下将其干燥至恒重，所得即为改性高硅氧玻璃纤维成品。

交联剂为缩水甘油氧丙基甲基二甲氧基硅烷。

引气剂为松香树脂类引气剂。

抗冻剂为氯化钙。

减水剂为木质素磺酸盐。

早强剂为氯化钠。

一种抗冻混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S1、按上述重量份配比准确称取各原料，并分别粗骨料、水泥、硅灰、粉煤灰、膨润土、硅酸镁、火山灰、引气剂、抗冻剂及二分之一质量的水加入到搅拌机中，并以100r/min的转速搅拌20min，搅拌完毕后搅拌机内所得记为混合物料；

S2、将减水剂、余量的水及剩余原料加入搅拌机中的混合物料内，继续以120r/min的转速搅拌10min，然后停止搅拌2min，并用插刀搅拌锅叶片及锅壁残留的水泥砂浆刮入搅拌锅内，最后再以300r/min的转速搅拌8min；然后将搅拌好的混凝土装入试模；

S3、在混凝土表面覆盖不透水薄膜对其进行覆膜养护3d，然后拆模进行标准养护或蒸汽养护后脱模，再放入标准条件养护箱中养护至设定龄期，得到抗冻混凝土。

实施例2

一种抗冻混凝土，由以下重量份数的原料组成：粗骨料1500份、水泥210份、硅灰50份、粉煤灰25份、膨润土15份、改性高硅氧玻璃纤维30份、硅酸镁12份、火山灰10份、引气剂0.7份、抗冻剂40份、减水剂6份、早强剂210份和水150份。

改性高硅氧玻璃纤维的制备方法为：

Ⅰ、称取适量的高硅氧玻璃纤维并将之置于反应釜中，向反应釜中加入质量为高硅氧玻璃纤维6倍的混合液，然后向釜内加入浓度为33％的盐酸使其中混合组分的pH为4.5，分别向反应釜中加入适量的过氧化苯甲酰、聚丙烯酰胺及交联剂，并以30kHz的频率超声分散8min；

其中，混合液由丙酮和蒸馏水按照体积比1:7混合配制而成的；混合组分中过氧苯甲酰的浓度为2.6*10

Ⅱ、将反应釜内的温度调节至35℃，高硅氧玻璃纤维在此温度下恒温浸渍80min，然后将反应釜内的温度升至75℃，并在此温度下恒温反应120min；待反应完毕后将釜内的混合物取出并自然冷却至室温，然后用去离子水对反应所得产物进行洗涤，再以丙酮为溶剂对其进行抽提10h，抽提完毕后用去离子水进行洗涤，然后将反应后所得的高硅氧玻璃纤维置于恒温干燥箱中，在55℃的温度下将其干燥至恒重，所得即为改性高硅氧玻璃纤维成品。

交联剂为缩水甘油氧丙基甲基二乙氧基硅烷。

引气剂为烷基芳烃磺酸类引气剂。

抗冻剂为亚硝酸钠。

减水剂为三聚氰胺甲醛缩聚物减水剂。

早强剂为硫酸钠。

一种抗冻混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S1、按上述重量份配比准确称取各原料，并分别粗骨料、水泥、硅灰、粉煤灰、膨润土、硅酸镁、火山灰、引气剂、抗冻剂及二分之一质量的水加入到搅拌机中，并以150r/min的转速搅拌25min，搅拌完毕后搅拌机内所得记为混合物料；

S2、将减水剂、余量的水及剩余原料加入搅拌机中的混合物料内，继续以150r/min的转速搅拌12min，然后停止搅拌2min，并用插刀搅拌锅叶片及锅壁残留的水泥砂浆刮入搅拌锅内，最后再以420r/min的转速搅拌10min；然后将搅拌好的混凝土装入试模；

S3、在混凝土表面覆盖不透水薄膜对其进行覆膜养护3d，然后拆模进行标准养护或蒸汽养护后脱模，再放入标准条件养护箱中养护至设定龄期，得到抗冻混凝土。

实施例3

一种抗冻混凝土，由以下重量份数的原料组成：粗骨料1480～1550份、水泥230份、硅灰55份、粉煤灰30份、膨润土20份、改性高硅氧玻璃纤维40份、硅酸镁15份、火山灰12份、引气剂0.8份、抗冻剂50份、减水剂8份、早强剂230份和水180份。

改性高硅氧玻璃纤维的制备方法为：

Ⅰ、称取适量的高硅氧玻璃纤维并将之置于反应釜中，向反应釜中加入质量为高硅氧玻璃纤维7倍的混合液，然后向釜内加入浓度为36％的盐酸使其中混合组分的pH为4.8，分别向反应釜中加入适量的过氧化苯甲酰、聚丙烯酰胺及交联剂，并以35kHz的频率超声分散10min；

其中，混合液由丙酮和蒸馏水按照体积比1:8混合配制而成的；混合组分中过氧苯甲酰的浓度为2.8*10

Ⅱ、将反应釜内的温度调节至40℃，高硅氧玻璃纤维在此温度下恒温浸渍100min，然后将反应釜内的温度升至80℃，并在此温度下恒温反应130min；待反应完毕后将釜内的混合物取出并自然冷却至室温，然后用去离子水对反应所得产物进行洗涤，再以丙酮为溶剂对其进行抽提12h，抽提完毕后用去离子水进行洗涤，然后将反应后所得的高硅氧玻璃纤维置于恒温干燥箱中，在60℃的温度下将其干燥至恒重，所得即为改性高硅氧玻璃纤维成品。

交联剂为缩水甘油氧丙基甲基二甲氧基硅烷。

引气剂为松香树脂类引气剂。

抗冻剂为氯化钙。

减水剂为聚羧酸盐减水剂。

早强剂为氯化钠。

一种抗冻混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S1、按上述重量份配比准确称取各原料，并分别粗骨料、水泥、硅灰、粉煤灰、膨润土、硅酸镁、火山灰、引气剂、抗冻剂及二分之一质量的水加入到搅拌机中，并以200r/min的转速搅拌30min，搅拌完毕后搅拌机内所得记为混合物料；

S2、将减水剂、余量的水及剩余原料加入搅拌机中的混合物料内，继续以180r/min的转速搅拌15min，然后停止搅拌3min，并用插刀搅拌锅叶片及锅壁残留的水泥砂浆刮入搅拌锅内，最后再以480r/min的转速搅拌15min；然后将搅拌好的混凝土装入试模；

S3、在混凝土表面覆盖不透水薄膜对其进行覆膜养护3d，然后拆模进行标准养护或蒸汽养护后脱模，再放入标准条件养护箱中养护至设定龄期，得到抗冻混凝土。

性能测试

对比例：河南郑州市某混凝土有限公司生产的混凝土产品；

实施例：根据本发明中实施例1、实施例2和实施例3制备的混凝土产品；

按照《普通混凝土力学性能试验方法》(GBJ81-85)中快冻法进行冻融试验，冻融次数达到200次时停止试验。

1、冻融循环质量损失率：将经过冻融试验的高强度抗冻混凝土按照国家标准GB/T11973-1997进行检测。

2、抗折强度：按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行检测；

3、抗压强度：按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行检测；

4、依据JTGE30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》，按要求成型试件养护至规定龄期，将密封好的试件安装在抗渗仪上，试验时水压从0.1MPa开始加压，每隔8h增加0.1MPa水压，并随时观察试件端面渗水情况。一直加压到6个试件中有3个试件表面出现渗水，记下此时水压力，即可停止试验。

将对比例及实施例1～3所测得的各项检测数据记录于下表：

由上表中的相关数据可知，根据本发明提供的技术方案制备的混凝土的抗冻性能、抗渗性能及力学性能明显优于对比例所提供的混凝土产品。由此表明本发明制备的抗冻混凝土及其制备方法具有更广阔的市场前景，更适宜推广。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。