抗冻抗剥落混凝土及其成型方法和应用

技术领域

本发明涉及土木和交通技术领域，特别是涉及一种抗冻抗剥落混凝土及其成型方法和应用。

背景技术

混凝土结构件应用于建筑工程或者道路桥梁工程中，例如，道面、路面、桥面、墙材、板材和桥墩等工程中时，对混凝土的抗冻性能具有一定的要求。

现有技术中，关于混凝土的抗冻性能的提高，常用的办法包括在混凝土中掺用引气型外加剂，在水泥浆中形成彼此分离的孔隙，而这些互不连通的微细气孔在混凝土受冻初期能使毛细孔中的静水压力减小，起到减压作用；在混凝土受冻结冰过程中，这些孔隙可以阻止或抑制水泥浆中微小冰体的生成；还可以控制水灰比提高混凝土的密实性，或者通过加强早期养护或者添加防冻剂防止水泥浆体早期受冻，或者选用合适的原材料提高混凝土的强度等。但是上述技术方案中，存在以下缺陷：一方面需要在混凝土中添加引气剂、防冻剂等，或者需要改变水泥的强度等，可能造成混凝土结构件制造成本的提高；另一方面通过加强早期养护等工艺，可能造成施工工艺的繁琐，施工成本提高，施工效率较低。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种抗冻抗剥落混凝土及其成型方法和应用，所要解决的技术问题是如何在不添加引气剂、防冻剂，以及不改变混凝土中水泥强度等的条件下，获得一种抗冻性能优良，尤其是抗剥落能力突出的混凝土路面、道面、桥面、墙材或桥墩，从而实现在不增加新的材料成本投入和施工成本投入的条件下，提高混凝土件的抗冻性能，同时施工工艺简单，降低了施工成本，提高了施工效率，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种抗冻抗剥落混凝土，其包括：

底层混凝土层；

界面层，设置于底层混凝土上；

面层混凝土层，设置于所述界面层上；其中，以质量份计，所述底层混凝土层的原料包括：胶凝材料水泥2～42份，粗骨料0～28份，细骨料0.15～35份，超细矿物掺合料2.4～11.5份，添加剂0.08～2.4份；水4～13份；所述面层混凝土层的原料包括：胶凝材料水泥3～37份，粗骨料0～30份，细骨料0.4～34份，掺合料2.6～9份，添加剂0.12～5.5份；水4～13；所述底层混凝土层的变形值小于所述面层混凝土层的变形值。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的抗冻抗剥落混凝土，其依次包括：面层混凝土层、界面层、底层混凝土层、界面层和面层混凝土层。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种抗冻抗剥落混凝土的成型方法，其包括以下步骤：

底层混凝土层成型；

在所述底层混凝土层上设置界面层；

在所述界面层上浇筑面层混凝土层；其中，其中，以质量份计，所述底层混凝土层的原料包括：胶凝材料水泥2～42份，粗骨料0～28份，细骨料0.15～35份，超细矿物掺合料2.4～11.5份，添加剂0.08～2.4份；水4～13份；所述面层混凝土层的原料包括：胶凝材料水泥3～37份，粗骨料0～30份，细骨料0.4～34份，掺合料2.6～9份，添加剂0.12～5.5份；水4～13；所述底层混凝土层的变形值小于所述面层混凝土层的变形值。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的成型方法，其依次包括以下步骤：

1)面层混凝土层成型；

2)在所述面层混凝土层上设置界面层；

3)在步骤2)所述界面层上浇筑底层混凝土层；

4)在所述底层混凝土层上设置界面层；

5)在步骤4)所述界面层上浇筑面层混凝土层。

优选的，前述的成型方法，其中所述胶凝材料水泥选自通用硅酸盐水泥、特种水泥和气硬性胶凝材料中的至少一种。

优选的，前述的成型方法，其中所述掺合料选自粉煤灰、矿渣、石粉、钢渣粉和石灰石粉中的至少一种。

优选的，前述的成型方法，其中所述超细矿物掺合料的比表面积≥500m

优选的，前述的成型方法，其中所述底层混凝土层的添加剂中至少包括减水剂和早强剂；所述减水剂选自聚羧酸减水剂、萘系减水剂、蒽系减水剂、三聚氰胺系减水剂中的至少一种；所述早强剂选自硫酸钠、硫酸钾、氯化钾、氯化钠、硅酸钠、硝酸钠、乙酸钠、三乙醇胺和甲醇中的至少一种。

优选的，前述的成型方法，其中所述面层混凝土层中的添加剂至少包括减水剂和膨胀剂；所述减水剂选自聚羧酸减水剂、萘系减水剂、蒽系减水剂、三聚氰胺系减水剂中的至少一种；所述膨胀剂选自硫铝酸钙类膨胀剂、氧化镁基膨胀剂、石灰基膨胀剂和铁粉系膨胀剂中的至少一种。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种前述的抗冻抗剥落混凝土在混凝土板材、混凝土墙材或混凝土桥墩领域的应用，述面层混凝土层面向表层暴露服役。

借由上述技术方案，本发明提出一种抗冻抗剥落混凝土及其成型方法和应用至少具有下列优点：

本发明提出的抗冻抗剥落混凝土及其成型方法和应用，其通过控制底层混凝土层和面层混凝土层配方之间的相互关系，合理调节底层混凝土层和面层混凝土层各自的变形值，使底层混凝土层的变形值小于面层混凝土层的变形值，从而在面层混凝土层中产生受压的效果，在实际工程应用时，安装所述抗冻抗剥落混凝土时，使所述面层混凝土层面向表面暴露服役，也即得到一种表层受压的抗冻抗剥落混凝土；所要解决的技术问题是如何在不添加引气剂、防冻剂，以及不改变混凝土中水泥强度等的条件下，获得一种抗冻性能优良的混凝土板材、墙材或桥墩，从而实现在不增加新的材料成本投入和施工成本投入的条件下，提高混凝土件的抗冻性能，同时施工工艺简单，降低了施工成本，提高了施工效率，从而更加适于实用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种抗冻抗剥落混凝土及其成型方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本发明提出一种抗冻抗剥落混凝土，其包括底层混凝土层和面层混凝土层，以及设置于所述底层混凝土层与所述面层混凝土层之间的界面层。其中，以质量份计，所述底层混凝土层包括：胶凝材料水泥2～42份，粗骨料0～28份，细骨料0.15～35份，超细矿物掺合料2.4～11.5份，添加剂0.08～2.4份；水4～13份；所述面层混凝土层包括：胶凝材料水泥3～37份，粗骨料0～30份，细骨料0.4～34份，掺合料2.6～9份，添加剂0.12～5.5份；水4～13；其中，所述底层混凝土层的变形值小于所述面层混凝土层的变形值；所述界面层可以是乳液类界面剂，或者是双向插入所述底层混凝土层和所述面层混凝土层的金属纤维。配方中添加的水为拌合用水，在施工拌合时加入。

上述技术方案通过控制底层混凝土层和面层混凝土层配方之间的相互关系，合理调节底层混凝土层和面层混凝土层各自的变形值，使底层混凝土层的变形值小于面层混凝土层的变形值，从而在面层混凝土层中产生受压的效果，在实际工程应用时，浇筑所述抗冻抗剥落混凝土时，使所述面层混凝土层面向表面暴露服役，也即得到一种表层受压的抗冻抗剥落混凝土；所要解决的技术问题是如何在不添加引气剂、防冻剂，以及不改变混凝土中水泥强度等的条件下，获得一种抗冻性能优良的混凝土板材、墙材或桥墩，从而实现在不增加新的材料成本投入和施工成本投入的条件下，提高混凝土件的抗冻性能，同时施工工艺简单，降低了施工成本，提高了施工效率，从而更加适于实用。

上述技术方案中，所述变形值是指底层混凝土层和面层混凝土层各自的最终尺寸减去初始尺寸的差值。该变形值采用GB/T50082中的接触法或非接触法进行测试。在混凝土收缩时，其变形值为负数(收缩值)；反之，在混凝土膨胀时，其变形值是正数(膨胀值)。

本发明所述抗冻抗剥落混凝土也可以制造成具有三层混凝土的多层结构，其依次包括：面层混凝土层，界面层，底层混凝土层，界面层和面层混凝土层；所述面层混凝土层对外暴露服役。

本发明还提出一种抗冻抗剥落混凝土的成型方法，其包括以下步骤：

底层混凝土层成型；

在所述底层混凝土层上设置界面层；

在所述界面层上浇筑面层混凝土层；其中，其中，以质量份计，所述底层混凝土层的原料包括：胶凝材料水泥2～42份，粗骨料0～28份，细骨料0.15～35份，超细矿物掺合料2.4～11.5份，添加剂0.08～2.4份；水4～13份；所述面层混凝土层的原料包括：胶凝材料水泥3～37份，粗骨料0～30份，细骨料0.4～34份，掺合料2.6～9份，添加剂0.12～5.5份；水4～13；所述底层混凝土层的变形值小于所述面层混凝土层的变形值。

上述技术方案中，所述抗冻抗剥落混凝土的成型步骤可以是先成型底层混凝土层后成型面层混凝土层，也可以是先成型面层混凝土层后成型底层混凝土层；无论采用何种方式成型，均是面层混凝土层对外暴露服役。

具体的，当所述抗冻抗剥落混凝土为两层结构时，本发明所述的成型方法，其包括以下步骤：底层混凝土层成型，在底层混凝土层上设置界面层，在界面层上浇筑面层混凝土层；拆模后，使所述面层混凝土层暴露服役。或者，本发明所述的成型方法，其包括以下步骤：面层混凝土层成型，在面层混凝土层上设置界面层，在界面层上浇筑底层混凝土层，拆模后翻转，使所述面层混凝土层暴露服役。

当所述抗冻抗剥落混凝土为三层混凝土结构时，本发明所述的成型方法，其包括以下步骤：1)面层混凝土层成型；2)在所述面层混凝土层上设置界面层；3)在步骤2)所述界面层上浇筑底层混凝土层；4)在所述底层混凝土层上设置界面层；5)在步骤4)所述界面层上浇筑面层混凝土层；拆模后，使所述面层混凝土层暴露服役。

在所述底层混凝土层与面层混凝土层之间设置界面层，其目的旨在确保两层之间的结合力牢固，以确保二者可以成为一个牢固的整体。

所述界面处理包括在界面处喷洒乳液类界面剂；或者在界面处设置金属纤维使其同时插入底层混凝土层和面层混凝土层中；所述设置金属纤维时还可以包括底层混凝土层或者面层混凝土层表面拉毛的步骤。

本发明配方中采用的胶凝材料水泥、粗骨料、细骨料均可以采用一般混凝土中的材料即可，无需进行材质、强度等的优化，即可使用普通的材料是混凝土的抗冻性能提高。

具体的，所述胶凝材料水泥包括但不限于通用硅酸盐水泥、特种水泥、气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料中的至少一种，其主要起到胶结作用。所述粗骨料、细骨料包括但不限于机制砂、天然河砂、回收骨料和其他任何能够充当水泥基材料骨架类的材料的一种或两种以上的混合物。

本发明配方中所述掺合料作为一种辅助性胶凝材料，其包括但不限于粉煤灰，矿渣，石粉，钢渣粉，石灰石粉等具有填充效应或火山灰效应的辅助胶凝材料一种或两种以上的混合物。

本发明配方中所述超细矿物掺合料的比表面积超过500m

本发明所述底层混凝土层的添加剂中至少包括减水剂和早强剂；所述减水剂选自聚羧酸减水剂、萘系减水剂、蒽系减水剂、三聚氰胺系减水剂中的至少一种；所述早强剂选自硫酸钠、硫酸钾、氯化钾、氯化钠、硅酸钠、硝酸钠、乙酸钠、三乙醇胺和甲醇中的至少一种。所述早强剂主要起到提高底层混凝土层混凝土的早期强度，从而使底层混凝土层强度的发展超过面层混凝土层强度的发展。同时，通过早强剂能够在底层混凝土层混凝土中引入K

本发明所述面层混凝土层中的添加剂至少包括减水剂和膨胀剂；所述减水剂选自聚羧酸减水剂、萘系减水剂、蒽系减水剂、三聚氰胺系减水剂中的至少一种；所述膨胀剂选自硫铝酸钙类膨胀剂、氧化镁基膨胀剂、石灰基膨胀剂和铁粉系膨胀剂中的至少一种。

本发明所述的混凝土件的配方中还可以添加减缩剂和/或膨胀剂，用于调节所述底层混凝土层与所述面层混凝土层之间的变形值，从而控制所述混凝土结构件的抗冻性能。具体的，所述减缩剂的作用在于降低水泥石毛细管中水的表面张力，并使得混凝土宏观收缩降低，其选自聚醚或聚醇类有机物及其衍生物的一种或两种以上的混合物，可以起到调节抗冻抗剥落混凝土的收缩/膨胀变形的作用，从而能够通过两层配方的设计，实现控制底层混凝土层、面层混凝土层的收缩或膨胀的变形程度，然后达到面层混凝土层表层受压的状态，从而制备出一种抗冻抗剥落混凝土。所述膨胀剂的作用在于减少混凝土收缩，使混凝土形成膨胀变形，其包括但不限于硫铝酸钙类膨胀剂，氧化镁基膨胀剂，石灰基膨胀剂，铁粉系膨胀剂中的一种或两种以上的混合物，能够起到调节抗冻抗剥落混凝土收缩/膨胀变形的作用，能够使面层混凝土层的膨胀大于底层混凝土层的膨胀，然后达到面层混凝土层表层受压的状态，制备出一种抗冻抗剥落混凝土。

下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

若无特殊说明，以下所涉及的材料、试剂等均为本领域技术人员熟知的市售商品；若无特殊说明，所述方法均为本领域公知的方法。除非另外定义，所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内的普通技术人员所理解的通常意义。

实施例1

首先浇筑底层混凝土层混凝土；所述底层混凝土层的混凝土配合比：通用硅酸盐水泥：288kg，水：108kg，石子：706kg，砂：490kg，聚羧酸减水剂：2.9kg，超细粉煤灰：72kg，氯化钠0.26kg。

然后在底层混凝土层混凝土表面喷洒丁苯乳液界面剂，然后再浇筑面层混凝土层混凝土；所述面层混凝土层的混凝土配合比：通用硅酸盐水泥：216kg，水：142kg，石子：778kg，砂：490kg，聚羧酸减水剂：2.2kg，粉煤灰：72kg，聚醚减缩剂0.29kg，硫铝酸钙类膨胀剂2.2kg。

待其硬化脱模后，形成面层混凝土层受压的抗冻抗剥落混凝土构件。

将本实施例制备的抗冻抗剥落混凝土按照GB/T 50082单面盐冻法进行28次单面盐冻后，抗冻抗剥落混凝土的剥落量50g/m

实施例2

首先浇筑底层混凝土层混凝土；所述底层混凝土层的混凝土配合比：通用硅酸盐水泥：288kg，水：108kg，石子：706kg，砂：490kg，萘系减水剂：3.2kg，超细矿渣：72kg，硫酸钠0.29kg。

待底层混凝土层混凝土终凝后，将底层混凝土层混凝土表面凿毛，喷洒丙烯酸酯共聚乳液，然后再浇筑面层混凝土层混凝土；所述面层混凝土层的混凝土配合比：通用硅酸盐水泥：216kg，水：142kg，石子：778kg，砂：490kg，萘系减水剂：2.2kg，矿渣：72kg，聚醇减缩剂0.7kg，氧化镁基膨胀剂7.2kg。

待其硬化脱模后，形成面层混凝土层混凝土受压的抗冻抗剥落混凝土构件。

将本实施例制备的抗冻抗剥落混凝土按照GB/T 50082单面盐冻法进行28次单面盐冻后，抗冻抗剥落混凝土的剥落量45g/m

实施例3

首先浇筑底层混凝土层混凝土；所述底层混凝土层的混凝土配合比：通用硅酸盐水泥：288kg，水：108kg，石子：706kg，砂：490kg，蒽系减水剂：2.9kg，硅灰：72kg，硝酸钠：0.29kg，聚醚减缩剂：0.36kg，铁粉系膨胀剂2.2kg。

然后将钢纤维垂直插入底层混凝土层混凝土中并露出毛茬，然后再浇筑面层混凝土层混凝土；所述面层混凝土层的混凝土配合比：通用硅酸盐水泥：216kg，水：142kg，石子：778kg，砂：490kg，聚羧酸减水剂：2.2kg，石粉：72kg，聚醚减缩剂：0.7kg，铁粉系膨胀剂14.4kg。

待其硬化脱模后，形成面层混凝土层受压的抗冻抗剥落混凝土构件。

将本实施例制备的抗冻抗剥落混凝土按照GB/T 50082单面盐冻法进行28次单面盐冻后，抗冻抗剥落混凝土的剥落量33g/m

实施例4

采用3D打印成型底层混凝土层混凝土；所述底层混凝土层的混凝土配合比：通用硅酸盐水泥：360kg，水：108kg，砂：634kg，聚羧酸减水剂：2.9kg，超细石灰石粉：108kg，氯化钾：0.29kg，聚醇减缩剂：0.36kg，石灰基膨胀剂0.7kg，增稠剂0.7kg，速凝剂0.7kg。

然后在打印浆体表面喷洒丁苯乳液界面剂，然后再打印面层混凝土层混凝土；所述面层混凝土层的混凝土配合比：通用硅酸盐水泥：324kg，水：142kg，砂：634kg，聚羧酸减水剂：2.9kg，石灰石粉：144kg，聚醇减缩剂：0.7kg，氧化镁基膨胀剂7.9kg，增稠剂0.7kg，速凝剂0.7kg。

待其硬化脱模后，形成面层混凝土层混凝土受压的抗冻抗剥落混凝土构件。

将本实施例制备的抗冻抗剥落混凝土按照GB/T 50082单面盐冻法进行28次单面盐冻后，抗冻抗剥落混凝土的剥落量47g/m

实施例5

采用3D打印成型底层混凝土层混凝土；所述底层混凝土层的混凝土配合比：通用硅酸盐水泥：324kg，水：108kg，砂：634kg，聚羧酸减水剂：2.9kg，超细粉煤灰：108kg，三乙醇胺：0.29kg，聚醚减缩剂：0.7kg，铁粉系膨胀剂7.29kg，增稠剂0.79kg，速凝剂0.7kg。

将钢纤维垂直插入底层混凝土层混凝土中并露出毛茬，然后再打印面层混凝土层混凝土；所述面层混凝土层的混凝土配合比：通用硅酸盐水泥：324kg，水：142kg，砂：634kg，聚羧酸减水剂：2.2kg，钢渣粉：72kg，聚醇减缩剂：1.4kg，石灰基膨胀剂14.4kg，增稠剂0.7kg，速凝剂0.7kg。

待其硬化后，形成面层混凝土层受压的抗冻抗剥落混凝土构件。

将本实施例制备的抗冻抗剥落混凝土按照GB/T 50082单面盐冻法进行28次单面盐冻后，抗冻抗剥落混凝土的剥落量22g/m

实施例6

首先浇筑底层混凝土层混凝土；所述底层混凝土层的混凝土配合比：通用硅酸盐水泥：335kg，水：94kg，砂：1.4kg；石子：1.4kg；聚羧酸减水剂：7.2kg，超细矿渣：72kg，硫酸钾7.2kg。

然后在底层混凝土层混凝土表面喷洒丁苯乳液界面剂并撒布镀铜钢纤维，然后再浇筑面层混凝土层混凝土；所述面层混凝土层的混凝土配合比：通用硅酸盐水泥：302kg，水：101kg，砂：3.6kg；石子：3.6kg；聚羧酸减水剂：7.2kg，石灰石粉：104kg；聚醚减缩剂：0.01kg；氧化镁基膨胀剂:0.29kg。

待其硬化脱模后，形成面层混凝土层受压的抗冻抗剥落混凝土构件。

将本实施例制备的抗冻抗剥落混凝土按照GB/T 50082单面盐冻法进行28次单面盐冻后，抗冻抗剥落混凝土的剥落量22g/m

实施例7

首先浇筑底层混凝土层混凝土；所述底层混凝土层的混凝土配合比：通用硅酸盐水泥：58kg，水：1039kg，砂：648kg；石子：504kg；聚羧酸减水剂：1.4kg，超细粉煤灰：288kg，硫铝酸钙类膨胀剂0.1kg，硅酸钠1.4kg。

然后在底层混凝土层混凝土表面拉毛并撒布镀铜钢纤维，然后再浇筑面层混凝土层混凝土；所述面层混凝土层的混凝土配合比：通用硅酸盐水泥：79kg，水：99kg，砂：367kg；石子：734kg；聚羧酸减水剂：1.4kg，石灰石粉：216kg；聚醚减缩剂：29kg；铁粉系膨胀剂：72kg；氯化钾剂1.4kg。

待其硬化脱模后，形成面层混凝土层受压的抗冻抗剥落混凝土构件。

将本实施例制备的抗冻抗剥落混凝土按照GB/T 50082单面盐冻法进行28次单面盐冻后，抗冻抗剥落混凝土的剥落量30g/m

本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。