一种高性能抗冻混凝土及其制备方法与流程

1.本技术涉及混凝土的技术领域，更具体地说，它涉及一种高性能抗冻混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.我国北方地区混凝土结构处于冻融环境下，常规混凝土在此环境下由于内外收缩不一致导致混凝土内部应力增大，容易产生裂缝。
3.为了提高混凝土的抗冻性能，通常采用加入引气剂的方式，引气剂可以使得混凝土在搅拌过程中引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡，这些微小气泡可以容纳自由水分的迁移，缓和结冰时的水压力，显著提高混凝土承受反复冻融的能力，但是混凝土的含气量每增加1％，抗压强度便会下降5％左右，而且在相同配合比的条件下，由于混凝土中引入了一定量的空气，干缩量也会增大，而各种形式的收缩都是引起混凝土开裂的重要原因，混凝土后期还会出现开裂问题。
4.因此亟需提供一种新的方法可以大大提升混凝土的抗冻性能，更加适用于严寒地带等地区施工，而且还不会降低混凝土的强度。


技术实现要素：

5.为了提升混凝土的抗冻性能，同时不会降低混凝土的强度，本技术提供一种高性能抗冻混凝土及其制备方法。
6.第一方面，本技术提供一种高性能抗冻混凝土，采用如下的技术方案：一种高性能抗冻混凝土，由包含以下重量份的原料制得：200
‑
300份水泥、120
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150份水、70
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90份矿粉、800
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1000份碎石、500
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700份砂、60
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75份粉煤灰、2
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5份减水剂、25
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40份硅酸镁锂、30
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50份聚丙烯纤维和15
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25份聚偏二氯乙烯共聚乳液。
7.通过采用上述技术方案，硅酸镁锂的添加起到触变剂的作用，改善混凝土的流变性能，泵送时受力粘度较低，可泵性较好，可施工性强，混凝土成型后不受外力作用，粘度较大，可能是由于粘度的变化改善混凝土内部的孔隙结构，不仅增加混凝土的密实性，而且大大提升了混凝土的抗冻性能，得到的混凝土在提升抗冻性能的同时还提高混凝土的强度；聚偏二氯乙烯共聚乳液的添加不仅起优良的抗腐蚀性能，防止对钢筋的腐蚀，而且其具有一定的成膜特性，与矿粉、砂、碎石和粉煤灰等复配使用后，砂填充在碎石之间，搭接形成混凝土的基本骨架，矿粉、粉煤灰等代替部分水泥，减少水泥用量，降低水化热引起的收缩裂缝，且水泥、粉煤灰以及聚偏二氯乙烯共聚乳液混合后形成的水泥降起到优异的粘结作用，从而可以提高混凝土的强度。而且也可能是由于聚偏二氯乙烯共聚乳液分散成膜后透气透水性弱，在冻融环境下，对于体系中结冰水的膨胀和过冷水的迁移形成一定的阻碍，而且还阻止溶胀后硅酸镁锂后续干缩，从而可以提高混凝土的抗冻性，尤其防止由于混凝土的冻融引起的混凝土开裂问题。通过聚偏二氯乙烯共聚乳液添加量的控制使得混凝土体系中存在部分膜结构，对于水的迁移和膨胀起到一定程度的抑制，再配合硅酸镁锂对
于混凝土孔隙结构的影响，使得最终混凝土既可以自然凝结，还具有优异的抗冻和抗压强度。
8.聚丙烯纤维的添加不仅起到抗裂的作用，而且聚丙烯纤维均匀分散于水泥中起到类似筛网的作用，抑制水泥基材料中的颗粒下沉，减少基体中水溢出而形成的毛细通道，从而还起到抗冻作用，最终得到的混凝土抗冻性能更加优异，尤其适用于严寒地区，减少由于冻融引起的裂缝，而且还不会降低，甚至可以进一步提高混凝土的强度。
9.优选的，所述混凝土还包括10
‑
25重量份聚乙烯醇。
10.通过采用上述技术方案，聚乙烯醇溶于水后具有一定的粘性，进一步增大混凝土体系的粘结强度，提高其抗压强度，而且聚乙烯醇与硅酸镁锂复配使用，无机流变助剂与有机流变助剂复配使用后对于抗冻性能和强度提升更优。
11.优选的，所述混凝土还包括25
‑
40份膨胀剂。
12.通过采用上述技术方案，膨胀剂的添加可以抵消混凝土由于收缩产生的裂缝，进一步提升其抗裂性能。
13.优选的，所述膨胀剂选用硫铝酸钙膨胀剂。
14.通过采用上述技术方案，硫铝酸钙膨胀剂一定程度上提升混凝土的抗裂性能，但是硫铝酸钙型膨胀剂的抗冻性和耐热性差，申请人发现将硫铝酸钙型膨胀剂与聚偏二氯乙烯共聚乳液和硅酸镁锂复配使用，反而可以进一步提升混凝土的抗冻性能。
15.优选的，所述减水剂选用木质素磺酸钠或聚羧酸减水剂中的一种或两种。
16.优选的，所述粉煤灰为fi级粉煤灰；所述砂为细度模数在2.2
‑
1.3之间的水洗河砂；所述碎石为粒径为5
‑
25mm的连续粒级的碎石；所述水泥为42.5r硅酸盐水泥；所述矿粉为s95级矿粉。
17.优选的，所述聚丙烯纤维的长度为10
‑
14mm，直径为16
‑
20μm。
18.第二方面，本技术提供一种高性能抗冻混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种高性能抗冻混凝土的制备方法，包括以下步骤：水胶分散液a制备：取原料中2/5的水与硅酸镁锂混合搅拌，得到水胶分散液a；混合料制备：将水泥、矿粉、碎石、砂和粉煤灰搅拌，然后加入聚丙烯纤维，搅拌，加入减水剂和2/5的水，搅拌，得到混合料；混凝土制备：在混合料中加入水胶分散液a以及剩余的水，搅拌，最后加入聚偏二氯乙烯共聚乳液，搅拌，即得。
19.通过采用上述技术方案，首先将骨架固体材料混合，加入聚丙烯纤维，均匀分散在骨架材料体系中，再加入水混合，然后再加入水胶分散液a，使得水胶分散液a均匀分散在水泥体系中，最后加入聚偏二氯乙烯共聚乳液搅拌，使得各个原料物质均匀分散，得到混凝土，将得到混凝土泵送浇筑后，各个原料在聚偏二氯乙烯共聚乳液的作用以及水化热的温度环境下在后续可以粘结成膜，再结合聚偏二氯乙烯共聚乳液添加量的控制，使得体系内成膜呈现区域化分布，不会影响混凝土浇筑后的凝结。
20.优选的，所述混凝土还包括10
‑
25重量份聚乙烯醇和/或25
‑
40份膨胀剂，所述膨胀剂与水泥混合加入，所述聚乙烯醇与混凝土制备步骤中剩余的水搅拌分散后得到水胶分散液b，水胶分散液b与水胶分散液a混合后加入混合料中。
21.综上所述，本技术具有以下有益效果：
1、本技术中制得的混凝土抗冻性能更加优异，尤其适用于严寒地区，减少由于冻融引起的裂缝，而且还不会降低，甚至可以进一步提高混凝土的强度；2、本技术中硅酸镁锂和聚偏二氯乙烯共聚乳液的添加不仅可以大大提升混凝土的抗冻性能，而且可以提升混凝土的抗压强度。
22.2、本技术中聚乙烯醇溶于水后具有一定的粘性，进一步增大混凝土体系的粘结强度，提高其抗压强度，而且聚乙烯醇与硅酸镁锂复配使用，无机流变助剂与有机流变助剂复配使用后对于抗冻性能和强度提升更优。
具体实施方式
23.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明，予以特别说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
24.以下实施例和对比例中，聚乙烯醇可以选用购自济南富浩化工有限公司的粉状聚乙烯醇，型号为cx377；聚偏二氯乙烯共聚乳液可以购自东莞市滔滔塑胶原料有限公司，牌号为z101；聚丙烯纤维购自上海同济方舟特种建材有限公司的长坚牌聚丙烯纤维，聚丙烯纤维的长度为10
‑
14mm，直径为16
‑
20μm；硫铝酸钙膨胀剂可购自广西高和建材有限公司，型号为gh。
25.氧化钙类膨胀剂可购自河南聚能新型建材有限公司，型号为cal；木质素磺酸钠减水剂可购自购自天津市盛富江化工销售有限公司，型号为mn
‑
4；聚羧酸减水剂可购自购自山东郓城辉煌新型建材科技有限公司；水泥为42.5r硅酸盐水泥，购自南宁市石旺建材经营部；矿粉为s95级矿粉，可购自山东战泽生物科技有限公司；粉煤灰为fi级粉煤灰，购自灵寿县川思矿产品加工厂，货号为t
‑
bas；砂为细度模数在2.2
‑
1.3之间的水洗河砂，购自河北涞水润鑫建材有限公司；碎石为粒径为5
‑
25mm的连续粒级的碎石，来自北京密云县西河碎石厂。
26.气相二氧化硅可选用购自东莞市鼎信塑胶原料有限公司的德固赛气相二氧化硅aerosil 200；有机膨润土可选用购自济南汇锦川商贸有限公司、品牌为汇锦川的有机膨润土；凹凸棒石可选用购自河北岩创矿产品有限公司、品牌为岩创矿产的凹凸棒石。
27.以下实施例和对比例中，步骤水胶分散液a制备步骤中，硅酸镁锂分散于水中的方式可以在室温下进行，也可以在高温下进行，实现浸水溶胀即可，高温下溶胀所需时间较短，室温下通常浸泡搅拌1
‑
2h即可。实施例
28.实施例1一种高性能抗冻混凝土的制备方法，包括以下步骤：水胶分散液a制备：取25kg硅酸镁锂与48kg水在35℃下混合搅拌30min，得到水胶分散液a；混合料制备：将200kg水泥、70kg矿粉、800kg碎石、500kg砂和60kg粉煤灰搅拌
10min，然后加入30kg聚丙烯纤维，搅拌5min，加入2kg减水剂和48kg水，搅拌15min，得到混合料；混凝土制备：在混合料中加入水胶分散液a制备步骤中制得的水胶分散液a以及24kg水，搅拌20min，最后加入15kg聚偏二氯乙烯共聚乳液，搅拌15min，即得。
29.其中，减水剂选用聚羧酸减水剂。
30.实施例2一种高性能抗冻混凝土的制备方法，包括以下步骤：水胶分散液a制备：取32kg硅酸镁锂与54kg水在40℃下混合搅拌25min，得到水胶分散液a；混合料制备：将250kg水泥、80kg矿粉、900kg碎石、600kg砂和70kg粉煤灰搅拌10min，然后加入40kg聚丙烯纤维，搅拌5min，加入3kg减水剂和54kg水，搅拌20min，得到混合料；混凝土制备：在混合料中加入水胶分散液a制备步骤中制得的水胶分散液a以及27kg水，搅拌25min，最后加入20kg聚偏二氯乙烯共聚乳液，搅拌20min，即得。
31.其中，减水剂选用聚羧酸减水剂。
32.实施例3一种高性能抗冻混凝土的制备方法，包括以下步骤：水胶分散液a制备：取40kg硅酸镁锂与60kg水在45℃下混合搅拌20min，得到水胶分散液a；混合料制备：将300kg水泥、90kg矿粉、1000kg碎石、700kg砂和75kg粉煤灰搅拌15min，然后加入50kg聚丙烯纤维，搅拌10min，加入5kg减水剂和60kg水，搅拌20min，得到混合料；混凝土制备：在混合料中加入水胶分散液a制备步骤中制得的水胶分散液a以及30kg水，搅拌30min，最后加入25kg聚偏二氯乙烯共聚乳液，搅拌20min，即得。
33.其中，减水剂选用聚羧酸减水剂。
34.实施例4一种高性能抗冻混凝土的制备方法，按照实施例2中方法进行，不同之处在于，混凝土制备：将10kg聚乙烯醇和27kg水搅拌分散后得到水胶分散液b，将水胶分散液b与水胶分散液a混合后加入混合料制备步骤中得到的混合料中，搅拌30min，最后加入25kg聚偏二氯乙烯共聚乳液，搅拌20min，即得。
35.实施例5一种高性能抗冻混凝土的制备方法，按照实施例2中方法进行，不同之处在于，混凝土制备：将18kg聚乙烯醇和27kg水搅拌分散后得到水胶分散液b，将水胶分散液b与水胶分散液a混合后加入混合料制备步骤中得到的混合料中，搅拌30min，最后加入25kg聚偏二氯乙烯共聚乳液，搅拌20min，即得。
36.实施例6一种高性能抗冻混凝土的制备方法，按照实施例2中方法进行，不同之处在于，混凝土制备：将25kg聚乙烯醇和27kg水搅拌分散后得到水胶分散液b，将水胶分散液b与水胶分散液a混合后加入混合料制备步骤中得到的混合料中，搅拌30min，最后加入25kg聚偏二
氯乙烯共聚乳液，搅拌20min，即得。
37.实施例7一种高性能抗冻混凝土的制备方法，按照实施例5中的方法进行，不同之处在于：混合料制备：将25kg硫铝酸钙膨胀剂、300kg水泥、90kg矿粉、1000kg碎石、700kg砂和75kg粉煤灰搅拌15min，然后加入50kg聚丙烯纤维，搅拌10min，加入5kg减水剂和60kg水，搅拌20min，得到混合料。
38.实施例8一种高性能抗冻混凝土的制备方法，按照实施例5中的方法进行，不同之处在于：混合料制备：将35kg硫铝酸钙膨胀剂、300kg水泥、90kg矿粉、1000kg碎石、700kg砂和75kg粉煤灰搅拌15min，然后加入50kg聚丙烯纤维，搅拌10min，加入5kg减水剂和60kg水，搅拌20min，得到混合料。
39.实施例9一种高性能抗冻混凝土的制备方法，按照实施例5中的方法进行，不同之处在于：混合料制备：将40kg硫铝酸钙膨胀剂、300kg水泥、90kg矿粉、1000kg碎石、700kg砂和75kg粉煤灰搅拌15min，然后加入50kg聚丙烯纤维，搅拌10min，加入5kg减水剂和60kg水，搅拌20min，得到混合料。
40.实施例10一种高性能抗冻混凝土的制备方法，按照实施例8中的方法进行，不同之处在于：水胶分散液a制备步骤中，硅酸镁锂的添加量为25kg。
41.实施例11一种高性能抗冻混凝土的制备方法，按照实施例8中的方法进行，不同之处在于：水胶分散液a制备步骤中，硅酸镁锂的添加量为40kg。
42.实施例12一种高性能抗冻混凝土的制备方法，按照实施例8中的方法进行，不同之处在于：水胶分散液a制备步骤中，聚偏二氯乙烯共聚乳液的添加量为15kg。
43.实施例13一种高性能抗冻混凝土的制备方法，按照实施例8中的方法进行，不同之处在于：水胶分散液a制备步骤中，聚偏二氯乙烯共聚乳液的添加量为25kg。
44.实施例14一种高性能抗冻混凝土的制备方法，按照实施例8中的方法进行，不同之处在于：混合料制备步骤中，将硫铝酸钙膨胀剂等量替换为氧化钙类膨胀剂。
45.对比例对比例1一种混凝土的制备方法，按照实施例8中的方法进行，不同之处在于，原料中未添加硅酸镁锂和聚偏二氯乙烯共聚乳液。
46.对比例2一种混凝土的制备方法，按照实施例8中的方法进行，不同之处在于，硅酸镁锂等量替换为气相二氧化硅。
47.对比例3
一种混凝土的制备方法，按照实施例8中的方法进行，不同之处在于，硅酸镁锂等量替换为有机膨润土。
48.对比例4一种混凝土的制备方法，按照实施例8中的方法进行，不同之处在于，硅酸镁锂等量替换为凹凸棒石。
49.对比例5一种混凝土的制备方法，按照实施例8中的方法进行，不同之处在于，硅酸镁锂等量替换为聚偏二氯乙烯共聚乳液。
50.对比例6一种混凝土的制备方法，按照实施例8中的方法进行，不同之处在于，聚偏二氯乙烯共聚乳液等量替换为硅酸镁锂。
51.对比例7一种混凝土的制备方法，按照实施例8中方法进行，不同之处在于，硅酸镁锂的添加量为20kg。
52.对比例8一种混凝土的制备方法，按照实施例8中方法进行，不同之处在于，硅酸镁锂的添加量为45kg。
53.对比例9一种混凝土的制备方法，按照实施例9中方法进行，不同之处在于，聚偏二氯乙烯共聚乳液等量替换为聚乙烯醇。
54.对比例10一种混凝土的制备方法，按照实施例8中方法进行，不同之处在于，聚偏二氯乙烯共聚乳液添加量为12kg。
55.对比例11一种混凝土的制备方法，按照实施例8中的方法进行，不同之处在于，聚偏二氯乙烯共聚乳液添加量为30kg。
56.对比例12一种混凝土的制备方法，按照实施例8中的方法进行，不同之处在于，原料中未添加聚偏二氯乙烯共聚乳液、硫铝酸钙膨胀剂和硅酸镁锂。
57.性能检测对实施例和对比例中得到的混凝土进行抗压强度和冻融性能的检测，抗压强度按照gb/t50081
‑
2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》制作标准试块，并测量标准试块养护28天、60天的抗压强度；冻融性能检测方法如下：将标准养护28d的混凝土试块浸水24h，擦除表面水分后放入冻融箱内进行冻融循环试验，具体试验步骤参照gb/t 50082
‑
2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的快冻法冻融试验，经过25次冻融试验循环后，进行抗压强度检测，试块冻融前后抗压强度的比值为耐冻系数，耐冻系数值越小，其耐冻性能越强。测量结果如下表1所示。
58.表1：
参照上表1中的检测结果，参照实施例2和实施例4
‑
6中的检测结果，混凝土原料步骤中加入聚乙烯醇，且随着聚乙烯醇添加量的增大，抗压强度和抗冻性能先显著增大，后幅度较小，而且聚乙烯醇添加量过大时，其可泵性有所降低，本技术中聚乙烯醇的添加量为10
‑
25kg，具有较好的抗压强度和抗冻性能的时候，其可泵性较好；参照实施例5和实施例7
‑
9的检测结果，可以看出，原料体系中硫铝酸钙膨胀剂的添加进一步增强其抗冻性能，且随着硫铝酸钙添加量的增大，抗冻性能先增强，后基本不变；再参照实施例14和实施例8的检测结果，可以看出，将硫铝酸钙替换为其它膨胀剂时，其抗冻性能有所降低，再参照对比例1和对比例12，可以看出，原料中未添加硅酸镁锂和聚偏二氯乙烯共聚乳液，仅添加有硫铝酸钙膨胀剂对于抗冻性能影响较小，可以看出，体系中添加有硅酸镁锂和聚偏二氯乙烯共聚乳液时，选用硫铝酸钙膨胀剂不仅可以补偿收缩，提高其抗裂性能，还可以进一步提升混凝土的抗冻性能。
59.再参照实施例8和实施例10
‑
11以及对比例7和8的检测结果，可以看出，随着硅酸镁锂的添加，混凝土的抗冻性能先显著增大，后变化较小，抗压强度先增大后稍有所降低，硅酸镁锂添加量太低时，抗冻性能低，添加量过大时，其抗冻性能稍有所降低，抗压强度显著降低；再参照实施例8和实施例12
‑
13以及对比例10和11的检测结果，可以看出，聚偏二氯乙烯共聚乳液添加量的增大，其抗冻性能和抗压强度均先显著增强，后增强幅度减小，而聚偏二氯乙烯共聚乳液添加量过小时，其抗冻性能和抗压强度较低，添加量过大时，抗压强度和抗冻性能基本不变，而凝结时间变长。
60.再参照对比例1、实施例8以及对比例5和对比例6的检测结果，可以看出，硅酸镁锂和聚偏二氯乙烯共聚乳液复配使用，两者协同增效，同时大幅提升混凝土的抗冻性能和抗压强度。
61.再参照对比例2
‑
对比例4和实施例8的检测结果，可以看出，采用气相二氧化硅或凹凸棒石等具有触变性能的原料时，虽然抗冻性能和抗压强度有所增强，但是远低于实施例8中硅酸镁锂和聚偏二氯乙烯共聚乳液复配得到混凝土的性能；再参照实施例8和对比例9的检测结果，可以看出，将聚偏二氯乙烯共聚乳液等量替换为聚乙烯醇的时候，其抗冻性能差。
62.另外，上述实施例中制得的混凝土在经过上述25次循环冻融后，混凝土试块几乎不产生裂缝，具有优异的抗冻性能，而对比例中的混凝土在反复冻融过程中，混凝土逐渐产生裂缝，混凝土整体试块的强度降低，尤其是对比例1和对比例12中的混凝土冻融试验中开裂现象严重。可以看出，硅酸镁锂和聚偏二氯乙烯共聚乳液复配得到混凝土抗冻性能更优，而聚偏二氯乙烯共聚乳液添加量过大时，抗冻性能和抗压强度性能基本不变，凝结时间变长，因此本实施例中聚偏二氯乙烯共聚乳液的添加量为15
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25kg，具有优异的抗冻性能和抗压强度的同时，不影响混凝土的成型，在，硅酸镁锂和聚偏二氯乙烯共聚乳液复配基础上，进一步添加有聚乙烯醇的时候，进一步增强其抗冻性能和抗压强度，而且不会影响混凝土的成型。
63.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。