CN107892522B - 一种抗盐冻自修复水泥混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种抗盐冻自修复水泥混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种抗盐冻自修复水泥混凝土及其制备方法。所述抗盐冻自修复水泥混凝土由水泥、粉煤灰、粗骨料、细骨料、水、温敏型水凝胶、马来酸二钠、碳酸氢钙、偏高岭土、减水剂制备而成。本发明利用温敏型水凝胶在低温时吸收渗入混凝土中的盐水，可以有效防止混凝土的盐冻破坏；通过马来酸二钠和碳酸氢钙修复冻融损伤后混凝土中的微裂缝，并采用偏高岭土增加混凝土内部密实度，提高混凝土抗冻能力。本发明所述抗盐冻自修复水泥混凝土具有优良的抗盐冻性能，可以显著提高混凝土在寒冷地区的使用寿命。

Description

一种抗盐冻自修复水泥混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种抗盐冻自修复水泥混凝土及其制备方法。
背景技术
水泥混凝土作为重要的建筑材料已得到广泛应用。但水泥混凝土为多孔脆性材料，在冻融循环作用下其结构易遭受破坏而产生内部损伤及微裂纹，不仅降低了强度，而且会加速侵蚀破坏。我国约有60％的公路和市政道路冬季存在积雪和结冰现象，为防止冰雪对交通通行的影响，常使用氯盐类融雪剂消除路面冰雪，由此也导致了混凝土产生盐冻破坏。因为融雪剂融化后的盐水渗入水泥混凝土内部后，在冻融条件下会加剧混凝土内部损伤和微裂纹的产生，导致混凝土强度迅速下降，并发生表面剥落，从而会大大降低混凝土的耐久性。
为提高混凝土的抗盐冻破坏能力，现有技术主要是通过控制水灰比、加入引气剂、矿物掺合料等来减小混凝土的孔隙率，提高混凝土的密实度，以防止融化盐水的渗入。由于混凝土本身为多孔结构，这些方法虽在一定程度上可以缓解盐冻对混凝土的破坏，但并不能真正解决混凝土盐冻破坏问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种抗盐冻自修复水泥混凝土及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种抗盐冻自修复水泥混凝土，由水泥、粉煤灰、细骨料、粗骨料、水、温敏型水凝胶、马来酸二钠、碳酸氢钙、偏高岭土、减水剂制备而成，各原料重量份数为：水泥100份、粉煤灰10～20份、细骨料150～300份、粗骨料240～380份、水30～40份、温敏型水凝胶2～4份、马来酸二钠0.3～1份、碳酸氢钙3～5份、偏高岭土3～6份、减水剂0.6～1.2份。
上述方案中，所述水泥为PO42.5或PO52.5普通硅酸盐水泥。
上述方案中，所述细骨料为河沙或机制砂。
上述方案中，所述粗骨料为5～31.5mm连续级配的碎石。
上述方案中，所述温敏型水凝胶为部分缩醛化聚乙烯醇水凝胶，其分子量大于105，缩醛度大于50％。
上述方案中，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
上述的抗盐冻自修复水泥混凝土按如下步骤制备：1)按各原料重量份数称取水泥100份、粉煤灰10～20份、细骨料150～300份、粗骨料240～380份、水30～40份、温敏型水凝胶2～4份、马来酸二钠0.3～1份、碳酸氢钙3～5份、偏高岭土3～6份、减水剂0.6～1.2份；2)将称取的水泥、细骨料、粗骨料、偏高岭土、粉煤灰加入搅拌机搅拌1min，再加入水、温敏型水凝胶、马来酸二钠、碳酸氢钙、减水剂，继续搅拌2min，使其混合均匀，即制得抗盐冻自修复水泥混凝土。
本发明的有益效果如下：本发明同时使用部分缩醛化聚乙烯醇温敏型水凝胶及马来酸二钠和碳酸氢钙，温敏型水凝胶在温度低于其低临界溶液温度(LCST)时，可以将混凝土孔隙内的盐水吸入水凝胶中，在温度高于LCST时，水凝胶中吸入的水可被释放出来，从而保持混凝土内部的湿润环境；马来酸二钠和碳酸氢钙可以赋予混凝土对微裂纹的自修复能力，马来酸二钠可与混凝土中游离钙离子以及碳酸氢钙水解产生的钙离子结合形成可溶性络合物，在潮湿环境下随水迁移至混凝土的较大孔隙和微裂纹处，然后与混凝土中的硅酸根离子及碳酸氢钙水解产生的碳酸根离子反应形成硅酸钙或碳酸钙，通过这些反应产物在较大孔隙和微裂纹处的不断沉积，使混凝土内部的孔隙变小、微裂纹得到愈合；本发明中部分缩醛化聚乙烯醇温敏型水凝胶的使用一方面可以有效防止混凝土的盐冻破坏，另一方面使用部分缩醛化聚乙烯醇温敏型水凝胶也有利于马来酸二钠和碳酸氢钙对混凝土内部损伤和微裂纹的自修复功能的发挥；本发明还通过加入偏高岭土以填充混凝土内部的孔隙，提高混凝土密实性，减少盐溶液的渗入对混凝土中所造成的盐冻破坏。本发明所述抗盐冻自修复水泥混凝土具有优良的抗盐冻性能，可以显著提高混凝土在寒冷地区的使用寿命。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种抗盐冻自修复水泥混凝土，按如下方法制备得到：
(1)按各原料所需的重量份数称取PO42.5普通硅酸盐水泥100份、粉煤灰13份、河砂180份、粗骨料320份、偏高岭土4份、水32份、温敏型水凝胶3份、马来酸二钠0.35份、碳酸氢钙3份、聚羧酸高效减水剂0.7份；所述粗骨料为5～31.5mm连续级配的碎石；所述温敏型水凝胶为部分缩醛化聚乙烯醇水凝胶，其分子量大于105，缩醛度大于50％；
(2)将称取的PO42.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰、河砂、粗骨料、偏高岭土加入搅拌机搅拌1min，再加入水、马来酸二钠、碳酸氢钙、温敏型水凝胶、聚羧酸高效减水剂，继续搅拌2min，使其混合均匀，即得到抗盐冻自修复水泥混凝土。
将本实施例制备所得抗盐冻自修复水泥混凝土浇注入100mm×100mm×100mm的模具中，放置24h后脱模，然后将混凝土试块放在标准养护室中养护24天，再将其置于3％的NaCl溶液中浸泡4天，取出后采用“快冻法”进行盐冻实验：将混凝土试块放入橡胶盒内，注入3％NaCl溶液，保持盒内液面高于试块顶部1～2cm，然后将装有试块的橡胶盒放入冻融箱中，进行盐冻实验，冻融循环周期为4h，其中用于冷冻和融化的时间不小于冻融循环过程的1/4，在此过程中，试块中心的最低温度控制在-17±2℃，最高温度为8±2℃。分别测试抗盐冻自修复水泥混凝土0次、50次和100次盐冻循环后的性能。与未进行盐冻实验的抗盐冻自修复水泥混凝土相比，50次和100次盐冻实验后的混凝土质量损失率分别为2.29％和4.51％，抗压强度损失率分别为：6.78％和12.17％，总孔隙率增长率分别为：4.37％和10.15％。
对比试验：称取PO42.5普通硅酸盐水泥100份、粉煤灰13份、河砂180份、粗骨料320份、水32份、聚羧酸高效减水剂0.7份，按照实施例1的操作步骤制备普通水泥混凝土，养护和盐冻实验过程也同实施例1。与未进行盐冻循环的普通混凝土试件相比，50次和100次盐冻循环后的普通混凝土质量损失率分别为：4.18％和7.57％，抗压强度损失率分别为：10.32％和19.18％，总孔隙率增长率分别为：6.16％和16.47％。
与对比试验相比，实施例1制备的抗盐冻自修复水泥混凝土在盐冻实验后的质量损失率、抗压强度损失率和总孔隙率增长率均明显小于普通混凝土，具有优良的抗盐冻能力。
实施例2
一种抗盐冻自修复水泥混凝土，按如下方法制备得到：
(1)按各原料所需的重量份数称取PO52.5普通硅酸盐水泥100份、粉煤灰15份、河砂200份、粗骨料340份、偏高岭土5份、水35份、温敏型水凝胶3份、马来酸二钠0.6份、碳酸氢钙4份、聚羧酸高效减水剂0.8份；所述粗骨料为5～31.5mm连续级配的碎石；所述温敏型水凝胶为部分缩醛化聚乙烯醇水凝胶，其分子量大于105，缩醛度大于50％；
(2)按照实施例1的方法制备抗盐冻自修复水泥混凝土，并进行盐冻实验，然后测试抗盐冻自修复水泥混凝土0次、100次和200次盐冻实验后的性能。与未进行盐冻循环的抗盐冻自修复水泥混凝土相比，100次和200次盐冻实验后的混凝土质量损失率分别为：4.19％和6.31％，抗压强度损失率分别为：9.93％和13.84％，总孔隙率增长率：8.71％和14.39％。
对比试验：称取PO52.5普通硅酸盐水泥100份、粉煤灰15份、河砂200份、粗骨料340份、水35份、聚羧酸高效减水剂0.8份，按照实施例1的操作步骤制备普通混凝土，并进行盐冻实验，然后测试普通混凝土0次、100次和200次盐冻实验后的性能。与未进行盐冻实验的普通混凝土相比，100次和200次盐冻实验后的普通混凝土质量损失率分别为：7.83％和11.45％，抗压强度损失率分别为：17.51％和25.74％，总孔隙率增长率分别为：13.63％和22.18％。
与对比试验相比，实施例2制备的抗盐冻自修复水泥混凝土在盐冻后的质量损失率、抗压强度损失率和总孔隙率增长率均大大低于普通混凝土，具有优良的抗盐冻能力。
实施例3
一种抗盐冻自修复水泥混凝土，按如下方法制备得到：
(1)按各原料所需的重量份数称取PO52.5普通硅酸盐水泥100份、粉煤灰18份、机制砂280份、粗骨料360份、偏高岭土6份、水38份、温敏型水凝胶4份、马来酸二钠0.8份、碳酸氢钙5份、聚羧酸高效减水剂1份；所述粗骨料为5～31.5mm连续级配的碎石；所述温敏型水凝胶为部分缩醛化聚乙烯醇水凝胶，其分子量大于105，缩醛度大于50％；
(2)根据实施例1的方法制备抗盐冻自修复水泥混凝土，并进行盐冻实验，然后测试抗盐冻自修复水泥混凝土0次、50次和100次盐冻循环后的性能。与未进行盐冻实验的抗盐冻自修复水泥混凝土相比，50次和100次盐冻循环后的混凝土质量损失率分别为2.03％和4.37％，抗压强度损失率分别为：6.46％和10.62％，总孔隙率增长率分别为：3.79％和9.34％。
对比试验：称取PO52.5普通硅酸盐水泥100份、粉煤灰18份、机制砂280份、粗骨料360份、水38份、聚羧酸高效减水剂1份，按照实施例1的操作步骤制备普通混凝土，并进行盐冻实验，然后测试普通混凝土0次、50次和100次盐冻实验后的性能。与未进行盐冻循环的普通混凝土相比，50次和100次盐冻循环后的普通混凝土质量损失率分别为：3.93％和6.85％，抗压强度损失率分别为：9.98％和18.33％，总孔隙率增长率分别为：5.92％和15.18％。
与对比试验相比，实施例3制备的抗盐冻自修复水泥混凝土在盐冻后的质量损失率、抗压强度损失率和总孔隙率增长率均远低于普通混凝土，具有优良的抗盐冻能力。
实施例4
一种抗盐冻自修复水泥混凝土，按如下方法制备得到：
(1)按各原料所需的重量份数称取PO42.5普通硅酸盐水泥100份、粉煤灰16份、机制砂240份、粗骨料300份、偏高岭土4份、水38份、温敏型水凝胶3份、马来酸二钠0.9份、碳酸氢钙5份、聚羧酸高效减水剂1.1份；所述粗骨料为5～31.5mm连续级配的碎石；所述温敏型水凝胶为部分缩醛化聚乙烯醇水凝胶，其分子量大于105，缩醛度大于50％；
(2)根据实例1的方法制备抗盐冻自修复水泥混凝土，并进行盐冻循环试验，然后测试抗盐冻自修复水泥混凝土0次、100次和200次盐冻实验后的性能。与未进行盐冻循环的抗盐冻自修复水泥混凝土相比，100次和200次盐冻实验后的混凝土质量损失率分别为：5.09％和7.02％，抗压强度损失率分别为：10.27％和15.06％，总孔隙率增长率：8.21％和13.82％。
对比试验：称取PO42.5普通硅酸盐水泥100份、粉煤灰16份、机制砂240份、粗骨料300份、水38份、聚羧酸高效减水剂1.1份，按照实例1的操作步骤制备普通混凝土，并进行盐冻实验，然后测试普通混凝土0次、100次和200次盐冻实验后的性能。与未进行盐冻循环的普通混凝土相比，50次和100次盐冻实验后的混凝土质量损失率分别为：8.13％和12.33％，抗压强度损失率分别为：16.34％和27.21％，总孔隙率增长率分别为：12.95％和20.71％。
与对比试验相比，本实施例制备的抗盐冻自修复水泥混凝土在盐冻后的质量损失率、抗压强度损失率和总孔隙率增长率均明显小于普通混凝土，具有优良的抗盐冻能力。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种抗盐冻自修复水泥混凝土，其特征在于，由水泥、粉煤灰、细骨料、粗骨料、水、温敏型水凝胶、马来酸二钠、碳酸氢钙、偏高岭土、减水剂制备而成，各原料重量份数为：水泥100份、粉煤灰10~20份、细骨料150~300份、粗骨料240~380份、水30~40份、温敏型水凝胶2~4份、马来酸二钠0.3~1份、碳酸氢钙3~5份、偏高岭土3~6份、减水剂0.6~1.2份；所述温敏型水凝胶为部分缩醛化聚乙烯醇水凝胶，其分子量大于105，缩醛度大于50%。
2.根据权利要求1所述的抗盐冻自修复水泥混凝土，其特征在于，所述水泥为PO42.5或PO52.5普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的抗盐冻自修复水泥混凝土，其特征在于，所述细骨料为河沙或机制砂。
4.根据权利要求1所述的抗盐冻自修复水泥混凝土，其特征在于，所述粗骨料为5~31.5mm连续级配的碎石。
5.根据权利要求1所述的抗盐冻自修复水泥混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
6.权利要求1~5任一所述抗盐冻自修复水泥混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）按各原料重量份数称取水泥100份、粉煤灰10~20份、细骨料150~300份、粗骨料240~380份、水30~40份、温敏型水凝胶2~4份、马来酸二钠0.3~1份、碳酸氢钙3~5份、偏高岭土3~6份、减水剂0.6~1.2份；（2）将称取的水泥、粉煤灰、细骨料、粗骨料、偏高岭土加入搅拌机搅拌1min，再加入水、温敏型水凝胶、马来酸二钠、碳酸氢钙、减水剂，继续搅拌2min，使其混合均匀，即制得抗盐冻自修复水泥混凝土。
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