CN108264305B - 一种防冻混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种防冻混凝土及其制备方法，其由以下重量份的原料制成：水泥28‑30、粒化高炉矿渣粉22‑25、天然沸石5‑10、水20‑22、混凝土外加改性剂1.5‑2.5、N,N‑二甲基十二胺5‑6、甲醇和乙醇的混合物3‑4、粉煤灰10‑13、石子80‑90、沙子30‑35、竹粉纤维5‑8、碱式碳酸铜与甲酸的反应产物1.5‑2.5、金属纤维丝8‑10、脱糖甜菜糖蜜5‑8、聚乙烯醇纤维5‑10、丙烯酸乳液10‑12、钙铝黄长石8‑9、亚甲基二萘磺酸钠10‑12、三乙醇胺5‑7、二乙二醇4‑5。本发明的防冻混凝土具有优异的力学性能和抗冻性能，能够抵御超低温环境，用于在超低温环境下的建筑作业活动，弥补现有技术的不足。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构材料的技术领域，具体地，涉及一种防冻混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它作为一种传统的建筑工程材料被广泛的应用在建筑领域，对于混凝土来说，抗压强度和劈裂抗拉强度是判断优劣的一个重要指标。此外，混凝土的耐久性也是评价混凝土的一个重要因素。
冻害性是影响混凝土耐久性的一个主要因素，在低温环境下，混凝土的水化作用速率会明显降低，同时由于较大的温度变化会产生很大的冻胀应力，从而破坏混凝土的内部结构，极大的降低了混凝土的强度，造成开裂甚至坍塌，具有重大的安全隐患。建筑施工中，经常会遇到各种恶劣的天气环境，尤其是在冬季，长期的低温对混凝土的搅拌造成了很大的影响，如何才能防止混凝土在低温下上冻一直是工程人员比较头疼的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种防冻混凝土及其制备方法。本发明的防冻混凝土具有优异的力学性能和抗冻性能，能够抵御超低温环境，用于在超低温环境下的建筑作业活动，弥补现有技术的不足。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是一种防冻混凝土，其由以下重量份的原料制成：水泥28-30、粒化高炉矿渣粉22-25、天然沸石5-10、水20-22、混凝土外加改性剂1.5-2.5、N,N-二甲基十二胺5-6、甲醇和乙醇的混合物3-4、粉煤灰10-13、石子80-90、沙子30-35、竹粉纤维5-8、碱式碳酸铜与甲酸的反应产物1.5-2.5、金属纤维丝8-10、脱糖甜菜糖蜜5-8、聚乙烯醇纤维5-10、丙烯酸乳液10-12、钙铝黄长石8-9、亚甲基二萘磺酸钠10-12、三乙醇胺5-7、二乙二醇4-5；所述水泥为普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥的混合物，其重量比为1:2，等级为42.5；所述混凝土外加改性剂为由减水剂、膨胀剂、甲基纤维素、硅藻土按照1.5:2:2.5:2的重量比配制而成的一种复合外加剂；减水剂为聚羟酸粉剂减水剂和丙酮磺酸盐甲醛缩合物的混合物，其重量比为1.5:2；膨胀剂为硫酸铝钾和明矾的混合物，其重量比为1.5:1；所述甲醇和乙醇的混合物中两者的重量比为1:2；粒度分配为：粒化高炉矿渣粉的粒度分配为：粒度≥250um占8wt％、120μm<粒度<250μm占50wt％、70μm≤粒度≤120μm占20wt％、粒度<70μm占22wt％。
优选的，所述脱糖甜菜糖蜜包括果糖聚合物、氨基酸蛋白聚合物、碳水化合物、淀粉和水，并且在-30°F下具有150cps的粘度。
在上述任一方案中优选的是，其由以下重量份的原料制成：水泥29、粒化高炉矿渣粉23、天然沸石7、水21、混凝土外加改性剂2、N,N-二甲基十二胺5.5，甲醇和乙醇的混合物3.5、粉煤灰12、石子85、沙子33、竹粉纤维7、碱式碳酸铜与甲酸的反应产物2、金属纤维丝9、脱糖甜菜糖蜜7、聚乙烯醇纤维8、丙烯酸乳液11、钙铝黄长石8.5、亚甲基二萘磺酸钠11、三乙醇胺6、二乙二醇4.5。
在上述任一方案中优选的是，所述金属纤维丝为铜纤维丝和镍纤维丝，两者的体积比为2:1。
在上述任一方案中优选的是，所述粒化高炉矿渣粉为S95级，所述粉煤灰为II级粉煤灰；所述砂子为II区中砂；所述石子的平均粒径为12-13mm。
此外，本发明还提供了该防冻混凝土的制备方法，其包括步骤：
(1)将相应重量份的水泥、粒化高炉矿渣粉、天然沸石、粉煤灰、石子、沙子、钙铝黄长石放入混凝搅拌机中，搅拌混合均匀后，得到搅拌混合物；
(2)将相应重量份的竹粉纤维、金属纤维丝、聚乙烯醇纤维和亚甲基二萘磺酸钠充分均匀混合，形成均匀混合物，与所述搅拌混合物再混合均匀，形成混合产物；
(3)将相应重量份的混凝土外加改性剂、N,N-二甲基十二胺、甲醇和乙醇的混合物、碱式碳酸铜与甲酸的反应产物、脱糖甜菜糖蜜、丙烯酸乳液、三乙醇胺和二乙二醇加入到水中，充分混合后，边搅拌边加入至所述混合产物中，充分混合，成型制得。
优选的，所述步骤(1)中的混凝搅拌机的转速为200-300r/min，搅拌时间为12-15min。
本发明是根据多年的实际应用实践和经验所得，采用最佳的技术手段和措施来进行组合优化，获得了最优的技术效果，并非是技术特征的简单叠加和拼凑，因此本发明具有显著的意义。
本发明的有益效果：
1.本发明的防冻混凝土是通过将上述原料混合而得，在制备过程中，N,N-二甲基十二胺、甲醇和乙醇的混合物、碱式碳酸铜与甲酸的反应产物、脱糖甜菜糖蜜、丙烯酸乳液、亚甲基二萘磺酸钠、三乙醇胺和二乙二醇之间发生协同作用，延缓了制备得到的防冻混凝土的水化作用速率，且极大的减小了冻胀压力对混凝土内部结构的破坏，从而使该防冻混凝土具有极为优异的力学性能和抗冻性能。
2.本发明中引人可脱糖甜菜糖蜜，其是一种优良的防冻组合物，具有低的凝固点，并且在低温下可流动。适用于气候寒冷地区。因此，脱糖甜菜糖蜜是环境友好的，不具有生物反应性，无腐蚀性，并且可以与防冻剂混合，而不会抑制其有益性质。
3.本发明的防冻混凝土中加入各种骨料以及各类纤维，显著地改善了混凝土的力学性能，显著提高了混凝土的抗拉强度、抗弯强度、韧性可提高、抗冲击强度、抗压强度和承载能力。该防冻混凝土的制备方法工艺简便，能够保证产品效果，便于工业推广。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步描述，但要求保护的范围并不局限于此。
实施例1
一种防冻混凝土，其由以下重量份的原料制成：水泥28-30、粒化高炉矿渣粉22-25、天然沸石5-10、水20-22、混凝土外加改性剂1.5-2.5、N,N-二甲基十二胺5-6、甲醇和乙醇的混合物3-4、粉煤灰10-13、石子80-90、沙子30-35、竹粉纤维5-8、碱式碳酸铜与甲酸的反应产物1.5-2.5、金属纤维丝8-10、脱糖甜菜糖蜜5-8、聚乙烯醇纤维5-10、丙烯酸乳液10-12、钙铝黄长石8-9、亚甲基二萘磺酸钠10-12、三乙醇胺5-7、二乙二醇4-5；所述水泥为普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥的混合物，其重量比为1:2，等级为42.5；所述混凝土外加改性剂为由减水剂、膨胀剂、甲基纤维素、硅藻土按照1.5:2:2.5:2的重量比配制而成的一种复合外加剂；减水剂为聚羟酸粉剂减水剂和丙酮磺酸盐甲醛缩合物的混合物，其重量比为1.5:2；膨胀剂为硫酸铝钾和明矾的混合物，其重量比为1.5:1；所述甲醇和乙醇的混合物中两者的重量比为1:2；粒度分配为：粒化高炉矿渣粉的粒度分配为：粒度≥250um占8wt％、120μm<粒度<250μm占50wt％、70μm≤粒度≤120μm占20wt％、粒度<70μm占22wt％；
所述脱糖甜菜糖蜜包括果糖聚合物、氨基酸蛋白聚合物、碳水化合物、淀粉和水，并且在-30°F下具有150cps的粘度。
所述金属纤维丝为铜纤维丝和镍纤维丝，两者的体积比为2:1。
所述粒化高炉矿渣粉为S95级，所述粉煤灰为II级粉煤灰；所述砂子为II区中砂；所述石子的平均粒径为12-13mm。
实施例2
一种防冻混凝土，其由以下重量份的原料制成：水泥29、粒化高炉矿渣粉23、天然沸石7、水21、混凝土外加改性剂2、N,N-二甲基十二胺5.5，甲醇和乙醇的混合物3.5、粉煤灰12、石子85、沙子33、竹粉纤维7、碱式碳酸铜与甲酸的反应产物2、金属纤维丝9、脱糖甜菜糖蜜7、聚乙烯醇纤维8、丙烯酸乳液11、钙铝黄长石8.5、亚甲基二萘磺酸钠11、三乙醇胺6、二乙二醇4.5；所述水泥为普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥的混合物，其重量比为1:2，等级为42.5；所述混凝土外加改性剂为由减水剂、膨胀剂、甲基纤维素、硅藻土按照1.5:2:2.5:2的重量比配制而成的一种复合外加剂；减水剂为聚羟酸粉剂减水剂和丙酮磺酸盐甲醛缩合物的混合物，其重量比为1.5:2；膨胀剂为硫酸铝钾和明矾的混合物，其重量比为1.5:1；所述甲醇和乙醇的混合物中两者的重量比为1:2；粒度分配为：粒化高炉矿渣粉的粒度分配为：粒度≥250um占8wt％、120μm<粒度<250μm占50wt％、70μm≤粒度≤120μm占20wt％、粒度<70μm占22wt％；
所述脱糖甜菜糖蜜包括果糖聚合物、氨基酸蛋白聚合物、碳水化合物、淀粉和水，并且在-30°F下具有150cps的粘度。
所述金属纤维丝为铜纤维丝和镍纤维丝，两者的体积比为2:1。
所述粒化高炉矿渣粉为S95级，所述粉煤灰为II级粉煤灰；所述砂子为II区中砂；所述石子的平均粒径为12-13mm。
该防冻混凝土的制备方法，其包括步骤：
(1)将相应重量份的水泥、粒化高炉矿渣粉、天然沸石、粉煤灰、石子、沙子、钙铝黄长石放入混凝搅拌机中，搅拌混合均匀后，得到搅拌混合物；
(2)将相应重量份的竹粉纤维、金属纤维丝、聚乙烯醇纤维和亚甲基二萘磺酸钠充分均匀混合，形成均匀混合物，与所述搅拌混合物再混合均匀，形成混合产物；
(3)将相应重量份的混凝土外加改性剂、N,N-二甲基十二胺、甲醇和乙醇的混合物、碱式碳酸铜与甲酸的反应产物、脱糖甜菜糖蜜、丙烯酸乳液、三乙醇胺和二乙二醇加入到水中，充分混合后，边搅拌边加入至所述混合产物中，充分混合，成型制得。
所述步骤(1)中的混凝搅拌机的转速为250r/min，搅拌时间为13min。
实施例3
一种防冻混凝土，其由以下重量份的原料制成：水泥28-30、粒化高炉矿渣粉22-25、天然沸石5-10、水20-22、混凝土外加改性剂1.5-2.5、N,N-二甲基十二胺5-6、甲醇和乙醇的混合物3-4、粉煤灰10-13、石子80-90、沙子30-35、竹粉纤维5-8、碱式碳酸铜与甲酸的反应产物1.5-2.5、金属纤维丝8-10、脱糖甜菜糖蜜5-8、聚乙烯醇纤维5-10、丙烯酸乳液10-12、钙铝黄长石8-9、亚甲基二萘磺酸钠10-12、三乙醇胺5-7、二乙二醇4-5；所述水泥为普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥的混合物，其重量比为1:2，等级为42.5；所述混凝土外加改性剂为由减水剂、膨胀剂、甲基纤维素、硅藻土按照1.5:2:2.5:2的重量比配制而成的一种复合外加剂；减水剂为聚羟酸粉剂减水剂和丙酮磺酸盐甲醛缩合物的混合物，其重量比为1.5:2；膨胀剂为硫酸铝钾和明矾的混合物，其重量比为1.5:1；所述甲醇和乙醇的混合物中两者的重量比为1:2；粒度分配为：粒化高炉矿渣粉的粒度分配为：粒度≥250um占8wt％、120μm<粒度<250μm占50wt％、70μm≤粒度≤120μm占20wt％、粒度<70μm占22wt％；
所述脱糖甜菜糖蜜包括果糖聚合物、氨基酸蛋白聚合物、碳水化合物、淀粉和水，并且在-30°F下具有150cps的粘度。
所述金属纤维丝为铜纤维丝和镍纤维丝，两者的体积比为2:1。
所述粒化高炉矿渣粉为S95级，所述粉煤灰为II级粉煤灰；所述砂子为II区中砂；所述石子的平均粒径为12-13mm。
该防冻混凝土的制备方法，其包括步骤：
(1)将相应重量份的水泥、粒化高炉矿渣粉、天然沸石、粉煤灰、石子、沙子、钙铝黄长石放入混凝搅拌机中，搅拌混合均匀后，得到搅拌混合物；
(2)将相应重量份的竹粉纤维、金属纤维丝、聚乙烯醇纤维和亚甲基二萘磺酸钠充分均匀混合，形成均匀混合物，与所述搅拌混合物再混合均匀，形成混合产物；
(3)将相应重量份的混凝土外加改性剂、N,N-二甲基十二胺、甲醇和乙醇的混合物、碱式碳酸铜与甲酸的反应产物、脱糖甜菜糖蜜、丙烯酸乳液、三乙醇胺和二乙二醇加入到水中，充分混合后，边搅拌边加入至所述混合产物中，充分混合，成型制得。
所述步骤(1)中的混凝搅拌机的转速为200-300r/min，搅拌时间为12-15min。
在上述实施例中，所述金属纤维丝通过以下方法制备：
(1)量取500～600mL水合联氨与900～1000mL纯净水混溶，搅拌均匀，在搅拌的同时滴加浓度为0.7～0.8mol/L的苛性钠溶液，调节pH至10.2～10.5，继续搅拌混匀20～25min配得第一溶液；
(2)将配得的第一溶液放入恒温水浴锅中加热升温至55～60℃，再用电动搅拌器以220～260r/min转速进行搅拌，再在搅拌的过程中分别逐滴滴加能够满足最终配比要求的硝酸镍和硝酸铜溶液，浓度分别为0.7mol/L和0.8mol/L，控制滴加速度使其10～15min内滴加完毕，滴加完毕后升高温度至70～80℃，继续保温搅拌反应1.5～1.8h，得第二溶液；
(3)将上述第二溶液以7500～7800r/min速率离心分离得到沉淀物，再将所得沉淀物分别用无水酒精和超纯水超声洗涤3～5次，最后将洗涤后的沉淀放入真空干燥箱中，在58～60℃下干燥过夜，即得超细镍粉和铜粉的混合物；
(4)在超细镍粉和铜粉的混合物中加入其总质量0.5～1％的丙纶树脂，继续混匀，然后注入螺杆挤压机，通过喷丝头套挤压喷丝后经凝固浴固化后有序的排列在收集板上，得到所述的金属纤维丝。所述凝固浴是以质量分数为65～70％的硫酸和硫酸钠按质量比为3.8:1.5配成的水溶液。
对比例
沈阳某公司生产的混凝土。
将上述实施例所得防冻混凝土和对比例产品铺设于高寒地区路面，调整铺设厚度为20cm，再经修整使路面平均平整度为10mm，覆盖养护5天，再自然养护28天，即得混凝土路面，检测其抗压强度；再进行450次冻融试验，检测其重量损失率和相对动弹性模量。具体检测结果如表1所示：
表1
| 检测内容 | 本实施例 | 对比例 |
| 抗压强度/Mpa | 85～88 | 65 |
| 相对动弹性模量/％ | 92～93 | 62 |
| 重量损失率/％ | 3.3～3.5 | 8.8 |
由表1检测结果可知，本发明所得的防冻混凝土具有良好的抗冻性能且抗压强度大，提高了混凝土的耐久性和使用寿命。
本发明的防冻混凝土是通过将上述原料混合而得，在制备过程中，N,N-二甲基十二胺、甲醇和乙醇的混合物、碱式碳酸铜与甲酸的反应产物、脱糖甜菜糖蜜、丙烯酸乳液、亚甲基二萘磺酸钠、三乙醇胺和二乙二醇之间发生协同作用，延缓了制备得到的防冻混凝土的水化作用速率，且极大的减小了冻胀压力对混凝土内部结构的破坏，从而使该防冻混凝土具有极为优异的力学性能和抗冻性能。
本发明中引入可脱糖甜菜糖蜜，其是一种优良的防冻组合物，具有低的凝固点，并且在低温下可流动。适用于气候寒冷地区。因此，脱糖甜菜糖蜜是环境友好的，不具有生物反应性，无腐蚀性，并且可以与防冻剂混合，而不会抑制其有益性质。
本发明的防冻混凝土中加入各种骨料以及各类纤维，显著地改善了混凝土的力学性能，显著提高了混凝土的抗拉强度、抗弯强度、韧性可提高、抗冲击强度、抗压强度和承载能力。该防冻混凝土的制备方法工艺简便，能够保证产品效果，便于工业推广。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，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、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (3)
1.一种防冻混凝土，其特征在于，由以下重量份的原料制成：水泥28-30、粒化高炉矿渣粉22-25、天然沸石5-10、水20-22、混凝土外加改性剂1.5-2.5、N,N-二甲基十二胺5-6、甲醇和乙醇的混合物3-4、粉煤灰10-13、石子80-90、沙子30-35、竹粉纤维5-8、碱式碳酸铜与甲酸的反应产物1.5-2.5、金属纤维丝8-10、脱糖甜菜糖蜜5-8、聚乙烯醇纤维5-10、丙烯酸乳液10-12、钙铝黄长石8-9、亚甲基二萘磺酸钠 10-12、三乙醇胺5-7、二乙二醇4-5；所述水泥为普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥的混合物，其重量比为1:2，等级为42.5；所述混凝土外加改性剂为由减水剂、膨胀剂、甲基纤维素、硅藻土按照1.5:2:2.5:2的重量比配制而成的一种复合外加剂；减水剂为聚羧酸粉剂减水剂和丙酮磺酸盐甲醛缩合物的混合物，其重量比为1.5:2；膨胀剂为硫酸铝钾和明矾的混合物，其重量比为1.5:1；所述甲醇和乙醇的混合物中两者的重量比为1:2；粒化高炉矿渣粉的粒度分配为：粒度≥250um占8wt％、120μm<粒度<250μm占50 wt％、70μm≤粒度≤120μm占20wt％、粒度<70μm占22 wt％；
所述脱糖甜菜糖蜜包括果糖聚合物、氨基酸蛋白聚合物、碳水化合物、淀粉和水，并且在-30°F下具有150cps的粘度；
所述金属纤维丝为铜纤维丝和镍纤维丝，两者的体积比为2:1；
所述粒化高炉矿渣粉为S95级，所述粉煤灰为II级粉煤灰；所述沙子为II区中砂；所述石子的平均粒径为12-13mm。
2.一种根据权利要求1所述的防冻混凝土的制备方法，其特征在于，包括步骤：
（1）将相应重量份的水泥、粒化高炉矿渣粉、天然沸石、粉煤灰、石子、沙子、钙铝黄长石放入混凝土搅拌机中，搅拌混合均匀后，得到搅拌混合物；
（2）将相应重量份的竹粉纤维、金属纤维丝、聚乙烯醇纤维和亚甲基二萘磺酸钠充分均匀混合，形成均匀混合物，与所述搅拌混合物再混合均匀，形成混合产物；
（3）将相应重量份的混凝土外加改性剂、N,N-二甲基十二胺、甲醇和乙醇的混合物、碱式碳酸铜与甲酸的反应产物、脱糖甜菜糖蜜、丙烯酸乳液、三乙醇胺和二乙二醇加入到水中，充分混合后，边搅拌边加入至所述混合产物中，充分混合，成型制得。
3.根据权利要求2所述的防冻混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的混凝土搅拌机的转速为200-300r/min，搅拌时间为12-15min。
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