CN108503279A

CN108503279A - 防冻混凝土及其制备方法

Info

Publication number: CN108503279A
Application number: CN201710110989.5A
Authority: CN
Inventors: 李洪萍; 何洪亮; 于洪岐; 张健; 赵丽; 包建军
Original assignee: Beijing Chengtai Concrete Products Co Ltd
Current assignee: Beijing Chengtai Concrete Products Co Ltd
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2018-09-07
Anticipated expiration: 2037-02-28
Also published as: CN108503279B

Abstract

一种抗冻混凝土，按重量份数计，包括:泥200～400份、35～75份、煤灰50～90份、彭润土40～80份、高岭土50～100份、5～15mm碎石900～1100份、细骨料砂子600～800份、砂轮灰50～100份、复合减水剂5～10份、引气剂1.5～3.5份、防冻剂10～20份、速凝剂2～3份。该种混凝土不仅具有良好抗冻性能，同时，还有保温的作用，这样在寒冷的环境下，建筑物的热能损失就会减少，从而符合了可持续发展的观念，而且，其还具有抗虫的作用，减少了混凝土被生物破环的概率。

Description

防冻混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种防冻混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土具有强度高、耐久性好、工艺简单、原料丰富的优点，使其使用范围十分广泛，成为现在必不可缺少的建筑材料。混凝土通常是由水泥、砂、石等集料与水按一定比例配合，经过搅拌所得。然而，随着现代建筑行业发展迅速，对于混凝土的要求也越来越高，特别是对于寒冷环境中用于建筑物和公路建设的混凝土要求尤为严格。其中，最大考验当属于混凝土的抗冻能力。

尤其是在昼夜温差比较大的情况下，在白天的高温下，冻结的水分会发生挥发，从而在混凝土的内部就会形成较多的空隙，这样也就导致了混凝土内部结构的疏松，进而也就影响了混凝土的耐久性。为此，部分混凝土制造企业就在混凝土加工的过程中加入了减水剂来减少混凝土材料中的含水量，从而在一定程度上提高了混凝土材料的抗冻性能，如申请号为201610470901 .6的中国专利《一种抗冻混凝土》公开了一种抗冻混凝土，其虽然具有一定的抗冻效果，但是其在制备过程中，使用了大量的减水剂，这样不仅无形之中增大了混凝土的生产成本，并且，也很容易增大混凝土的坍落度，因此，还有待改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗冻混凝土及其制备方法，该种抗冻混凝土不仅抗冻性能，同时，也减少了减水剂的投入。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种抗冻混凝土，按重量份数计，包括:泥200～400份、35～75份、煤灰50～90份、彭润土40～80份、高岭土50～100份、5～15mm碎石900～1100份、细骨料砂子600～800份、砂轮灰 50～100份、复合减水剂5～10份、引气剂1.5～3.5份、防冻剂10～20份、速凝剂2～3份。

优选的, 一种防冻混凝土，按重量份数计，包括：水泥300份、矿粉55份、粉煤灰70份、膨润土60份、高岭土75份、5～15mm碎石1000份、细骨料砂子700份、砂轮灰75份、复合减水剂7.5份、引气剂2份、防冻剂15份、速凝剂 2.5份。

通过采用上述技术方案，将膨润土和高岭土与水泥混合在一起，这样能够减少混凝土的用量。并且，膨润土跟水泥混合之后，使得混凝土在未硬化之前具有较强的可塑性和黏结性，这样即能够增强混凝土硬化后整体的拉伸强度，从而也降低了混凝土的施工难度。

而高岭土不仅和膨润土一样具有良好的可塑性，降低了混凝土的施工难度，同时，其与细骨料砂子结合后具有比较强的干燥强度，从而，也就提高了其在寒冷环境中的抗冻能力。再者，其与膨润土均具有从环境中吸附离子和杂质的能力，也就大大提高了膨润土、高岭土和水泥三者之间的相融性，进而也就降低了混凝土发生开裂的可能性和程度。

同时，由于砂轮灰的主要成份为刚玉、碳化硅和四氧化三铁，而刚玉是一种气密性良好的材料，并且由于砂轮灰是砂轮对金属打磨之后产生的，所以其细度大致在300目左右，这样将其填入混凝土的原料中，能够充分地填补水泥、膨润土和高岭土之间无规则的缝隙，这样当引气剂将空气引入混凝土之后，就更有利于形成大量微小、封闭、稳定的气泡，从而也就提高了混凝土的抗冻效果。并且刚玉由于自身具有强度大、硬度高和保温性能好等特点，这样不仅提高了混凝土整体强度，同时也降低了混凝土内部温度受外界干扰的程度。

优选的，所述5～15mm碎石中包含有10%的5～10mm的蛭石碎石。

通过采用上述技术方案，由于蛭石的导热系数小，隔热效果好，所以，将蛭石碎石混合在普通的碎石中，这样能够进一步提高混凝土的隔热性能，使得混凝土内部的温差不会因为外界的温差变化而发生巨大变化，从而也就能够大大提高了混凝土的抗冻性能。并且其内部还带有一定的孔隙，这样细骨料砂子和砂轮灰就会进入到内部，这样也在制备的过程中，蛭石就充当了一个容器的作用，可以为细骨料砂子和砂轮灰提供结合场所，并在搅拌的过程中又被整体地从蛭石中抛出，从而也就进一步提高了砂轮灰对混凝土集料之间的空隙起到良好的填补作用。

优选的，所述复合减水剂为葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钙和三聚氰胺甲醛缩聚物的混合物。

优选的，所述葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钙和三聚氰胺甲醛缩聚物的重量比为4：2：1。

通过采用上述技术方案，在这里除了葡萄糖酸钠是良好的减水剂外，三聚氰胺甲醛缩聚物也是一种良好的减水剂，而且其在低温下固化的能力也比较的强，从而也就增强了混凝土在寒冷环境中固化的能力。再加上葡萄糖酸钙也具有良好的硬化作用，并且三者以重量比为4：2：1的形式混合之后，能够适当地克服葡萄糖酸钠较强的缓凝作用，这样混凝土在短距离运输的过程中，就可以保证良好的可塑性，而在施工之后的短时间内又能够较快的硬化，从而也就保证了混凝土在寒冷的环境中能够具有良好的抗冻能力。

优选的，所述引气剂为松香酸钠和十二烷基苯磺酸钠的混合物，所述松香酸钠和十二烷基苯磺酸钠的重量比为1：1.3。

通过采用上述技术方案，由于两种引气剂均是钠离子的有机盐，所以两者能够比较均匀地混合在一起，这样也就能够比较均匀地渗入到混凝土的集料中。

优选的，所述防冻剂为乙二醇丁醚醋酸酯、1，1-二氯乙烷和尿素的混合物，所述防冻剂为乙二醇丁醚醋酸酯、1，1-二氯乙烷和尿素的重量比为2：0.7：1。

通过采用上述技术方案，乙二醇丁醚醋酸酯不仅是一种良好的防冻剂，同时，其也是一种良好的溶剂，其能够与1，1-二氯乙烷和尿素均匀地混合在一起，提高了三者之间的互溶性。而尿素具有防冻作用，同时其与引起气中的十二烷基苯磺酸钠协同作用，具有良好的抗虫害的能力，这个过程中，混凝土中的尿素和十二烷基苯磺酸钠会被虫子吸入到体内，这时尿素就会破坏昆虫体壁几丁质，而十二烷基苯磺酸钠会将体壁蜡质层溶解，并附着在上面形成不透水和不透气的一层膜，从而也就能够使昆虫气孔堵塞并窒息死亡，从而也就降低了昆虫对混凝土的破坏。

优选的，所述速凝剂为聚合硫酸铝、铝酸钠和碳酸钙的混合物，所述聚合硫酸铝、铝酸钠和碳酸钙的重量比为3:1:1.2。

通过采用上述技术方案，聚合硫酸铝是复合型高分子聚合物，其分子结构庞大，其与铝酸钠均具有吸附能力强特性，从而能够将缓凝土的原料集合在一起，从而有利于混凝土在寒冷的环境下能够较快的硬化，减少了温差过大变化对混凝土的影响。而碳酸钙不仅有速凝的作用，同时在制备混凝土的过程中也很容易发生分解反应而产生二氧化碳气体，从而也就减少了引气剂的使用。另外，碳酸钙也具有良好的隔热作用，从而也就提高了混凝土表面的隔热效果，进而也就提高了混凝土内部的抗温变的能力，进而也就提高了混凝土的抗冻性能。

一种抗冻混凝土的制备方法，包括以下步骤：S1、按规定重量称取水泥、膨润土和高岭土，加入到混凝土搅拌器中进行搅拌混合，搅拌时间为5min～10min，之后再加入上述原料总量的30%的水，进行再一次搅拌混合，搅拌时间为4min～8min，制成水泥土；S2、按规定重量称取5～15mm碎石、细骨料砂子和砂轮灰，并将砂轮灰和细骨料砂子加入到5～15mm碎石中进行充分搅拌混合，搅拌时间为10min～15min,得到混合物;S3、将S2中获得的混合物一与规定重量的矿粉和粉煤灰一起加入到混凝土搅拌器中进行搅拌混合，搅拌时间为20min～30min；S4、按规定重量称取复合减水剂、引气剂、防冻剂和速冻剂，并将它们进行充分混合，加入到混凝土混合器中进行搅拌，搅拌时间为20min～30min，之后进行卸料，得到成品的混凝土。

优选的，当S4中复合减水剂、引气剂、防冻剂和速冻剂进行混合的时候，还加入上述外加剂总重量的10%的乙二醇。

通过采用上述技术方案，乙二醇是一种高效的相催化剂，其有利于提高各外加剂之间的溶合，同时，也提高了外加剂和混凝土集料之间的结合。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、利用膨润土和高岭土与水泥进行混合，其不仅减少了混凝土的用量，同时，也增强了混凝土干燥后的强度，这样也就提高了混凝土的抗冻能力；

2、将砂轮灰添入到混凝土的原料中，这样其能够填补混凝土中微小的缝隙，从而当引气剂将空气引入到混凝土内部后，就能够被封闭在混凝土内，进而也就提高了混凝土的抗冻性能；

3、尿素对混凝土具有抗冻作用，而十二烷基苯磺酸钠能够使混凝土内部产生大量均匀的微小气泡，也有利于提高混凝土的抗冻作用，并且两者混合在一起之后，还具有良好的杀虫作用，进而也就能够减少混凝土的虫害。

附图说明

图1为抗冻混凝土的制备工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一、

一种抗冻混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、称取200kg水泥、40kg膨润土和50kg高岭土，加入到混凝土搅拌器中进行搅拌混合，搅拌时间为5min，之后再加入上述原料总量的30%的水，进行再一次搅拌混合，搅拌时间为4min，搅拌转速控制在500rpm,制成水泥土；

S2、称取900kg5～15mm碎石、600kg细骨料砂子和50kg砂轮灰，并将砂轮灰和细骨料砂子加入到5～15mm碎石中进行充分搅拌混合，搅拌时间为10min,搅拌转速控制为800rpm，得到混合物;

S3、将S2中获得的混合物与35kg矿粉和50kg粉煤灰一起加入到混凝土搅拌器中进行搅拌混合，搅拌时间为20min，搅拌转速为500rpm；

S4、称取5kg复合减水剂、1.5kg引气剂、10kg防冻剂和2kg速冻剂，并将它们与上述外加剂总量10%的乙二醇进行充分混合，加入到混凝土混合器中进行搅拌，搅拌时间为20min，搅拌转速为1000rpm，之后进行卸料，得到成品的混凝土。

此处，5～15mm碎石中包含有10%的5～10mm的蛭石碎石；

复合减水剂为葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钙和三聚氰胺甲醛缩聚物的混合物，并且葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钙和三聚氰胺甲醛缩聚物的重量比为2：1：2.5；

引气剂为松香酸钠和十二烷基苯磺酸钠的混合物，三萜引气剂和松香引气剂的重量比为1：1.3；

防冻剂为乙二醇丁醚醋酸酯、1，1-二氯乙烷和尿素的混合物，防冻剂为乙二醇丁醚醋酸酯、1，1-二氯乙烷和尿素的重量比为2：1.7：1；

速凝剂为聚合硫酸铝、铝酸钠和碳酸钙的混合物，聚合硫酸铝、铝酸钠和碳酸钙的重量比为3:1:1.2。

根据实施例一的操作步骤进行以下实施例二至实施例五的混凝土的制备工作，如下表所示：

原料名称/kg	实施例二	实施例三	实施例四	实施例五	实施例六
						水泥	400	300	200	300	400
矿粉	75	55	75	55	55
						粉煤灰	90	70	70	90	50
膨润土	80	60	60	40	40
						高岭土	100	75	100	100	50
5～15mm碎石	1100	1000	900	900	1000
						细骨料砂子	800	700	800	700	600
砂轮灰	100	75	75	100	50
						复合减水剂	10	7.5	7.5	5	7.5
引气剂	3.5	2	3.5	3.5	2
						防冻剂	20	15	10	15	15
速凝剂	3	2.5	2.5	2.5	2

将上述制备的实施例一至实施例六的混凝土等质量的分成两部分并分别制模，一部分进行冷冻前的各项检测，另一部分在第28天进行300次快速冻融循环次数后进行各项检测，检测方法如下:

1.抗压强度:根据 GB50010《混凝土结构设计规范》中的规范检测混凝土标准试块在第7天、第14天、第28天时测得的具有95%保证率的抗压强度；

2.出机性能以及黏度：混凝土从搅拌机出机后，观察其出机性能以及黏度；

3.坍落度：根据ISO 4109《混凝土拌合物-稠度测定-坍落度试验》中的规范测定刚出机的混凝土的坍落度；

4.流动度：根据GB/T 50080《混凝土拌合物性能试验方法标准》中的规范测定刚出机的混凝土的流动度；

5.含气量：利用光纤测气法快速测量新拌和混凝土含气量；

6. 质量损失率：根据GB/T50082中的快冻法测定混凝土标准试块，在-15℃～20℃快速冻融300次的循环次数测定混凝土质量损失率。

通过上述检测方法对获得如下表一和表二的数据：

表一

冷冻前性能测试结果	实施例一	实施例二	实施例三	实施例四	实施例五	实施例六
							第7天抗压强度/MPa	30.5	33.2	31.8	32.1	31.9	32.5
第14天抗压强度/MPa	35.2	39.8	37.6	38.1	37.4	39.0
							第28天抗压强度/MPa	40.0	42.8	41.8	40.5	41.1	41.4
出机性能	良好	良好	良好	良好	良好	良好
							坍落度/mm	200	210	200	210	200	200
流动度/mm	500	530	520	520	510	500
							黏度	适宜	适宜	适宜	适宜	适宜	适宜
含气量/%	3.7	4.0	3.8	3.9	3.8	3.7

表二

冻融后测试结果	实施例一	实施例二	实施例三	实施例四	实施例五	实施例六
							第28天抗压强度/MPa	33.8	36.4	34.5	34.1	34.8	35.6
含气量/%	3.4	3.8	3.6	3.7	3.6	3.5
							强度损失/%	15.5	15.0	17.5	15.8	15.3	14.0
质量损失率/%	1.7	2.0	1.9	1.8	1.7	1.6

通过上表一和表二的对比数据可以看出，本发明满足了抗冻指标F300的各项要求，并且经过冷冻测试后，其自身抗压强度的损失远远低于20%，所以适合在寒冷环境中进行公路和建筑物的修建。同时，由于其流动性良好且坍落度低，进而在平日的施工过程中难度也不会很高。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，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，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种抗冻混凝土，按重量份数计，包括：

水泥 200～400份

矿粉 35～75份

粉煤灰 50～90份

膨润土 40～80份

高岭土 50～100份

5～15mm碎石 900～1100份

细骨料砂子 600～800份

砂轮灰 50～100份

复合减水剂 5～10份

引气剂 1.5～3.5份

防冻剂 10～20份

速凝剂 0.5～1.5份。

2.根据权利要求1所述的一种防冻混凝土，按重量份数计，包括：

水泥 300份

矿粉 55份

粉煤灰 70份

膨润土 60份

高岭土 75份

5～15mm碎石 1000份

细骨料砂子 700份

砂轮灰 75份

复合减水剂 7.5份

引气剂 2份

防冻剂 15份

速凝剂 1份。

3.根据权利要求1或2所述的一种抗冻混凝土，其特征是：所述5～15mm碎石中包含有10%的5～10mm的蛭石碎石。

4.根据权利要求1或2所述的一种抗冻混凝土，其特征是：所述复合减水剂为葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钙和三聚氰胺甲醛缩聚物的混合物。

5.根据权利要求4所述的一种抗冻混凝土，其特征是：所述葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钙和三聚氰胺甲醛缩聚物的重量比为4：2：1。

6.根据权利要求1或2所述的一种抗冻混凝土，其特征是：所述引气剂为松香酸钠和十二烷基苯磺酸钠的混合物，所述三萜引气剂和松香引气剂的重量比为1：1.3。

7.根据权利要求6所述的一种抗冻混凝土，其特征是：所述防冻剂为乙二醇丁醚醋酸酯、1，1-二氯乙烷和尿素的混合物，所述防冻剂为乙二醇丁醚醋酸酯、1，1-二氯乙烷和尿素的重量比为2：0.7：1。

8.根据权利要求7所述的一种抗冻混凝土，其特征是：所述速凝剂为聚合硫酸铝、铝酸钠和碳酸钙的混合物，所述聚合硫酸铝、铝酸钠和碳酸钙的重量比为3:1:1.2。

9.如权利要求1至8中任意一项权利要求所述的一种抗冻混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、按规定重量称取水泥、膨润土和高岭土，加入到混凝土搅拌器中进行搅拌混合，搅拌时间为5min～10min，之后再加入上述原料总量的30%的水，进行再一次搅拌混合，搅拌时间为4min～8min，制成水泥土；

S2、按规定重量称取5～15mm碎石、细骨料砂子和砂轮灰，并将砂轮灰和细骨料砂子加入到5～15mm碎石中进行充分搅拌混合，搅拌时间为10min～15min,得到混合物;

S3、将S2中获得的混合物一与规定重量的矿粉和粉煤灰一起加入到混凝土搅拌器中进行搅拌混合，搅拌时间为20min～30min；

S4、按规定重量称取复合减水剂、引气剂、防冻剂和速冻剂，并将它们进行充分混合，加入到混凝土混合器中进行搅拌，搅拌时间为20min～30min，之后进行卸料，得到成品的混凝土。

10.根据权利要求9所述的一种防冻混凝土的制备方法，其特征在于：当S4中复合减水剂、引气剂、防冻剂和速冻剂进行混合的时候，还加入上述外加剂总重量的10%的乙二醇。