CN108840608A - 一种抗冻混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抗冻混凝土及其制备方法,属于混凝土技术领域。采用的技术方案是:一种抗冻混凝土,按重量份包括如下组分:295~320份的水泥、945~970份的碎石、880~915份的改性陶砂、165~180份的硅微粉、225~245份的粉煤灰、75~90份的矿渣粉、0.3~1.5份的引气剂、9~14.5份的减水剂和165~195份的水。本发明的配方简单、抗冻耐久性好,适合用于高寒地区的多种工程项目。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域,尤其涉及一种抗冻混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土,是指由胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料的统称,广泛应用于地下工程、桥梁、水池、水塔、涵洞、隧道、码头、堤坝、水电站等工程领域。在高寒地区,由于环境恶劣、温差变化大,混凝土会经过多次反复冻结、融化的过程,易出现裂纹、渗水等现象,致使其强度、韧性和稳定性等性能指标收到严重影响,进而对当地的隧道、堤坝、水电站等工程设施造成严重破坏,这样会带来巨大的经济损失。
现有技术中,公布号为CN108164207A的中国专利公开了一种新型混凝土,其原料包括以下组分:硅酸盐水泥、粗砂、中粗砂、碎石、水、钢渣、硅质铁尾矿粉、石膏、高钙灰、硅粉、玻化微珠、聚羧酸系减水剂、钼酸钠、亚硝酸钠、氯化亚锡、天然沸石超细粉、混合纤维、引气剂、尿素、三乙醇胺,利用各组分粒径的不同,在混凝土材料中实现充分填充,减少各组分颗粒之间的空隙,使混凝土更加密实,具有强度高、抗冻性、抗渗性和抗腐蚀性等高耐久性能。但部分高寒地区的经济相对落后,其部分中、小型工程对混凝土强度的要求较低,仅对混凝土的抗冻等级提出较高要求,因此更需要原料组成简单、造价成本较低、抗冻耐久性较好的混凝土来满足工程建设需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗冻混凝土,具有配方简单、抗冻耐久性好的优点。
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,按重量份包括如下组分:295~320份的水泥、945~970份的碎石、880~915份的改性陶砂、165~180份的硅微粉、225~245份的粉煤灰、75~90份的矿渣粉、0.3~1.5份的引气剂、9~14.5份的减水剂和165~195份的水。
进一步,300~315份的水泥、950~965份的碎石、890~905份的改性陶砂、170~175份的硅微粉、230~240份的粉煤灰、80~85份的矿渣粉、0.4~0.8份的引气剂、10~13份的减水剂和170~180份的水。
实施上述技术方案,水泥为混凝土的胶凝材料,碎石为粗骨料,改性陶砂和硅微粉为细骨料,几种原料混合为混凝土的主要成分,向其中加入引气剂可在混凝土搅拌过程中引入大量均匀分布的、闭合而稳定的微小气泡,有利于改善混凝土的流动性和抗冻性,使混凝土中的含气量增加,常用的引气剂包括松香树脂类、烷基和烷基芳烃磺酸类、脂肪醇磺酸盐类和皂苷类等。减水剂能够降低水的用量,减小孔隙率,进而提高抗冻性能,常用的减水剂包括木质素磺酸盐类、多环芳香族盐类、水溶性树脂磺酸盐类等。通过混凝土中加入引气剂、减水剂、粉煤灰和矿渣粉成分,改善其抗冻性能,改性陶砂和硅微粉填充水泥颗粒间的空隙,有利于提高混凝土的抗压、抗渗和抗冲击性能,可有效防止混凝土碱骨料反应的发生。
进一步,所述引气剂为松香皂、烷基苯磺酸钠或三萜皂苷中的至少一种。
实施上述技术方案,松香皂由松香酸皂化物与松香、苯酚、硫酸、氢氧化钠在特定温度下缩合成酯类,再缩聚成大分子,经氢氧化钠处理后得到钠盐的缩聚物,具有降低溶液表面张力、产生封闭独立的气泡作用。烷基苯磺酸钠是阴离子型表面活性剂,三萜皂苷属于非离子型表面活性剂,溶于水后,大分子吸附在气液界面上,通过两种基团的定向排列降低气液界面的表面张力,有利于气泡的稳定存在。
进一步,所述减水剂为木钙粉、沸石粉、萘磺酸盐和聚羧酸酯中的至少两种。
实施上述技术方案,木钙粉为木质素磺酸钙,是一种多组分高分子聚合物阴离子表面活性剂,可减少用水量并改善混凝土的和易性,使水泥颗粒分布均匀,有利于水泥充分水化,是毛细孔的孔径分布均匀并细微化,有利于提高其抗冻性。沸石粉具有吸水性,可将部分混凝土中的游离水变为不可冻的沸石水,并置换出少量气体使毛细孔隔断,阻止混凝土中形成大量的冰晶,以达到消除部分冰晶形成时体积膨胀的目的。萘磺酸盐和聚羧酸酯均为常用的高效减水剂,具有优异的减水率、流动性和渗透性。
进一步,所述减水剂为木钙粉、沸石粉和聚氧茚树脂磺酸钠的混合物,且木钙粉、沸石粉和聚氧茚树脂磺酸钠的质量比为(1~2):(0.3~0.5):(2~5)。
实施上述技术方案,木钙粉与沸石粉影响混凝土中水泥颗粒和毛细孔的分布,有利于使平均气泡间距趋于减小,进而使得其因冻融而产生的压力减小,萘磺酸盐有助于提高木钙粉和沸石粉与其他成分之间的相容性,同时改善混凝土抗渗透性,三者按上述比例复配,有利于提高减水剂对混凝土的作用效果。
进一步,所述改性陶砂按照如下方法制备:向质量百分数为0.05~0.25%的甲基硅醇钠溶液中加入硅酸盐水泥得到改性溶液,硅酸盐水泥与甲基硅醇钠溶液的质量比为1:(7~12);将陶砂置于改性溶液中,浸渍2~5s后取出晾干,即得。
实施上述技术方案,通过用甲基硅醇钠溶液和硅酸盐水泥制备改性溶液,并用改性溶液浸渍陶砂,对陶砂进行憎水处理,这样有利于减少陶砂中空隙和裂缝对水的吸收,降低水分向陶砂内部毛细吸附扩散的强度。同时,在混凝土搅拌过程中,改性陶砂对水泥颗粒间空隙的填充有助于其空隙和气泡中形成憎水膜,有利于气泡的均匀分散,进而提高混凝土的抗冻性能。
进一步,所述碎石由粒径为5~10mm碎石、10~15mm碎石按质量比为(8~12):1组成。
实施上述技术方案,上述粒径的碎石组合使混凝土具备较好的强度和稳定性。
进一步,所述硅微粉的粒径为0.15~0.3μm,比表面积为25~28m2/g。
实施上述技术方案,上述细度的硅微粉有利于防止混凝土离析、延长其使用寿命,可有效防止发生混凝土碱骨料反应。
本发明的另一个目的在于提供一种抗冻混凝土的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:按配方比例称取各原料,将水泥与碎石、粉煤灰、矿渣粉和水混合,搅拌均匀得到混合物料。
步骤二:向步骤一得到的混合物料中加入改性陶砂、硅微粉、引气剂和减水剂,搅拌均匀后即得。
实施上述技术方案,为了混凝土中的气孔更加均匀和稳定,加入引气剂等成分后搅拌时间不宜过长,故分开加料,先将水泥与粗骨料、粉煤灰、矿渣粉和水混合搅拌,使之充分混合均匀后,再加入改性陶砂、硅微粉、引气剂和减水剂,然后搅拌在后加入的成分相互配合作用下,使混凝土中产生大量分散均匀、稳定的气孔。
进一步,所述改性陶砂按照如下方法制备:向质量百分数为0.05~0.25%的甲基硅醇钠溶液中加入硅酸盐水泥得到改性溶液,硅酸盐水泥与甲基硅醇钠溶液的质量比为1:(7~12);将陶砂置于改性溶液中,浸渍2~5s后取出晾干,即得。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
通过按本发明提供的配比加入引气剂、减水剂、改性陶砂和硅微粉等成分,使混凝土具有优异的抗冻性能。配方中加入的引气剂促使混凝土在搅拌过程中引入大量均匀分布的、闭合而稳定的小气泡;减水剂降低配方中的用水量,减小孔隙率,有利于使气泡间的平均气泡间距减小,进而减小其因冻融而产生的压力;改性陶砂有助于在小气泡表面形成稳定的憎水膜,有利于提高气泡的抗压稳定性,进而有利于提高混凝土的含气量,在各成分的协调配合下,混凝土的抗冻性能得到明显提升。
具体实施方式
下面对本发明实施例的技术方案进行描述。
实施例一
本实施例提供一种抗冻混凝土,按质量计包括如下组分:383.5kg的水泥、1228.5kg的碎石、1144kg的改性陶砂、214.5kg的硅微粉、292.5kg的粉煤灰、97.5kg的矿渣粉、0.39kg的松香皂、5.2kg的木钙粉、6.5kg的聚氧茚树脂磺酸钠和214.5kg的水。其中,松香皂为市面上常见的市售松香类引气剂,木钙粉和聚氧茚树脂磺酸钠为市面上常见的木质素磺酸钙类减水剂和古玛隆树脂系减水剂。
本实施例采用的改性陶砂按照如下方法制备:向质量百分数为0.15%的甲基硅醇钠溶液中加入硅酸盐水泥得到改性溶液,硅酸盐水泥的质量为甲基硅醇钠溶液质量的14.5%;将陶砂置于改性溶液中,浸渍2s后取出晾干,即得。
本实施例采用的碎石由粒径为5~10mm碎石、10~15mm碎石按质量比为8:1组成;硅微粉的粒径为0.15~0.3μm,比表面积为25~28m2/g。
本实施例提供的一种抗冻混凝土的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:按配方比例称取各原料,将水泥与碎石、粉煤灰、矿渣粉和水混合,搅拌均匀得到混合物料。
步骤二:向步骤一得到的混合物料中加入改性陶砂、硅微粉、引气剂和减水剂,搅拌均匀后即得。
实施例二
本实施例与实施例一的区别主要在于:本实施例的配方按质量计包括如下组分:360kg的水泥、1140kg的碎石、1068kg的改性陶砂、204kg的硅微粉、276kg的粉煤灰、96kg的矿渣粉、0.48kg的十二烷基苯磺酸钠、3.6kg的木钙粉、1.2kg的沸石粉、7.2kg的聚氧茚树脂磺酸钠和204kg的水。
本实施例采用的改性陶砂的按照如下方法制备:向质量百分数为0.15%的甲基硅醇钠溶液中加入硅酸盐水泥得到改性溶液,硅酸盐水泥的质量为甲基硅醇钠溶液质量的10%;将陶砂置于改性溶液中,浸渍3s后取出晾干,即得。本实施例采用的碎石由粒径为5~10mm碎石、10~15mm碎石按质量比为10:1组成。
实施例三
本实施例与实施例一的区别主要在于:本实施例的配方按质量计包括如下组分:154kg的水泥、477.5kg的碎石、450kg的改性陶砂、86kg的硅微粉、117.5kg的粉煤灰、41kg的矿渣粉、0.1kg的松香皂、0.1kg的烷基苯磺酸钠、0.1kg的三萜皂苷、1.8kg的木钙粉、0.48kg的沸石粉、3.72kg的聚氧茚树脂磺酸钠和87.5kg的水。其中,三萜皂苷为市面上常见的三萜皂苷类引气剂。
本实施例采用的改性陶砂的按照如下方法制备:向质量百分数为0.15%的甲基硅醇钠溶液中加入硅酸盐水泥得到改性溶液,硅酸盐水泥的质量为甲基硅醇钠溶液质量的8.3%;将陶砂置于改性溶液中,浸渍5s后取出晾干,即得。本实施例采用的碎石由粒径为5~10mm碎石、10~15mm碎石按质量比为12:1组成。
实施例四
本实施例与实施例二的区别主要在于:本实施例的配方按质量计包括如下组分:378kg的水泥、1158kg的碎石、1086kg的改性陶砂、210kg的硅微粉、288kg的粉煤灰、102kg的矿渣粉、0.6kg的松香皂、0.36kg的烷基苯磺酸钠、6kg的木钙粉、9.6kg的聚羧酸酯和216kg的水。
实施例五
本实施例与实施例二的区别主要在于:按质量计包括如下组分:256kg的水泥、776kg的碎石、732kg的改性陶砂、144kg的硅微粉、196kg的粉煤灰、72kg的矿渣粉、0.56kg的松香皂、0.64kg的三萜皂苷、9.6kg的木钙粉、2kg的沸石粉、156kg的水。
对比例一
本对比例与实施例二的区别主要在于:308kg的水泥、956kg的碎石、898kg的普通陶砂、233kg的粉煤灰、81g的矿渣粉、0.57kg的烷基苯磺酸钠、12.4kg的聚羧酸酯和177kg的水。
对比例二
本对比例提供一种新型混凝土,按重量包括一下组分:325kg的硅酸盐水泥、430kg的粗砂、200kg的中粗砂、1030kg的碎石、135kg的水、32.5kg的钢渣、30kg的硅质铁尾矿粉、22.6kg的石膏、13.8kg的高钙灰、42.6kg的硅粉、36.2kg的玻化微珠、1.65kg的聚羧酸系减水剂、0.96kg的钼酸钠、1.25kg的亚硝酸钠、0.86kg的氯化亚锡、18.5kg的天然沸石超细粉、2.08kg的混合纤维、1.12kg的引气剂、0.94kg的尿素和0.85kg的三乙醇胺。
本对比例采用的混合纤维由竹纤维、碳纤维、钢纤维、聚酯纤维、聚乙烯醇纤维按重量比为1.5:3:2:1:1组成;引气剂由松香盐、氧化镁粉末、烷基苯磺酸钠、烷基酚与环氧乙烷缩合物按重量比为2:2.5:4:1混合均匀制得;碎石由粒径为1~5mm碎石、5~16mm碎石和16~25mm碎石按重量比1:92:8组成。
产品检测
按照GB/T 50081-2002的方法将各实施例和对比例制备的混凝土制作成试件,并进行养护,然后对试件的力学性能进行检测;按照GB/T 50082-2009中的快冻法制备各实施例和对比例的混凝土试件,并对其抗冻性能进行检测,检测结果如表1所示。
表1各实施例和对比例制备的混凝土性能检测
C30的28d抗压强度/MPa | 最大抗冻次数 | 弹性模量/% | |
实施例一 | 38.1 | 350 | 76.3 |
实施例二 | 39.6 | 350 | 86.7 |
实施例三 | 39.9 | 350 | 88.4 |
实施例四 | 37.8 | 350 | 75.5 |
实施例五 | 37.5 | 350 | 72.6 |
对比例一 | 36.3 | 300 | 61.4 |
对比例二 | 39.7 | 250 | 60.2 |
由表1可见,本发明各实施例制备的混凝土的抗冻耐久性优异,尤其是实施例二和实施例三制备得到混凝土产品,其抗冻性能优于其他实施例和两个对比例,可见减水剂采用木钙粉、沸石粉和聚氧茚树脂磺酸钠按比例复配所制备的混凝土抗冻融能力更好。对比例一的抗冻性能较各实施例明显降低,可见采用普通陶砂、单种减水剂制备得到混凝土抗冻性能有限,改性陶砂与引气剂、减水剂配合能够得到抗冻耐久性好的混凝土。本发明制备的混凝土适用于高寒地区的工程建设,尤其是中、小型工程的建设。
Claims (10)
1.一种抗冻混凝土,其特征在于,按重量份包括如下组分:295~320份的水泥、945~970份的碎石、880~915份的改性陶砂、165~180份的硅微粉、225~245份的粉煤灰、75~90份的矿渣粉、0.3~1.5份的引气剂、9~14.5份的减水剂和165~195份的水。
2.根据权利要求1所述的一种抗冻混凝土,其特征在于,300~315份的水泥、950~965份的碎石、890~905份的改性陶砂、170~175份的硅微粉、230~240份的粉煤灰、80~85份的矿渣粉、0.4~0.8份的引气剂、10~13份的减水剂和170~180份的水。
3.根据权利要求1所述的一种抗冻混凝土,其特征在于,所述引气剂为松香皂、烷基苯磺酸钠或三萜皂苷中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种抗冻混凝土,其特征在于,所述减水剂为木钙粉、沸石粉、萘磺酸盐和聚羧酸酯中的至少两种。
5.根据权利要求4所述的一种抗冻混凝土,其特征在于,所述减水剂为木钙粉、沸石粉和聚氧茚树脂磺酸钠的混合物,且木钙粉、沸石粉和聚氧茚树脂磺酸钠的质量比为(1~2):(0.3~0.5):(2~5)。
6.根据权利要求1所述的一种抗冻混凝土,其特征在于,所述改性陶砂按照如下方法制备:向质量百分数为0.05~0.25%的甲基硅醇钠溶液中加入硅酸盐水泥得到改性溶液,硅酸盐水泥与甲基硅醇钠溶液的质量比为1:(7~12);将陶砂置于改性溶液中,浸渍2~5s后取出晾干,即得。
7.根据权利要求1所述的一种抗冻混凝土,其特征在于,所述碎石由粒径为5~10mm碎石、10~15mm碎石按质量比为(8~12):1组成。
8.根据权利要求1所述的一种抗冻混凝土,其特征在于,所述硅微粉的粒径为0.15~0.3μm,比表面积为25~28m2/g。
9.根据权利要求1所述的一种抗冻混凝土的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:按配方比例称取各原料,将水泥与碎石、粉煤灰、矿渣粉和水混合,搅拌均匀得到混合物料;
步骤二:向步骤一得到的混合物料中加入改性陶砂、硅微粉、引气剂和减水剂,搅拌均匀后即得。
10.根据权利要求1所述的一种抗冻混凝土的制备方法,其特征在于,所述改性陶砂按照如下方法制备:向质量百分数为0.05~0.25%的甲基硅醇钠溶液中加入硅酸盐水泥得到改性溶液,硅酸盐水泥与甲基硅醇钠溶液的质量比为1:(7~12);将陶砂置于改性溶液中,浸渍2~5s后取出晾干,即得。
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