CN109336491A - 水利工程用抗冻混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水利工程用抗冻混凝土，包括以下重量份的组分制成：70～80份普通硅酸盐水泥、22～25份钾长石粉、8～10份粉煤灰、15～16份锂云母、4～6份石墨粉、6～8份氮化铝、1～2份氧化镍、5～8份玻璃纤维、2～4份纳米二氧化钛、1～2份聚乙二醇辛基苯基醚、0.5～1份苯并三氯唑、1～2份焦磷酸钠、1～3份硬脂酸聚氧乙烯酯、1～2份羟乙基纤维素、0.5～1.5份双酚A环氧丙烯酸酯、1～2份油酸钠、1～2份气相二氧化硅、0.5～1份胶粉聚苯颗粒、1～2份甘蔗糖蜜、0.5～1份减水剂、0.5～1份成膜助剂；本发明还提供一种水利工程用抗冻混凝土的制备方法。本发明具有增强混凝土抗冻性能和耐腐蚀性能的有益效果。

Description

水利工程用抗冻混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土领域。更具体地说，本发明涉及一种水利工程用抗冻混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土，是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。水工混凝土是水利工程中，尤其是大型水利工程中最主要的建筑材料。中国近30年来建成的大、中型混凝土闸、坝达数百座，其中有的混凝土用量多达1000万米以上，如长江的葛洲坝工程和台湾省的德基大坝(坝高达180米)，除此以外，河港、农田水利及地下防水工程中也都大量应用。经常或周期性地受环境水作用的水工构筑物所用的混凝土，与侵蚀性的水相接触时，要求具有良好的耐蚀性，在寒冷地区、特别是在水位变动区应用时，要求具有较高的抗冻性。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种水利工程用抗冻混凝土，还提供了一种水利工程用抗冻混凝土的制备方法，具有增强混凝土抗冻性能和耐腐蚀性能的效果。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种水利工程用抗冻混凝土，包括以下重量份的组分制成：70～80份普通硅酸盐水泥、22～25份钾长石粉、8～10份粉煤灰、15～16份锂云母、4～6份石墨粉、6～8份氮化铝、1～2份氧化镍、5～8份玻璃纤维、2～4份纳米二氧化钛、1～2份聚乙二醇辛基苯基醚、0.5～1份苯并三氯唑、1～2份焦磷酸钠、1～3份硬脂酸聚氧乙烯酯、1～2份羟乙基纤维素、0.5～1.5份双酚A环氧丙烯酸酯、1～2份油酸钠、1～2份气相二氧化硅、0.5～1份胶粉聚苯颗粒、1～2份甘蔗糖蜜、0.5～1份减水剂、0.5～1份成膜助剂。

优选的是，氮化铝、氧化镍、玻璃纤维的重量比为3:1:2。

优选的是，成膜助剂包括以下组分：丙二醇甲醚醋酸酯、脂肪酸甘油酯，其中，丙二醇甲醚醋酸酯、脂肪酸甘油酯的重量比为3:1。

优选的是，减水剂的具体制备方法为：将聚醚丙烯三醇、油醇聚氧乙烯醚、十六碳酸、十八碳二烯酸混合形成第一混合物，向第一混合物中加入乙醇使乙醇占体积比50～70％，回流反应3～5h，形成第一反应液，将对羟基乙酰苯胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐进行混合形成第二混合物，用蠕动泵向第一反应液中滴加第二混合物进行反应，蠕动泵滴加速度使反应液的pH维持在4.5～7.0，滴加完毕后反应1～2h，再加入凝灰岩微粉搅拌混合，得减水剂，其中，聚醚丙烯三醇、油醇聚氧乙烯醚、十六碳酸、十八碳二烯酸、对羟基乙酰苯胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐、凝灰岩微粉的重量比为5:2:1:2:2:3:2:1。

还提供一种水利工程用抗冻混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按重量份将普通硅酸盐水泥、钾长石粉、粉煤灰、锂云母、石墨粉加入到双锥混料机中混合均匀，得混合物Ⅰ；

步骤二、将氮化铝、氧化镍、玻璃纤维、纳米二氧化钛混合，加入3倍氮化铝重量的水，搅拌30～50min，置于150～180℃的温度下进行预热，预热时间为2～4h，煅烧得煅烧熟料，煅烧过程中先以4～6℃/min的升温速度将温度提升至800～850℃，保温14～18h，取出研磨至100目以下，与混合物Ⅰ混合搅拌均匀，得混合物Ⅱ；

步骤三、将混合物Ⅱ中依次加入乙二醇辛基苯基醚、苯并三氯唑、焦磷酸钠、硬脂酸聚氧乙烯酯、羟乙基纤维素、双酚A环氧丙烯酸酯进行搅拌混合，混合过程均保持温度在80～100℃，得混合物Ⅲ；

步骤四、向混合物Ⅲ中加入油酸钠、气相二氧化硅，搅拌23～24h，加入质量分数为2～4％的硝酸水溶液浸泡24h，过滤，取滤渣，向滤渣中加入质量分数为5～8％的氢氧化钠水溶液浸泡24h，过滤取滤渣，向滤渣中加入胶粉聚苯颗粒、甘蔗糖蜜、减水剂、成膜助剂混合，搅拌均匀，出料，得抗冻混凝土。

优选的是，步骤三中混合的搅拌速度为200～300r/min。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、减水剂可以大幅度降低混凝土的水灰比，搅拌混凝土时加入适量的减水剂，可使混凝土颗粒分散均匀，同时将水泥颗粒包裹的水分释放出来，从而明显减少混凝土的用水量，使混凝土中气泡平均尺寸及其间距减小，水泥浆中的可冻水的百分比随之降低，提高混凝土的致密性，使混凝土的抵抗冻融破坏的能力提高，从而提高混凝土的抗冻性，本发明减水剂的制备方法制备出的减水剂利于增强混凝土的抗冻性能；

第二、将氮化铝、氧化镍、玻璃纤维、纳米二氧化钛进行煅烧，经在硝酸溶液和氢氧化钠溶液中的处理，利于增强混凝土的耐腐蚀性。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

<实施例1>

水利工程用抗冻混凝土，包括以下重量份的组分制成：70份普通硅酸盐水泥、22份钾长石粉、8份粉煤灰、15份锂云母、4份石墨粉、6份氮化铝、1份氧化镍、5份玻璃纤维、2份纳米二氧化钛、1份聚乙二醇辛基苯基醚、0.5份苯并三氯唑、1份焦磷酸钠、1份硬脂酸聚氧乙烯酯、1份羟乙基纤维素、0.5份双酚A环氧丙烯酸酯、1份油酸钠、1份气相二氧化硅、0.5份胶粉聚苯颗粒、1份甘蔗糖蜜、0.5份减水剂、0.5份成膜助剂。

氮化铝、氧化镍、玻璃纤维的重量比为3:1:2。

成膜助剂包括以下组分：丙二醇甲醚醋酸酯、脂肪酸甘油酯，其中，丙二醇甲醚醋酸酯、脂肪酸甘油酯的重量比为3:1。

减水剂的具体制备方法为：将聚醚丙烯三醇、油醇聚氧乙烯醚、十六碳酸、十八碳二烯酸混合形成第一混合物，向第一混合物中加入乙醇使乙醇占体积比50％，回流反应3h，形成第一反应液，将对羟基乙酰苯胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐进行混合形成第二混合物，用蠕动泵向第一反应液中滴加第二混合物进行反应，蠕动泵滴加速度使反应液的pH维持在4.5，滴加完毕后反应1h，再加入凝灰岩微粉搅拌混合，得减水剂，其中，聚醚丙烯三醇、油醇聚氧乙烯醚、十六碳酸、十八碳二烯酸、对羟基乙酰苯胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐、凝灰岩微粉的重量比为5:2:1:2:2:3:2:1。

所述的水利工程用抗冻混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按重量份将普通硅酸盐水泥、钾长石粉、粉煤灰、锂云母、石墨粉加入到双锥混料机中混合均匀，得混合物Ⅰ；

步骤二、将氮化铝、氧化镍、玻璃纤维、纳米二氧化钛混合，加入3倍氮化铝重量的水，搅拌30min，置于150℃的温度下进行预热，预热时间为2h，煅烧得煅烧熟料，煅烧过程中先以4℃/min的升温速度将温度提升至800℃，保温14h，取出研磨至100目以下，与混合物Ⅰ混合搅拌均匀，得混合物Ⅱ；

步骤三、将混合物Ⅱ中依次加入乙二醇辛基苯基醚、苯并三氯唑、焦磷酸钠、硬脂酸聚氧乙烯酯、羟乙基纤维素、双酚A环氧丙烯酸酯进行搅拌混合，混合过程均保持温度在80℃，得混合物Ⅲ；

步骤四、向混合物Ⅲ中加入油酸钠、气相二氧化硅，搅拌23h，加入质量分数为2％的硝酸水溶液浸泡24h，过滤，取滤渣，向滤渣中加入质量分数为5％的氢氧化钠水溶液浸泡24h，过滤取滤渣，向滤渣中加入胶粉聚苯颗粒、甘蔗糖蜜、减水剂、成膜助剂混合，搅拌均匀，出料，得抗冻混凝土。

步骤三中混合的搅拌速度为200r/min。

<实施例2>

水利工程用抗冻混凝土，包括以下重量份的组分制成：80份普通硅酸盐水泥、25份钾长石粉、10份粉煤灰、16份锂云母、6份石墨粉、8份氮化铝、2份氧化镍、8份玻璃纤维、4份纳米二氧化钛、2份聚乙二醇辛基苯基醚、1份苯并三氯唑、2份焦磷酸钠、3份硬脂酸聚氧乙烯酯、2份羟乙基纤维素、1.5份双酚A环氧丙烯酸酯、2份油酸钠、2份气相二氧化硅、1份胶粉聚苯颗粒、2份甘蔗糖蜜、1份减水剂、1份成膜助剂。

氮化铝、氧化镍、玻璃纤维的重量比为3:1:2。

成膜助剂包括以下组分：丙二醇甲醚醋酸酯、脂肪酸甘油酯，其中，丙二醇甲醚醋酸酯、脂肪酸甘油酯的重量比为3:1。

减水剂的具体制备方法为：将聚醚丙烯三醇、油醇聚氧乙烯醚、十六碳酸、十八碳二烯酸混合形成第一混合物，向第一混合物中加入乙醇使乙醇占体积比70％，回流反应5h，形成第一反应液，将对羟基乙酰苯胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐进行混合形成第二混合物，用蠕动泵向第一反应液中滴加第二混合物进行反应，蠕动泵滴加速度使反应液的pH维持在7.0，滴加完毕后反应2h，再加入凝灰岩微粉搅拌混合，得减水剂，其中，聚醚丙烯三醇、油醇聚氧乙烯醚、十六碳酸、十八碳二烯酸、对羟基乙酰苯胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐、凝灰岩微粉的重量比为5:2:1:2:2:3:2:1。

所述的水利工程用抗冻混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按重量份将普通硅酸盐水泥、钾长石粉、粉煤灰、锂云母、石墨粉加入到双锥混料机中混合均匀，得混合物Ⅰ；

步骤二、将氮化铝、氧化镍、玻璃纤维、纳米二氧化钛混合，加入3倍氮化铝重量的水，搅拌50min，置于180℃的温度下进行预热，预热时间为4h，煅烧得煅烧熟料，煅烧过程中先以6℃/min的升温速度将温度提升至850℃，保温18h，取出研磨至100目以下，与混合物Ⅰ混合搅拌均匀，得混合物Ⅱ；

步骤三、将混合物Ⅱ中依次加入乙二醇辛基苯基醚、苯并三氯唑、焦磷酸钠、硬脂酸聚氧乙烯酯、羟乙基纤维素、双酚A环氧丙烯酸酯进行搅拌混合，混合过程均保持温度在100℃，得混合物Ⅲ；

步骤四、向混合物Ⅲ中加入油酸钠、气相二氧化硅，搅拌24h，加入质量分数为4％的硝酸水溶液浸泡24h，过滤，取滤渣，向滤渣中加入质量分数为8％的氢氧化钠水溶液浸泡24h，过滤取滤渣，向滤渣中加入胶粉聚苯颗粒、甘蔗糖蜜、减水剂、成膜助剂混合，搅拌均匀，出料，得抗冻混凝土。

步骤三中混合的搅拌速度为300r/min。

<实施例3>

水利工程用抗冻混凝土，包括以下重量份的组分制成：75份普通硅酸盐水泥、23份钾长石粉、9份粉煤灰、15份锂云母、5份石墨粉、7份氮化铝、1.5份氧化镍、6份玻璃纤维、3份纳米二氧化钛、1.5份聚乙二醇辛基苯基醚、0.8份苯并三氯唑、1.5份焦磷酸钠、2份硬脂酸聚氧乙烯酯、1.5份羟乙基纤维素、1份双酚A环氧丙烯酸酯、1.5份油酸钠、1.5份气相二氧化硅、0.8份胶粉聚苯颗粒、1.5份甘蔗糖蜜、0.7份减水剂、0.7份成膜助剂。

氮化铝、氧化镍、玻璃纤维的重量比为3:1:2。

成膜助剂包括以下组分：丙二醇甲醚醋酸酯、脂肪酸甘油酯，其中，丙二醇甲醚醋酸酯、脂肪酸甘油酯的重量比为3:1。

减水剂的具体制备方法为：将聚醚丙烯三醇、油醇聚氧乙烯醚、十六碳酸、十八碳二烯酸混合形成第一混合物，向第一混合物中加入乙醇使乙醇占体积比60％，回流反应4h，形成第一反应液，将对羟基乙酰苯胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐进行混合形成第二混合物，用蠕动泵向第一反应液中滴加第二混合物进行反应，蠕动泵滴加速度使反应液的pH维持在6.0，滴加完毕后反应1.5h，再加入凝灰岩微粉搅拌混合，得减水剂，其中，聚醚丙烯三醇、油醇聚氧乙烯醚、十六碳酸、十八碳二烯酸、对羟基乙酰苯胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐、凝灰岩微粉的重量比为5:2:1:2:2:3:2:1。

所述的水利工程用抗冻混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按重量份将普通硅酸盐水泥、钾长石粉、粉煤灰、锂云母、石墨粉加入到双锥混料机中混合均匀，得混合物Ⅰ；

步骤二、将氮化铝、氧化镍、玻璃纤维、纳米二氧化钛混合，加入3倍氮化铝重量的水，搅拌40min，置于160℃的温度下进行预热，预热时间为3h，煅烧得煅烧熟料，煅烧过程中先以5℃/min的升温速度将温度提升至820℃，保温16h，取出研磨至100目以下，与混合物Ⅰ混合搅拌均匀，得混合物Ⅱ；

步骤三、将混合物Ⅱ中依次加入乙二醇辛基苯基醚、苯并三氯唑、焦磷酸钠、硬脂酸聚氧乙烯酯、羟乙基纤维素、双酚A环氧丙烯酸酯进行搅拌混合，混合过程均保持温度在90℃，得混合物Ⅲ；

步骤四、向混合物Ⅲ中加入油酸钠、气相二氧化硅，搅拌24h，加入质量分数为3％的硝酸水溶液浸泡24h，过滤，取滤渣，向滤渣中加入质量分数为6％的氢氧化钠水溶液浸泡24h，过滤取滤渣，向滤渣中加入胶粉聚苯颗粒、甘蔗糖蜜、减水剂、成膜助剂混合，搅拌均匀，出料，得抗冻混凝土。

步骤三中混合的搅拌速度为250r/min。

<对比例1>

水利工程用抗冻混凝土的制备方法同实施例3，其中，不同的是，减水剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂。

<对比例2>

水利工程用抗冻混凝土的制备方法同实施例3，其中，不同的是，步骤二的操作为：将混合物Ⅰ与氮化铝、氧化镍、玻璃纤维、纳米二氧化钛混合，形成混合物Ⅱ；步骤四中的操作为：向混合物Ⅲ中加入油酸钠、气相二氧化硅，搅拌23～24h，再加入胶粉聚苯颗粒、甘蔗糖蜜、减水剂、成膜助剂混合，搅拌均匀，出料，得抗冻混凝土。

<水利工程用抗冻混凝土用水量的评价>

以实施例1～3和对比例1中的水利工程用抗冻混凝土作为评价对象，测试实施例1～3和对比例1中的水利工程用抗冻混凝土的抗冻性能，取实施例1～3和对比例1中的水利工程用抗冻混凝土，采用龄期28d的试块在吸水饱和后，承受反复冻融循环，以抗压强度下降不超过25％，质量损失不超过5％时所能承受的最大冻融循环次数，按照GBJ50164-92记录抗冻等级，数据结果如表1所示。

表1

	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1
					抗冻等级	F200	F200	F200	F150

由表1可知，实施例1～3的水利工程用抗冻混凝土抗冻性能更好，利于在低温下使用。

<水利工程用抗冻混凝土耐腐蚀性能的评价>

以实施例1～3和对比例2中的水利工程用抗冻混凝土作为评价对象，将实施例1～3和对比例2中的水利工程用抗冻混凝土凝固试件放在质量分数为2％的盐酸、质量分数为5％盐溶液中浸泡6个月，实施例1～3的水利工程用抗冻混凝土的外观无明显变化，对比例2的水利工程用抗冻混凝土浸泡4个月时出现起砂、掉角、开裂的现象。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (6)

1.水利工程用抗冻混凝土，其特征在于，包括以下重量份的组分制成：70～80份普通硅酸盐水泥、22～25份钾长石粉、8～10份粉煤灰、15～16份锂云母、4～6份石墨粉、6～8份氮化铝、1～2份氧化镍、5～8份玻璃纤维、2～4份纳米二氧化钛、1～2份聚乙二醇辛基苯基醚、0.5～1份苯并三氯唑、1～2份焦磷酸钠、1～3份硬脂酸聚氧乙烯酯、1～2份羟乙基纤维素、0.5～1.5份双酚A环氧丙烯酸酯、1～2份油酸钠、1～2份气相二氧化硅、0.5～1份胶粉聚苯颗粒、1～2份甘蔗糖蜜、0.5～1份减水剂、0.5～1份成膜助剂。

2.根据权利要求1所述的水利工程用抗冻混凝土，其特征在于，氮化铝、氧化镍、玻璃纤维的重量比为3:1:2。

3.根据权利要求1所述的水利工程用抗冻混凝土，其特征在于，成膜助剂包括以下组分：丙二醇甲醚醋酸酯、脂肪酸甘油酯，其中，丙二醇甲醚醋酸酯、脂肪酸甘油酯的重量比为3:1。

4.根据权利要求1所述的水利工程用抗冻混凝土，其特征在于，减水剂的具体制备方法为：将聚醚丙烯三醇、油醇聚氧乙烯醚、十六碳酸、十八碳二烯酸混合形成第一混合物，向第一混合物中加入乙醇使乙醇占体积比50～70％，回流反应3～5h，形成第一反应液，将对羟基乙酰苯胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐进行混合形成第二混合物，用蠕动泵向第一反应液中滴加第二混合物进行反应，蠕动泵滴加速度使反应液的pH维持在4.5～7.0，滴加完毕后反应1～2h，再加入凝灰岩微粉搅拌混合，得减水剂，其中，聚醚丙烯三醇、油醇聚氧乙烯醚、十六碳酸、十八碳二烯酸、对羟基乙酰苯胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐、凝灰岩微粉的重量比为5:2:1:2:2:3:2:1。

5.如权利要求1所述的水利工程用抗冻混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、按重量份将普通硅酸盐水泥、钾长石粉、粉煤灰、锂云母、石墨粉加入到双锥混料机中混合均匀，得混合物Ⅰ；

步骤二、将氮化铝、氧化镍、玻璃纤维、纳米二氧化钛混合，加入3倍氮化铝重量的水，搅拌30～50min，置于150～180℃的温度下进行预热，预热时间为2～4h，煅烧得煅烧熟料，煅烧过程中先以4～6℃/min的升温速度将温度提升至800～850℃，保温14～18h，取出研磨至100目以下，与混合物Ⅰ混合搅拌均匀，得混合物Ⅱ；

步骤三、将混合物Ⅱ中依次加入乙二醇辛基苯基醚、苯并三氯唑、焦磷酸钠、硬脂酸聚氧乙烯酯、羟乙基纤维素、双酚A环氧丙烯酸酯进行搅拌混合，混合过程均保持温度在80～100℃，得混合物Ⅲ；

步骤四、向混合物Ⅲ中加入油酸钠、气相二氧化硅，搅拌23～24h，加入质量分数为2～4％的硝酸水溶液浸泡24h，过滤，取滤渣，向滤渣中加入质量分数为5～8％的氢氧化钠水溶液浸泡24h，过滤取滤渣，向滤渣中加入胶粉聚苯颗粒、甘蔗糖蜜、减水剂、成膜助剂混合，搅拌均匀，出料，得抗冻混凝土。

6.如权利要求5所述的水利工程用抗冻混凝土的制备方法，其特征在于，步骤三中混合的搅拌速度为200～300r/min。