CN110218058A - 一种抗冻材料及修复方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及材料领域，具体而言，涉及一种抗冻材料及修复方法。抗冻材料的原料主要包括按重量份数计的以下组分：普通硅酸盐水泥2～250份、硫铝酸盐水泥250～500份、铝酸盐水泥250～500份、细骨料735～740份、粗骨料973～1022份、减水剂1.5～2.5份、防冻剂4～15份、缓凝剂0.1～0.5份以及促凝剂0.2～0.8份。抗冻材料相比于现有技术的水泥体系，具有加快凝结硬化、缩短脱模时间、提高早期强度、增加后期强度的作用。因此抗冻材料可以配制具有较高早期小时强度的抗冻混凝土。改善了低温环境下水化慢、强度低的问题。

Description

一种抗冻材料及修复方法
技术领域
本申请涉及材料领域，具体而言，涉及一种抗冻材料及修复方法。
背景技术
在低温环境下(例如冷库内)，混凝土地面在经受过多次冻融循环后，原有地面遭到不同程度破损甚至严重破环。分别出现掉皮、坑洞、麻面、碎裂、冻胀等问题，严重影响了冷库地面在运送货物时的正常使用。浇筑混凝土进行修复的过程中，材料会受低温影响而受冻，材料水化速率较慢，且强度降低。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种抗冻材料及修复方法，其旨在改善现有的材料在低温环境下水化慢、强度低的问题。
本申请第一方面提供一种抗冻材料，抗冻材料的原料主要包括按重量份数计的以下组分：
普通硅酸盐水泥2～250份、硫铝酸盐水泥250～500份、铝酸盐水泥250～500份、细骨料735～740份、粗骨料973～1022份、减水剂1.5～2.5份、防冻剂4～15份、缓凝剂0.1～0.5份以及促凝剂0.2～0.8份。
铝酸盐水泥或者硫铝酸盐水泥中CaO·Al2O3或3CaO·3Al2O3·CaSO4与普通硅酸盐水泥3CaO·SiO2发生反应：生成一定量的高硫型水化硫铝酸钙或铝酸钙，大大提高了早期小时强度，使抗冻材料具备了一定水化条件，反应比较迅速，提高了早期的水化温度加快了水化速率，提高了早期抗冻能力。缓凝剂、促凝剂、减水剂、防冻剂与上述复合水泥的配伍，能够加快凝结速度、缩短脱模时间、提高早期强度。此外，早期生成钙矾石的强度骨架被胶体填充，从而使水泥石的结构致密，孔隙率降低，强度提高。完全水化之后，复合水泥水化进程基本上与硅酸盐水泥相一致。抗冻材料相比于普通硅酸盐水泥体系，起到了加快凝结硬化、缩短脱模时间、提高早期强度、增加后期强度的作用。因此抗冻材料可以配制具有较高早期小时强度的抗冻混凝土。改善了低温环境下水化慢、强度低的问题。
在本申请第一方面的一些实施例中，原料包括按重量份数计的以下组分：
普通硅酸盐水泥80～160份、硫铝酸盐水泥310～420份、铝酸盐水泥320～410份、细骨料736～734份、粗骨料989～1011份、减水剂1.8～2.1份、防冻剂7～11份、缓凝剂0.2～0.4份以及促凝剂0.3～0.7份。
在本申请第一方面的一些实施例中，原料包括按重量份数计的以下组分：
普通硅酸盐水泥60～120份、硫铝酸盐水泥280～370份、铝酸盐水泥290～360份、细骨料735～738份、粗骨料982～1006份、减水剂1.7～2.0份、防冻剂5～8份、缓凝剂0.2～0.5份以及促凝剂0.4～0.6份。
采用该配比下的抗冻材料制成的水泥具有凝结硬化快、早强度高、抗渗性能好、抗冻性能好耐久性能好等突出优点。可以大幅度提高施工速度，有效节约工期。
在本申请第一方面的一些实施例中，减水剂选自聚羧酸系减水剂、萘系减水剂、密胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪族系减水剂或者木质素磺酸盐类减水剂中的至少一种。
减水剂对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善混凝土拌合物的流动性。
在本申请第一方面的一些实施例中，促凝剂选自氢氧化锂、氯化锂、碳酸锂、硫酸锂、硅酸锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氧化钙、硫酸钠、硫酸钾、硫酸铝、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氯化钠或者硅酸钠中的至少一种。
促凝剂可以缩短凝胶时间并促进其早期强度。
在本申请第一方面的一些实施例中，防冻剂选自乙二醇、尿素、甲酸钙、亚硝酸钠、亚硝酸钙、硫酸钠、氯化钙、聚乙二醇或者氨水中的至少一种。
防冻剂能使混凝土在负温下硬化，能在低温下防止物料中水分结冰的物质。防冻剂能改变混凝土液相浓度，降低冰点，保证混凝土在负温下有液相存在，使水泥仍能继续水化。
在本申请第一方面的一些实施例中，缓凝剂选自木质素类缓凝剂、糖类缓凝剂、磷酸盐缓凝剂、酒石酸盐缓凝剂、葡萄糖酸盐缓凝剂、柠檬酸缓凝剂及柠檬酸盐类缓凝剂或者纤维素类缓凝剂中的至少一种。
缓凝剂能够延长水泥的水化硬化时间，使混凝土能在较长时间内保持塑性，从而调节混凝土的凝结时间。
在本申请第一方面的一些实施例中，细骨料选自河砂、石英砂、硅砂、海砂或者机制砂中的至少一种。
山砂的颗粒具有棱角、表面粗糙但含泥量和有机物杂质较多，与水泥的结合性差。河砂、湖砂因长期受到水流作用，颗粒多呈现圆形，比较洁净。
在本申请第一方面的一些实施例中，粗骨料包括石灰石、玄武岩、花岗岩、河卵石或者机制粗骨料中的至少一种。
本申请第二方面提供一种修复方法，修复方法包括采用本申请第一方面提供的抗冻材料对混凝土的裂缝进行修复。
该修复方法能够较快的对混凝土的裂缝进行修复，且修复后具有早强度高、抗渗性能好、抗冻性能好、耐久性能好等优点。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本申请实施例的抗冻材料及修复方法进行具体说明。
目前的防冻混凝土等材料是通过外加各种复合防冻剂的方法来提高防冻效果，很难快速投入正常使用，大大延误了工期，造成时间上与经济上的大量浪费。
本申请提供一种抗冻材料，抗冻材料的原料主要包括按重量份数计的以下组分：
普通硅酸盐水泥2～250份、硫铝酸盐水泥250～500份、铝酸盐水泥250～500份、细骨料735～740份、粗骨料973～1022份、减水剂1.5～2.5份、防冻剂4～15份、缓凝剂0.1～0.5份以及促凝剂0.2～0.8份。
进一步地，还包括165～180重量份的水。
普通硅酸盐水泥是以3CaO·SiO2矿物为主，具有结硬化速度慢，早期强度低，不能够配制具有很高早期强度要求的混凝土，加入大量防冻剂，减水剂，引气剂等复合外加剂后在一定程度上提高了防冻效果，但是并不能在极低的低负温条件下应用，在此条件下不具备较高早期强度。
铝酸盐水泥的矿物组成是以CaO·Al2O3为主，具有很高的早期强度，加入缓凝剂，促凝剂，减水剂，防冻剂后可以得到具有较高早期强度的抗冻混凝土。
硫铝酸盐水泥是以3CaO·3Al2O3·CaSO4矿物为主,具有很高的早期强度，加入缓凝剂，促凝剂，减水剂，防冻剂可以得到具有较高早期小时强度的抗冻混凝土。
在本申请的实施例中，采用含有普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥以及硫铝酸盐水泥的复合水泥，
铝酸盐水泥或者硫铝酸盐水泥中CaO·Al2O3或3CaO·3Al2O3·CaSO4与普通硅酸盐水泥3CaO·SiO2发生反应：生成一定量的高硫型水化硫铝酸钙或铝酸钙，大大提高了早期小时强度，使抗冻材料具备了一定水化条件，反应比较迅速，提高了早期的水化温度加快了水化速率，提高了早期抗冻能力。
减水剂对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善混凝土拌合物的流动性；在本申请的一些实施例中，减水剂选自聚羧酸系减水剂、萘系减水剂、密胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪族系减水剂或者木质素磺酸盐类减水剂中的至少一种。
聚羧酸系减水剂包括以丙烯酸或甲基丙烯酸为主链,接枝不同侧链长度的聚醚。或者以马来酸酐为主链接枝不同侧链长度的聚醚。具有掺量低、保坍性能好、混凝土收缩率低、分子结构上可调性强、高性能化的潜力大等优点。
萘系减水剂可以包括DH-4004型聚羧酸系高性能减水剂等。掺用聚羧酸系减水剂后，混凝土含气量有所增加(一般为2％～5％)有利于改善混凝土的和易性和耐久性。
密胺系减水剂是无引气减水剂，其优点是减水率较高(25％)，略低于萘系高效减水剂，适合于蒸汽养护及使用铝酸盐水泥的混凝土。
氨基磺酸盐系减水剂与萘系高效减水剂复合使用，可以解决萘系高效减水剂与水泥相容性问题。
脂肪族系减水剂对水泥适用性广，对混凝土增强效果明显，坍落度损失小，低温无硫酸钠结晶现象。
木质素磺酸盐类减水剂价格便宜，使用较广泛。
进一步地，在本实施例中，减水剂采用木质素磺酸盐类减水剂，例如可以为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠或者木质素磺酸镁。
缓凝剂能够延长水泥的水化硬化时间，使混凝土能在较长时间内保持塑性，从而调节混凝土的凝结时间。
在本申请的一些实施例中，缓凝剂选自木质素类缓凝剂、糖类缓凝剂、磷酸盐缓凝剂、酒石酸盐缓凝剂、葡萄糖酸盐缓凝剂、柠檬酸缓凝剂及柠檬酸盐类缓凝剂或者纤维素类缓凝剂中的至少一种。
木质素类缓凝剂例如木质素磺酸盐及其衍生物、磺化丹宁、羧甲基羟乙基纤维素等。糖类缓凝剂例如葡萄糖、葡萄糖酸、葡萄糖酸钠等。糖类缓凝剂具有极强烈的缓凝作用，对水泥无副作用。
酒石酸盐缓凝剂能改善水泥浆流动性能。
磷酸盐缓凝剂例如可以包括二聚磷酸盐、三聚磷酸盐或者四聚磷酸盐等。
进一步地，在本申请的一些实施例中，抗冻材料的缓凝剂采用酒石酸盐。
促凝剂可以缩短凝胶时间并促进其早期强度。在本申请的一些实施例中，促凝剂选自氢氧化锂、氯化锂、碳酸锂、硫酸锂、硅酸锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氧化钙、硫酸钠、硫酸钾、硫酸铝、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氯化钠或者硅酸钠中的至少一种。
进一步地，在本实施例中，促凝剂选用氧化钙。
防冻剂能使混凝土在负温下硬化，能在低温下防止物料中水分结冰的物质。防冻剂能改变混凝土液相浓度，降低冰点，保证混凝土在负温下有液相存在，使水泥仍能继续水化。
在本申请的一些实施例中，防冻剂选自乙二醇、尿素、甲酸钙、亚硝酸钠、亚硝酸钙、硫酸钠、氯化钙、聚乙二醇或者氨水中的至少一种。进一步地，在本实施例中，防冻剂选自乙二醇。
在本申请的一些实施例中，细骨料选自河砂、石英砂、硅砂、海砂或者机制砂中的至少一种。进一步地，细骨料的粒径在4.7mm以下。
在本实施例中，细骨料选自河砂、硅砂与海砂的混合物，三者的比例为0.5：1：0.5。
山砂的颗粒具有棱角、表面粗糙但含泥量和有机物杂质较多，与水泥的结合性差。河砂、湖砂因长期受到水流作用，颗粒多呈现圆形，比较洁净。
粗骨料包括石灰石、玄武岩、花岗岩、河卵石或者机制粗骨料中的至少一种。进一步地，粗骨料的粒径大于5mm。
在本实施例中，粗骨料选用石灰石和玄武岩。
缓凝剂、促凝剂、减水剂、防冻剂与上述复合水泥的配伍，能够加快凝结速度、缩短脱模时间、提高早期强度。此外，早期生成钙矾石的强度骨架被胶体填充，从而使水泥石的结构致密，孔隙率降低，强度提高。完全水化之后，复合水泥水化进程基本上与硅酸盐水泥相一致。抗冻材料相比于普通硅酸盐水泥体系，起到了加快凝结硬化、缩短脱模时间、提高早期强度、增加后期强度的作用。因此抗冻材料可以配制具有较高早期小时强度的抗冻混凝土。改善了低温环境下水化慢、强度低的问题。
在本申请的实施例中，低温环境的温度例如可以在-40℃～0℃之间。
进一步地，在本申请第一方面的一些实施例中，上述原料包括按重量份数计的以下组分：
普通硅酸盐水泥80～160份、硫铝酸盐水泥310～420份、铝酸盐水泥320～410份、细骨料736～734份、粗骨料989～1011份、减水剂1.8～2.1份、防冻剂7～11份、缓凝剂0.2～0.4份以及促凝剂0.3～0.7份。
采用该配比下的抗冻材料制成的水泥具有凝结硬化快、早强度高、抗渗性能好、抗冻性能好、耐久性能好等突出优点。可以大幅度提高施工速度，有效节约工期。
进一步地，原料包括按重量份数计的以下组分：
普通硅酸盐水泥60～120份、硫铝酸盐水泥280～370份、铝酸盐水泥290～360份、细骨料735～738份、粗骨料982～1006份、减水剂1.7～2.0份、防冻剂5～8份、缓凝剂0.2～0.5份以及促凝剂0.4～0.6份。
本申请还提供一种修复方法，修复方法包括采用本申请第一方面提供的抗冻材料对混凝土的裂缝进行修复。
进一步地，将抗冻材料与水进行混合拌匀得到混凝土，采用制备得到的混凝土对混凝土的裂缝进行修复。
该修复方法能够较快的对混凝土的裂缝进行修复，且修复后具有早强度高、抗渗性能好、抗冻性能好、耐久性能好等优点。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种抗冻材料，抗冻材料主要包括按重量份数计的以下组分：
普通硅酸盐水泥2份、硫铝酸盐水泥250份、铝酸盐水泥250份、细骨料(河砂、石英砂)735份、粗骨料(石灰石、玄武岩)973份、木质素磺酸钙1.5份、乙二醇4份、磷酸盐缓凝剂0.1份以及硫酸钠0.2份。
将本实施例提供的抗冻材料与165份的水混合后可以制备在-30℃以下使用的混凝土，且混凝土的强度较高。
实施例2
本实施例提供了一种抗冻材料，抗冻材料主要包括按重量份数计的以下组分：
普通硅酸盐水泥250份、硫铝酸盐水泥500份、铝酸盐水泥500份、细骨料(机制砂)740份、粗骨料(机制粗骨料)1022份、木质素磺酸钙与木质素磺酸钠2.5份、乙二醇15份、磷酸盐缓凝剂0.5份以及硫酸铝0.8份。
实施例3
本实施例提供了一种抗冻材料，抗冻材料主要包括按重量份数计的以下组分：
普通硅酸盐水泥80份、硫铝酸盐水泥310份、铝酸盐水泥320份、细骨料(海砂)736份、粗骨料(河卵石)989份、木质素磺酸盐类减水剂1.8份、甲酸钙7份、酒石酸盐缓凝剂0.2份以及碳酸钠0.3份。
实施例4
本实施例提供了一种抗冻材料，抗冻材料主要包括按重量份数计的以下组分：
普通硅酸盐水泥160份、硫铝酸盐水泥420份、铝酸盐水泥410份、细骨料(石英砂)734份、粗骨料(花岗岩)1011份、萘系减水剂2.1份、聚乙二醇11份、酒石酸盐缓凝剂0.4份以及碳酸氢钠0.7份。
实施例5
本实施例提供了一种抗冻材料，抗冻材料主要包括按重量份数计的以下组分：
普通硅酸盐水泥60份、硫铝酸盐水泥280份、铝酸盐水泥290份、细骨料(硅砂和海砂)735份、粗骨料(玄武岩)982份、萘系减水剂1.7份、硫酸钠5份、酒石酸盐缓凝剂0.2份以及硅酸钠0.4份。
实施例6
本实施例提供了一种抗冻材料，抗冻材料主要包括按重量份数计的以下组分：
普通硅酸盐水泥120份、硫铝酸盐水泥370份、铝酸盐水泥360份、细骨料(硅砂)738份、粗骨料(玄武岩)1006份、萘系减水剂2.0份、硫酸钠8份、柠檬酸缓凝剂0.5份以及硫酸铝0.6份。
试验例
本试验例进行对比实验，包括对比例1-对比例4以及实施例7-实施例9进行实验。其中，对比例1-对比例4以及实施例7-9中各组分的配料如表1所示。对比例1-对比例4以及实施例7-9中的减水剂均为萘系减水剂、防冻剂均为氯化钙，缓凝剂均为木质素类缓凝剂，促凝剂均为碳酸钠。
表1基础配合比(单位Kg)
按照表1配置的材料制成混凝土，采用GB/T50082-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》对对比例1-4以及实施例7-9的材料制成的混凝土的物理性能指标进行检测，测试结果如表2所示，采用GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能试验方法标准》、GB50164-2011《混凝土质量控制标准》对对比例1--4以及实施例7-9在低温环境下的性能进行测试，测试结果如表3所示。
表2物理性能指标
表3低负温情况下的性能对比
从表2以及表3可以看出，与对比例1-4相比，实施例7-实施例9按照一定比例复合后的普硅水泥、硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥与外加剂共同作用后，初始坍落度明显变大，坍落度保持变好，小时强度明显提高，后期强度持续增长。同时，多种水泥复合后的体系低温抗冻强度的保留率较高，说明抗低温性能较强。
发明人推测原因可能是：普硅水泥相比于硫铝酸盐水泥或者铝酸盐水泥凝结时间较慢，在复合到一定比例时候，初期起到了延缓的作用，所以初始塌落度较大，保持相对较好；随着水化反应的不断深入，三种水泥与外加剂复配后，很快发生如下反应：
3CaO·3Al2O3·CaSO4+2CaSO4+38H2O＝3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+2(Al2O3·3H2O)；生成一定量的高硫型水化硫铝酸钙，即(钙矾石)和铝胶，大大提高了早期强度。减水剂、防冻剂、缓凝剂以及促凝剂等对复合体系水泥矿物的水化作用增强，随着反应的不断深入，钙矾石与铝胶形成的数量增多，反应速度加快，所以早期强度明显提高。同时，早期生成钙矾石的强度骨架被胶体填充，从而使水泥石的结构致密，孔隙率降低，后期强度提高，抗渗抗冻性能进一步增强。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗冻材料，其特征在于，所述抗冻材料的原料主要包括按重量份数计的以下组分：
普通硅酸盐水泥2～250份、硫铝酸盐水泥250～500份、铝酸盐水泥250～500份、细骨料735～740份、粗骨料973～1022份、减水剂1.5～2.5份、防冻剂4～15份、缓凝剂0.1～0.5份以及促凝剂0.2～0.8份。
2.根据权利要求1所述的抗冻材料，其特征在于，所述原料包括按重量份数计的以下组分：
所述普通硅酸盐水泥80～160份、所述硫铝酸盐水泥310～420份、所述铝酸盐水泥320～410份、所述细骨料736～734份、所述粗骨料989～1011份、所述减水剂1.8～2.1份、所述防冻剂7～11份、所述缓凝剂0.2～0.4份以及所述促凝剂0.3～0.7份。
3.根据权利要求1所述的抗冻材料，其特征在于，所述原料包括按重量份数计的以下组分：
所述普通硅酸盐水泥60～120份、所述硫铝酸盐水泥280～370份、所述铝酸盐水泥290～360份、所述细骨料735～738份、所述粗骨料982～1006份、所述减水剂1.7～2.0份、所述防冻剂5～8份、所述缓凝剂0.2～0.5份以及所述促凝剂0.4～0.6份。
4.根据权利要求1所述的抗冻材料，其特征在于，所述减水剂选自聚羧酸系减水剂、萘系减水剂、密胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪族系减水剂或者木质素磺酸盐类减水剂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的抗冻材料，其特征在于，所述促凝剂选自氢氧化锂、氯化锂、碳酸锂、硫酸锂、硅酸锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氧化钙、硫酸钠、硫酸钾、硫酸铝、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氯化钠或者硅酸钠中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的抗冻材料，其特征在于，所述防冻剂选自乙二醇、尿素、甲酸钙、亚硝酸钠、亚硝酸钙、硫酸钠、氯化钙、聚乙二醇或者氨水中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的抗冻材料，其特征在于，所述缓凝剂选自木质素类缓凝剂、糖类缓凝剂、磷酸盐缓凝剂、酒石酸盐缓凝剂、葡萄糖酸盐缓凝剂、柠檬酸缓凝剂及柠檬酸盐类缓凝剂或者纤维素类缓凝剂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的抗冻材料，其特征在于，所述细骨料选自河砂、石英砂、硅砂、海砂或者机制砂中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的抗冻材料，其特征在于，所述粗骨料包括石灰石、玄武岩、花岗岩、河卵石或者机制粗骨料中的至少一种。
10.一种修复方法，其特征在于，所述修复方法包括采用权利要求1-9任一项所述的抗冻材料对混凝土的裂缝进行修复。
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