CN111003981B - 一种高强抗渗抗冻混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强抗渗抗冻混凝土及其制备方法。高强抗渗抗冻混凝土包括以下原料：水泥、水、砂子、石子、粉煤灰、防冻剂、阻锈防腐型防水剂、废旧混凝土颗粒、废旧橡胶颗粒；防冻剂包括以下重量份的组分：3.4‑6.8份改性煤矸石、1.2‑2.0份稻壳灰、1.5‑3份醋酸乙烯酯‑乙烯共聚物乳胶粉、0.8‑1.6份硅粉、2.4‑3.8份聚丙烯网状纤维、0.8‑1.6份海藻提取物、0.9‑1.8份尿素、1.4‑2.2份亚硝酸钙、10‑20份水。本发明的高强抗渗抗冻混凝土具有有效利用废旧材料，且具有较强的抗冻融性和力学性能，能减少混凝土在寒冷地区冻融病害，且能净化汽车尾气的优点。

Description

一种高强抗渗抗冻混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，更具体地说，它涉及一种高强抗渗抗冻混凝土及其制备方法。

背景技术

冻融破坏是寒冷地区混凝土结构工程中常见的病害，特别是在沿海地区，风力较大，温度较低，且经常与水接触的混凝土结构局部或大面积遭受不同程度的冻融破坏，会加快混凝土结构性能劣化，严重影响混凝土结构的安全性和耐久性，并造成巨大的经济损失。因此，研究引起混凝土冻融破坏的原因及其影响因素，提高混凝土在冻融环境下的耐久性能是非常有必要的，混凝土冻融破坏是在冰冻作用下的破坏形式，主要表现为内部裂纹扩张和表面剥落，最终会使得混凝土结构膨胀、开裂、剥落和溃散，造成结构损伤。

目前针对提高混凝土抗冻性的主要措施有以下两种：一是通过在外加剂中掺入一些盐类以降低水的冰点，二是通过引气剂来缓解水的固液相变所产生的冰涨应力，这两种措施均具有一定的局限性，盐类对水的冰点降低幅度不大，一般只能维持在零下几度不结冰，而引气剂的掺入使含气量提高后会带来强度的降低，含气量越大，混凝土抗压强度越低，含气量每增加1％，强度就会下降3-5％，因此需要在强度和耐久性之间进行权衡。

随着我国经济的发展，环境问题日益严峻，各种废弃物产量急剧增加，将废弃物回收利用，是保护自然资源，推进可持续发展的重要途径。我国城市建设的加速，是废旧混凝土和废旧轮胎的产量快速增长，二者均可以回收作为混凝土的材料，回收利用量大，可以改善混凝土的性能。

因此，研发一种有效利用废旧混凝土和废旧橡胶轮胎，且具有较强抗冻性能和力学性能的混凝土，减少寒冷地区混凝土的冻融病害，是亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种高强抗渗抗冻混凝土，其具有有效利用废旧材料，且具有较强的抗冻融性和力学性能，能减少混凝土在寒冷地区冻融病害的优点。

本发明的第二个目的在于提供一种高强抗渗抗冻混凝土的制备方法，其具有工艺简单，便于操作的优点。

为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种高强抗渗抗冻混凝土，包括以下重量份的原料：390-410份水泥、136-156份水、639-659份砂子、900-1100份石子、90-110份粉煤灰、14.4-18.4份防冻剂、42-54份阻锈防腐型防水剂、46-68份废旧混凝土颗粒、60-80份废旧橡胶颗粒；

所述防冻剂包括以下重量份的组分：3.4-6.8份改性煤矸石、1.2-2.0份稻壳灰、1.5-3份醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳胶粉、0.8-1.6份硅粉、2.4-3.8份聚丙烯网状纤维、0.8-1.6份海藻提取物、0.9-1.8份尿素、1.4-2.2份亚硝酸钙、10-20份水。

通过采用上述技术方案，由于采用废旧混凝土颗粒和废旧橡胶颗粒，缓解了废旧混凝土和废旧橡胶对环境的影响，同时废旧橡胶的弹性模量低、变形能力强，掺入混凝土中，当水分在混凝土中形成颗粒较大的冰棱时，废旧橡胶颗粒能够为冰棱提供变形空间，当冰棱融化后，废旧橡胶颗粒恢复原状，缓解混凝土的冻胀压力，提高混凝土的抗变形能力，从而防止混凝土性能降低；使用改性煤矸石、稻壳灰等原料制备防冻剂，稻壳灰的粒径较小，能在混凝土中起到填充作用、级配调节作用和调节水化产物分布的“晶核作用”，使胶凝材料形成良好的级配，提高固体颗粒混合物体系的密实度，有效降低混凝土的孔隙率，使混凝土结构更加均匀密实，从而提升混凝土的抗压强度和抗冻性能，且稻壳灰中的纳米二氧化硅颗粒和改性煤矸石中的二氧化硅具有较高的活性，很容易与氢氧化钙反应生成水化硅酸钙凝胶，填充于混凝土的孔隙内，降低混凝土的气孔率，提升混凝土的抗压强度、抗渗性和抗冻性能；同时醋酸乙烯酯-乙烯共聚物胶粉具有引气性质，引气的同时使得胶粉颗粒结合紧密，从而在毛细孔的表面形成均匀连续的薄膜，这个薄膜能阻止水在毛细孔中渗透剂毛细孔对水的吸收，从而提升混凝土的抗渗和抗冻性，聚丙烯网状纤维能抑制混凝土冻裂的拉力，使混凝土中的胶粉薄膜不易被破坏，能持续发挥阻止水分传输的作用，而硅粉能使混凝土中小气泡较多，大气泡较少，气泡的间距下降，避免自由水通道的形成，三者协同作用，能进一步增强混凝土的抗压强度、抗渗性和抗冻性；海藻提取物本身具有较强的耐冻性，抗冻能力较强，与亚硝酸钙和尿素协同作用，可加强混凝土的抗冻性。

进一步地，所述原料的重量份为：395-405份水泥、140-150份水、644-654份砂子、950-1050份石子、95-105份粉煤灰、15.4-17.4份防冻剂、44-52份阻锈防腐型防水剂、50-60份废旧混凝土颗粒、65-75份废旧橡胶颗粒；

所述防冻剂包括以下重量份的组分：4.5-6.2份改性煤矸石、1.4-1.8份稻壳灰、2-2.5份醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳胶粉、1-1.4份硅粉、2.8-3.4份聚丙烯网状纤维、1.1-1.3份海藻提取物、1.1-1.5份尿素、1.6-2份亚硝酸钙、13-18份水。

通过采用上述技术方案，由于混凝土的各原料用量更加精确，可加强混凝土的抗渗、抗冻性能。

进一步地，所示抗冻剂的制备方法如下：将水加热至50-70℃，加入尿素、亚硝酸钙和海藻提取物，搅拌均匀，再加入改性煤矸石、稻壳灰和聚丙烯网状纤维，研磨后加入醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳胶粉和硅粉，混合均匀，制得防冻剂。

通过采用上述技术方案，将尿素、亚硝酸钙和海藻提取物先用水溶解，再与聚丙烯网状纤维、稻壳粉和改性煤矸石混合研磨，再将其余原料混入，可使各原料混合更加均匀，制备方法简单。

进一步地，所述改性煤矸石由以下方法制成：将煤矸石经破碎、磨粉后在1500-1700℃下煅烧3-5h，加入钢纤维，混合均匀后加入硅藻土和聚乙烯醇，混合均匀，制得改性煤矸石粉，煤矸石和钢纤维的质量比为1:(0.3-0.5)，煤矸石、硅藻土和聚乙烯醇的质量比为1:(0.4-0.8):(0.3-0.7)。

通过采用上述技术方案，掺入钢纤维对煤矸石进行改性，钢纤维能提升混凝土的抗拉强度和冻融质量损失，改善混凝土受冻融作用后的力学损伤，硅藻土能改善混凝土内部微观结构，使混凝土内部的孔隙结构细化，提升混凝土的孔隙率，降低气孔距离，缩短未冻水的渗透路径，提升抗冻性，硅藻土还具有大量有序排列的微孔结构，能吸附混凝土中的游离水，并在混凝土硬化时排出，可降低混凝土的水灰比，提升混凝土的密实性，从而加强混凝土的粘结性和抗渗性，同时硅藻土具有催化水化反应的作用，可吸附在水泥颗粒表面，减少水泥颗粒间的相互接触，并扩大水泥颗粒的表面积，促进C-H结晶核的形成，使水泥水化反应完全，提升混凝土的密实性，从而加大抗压强度。

进一步地，所述废旧混凝土颗粒经以下预处理：将废旧混凝土破碎，加入桐油酸和2BaO·SiO₂，加热至70-90℃，混合均匀后加入碳纤维和纳米二氧化钛，搅拌均匀，干燥，粉碎，制得平均粒径为15-20mm的废旧混凝土颗粒，废旧混凝土、桐油酸和2BaO·SiO₂的质量比为1:(0.3-0.5):(0.1-0.3)，废旧混凝土、碳纤维和纳米二氧化钛的质量比为1:(0.8-1.3):(1.1-1.5)。

通过采用上述技术方案，桐油酸具有防水、耐酸碱、防腐防锈的作用，能延缓2BaO·SiO₂的水化速度，避免石膏与Ba0反应，影响水泥的正常凝结，Ba0与渗入混凝土中的硫酸根离子反应，生成几乎不可溶的混合物-硫酸钡，使水泥结构更加致密，从而增大混凝土的抗压强度、抗渗性和抗冻性，纳米二氧化钛的比表面积大，能够分解汽车尾气中的有害物质，碳纤维具有独特的微孔结构和优异的吸附性能，碳纤维能将汽车尾气中的有害物质吸附进混凝土中，纳米二氧化钛能将有害物质进行分解，实现空气的净化。

进一步地，所述废旧橡胶颗粒经过以下预处理：将废旧橡胶清洗、干燥、粉碎后，加入环氧树脂乳液，混合均匀后，加入椰壳活性炭、FERROLOX-XG型气体吸附剂，混合均匀，在60-80℃下干燥后研磨，制成平均粒径为13.5-15.5mm的废旧橡胶颗粒，废旧橡胶和环氧树脂乳液的质量比为1:(0.8-1.2)，废旧橡胶、椰壳活性炭和FERROLOX-XG型气体吸附剂的质量比为1:(0.6-0.8):(0.4-0.6)。

通过采用上述技术方案，环氧树脂能包裹废旧橡胶颗粒，经固化后，后续加入的椰壳活性炭和FERROLOX-XG型气体吸附剂能粘附在橡胶颗粒上，FERROLOX-XG型气体吸附剂能吸附并氧化降解各种污染性气体，椰壳活性炭具有较强的吸附效果，防止污染性气体脱附，加强混凝土对汽车尾气的净化效果。

进一步地，所述硅粉的比表面积为18000-20000m²/kg，活性指数(28d)121-130％，聚丙烯网状纤维的当量长度为6-12mm。

进一步地，所述砂子是细度模数为2.3-3.1的II区河砂，含泥量为1.5-2.0％，石子为粒径为5-25mm的连续级配石子，针片状颗粒含量为3-6％，表观密度为2500-2600kg/m³，堆积密度为1500-1600kg/m³，含泥量为0.2-0.4％。

通过采用上述技术方案，河砂与石子的粗细适宜，使混凝土有较好的工作性，施工和易性好，易搅拌，河砂填充于粗砂和石子之间的孔隙内，提高混凝土的密实度和强度，降低混凝土中空隙率，减少混凝土离析、泌水，提高混凝土的抗冻性和抗渗性；石子中针片状颗粒含量适宜，能够有效提高混凝土的强度，石子粒径合理，避免颗粒较大，使得石子之间的孔隙较大，造成混凝土强度较低，合理控制石子的粒径，并与砂子和粉煤灰形成合理级配，可提高混凝土的密实度，从而提高混凝土的硬度、抗渗和抗冻性能。

进一步地，所述粉煤灰为I级粉煤灰，烧失量≤3.0％，45μm筛余量≤12％，需水量比≤95％，含水率≤1.0％。

通过采用上述技术方案，粉煤灰的活性成分为二氧化硅和三氧化二铝，与水泥、水混合后，能够生成较为稳定的胶凝材料，从而使混凝土具有较高的强度，同时粉煤灰中70％以上的颗粒是无定型的球形玻璃体，主要起到滚珠轴承作用，在混凝土拌合物中发挥润滑作用，改善混凝土拌合物的和易性，且粉煤灰与石子等构成合理级配，使彼此之间互相填充，能有效增加混凝土密实度，进一步提高混凝土的抗压强度，使混凝土结构密实，不易渗水，提高混凝土的抗渗性能和抗冻性能。

为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种高强抗渗抗冻混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、将防冻剂和阻锈防腐型防水剂加入到水中，混合均匀，加入废旧橡胶颗粒和废旧混凝土颗粒，搅拌均匀，制得预混料；

S2、将水泥、砂子、石子、粉煤灰混合均匀，加入预混料，混合80-100s，制得高强抗渗抗冻混凝土。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

第一、由于本发明采用改性煤矸石协同稻壳灰制备防冻剂，由于稻壳灰的粒径小，能填充在混凝土中，使凝胶材料形成良好的级配，降低混凝土的孔隙率，且稻壳灰和改性煤矸石中的二氧化硅能与水化产物氢氧化钙反应生成水化硅酸钙凝胶，提升混凝土的密实度，增大混凝土的抗压强度、抗渗性和抗冻性。

第二、本发明采用醋酸乙烯酯-乙烯共聚物胶粉、聚丙烯网状纤维和硅粉协同作用，具有引气效果的醋酸乙烯酯-乙烯共聚物胶粉增加胶粉颗粒之间的紧密度，从而使其结合紧密，并在毛细孔表面形成疏水薄膜，阻止水分渗透，且硅粉能降低气泡直径和间距，使小气泡增大，大气泡减少，避免自由水通道的形成，聚丙烯网状纤维能抑制混凝土冻胀开裂，三者协同使用，可增大混凝土的抗压强度、抗渗性能和抗冻性能。

第三、本发明中采用废旧橡胶颗粒和废旧混凝土颗粒制备混凝土，可缓解废旧橡胶和废旧混凝土对环境的污染，减少资源浪费，且废旧橡胶颗粒能缓解混凝土的冻胀压力，增大其抗变形能力，降低混凝土的开裂变形。

第四、本发明中优先使用钢纤维和硅藻土、聚乙烯醇对煤矸石进行改性，钢纤维能增大煤矸石在冻融环境下的抗裂性能，改善冻融作用后的力学损失，硅藻土能降低混凝土的孔隙率，缩短气孔距离，提升混凝土的密实度，催化水化反应进行，提升混凝土的抗压强度。

第五、本发明中通过使用碳纤维和纳米二氧化钛等预处理废旧混凝土颗粒，使用椰壳活性炭和FERROLOX-XG型气体吸附剂预处理废旧橡胶颗粒，使废旧橡胶颗粒和废旧混凝土颗粒具有吸附并净化汽车尾气的效果，使混凝土能治理空气污染。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

改性煤矸石的制备例1-3

制备例1：将煤矸石经破碎、磨粉后在1500℃下煅烧5h，加入钢纤维，混合均匀后加入硅藻土和聚乙烯醇，混合均匀，制得改性煤矸石粉，煤矸石和钢纤维的质量比为1:0.3，煤矸石、硅藻土和聚乙烯醇的质量比为1:0.4:0.3，煤矸石的化学成分如表1所示。

表1煤矸石的化学成分

w/％	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO
						煤矸石	53.08	36.40	7.47	1.00	0.39

制备例2：将煤矸石经破碎、磨粉后在1600℃下煅烧4h，加入钢纤维，混合均匀后加入硅藻土和聚乙烯醇，混合均匀，制得改性煤矸石粉，煤矸石和钢纤维的质量比为1:0.4，煤矸石、硅藻土和聚乙烯醇的质量比为1:0.6:0.5，煤矸石的化学成分如表1所示。

制备例3：将煤矸石经破碎、磨粉后在1700℃下煅烧3h，加入钢纤维，混合均匀后加入硅藻土和聚乙烯醇，混合均匀，制得改性煤矸石粉，煤矸石和钢纤维的质量比为1:0.5，煤矸石、硅藻土和聚乙烯醇的质量比为1:0.8:0.7，煤矸石的化学成分如表1所示。

实施例

以下实施例中阻锈防腐型防水剂选自合肥三元外加剂有限公司出售的型号为CFA-ZF的阻锈防腐型防水剂，醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳胶粉选自泸州同益科技化工有限公司出售的型号为N2090，椰壳活性炭选自巩义市祥瑞环保材料有限公司出售的货号为001的椰壳活性炭，环氧树脂乳液选自广东圣涂新材料科技有限公司出售的型号为SR-670的环氧树脂乳液，桐油酸选自安徽省瑞芬得油脂深加工有限公司出售的型号为T155的桐油酸，FERROLOX-XG型吸附剂由吉林省一起环保科技有限公司出售。

实施例1：一种高强抗渗抗冻混凝土，其原料配比如表2所示，该高强抗渗抗冻混凝土的制备方法包括以下步骤：

S1、将14.4kg/m³防冻剂和42kg/m³阻锈防腐型防水剂加入到136kg/m³水中，混合均匀，加入60kg/m³废旧橡胶颗粒和46kg/m³废旧混凝土颗粒，搅拌均匀，制得预混料；

其中防冻剂由表3中原料按照以下方法制成：将10kg水加热至50℃，加入0.9kg尿素、1.4kg亚硝酸钙和0.8kg海藻提取物，搅拌均匀，再加入3.4kg改性煤矸石、1.2kg稻壳灰和2.4kg聚丙烯网状纤维，研磨后加入1.5kg醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳胶粉和0.8kg硅粉，混合均匀，制得防冻剂，改性煤矸石由制备例1制成，硅粉的比表面积为18000m²/kg，活性指数(28d)121％，聚丙烯网状纤维的当量长度为6mm，稻壳灰的化学成分如表4所示；

S2、将390kg/m³水泥、639kg/m³砂子、900kg/m³石子、90kg/m³粉煤灰混合均匀，加入预混料，混合80s，制得高强抗渗抗冻混凝土；

其中水泥为P.I52.5水泥，砂子为细度模数为2.3的II区河砂，含泥量为1.5％，石子为粒径为5-25mm的连续级配石子，针片状颗粒含量为3％，表观密度为2500kg/m³，堆积密度为1500kg/m³，含泥量为0.2％，粉煤灰为I级粉煤灰，烧失量≤3.0％，45μm筛余量≤12％，需水量比≤95％，含水率≤1.0％。

表2实施例1-5中高强抗渗抗冻混凝土的原料配比

表3实施例1-5中防冻剂的原料配比

表4实施例1-5中稻壳灰的化学成分

w/％	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO
						稻壳灰	89.47	0.6	0.37	1.44	1.11

实施例2：一种高强抗渗抗冻混凝土，其原料配比如表2所示，该高强抗渗抗冻混凝土的制备方法包括以下步骤：

S1、将15.4kg/m³防冻剂和44kg/m³阻锈防腐型防水剂加入到140kg/m³水中，混合均匀，加入65kg/m³废旧橡胶颗粒和50kg/m³废旧混凝土颗粒，搅拌均匀，制得预混料；

其中防冻剂由表3中原料按照以下方法制成：将13kg水加热至60℃，加入1.1kg尿素、1.6kg亚硝酸钙和1.1kg海藻提取物，搅拌均匀，再加入4.5kg改性煤矸石、1.4kg稻壳灰和2.8kg聚丙烯网状纤维，研磨后加入2kg醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳胶粉和1kg硅粉，混合均匀，制得防冻剂，改性煤矸石由制备例2制成，硅粉的比表面积为19000m²/kg，活性指数(28d)126％，聚丙烯网状纤维的当量长度为9mm，稻壳灰的化学成分如表4所示；

S2、将395kg/m³水泥、644kg/m³砂子、950kg/m³石子、95kg/m³粉煤灰混合均匀，加入预混料，混合90s，制得高强抗渗抗冻混凝土；

其中水泥为P.I52.5水泥，砂子为细度模数为2.7的II区河砂，含泥量为1.8％，石子为粒径为5-25mm的连续级配石子，针片状颗粒含量为4％，表观密度为2550kg/m³，堆积密度为1550kg/m³，含泥量为0.3％，粉煤灰为I级粉煤灰，烧失量≤3.0％，45μm筛余量≤12％，需水量比≤95％，含水率≤1.0％。

实施例3：一种高强抗渗抗冻混凝土，其原料配比如表2所示，该高强抗渗抗冻混凝土的制备方法包括以下步骤：

S1、将16.4kg/m³防冻剂和47kg/m³阻锈防腐型防水剂加入到146kg/m³水中，混合均匀，加入70kg/m³废旧橡胶颗粒和55kg/m³废旧混凝土颗粒，搅拌均匀，制得预混料；

其中防冻剂由表3中原料按照以下方法制成：将15kg水加热至70℃，加入1.3kg尿素、1.8kg亚硝酸钙和1.2kg海藻提取物，搅拌均匀，再加入5.6kg改性煤矸石、1.6kg稻壳灰和3.1kg聚丙烯网状纤维，研磨后加入2.3kg醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳胶粉和1.2kg硅粉，混合均匀，制得防冻剂，改性煤矸石由制备例3制成，硅粉的比表面积为20000m²/kg，活性指数(28d)130％，聚丙烯网状纤维的当量长度为12mm，稻壳灰的化学成分如表4所示；

S2、将400kg/m³水泥、654kg/m³砂子、1000kg/m³石子、100kg/m³粉煤灰混合均匀，加入预混料，混合100s，制得高强抗渗抗冻混凝土；

其中水泥为P.I52.5水泥，砂子为细度模数为3.1的II区河砂，含泥量为2.0％，石子为粒径为5-25mm的连续级配石子，针片状颗粒含量为6％，表观密度为2600kg/m³，堆积密度为1600kg/m³，含泥量为0.4％，粉煤灰为I级粉煤灰，烧失量≤3.0％，45μm筛余量≤12％，需水量比≤95％，含水率≤1.0％。

实施例4-5：一种高强抗渗抗冻混凝土，与实施例1的区别在于，混凝土的原料配比如表1所示。

实施例6：一种高强抗渗抗冻混凝土，与实施例1的区别在于，废旧橡胶颗粒经过以下预处理：将废旧橡胶清洗、干燥、粉碎后，加入环氧树脂乳液，混合均匀后，加入椰壳活性炭、FERROLOX-XG型气体吸附剂，混合均匀，在60℃下干燥后研磨，制成平均粒径为13.5mm的废旧橡胶颗粒，废旧橡胶和环氧树脂乳液的质量比为1:0.8，废旧橡胶、椰壳活性炭和FERROLOX-XG型气体吸附剂的质量比为1:0.6:0.4；废旧混凝土颗粒经过以下预处理：将废旧混凝土破碎，加入桐油酸和2BaO·SiO₂，加热至70℃，混合均匀后加入碳纤维和纳米二氧化钛，搅拌均匀，干燥，粉碎，制得平均粒径为15mm的废旧混凝土颗粒，废旧混凝土、桐油酸和2BaO·SiO₂的质量比为1:0.3:0.1，废旧混凝土、碳纤维和纳米二氧化钛的质量比为1:0.8:1.1。

实施例7：一种高强抗渗抗冻混凝土，与实施例1的区别在于，废旧橡胶颗粒经过以下预处理：将废旧橡胶清洗、干燥、粉碎后，加入环氧树脂乳液，混合均匀后，加入椰壳活性炭、FERROLOX-XG型气体吸附剂，混合均匀，在70℃下干燥后研磨，制成平均粒径为14.5mm的废旧橡胶颗粒，废旧橡胶和环氧树脂乳液的质量比为1:1.0，废旧橡胶、椰壳活性炭和FERROLOX-XG型气体吸附剂的质量比为1:0.7:0.5；废旧混凝土颗粒经过以下预处理：将废旧混凝土破碎，加入桐油酸和2BaO·SiO₂，加热至80℃，混合均匀后加入碳纤维和纳米二氧化钛，搅拌均匀，干燥，粉碎，制得平均粒径为18mm的废旧混凝土颗粒，废旧混凝土、桐油酸和2BaO·SiO₂的质量比为1:0.4:0.2，废旧混凝土、碳纤维和纳米二氧化钛的质量比为1:1:1.3。

实施例8：一种高强抗渗抗冻混凝土，与实施例1的区别在于，废旧橡胶颗粒经过以下预处理：将废旧橡胶清洗、干燥、粉碎后，加入环氧树脂乳液，混合均匀后，加入椰壳活性炭、FERROLOX-XG型气体吸附剂，混合均匀，在80℃下干燥后研磨，制成平均粒径为15.5mm的废旧橡胶颗粒，废旧橡胶和环氧树脂乳液的质量比为1:1.2，废旧橡胶、椰壳活性炭和FERROLOX-XG型气体吸附剂的质量比为1:0.8:0.6；废旧混凝土颗粒经过以下预处理：将废旧混凝土破碎，加入桐油酸和2BaO·SiO₂，加热至90℃，混合均匀后加入碳纤维和纳米二氧化钛，搅拌均匀，干燥，粉碎，制得平均粒径为20mm的废旧混凝土颗粒，废旧混凝土、桐油酸和2BaO·SiO₂的质量比为1:0.5:0.3，废旧混凝土、碳纤维和纳米二氧化钛的质量比为1:1.3:1.5。

对比例

对比例1：一种高强抗渗抗冻混凝土，与实施例1的区别在于，防冻剂中未添加改性煤矸石和稻壳灰。

对比例2：一种高强抗渗抗冻混凝土，与实施例1的区别在于，防冻剂中未添加聚丙烯网状纤维、醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳胶粉和硅粉。

对比例3：一种高强抗渗抗冻混凝土，与实施例1的区别在于，防冻剂中未添加海藻提取物、尿素和亚硝酸钙。

对比例4：一种高强抗渗抗冻混凝土，与实施例1的区别在于，防冻剂由广州江楚化工有限公司出售的牌号为EG的抗冻剂替代。

对比例5：一种高强抗渗抗冻混凝土，与实施例6的区别在于，废旧混凝土颗粒预处理时未添加桐油酸和2BaO·SiO₂。

对比例6：一种高强抗渗抗冻混凝土，与实施例6的区别在于，废旧混凝土颗粒预处理时未添加碳纤维和纳米二氧化钛。

对比例7：一种高强抗渗抗冻混凝土，与实施例6的区别在于，废旧橡胶颗粒预处理时未添加椰壳活性炭和FERROLOX-XG型气体吸附剂。

对比例8：以申请号为201910032748.2的中国发明专利申请文件中实施例1制备的抗冻融混凝土作为对照，(1)将复合外加剂和水混合均匀，得到混合溶液，备用；(2)将水泥、纳米二氧化硅、粉煤灰、粒径为5-20mm连续级碎石、粒径为0.5-0.35mm连续级河沙、三氧化二铝改性玻化微珠粉混合均匀，之后加入混合溶液，搅拌均匀，得到抗冻融混凝土；其中，三氧化二铝改性玻化微珠粉采用以下方法制备：将九水合硝酸铝、纯乙醇、水配制成溶液，得到混合液，之后将玻化微珠粉加入混合液中，且使玻化微珠粉完全浸渍在混合液中，静置3h，过滤，得到中间体，然后将中间体在700℃的条件下，焙烧3h，冷却降温，粉碎研磨，得到三氧化二铝改性玻化微珠粉；其中，复合外加剂采用以下方法制备：将水加热至30℃，在搅拌的条件下，加入聚羧酸减水剂、木质素磺酸钙，搅拌20min，加热至50℃，之后加入甲酸钙、丙烯酰胺、巯基丙酸，搅拌50min，最后加入聚丙烯酰胺、麦芽糊精、柠檬酸，继续搅拌并混合均匀，冷却至40℃，搅拌10min，冷却至30℃，搅拌10min，冷却至室温，得到复合外加剂。

性能检测试验

一、混凝土抗渗、抗冻性检测：按照实施例1-8和对比例1-8中的方法制备混凝土浆体，并按照以下方法检测混凝土的性能，将检测结果记录于表5中：

1、抗压强度：按照GB/T50081-2009《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行检测；

2、抗渗性能：按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行检测，渗透压力为3.5MPa，加压时间为48h；

3、抗冻融性能：按照JTGE30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行测试，采用快速冷冻试验机，一次冻融循环耗时2-5h，冻融温度为-20℃；

4坍落度和扩展度：GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行检测。

表5实施例1-8和对比例1-8制备的混凝土性能检测结果

由表5中数据可以看出，按照实施例1-8中方法制备的混凝土抗压强度高，渗水高度小，抗渗性好，28天在-20℃下冻融循环360次质量损失仅为0.25-0.27％，弹性模量损失仅为0.52-0.66％，抗冻融性良好。

对比例1因防冻剂中未添加改性煤矸石和稻壳灰，由检测结果可以看出，对比例1制备的混凝土抗冻融循环360次后，质量损失和弹性模量损失明显增大，虽具有较高的抗压强度和良好的抗渗性能，但是抗冻融性能较差。

对比例2因防冻剂中未添加聚丙烯网状纤维、醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳胶粉和硅粉，对比例2制备的混凝土，抗压强度下降，渗水高度增大，冻融循环360次后质量损失和弹性模量损失增大，抗冻融性、抗渗性和抗压强度均下降。

对比例3因防冻剂中未添加海藻提取物、尿素和亚硝酸钙，对比例3制备的混凝土抗压强度和抗渗性好，但抗冻融效果较差，说明海藻提取物、尿素和亚硝酸钙能提升混凝土的抗冻融效果。

对比例4因使用市售防冻剂替代本发明制备的防冻剂，由检测结果可以看出，与实施例1-8相比，混凝土的抗渗性和抗冻性均有所下降，说明本发明制备的防冻剂比市售防冻剂的效果好。

对比例5因废旧混凝土颗粒预处理时未添加桐油酸和2BaO·SiO₂，与实施例5相比，对比例5制备的混凝土抗渗效果和抗压强度下降，抗冻融效果变差，说明使用桐油酸和2BaO·SiO₂对废旧混凝土颗粒进行预处理，能提升混凝土的抗压强度和抗渗效果。

对比例6因废旧混凝土颗粒预处理时未添加碳纤维和纳米二氧化钛，由检测结果可知，与实施例5制备的混凝土相比，混凝土的抗压强度降低，说明使用碳纤维和纳米二氧化钛对废旧橡胶颗粒进行预处理，能增强混凝土的抗压强度。

对比例7因废旧橡胶颗粒预处理中时添加椰壳活性炭和FERROLOX-XG型气体吸附剂，由检测结果可知，与实施例5制备的混凝土相比，混凝土的抗压强度、渗水高度和抗冻融效果没有较大差异。

对比例8为现有技术制备的混凝土，其抗渗效果和抗冻融效果均不如本发明实施例1-8制备的混凝土，说明本发明制备的混凝土抗压强度高，抗渗性和抗冻融性优异。

二、氮氧化物的净化率检测：按照实施例6-8和对比例5-8中的方法制备混凝土浆体，并在标准条件下养护成型，制成20cm×20cm的试块，取各实施例和各对比例制备的混凝土试块各10块，置于规格相同的密封玻璃容器中，向每个玻璃容器中充入相同溶度的氮氧化物，记录初始浓度为c1，用盐酸萘乙二胺分光光度计测定每个玻璃容器中氮氧化物在12小时、24小时和48小时的浓度为c2，按照下式计算氮氧化物的净化率(％)：(c1-c2)/c1×100％，相同实施例或对比例制备的10个混凝土试块的测试结果取平均值，将检测结果记录于表6中。

表6实施例6-8和对比例5-8制备的混凝土对氮氧化物净化率

由表6中数据可以看出，实施例6-8中混凝土原料废旧混凝土颗粒和废旧橡胶颗粒均经过预处理，使得混凝土的氮氧化物净化率高，在24小时即可达到97.4-98.2％，在48小时能达到98.9-99.4％，说明实施例6-8制备的混凝土具有优异的净化空气中氮氧化物的优点。

对比例5中因预处理废旧混凝土颗粒时未添加桐油酸和2BaO·SiO₂，由检测结果可以看出，混凝土的氮氧化物净化率在24小时只达到75.4％，且在48小时为76.7％，氮氧化物净化率在48小时与24小时相比增长不大，效果不明显。

对比例6因预处理废旧混凝土颗粒时未添加碳纤维和纳米二氧化钛，对比例6制备的混凝土对氮氧化物的净化率不如实施例6-8效果优异。

对比例7因预处理废旧橡胶颗粒时未添加椰壳活性炭和FERROLOX-XG型气体吸附剂，由检测结果可知，与实施例6-8制备的混凝土相比，对比例7制备的混凝土对氮氧化物的净化速度较慢，净化效果不明显。

对比例8为现有技术制备的抗冻融混凝土，其对氮氧化物的净化效果较差，不如本发明实施例6-8制备的混凝土。

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 (7)

1.一种高强抗渗抗冻混凝土，其特征在于，包括以下重量份的原料：390-410份水泥、136-156份水、639-659份砂子、900-1100份石子、90-110份粉煤灰、14.4-18.4份防冻剂、42-54份阻锈防腐型防水剂、46-68份废旧混凝土颗粒、60-80份废旧橡胶颗粒；

所述防冻剂包括以下重量份的组分：3.4-6.8份改性煤矸石、1.2-2.0份稻壳灰、1.5-3份醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳胶粉、0.8-1.6份硅粉、2.4-3.8份聚丙烯网状纤维、0.8-1.6份海藻提取物、0.9-1.8份尿素、1.4-2.2份亚硝酸钙、10-20份水；

所述改性煤矸石由以下方法制成：将煤矸石经破碎、磨粉后在1500-1700℃下煅烧3-5h，加入钢纤维，混合均匀后加入硅藻土和聚乙烯醇，混合均匀，制得改性煤矸石粉，煤矸石和钢纤维的质量比为1:（0.3-0.5），煤矸石、硅藻土和聚乙烯醇的质量比为1:（0.4-0.8）:（0.3-0.7）；

所述废旧混凝土颗粒经以下预处理：将废旧混凝土破碎，加入桐油酸和2BaO·SiO₂，加热至70-90℃，混合均匀后加入碳纤维和纳米二氧化钛，搅拌均匀，干燥，粉碎，制得平均粒径为15-20mm的废旧混凝土颗粒，废旧混凝土、桐油酸和2BaO·SiO₂的质量比为1:（0.3-0.5）:（0.1-0.3），废旧混凝土、碳纤维和纳米二氧化钛的质量比为1:（0.8-1.3）:（1.1-1.5）；

所述废旧橡胶颗粒经过以下预处理：将废旧橡胶清洗、干燥、粉碎后，加入环氧树脂乳液，混合均匀后，加入椰壳活性炭、FERROLOX-XG型气体吸附剂，混合均匀，在60-80℃下干燥后研磨，制成平均粒径为13.5-15.5mm的废旧橡胶颗粒，废旧橡胶和环氧树脂乳液的质量比为1:（0.8-1.2），废旧橡胶、椰壳活性炭和FERROLOX-XG型气体吸附剂的质量比为1:（0.6-0.8）:（0.4-0.6）。

2.根据权利要求1所述的高强抗渗抗冻混凝土，其特征在于，所述原料的重量份为：395-405份水泥、140-150份水、644-654份砂子、950-1050份石子、95-105份粉煤灰、15.4-17.4份防冻剂、44-52份阻锈防腐型防水剂、50-60份废旧混凝土颗粒、65-75份废旧橡胶颗粒；

所述防冻剂包括以下重量份的组分：4.5-6.2份改性煤矸石、1.4-1.8份稻壳灰、2-2.5份醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳胶粉、1-1.4份硅粉、2.8-3.4份聚丙烯网状纤维、1.1-1.3份海藻提取物、1.1-1.5份尿素、1.6-2份亚硝酸钙、13-18份水。

3.根据权利要求1-2任一项所述的高强抗渗抗冻混凝土，其特征在于，所示防冻剂的制备方法如下：将水加热至50-70℃，加入尿素、亚硝酸钙和海藻提取物，搅拌均匀，再加入改性煤矸石、稻壳灰和聚丙烯网状纤维，研磨后加入醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳胶粉和硅粉，混合均匀，制得防冻剂。

4.根据权利要求1-2任一项所述的高强抗渗抗冻混凝土，其特征在于，所述硅粉的比表面积为18000-20000m²/kg，28天的活性指数为121-130%，聚丙烯网状纤维的当量长度为6-12mm。

5.根据权利要求1-2任一项所述的高强抗渗抗冻混凝土，其特征在于，所述砂子是细度模数为2.3-3.1的II区河砂，含泥量为1.5-2.0％，石子为粒径为5-25mm的连续级配石子，针片状颗粒含量为3-6%，表观密度为2500-2600kg/m³，堆积密度为1500-1600kg/m³，含泥量为0.2-0.4%。

6.根据权利要求1-2任一项所述的高强抗渗抗冻混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为I级粉煤灰，烧失量≤3.0%，45μm筛余量≤12%，需水量比≤95%，含水率≤1.0%。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的高强抗渗抗冻混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将防冻剂和阻锈防腐型防水剂加入到水中，混合均匀，加入废旧橡胶颗粒和废旧混凝土颗粒，搅拌均匀，制得预混料；

S2、将水泥、砂子、石子、粉煤灰混合均匀，加入预混料，混合80-100s，制得高强抗渗抗冻混凝土。