CN111484293A - 一种抗冻性高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种抗冻性高性能混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗冻性高性能混凝土及其制备方法,涉及混凝土技术领域。其中抗冻性高性能混凝土包括如下重量份数的组分:水泥400‑450份;粉煤灰80‑100份;黄砂700‑750份;碎石850‑1000份;矿粉90‑100份;减水剂4‑8份;缓凝剂5‑10份;水130‑170份;甲壳素5‑10份;玄武岩纤维30‑50份;松香酸钠1‑2份。该抗冻性高性能混凝土由如下制备步骤获得:S1,将相应重量份数的水泥、粉煤灰、黄砂、碎石、矿粉和玄武岩纤维加入到搅拌器中,搅拌混合均匀,得到混合物;S2,将缓凝剂、减水剂、甲壳素和松香酸钠加入到水中混合均匀,得到混合液;S3,将混合液加入到混合物中并搅拌均匀,得到抗冻性高性能混凝土。本发明制备得到的混凝土具有抗冻性能好、结构强度高的优点。

Description

一种抗冻性高性能混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域,更具体地说,它涉及一种抗冻性高性能混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是指用水泥作胶凝材料、砂、石作骨料,与水、外加剂、掺合料按一定比例配合,经搅拌而得到的水泥混凝土,也称普通混凝土,它广泛应用于土木工程。
在公开号为CN107840603A的中国发明申请专利中公开了一种抗冻混凝土砖及其制备方法,该制备方法包括:1)将硅胶、十二烷基硫酸钠、亚硝酸钠钙、氯化钙、硝酸钙、氯化钠和水进行第一水热反应、过滤取滤饼以制得第一水热产物;2)将第一水热产物、环糊精、尿素、硫酸钠、甲醇和水进行第二水热反应、过滤取滤饼以制得第二水热产物;3)将第二水热产物、碳酸钠、氯化钠进行球磨以制得抗冻剂;4)将水泥、石子、砂、粉煤灰、所述抗冻剂、木质素磺酸钠、水混合制得抗冻混凝土;5)将所述抗冻混凝土进行固化成型、养护以制得抗冻混凝土砖。
上述发明自发明了一种防冻剂,所述防冻剂中成分有氯化钙、氯化钠等,它们既能显著降低水的冰点,又能够有效地促进水泥在低温下的水化,能够赋予混凝土砖的良好抗冻性。但是Na、Ca离子的引入不仅会导致钢筋的锈蚀,而且使得混凝土产生较大的膨胀,影响混凝土其他强度等性能。
因此,需要提出一种新的方案来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的一在于提供一种抗冻性高性能混凝土及其制备方法,其具有良好抗冻性、高结构强度的优点。
本发明的目的二在于提供一种抗冻性高性能混凝土及其制备方法,其具有操作简单、适合大规模化生产的优点。
为实现上述目的一,本发明提供了如下技术方案:
一种抗冻性高性能混凝土及其制备方法,包括如下重量份数的组分:
水泥:400-450份;
粉煤灰:80-100份;
黄砂:700-750份;
碎石:850-1000份;
矿粉:90-100份;
减水剂:4-8份;
缓凝剂:5-10份;
水:130-170份;
甲壳素:5-10份;
玄武岩纤维:30-50份;
松香酸钠:1-2份。
通过采用上述技术方案,甲壳素为高分子量物质,分子量可达100万以上,吸附能力较强,具有一定的保水性,对混凝土的强度具有较大的影响,本发明创造性的在混凝土中加入一定量的甲壳素,其粘性较高,可与水泥结合附着于骨料上,连接于黄砂与石子之间,大大提高了混凝土的强度。
松香酸钠引入封闭均匀的微小气泡,可缓解混凝土受冻过程的冰压力,降低混凝土因受冻而产生的微裂纹,进而提高抗冻性;玄武岩纤维可改善混凝土的粘聚性和稳定性,能够提高混凝土的抗冲击性能,降低其脆性,玄武岩纤维加入到混凝土中,其可填充到松香酸钠在混凝土形成的大气泡中,填充到因松香酸钠过量而形成的微小薄弱区,而改善混凝土的抗渗能力,抗冻融循环能力和抗收缩能力。
进一步优选为,所述玄武岩纤维的直径为10-12μm,长度5-8mm。
通过采用上述技术方案,玄武岩纤维的直径和长度会对混凝土的抗冻性产生一定的影响,本发明采用的玄武岩纤维,其直径控制在10-12μm之间,长度控制在5-8mm之间,得到的混凝土各组分适配性较好,混凝土抗冻性能显著。
进一步优选为,所述碎石采用粒径为5-20mm连续级配的碎石。
通过采用上述技术方案,选用上述规格的碎石,一方面有助于保证混凝土的结构强度,另一方面也有助于更好地使其分散在原料中,从而使得获得的混凝土质地更为均匀。
进一步优选为,所述抗冻性高性能混凝土中还加入有1-5份的抗冻剂。
通过采用上述技术方案,抗冻剂的加入能够有效地降低混凝土发生开裂的概率,其与原料组分中加入的玄武岩纤维和松香酸钠配合,可进一步提高混凝土抗收缩性,从而提高混凝土的抗冻能力,相比于行业中常见抗冻剂的大剂量加入,本发明加入的抗冻剂用量极低即可达到效果,大大降低成本。
进一步优选为,所述抗冻剂为YD-A3聚羧酸系混凝土抗冻剂和乙二醇的混合物,两者的重量比为1:1.6。
通过采用上述技术方案,YD-A3聚羧酸系混凝土抗冻剂和乙二醇混合的复合抗冻剂,能够有效地降低混凝土在低温环境中的收缩率,从而也就能够提高混凝土的防冻能力。
进一步优选为,所述缓凝剂为糊精和乙二胺四乙酸二钠的混合物,两者的重量比为2∶1。
通过采用上述技术方案,由于水泥中存在有Ca2+、Mg2+离子,因而离子水化能力小,颗粒表面形成的水膜较薄,彼此吸引力较大,故水泥在成型时所需的力也较大。而乙二胺四乙酸二钠中的Na+能够交换出混凝土中的Ca2+、Mg2+离子,其与Ca2+、Mg2+离子刚好相反,对水泥的可塑性影响较小,从而有利于提高水泥的成型效果。
进一步优选为,所述减水剂为马来海松酸酐和马来酸酐型羧酸减水剂的混合物,两者重量比为1:1。
通过采用上述技术方案,该减水剂中含有大量的羧基,对水泥有很好的分散作用,水泥在水中分散更加均匀,减少水的用量。
为实现上述目的二,本发明提供了如下技术方案:
一种抗冻性高性能混凝土及其制备方法的制备方法,包括以下步骤:
S1,将相应重量份数的水泥、粉煤灰、黄砂、碎石、矿粉和玄武岩纤维加入到搅拌器中,搅拌混合均匀,得到混合物;
S2,将缓凝剂、减水剂、甲壳素和松香酸钠加入到水中混合均匀,得到混合液;
S3,将混合液加入到混合物中并搅拌均匀,得到抗冻性高性能混凝土。
通过采用上述技术方案,本发明提供的制备方法,操作简单,可以使各组分之间快速混合均匀,大大提高工业生产效率,使得整体品质也能得到保证,同时,采用该制备方法得到的混凝土在使用过程中不易快速凝固,具有良好的流动性,可中长途运输,并且在固化成型后具有较高的结构强度。
综上所述,与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明通过加入松香酸钠作为引气剂,引入封闭均匀的微小气泡,可缓解混凝土受冻过程的冰压力,降低混凝土因受冻而产生的微裂纹,进而提高抗冻性;并且加入玄武岩纤维,其可填充到松香酸钠在混凝土形成的大气泡中,填充到因松香酸钠过量而形成的微小薄弱区,而改善混凝土的抗渗能力,抗冻融循环能力和抗收缩能力;
(2)本发明通过加入高分子物质甲壳素,其吸附能力较强,具有一定的保水性,对混凝土的强度具有较大的影响,本发明创造性的在混凝土中加入一定量的甲壳素,其粘性较高,可与水泥结合附着于骨料上,连接于黄砂与石子之间,大大提高了混凝土的强度;
(3)本发明还加入了少量的抗冻剂,抗冻剂的加入能够有效地降低混凝土发生开裂的概率,其与原料组分中加入的玄武岩纤维和松香酸钠配合,可进一步提高混凝土抗收缩性,从而提高混凝土的抗冻能力。
附图说明
图1为本发明抗冻性高性能混凝土及其制备方法。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明进行详细描述。
本实施例中水泥均采用42.5级硅酸盐水泥;
粉煤灰为F类I级;
黄砂采用Ⅱ区天然中砂;
碎石采用粒径为5-20mm连续级配的碎石;
矿粉均采用S95级粒化高炉矿渣粉;
缓凝剂采用重量比为2:1的糊精和乙二胺四乙酸二钠;
减水剂采用重量比为1:1的马来海松酸酐和马来酸酐型羧酸减水剂;
甲壳素购自武汉万荣科技发展有限公司生产的巨龙牌甲壳素。
实施例1:如图1所示,一种抗冻性高性能混凝土及其制备方法,各组分及其相应的重量份数如表1所示,并通过如下步骤制备获得:
S1,将相应重量份数的水泥、粉煤灰、黄砂、碎石、矿粉和玄武岩纤维加入到搅拌器罐中,于500rpm转速下搅拌6min,形成混合物;
S2,将缓凝剂、减水剂、甲壳素和松香酸钠加入到水中混合均匀,于800rpm转速下搅拌5min,得到混合液;
S3,将混合液加入到混合物中并搅拌均匀,于600rpm转速下持续搅拌混合8min,即得到抗冻性高性能混凝土。
本实施例中玄武岩纤维的直径为10μm,长度5mm。
实施例2-6:一种抗冻性高性能混凝土及其制备方法,与实施例1的不同之处在于,各组分及其相应的重量份数如表1所示。
表1实施例1-6中各组分及其重量份数
Figure BDA0002467918740000051
实施例7:一种抗冻性高性能混凝土及其制备方法,与实施例1的不同之处在于,本实施例中玄武岩纤维的直径为12μm,长度8mm。
实施例8:一种抗冻性高性能混凝土及其制备方法,与实施例1的不同之处在于,步骤S2中还加入有重量份数为1份的抗冻剂,本实施例中抗冻剂采用重量比为1:1.6的YD-A3聚羧酸系混凝土抗冻剂和乙二醇。
实施例9:一种抗冻性高性能混凝土及其制备方法,与实施例1的不同之处在于,步骤S2中还加入有重量份数为5份的抗冻剂,本实施例中抗冻剂采用重量比为1:1.6的YD-A3聚羧酸系混凝土抗冻剂和乙二醇。
对比例1:一种混凝土,与实施例1的不同之处在于,未加入甲壳素。
对比例2:一种混凝土,与实施例1的不同之处在于,未加入玄武岩纤维。
对比例3:一种混凝土,与实施例1的不同之处在于,未加入松香酸钠。
对比例4:一种混凝土,与实施例1的不同之处在于,未加入甲壳素、玄武岩纤维和松香酸钠。
性能测试
抗压强度和抗冻性测试:分别以实施例1-13和对比例1-4中得到的混凝土并按照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》制作标准试块,采用TYE-3000电脑全自动混凝土压力机,取0.5MPa/s的加载速度,测量标准试块养护7d、14d以及28d的抗压强度。在养护28d之后,按照GB/T50082-2019《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行快速冻融循环试验,以质量损失达到5%为混凝土抗冻性试验终止的依据。测试结果计入下表2中。
由表2中测试数据可以看出,对比例1的结构强度下降,抗冻性基本没变化;对比例2的结构强度和抗冻性能均有一定程度下降;对比例3的结构强度基本没变化,抗冻性能有较大程度下降;对比例3的结构强度和抗冻性能均由较大程度的下降。实施例8和实施例9为最优实施例,且通过两者对比来看,当加大抗冻剂的用量时,抗冻性并无较大程度的增加。上述结果说明本发明制备的混凝土,其抗冻性能和结构强度均由较大程度的提高,效果较好。
表2性能测试结果
7d抗压强度/MPa 14d抗压强度/MPa 28d抗压强度/MPa 抗冻融循环次数
实施例1 34.8 45.5 57.4 175
实施例2 34.7 45.1 57.4 176
实施例3 35.5 45.4 57.8 174
实施例4 34.9 45.8 57.4 172
实施例5 34.2 45.5 57.6 170
实施例6 35.8 46.5 58.0 175
实施例7 34.7 45.2 57.4 174
实施例8 34.8 45.8 57.8 180
实施例9 35.1 46.5 57.7 181
对比例1 28.2 40.0 49.5 175
对比例2 17.2 29.2 37.9 100
对比例3 34.5 44.6 571.1 75
对比例4 16.4 27.0 35.5 50
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种抗冻性高性能混凝土及其制备方法,其特征在于,包括如下重量份数的组分:
水泥:400-450份;
粉煤灰:80-100份;
黄砂:700-750份;
碎石:850-1000份;
矿粉:90-100份;
减水剂:4-8份;
缓凝剂:5-10份;
水:130-170份;
甲壳素:5-10份;
玄武岩纤维:30-50份;
松香酸钠:1-2份。
2.根据权利要求1所述的抗冻性高性能混凝土及其制备方法,其特征在于,所述玄武岩纤维的直径为10-12μm,长度5-8mm。
3.根据权利要求1所述的抗冻性高性能混凝土及其制备方法,其特征在于,所述碎石采用粒径为5-20mm连续级配的碎石。
4.根据权利要求1所述的抗冻性高性能混凝土及其制备方法,其特征在于,所述抗冻性高性能混凝土中还加入有1-5份的抗冻剂。
5.根据权利要求4所述的抗冻性高性能混凝土及其制备方法,其特征在于,所述抗冻剂为YD-A3聚羧酸系混凝土抗冻剂和乙二醇的混合物,两者的重量比为1:1.6。
6.根据权利要求1所述的抗冻性高性能混凝土及其制备方法,其特征在于,所述缓凝剂为糊精和乙二胺四乙酸二钠的混合物,两者的重量比为2∶1。
7.根据权利要求1所述的抗冻性高性能混凝土及其制备方法,其特征在于,所述减水剂为马来海松酸酐和马来酸酐型羧酸减水剂的混合物,两者重量比为1:1。
8.根据权利要求1-7任一所述的抗冻性高性能混凝土及其制备方法的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,将相应重量份数的水泥、粉煤灰、黄砂、碎石、矿粉和玄武岩纤维加入到搅拌器中,搅拌混合均匀,得到混合物;
S2,将缓凝剂、减水剂、甲壳素和松香酸钠加入到水中混合均匀,得到混合液;
S3,将混合液加入到混合物中并搅拌均匀,得到抗冻性高性能混凝土。
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