CN111635200A - 一种高强抗渗抗冻混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混凝土的技术领域，具体公开了一种高强抗渗抗冻混凝土及其制备方法，其由包含以下重量份的原料配制而成：硅酸盐水泥400‑420份、骨料800‑850份、钢纤维20‑30份、纤维素纤维预分散体30‑35份、硅粉10‑12份、亚硝酸盐1‑1.5份、苯甲酸钠0.5‑1份、防冻剂8‑12份、减水剂1‑1.5份、引气剂1.5‑2份、水220‑250份；具有抗压强度高、抗渗抗冻性能优良的优点；还提供了一种高强抗渗抗冻混凝土的制备方法。

Description

一种高强抗渗抗冻混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土的技术领域，具体涉及一种高强抗渗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，是指用水泥作胶凝材料，砂、石做骨料，与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，它广泛应用于土木工程。
为改善混凝土的开裂渗漏水、强度不高、抗冻能力差等性质，可加入外加剂，由于掺用外加剂有明显的技术经济效果，它日益成为混凝土不可缺少的组分。其中，钢纤维、碳纤维和聚丙烯纤维已经作为外加剂应用到了混凝土中，其对混凝土的强度、抗渗、抗冻方面有较大的提高。
如现有技术中，公告号为CN106186864B的中国发明专利公开了一种聚丙烯纤维混凝土，其配方为：聚丙烯纤维1.2-1.5份、水泥300-350份、骨料750-850份、高效减水剂1.6-1.8份、水150-200份；其制备方法为：先将所述重量组份的骨料、水泥、高效减水剂放入强制性搅拌机中，然后将所述重量组份的聚丙烯纤维用手分散开，加入到搅拌机中，先让骨料、水泥、高效减水剂、聚丙烯纤维干拌3分钟左右，然后再加水湿拌3分钟，即制得所述的聚丙烯纤维混凝土。
通过上述配方，虽然能够制备出性能有提高的混凝土，但基于聚丙烯纤维为憎水材料的本性，使其存在着与水泥的粘结融合性不够好，粘结强度低的问题，使混凝土时间较长时，易出现开裂现象，从而导致抗渗性能较差的现象。
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，其具有抗压强度高、抗渗抗冻性能优良的优点。
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。
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，其由包含以下重量份的原料配制而成：硅酸盐水泥400-420份、骨料810-850份、钢纤维20-30份、纤维素纤维预分散体30-35份、硅粉10-12份、亚硝酸盐1-1.5份、苯甲酸钠0.5-1份、防冻剂8-12份、减水剂1-1.5份、引气剂1.5-2份、水220-250份。
通过采用上述技术方案，纤维素纤维为亲水性纤维，通过将纤维素纤维加入混凝土中，纤维素纤维与水泥的粘结力增强，时间较长时，也不易开裂，从而增强混凝土的抗渗性；纤维素纤维的亲水性使其在混凝土内容易分散均匀，使混凝土的质地比较均一；纤维素纤维的掺入降低了混凝土的孔隙率，同时阻断了连通的孔道，提高了混凝土的密实性，增强了混凝土的抗渗性；在混凝土中加入钢纤维，钢纤维与纤维素纤维的协同作用可以有效提高混凝土的抗压强度；防冻剂可以有效提高混凝土的防冻性。
作为优选方案，所述纤维素纤维预分散体由包含以下重量份的原料配制而成：纤维素纤维1-1.5份、细砂10-15份、水20-30份、硅烷偶联剂5-7份。
通过采用上述技术方案，通过细砂、硅烷偶联剂可将纤维素纤维在水中较好的分散，从而使后续纤维素纤维在混凝土中较快的分散。
作为优选方案，所述纤维素纤维预分散体的制备步骤为：将硅烷偶联剂加入水中，搅拌至溶解，然后加入纤维素纤维搅拌10-20分钟后，加入细砂搅拌1-2h，即得纤维素纤维预分散体。
通过采用上述技术方案，硅烷偶联剂可以减小纤维素纤维与水之间的界面张力，使成簇的纤维素纤维的单丝之间的粘结力降低，然后通过加入细砂，细砂进入到纤维素的单丝之间，将纤维素纤维单丝之间的距离增大，通过搅拌，使纤维素纤维呈单丝状快速分散，得到纤维素纤维的预分散体。
作为优选方案，所述骨料包括中粗砂和石子，其中，中粗砂280-350份，石子500-530份。
通过采用上述技术方案，通过加入中粗砂、石子，可以得到较好的混凝土。
作为优选方案，所述减水剂为聚羧酸系减水剂。
通过采用上述技术方案，采用聚羧酸系减水剂，可以得到性能较好的混凝土。
作为优选方案，所述引气剂为脂肪醇硫酸钠、皂角粉末、松香盐中的一种。
通过采用上述技术方案，引气剂采用脂肪醇硫酸钠、皂角粉末、松香盐中任一种时，都可以得到性能较好的混凝土。
作为优选方案，所述纤维素纤维的长度范围为2-6mm。
通过采用上述技术方案，纤维素纤维的长度在2-6mm时，能够制备出性能较好的混凝土。
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，其包括以下步骤：
1)将亚硝酸盐、苯甲酸钠加入水中搅拌至溶解，然后加入防冻剂、减水剂、纤维素纤维预分散体、硅粉，搅拌均匀，得混合料A；
2)将硅酸盐水泥、骨料、钢纤维混合均匀，得混合料B；
3)将混合料B、引气剂加入混合料A中，搅拌均匀，即得高强抗渗抗冻混凝土。
通过采用上述技术方案，先将亚硝酸盐、苯甲酸钠加入水中搅拌至溶解，然后加入防冻剂、减水剂、纤维素纤维预分散体、硅粉等添加量较少的组分添加到水中进行搅拌均匀，再将硅酸盐水泥、骨料、钢纤维等加入进行搅拌，可以较好将添加量较少的组分较快的进行搅拌均匀。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
(1)通过在混凝土中加入纤维素纤维、钢纤维、防冻剂等，可以有效提高混凝土的抗压强度、抗渗性、抗冻性的提高，其最大可达到61.6Mpa；渗水高度最小可达到1.56cm；抗冻性能中，本发明的混凝土经28天抗冻融循环360次后，质量损失最小可达到0.23％，弹性模量损失最小可达到0.54％。
(2)首先通过制备纤维素纤维预分散液，可以提高后续纤维素纤维在混凝土中的分散速率；先将亚硝酸盐、苯甲酸钠加入水中搅拌至溶解，然后加入防冻剂、减水剂、纤维素纤维预分散体、硅粉等添加量较少的组分添加到水中进行搅拌均匀，可以较好将添加量较少的组分较快的进行搅拌均匀。
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。
原料
硅酸盐水泥选自灵寿县远通矿产品贸易有限公司，强度等级为32.5；中粗砂选自平山县拓鑫矿产品加工厂，含泥量为0.01％；石子选自南京轩砳装饰材料有限公司，堆积密度为1300kg/m3；钢纤维选自玉田县致泰钢纤维制造有限公司，抗压强度为1100；纤维素纤维选自常州博超工程材料有限公司，规格为2-6mm；细砂选自淄博华奥冶金建材有限公司，含泥量1％；硅烷偶联剂选自郑州市金水区瑞泰化工产品商行，型号为KH570；硅粉选自灵寿县冀路矿产品加工厂，硅含量为75-98％；亚硝酸盐选自济南三石生物科技有限公司，工业纯；苯甲酸钠选自山东济南阳泉工业级苯甲酸钠厂家，工业纯、防冻剂选自北京蒙泰伟业建材有限公司，型号为HY-1005；减水剂采用聚羧酸系减水剂，型号为TOJ800-10T，选自芜湖宏马新材料有限公司。
引气剂：脂肪醇硫酸钠选自广州市康弘化工有限公司，型号为K12；皂角粉末选自湖北鑫润德化工有限公司，型号为工业级；松香盐选自济南贝亚特化工科技有限公司，型号为BT-4013。
制备例1
制备例1的纤维素纤维预分散体的各组分及各组分含量如表1所示，其纤维素纤维预分散体制备步骤为：将硅烷偶联剂加入水中，搅拌至溶解，然后加入纤维素纤维搅拌10分钟后，加入细砂搅拌1h，即得纤维素纤维预分散体。
表1制备例1-3的纤维素纤维预分散体的各组分以及各组分的量(kg)
原料 制备例1 制备例2 制备例3
纤维素纤维 1 1.2 1.5
细砂 15 12 10
硅烷偶联剂 5 6 7
水 15 13 10
制备例2
制备例2的纤维素纤维预分散体的各组分及各组分含量如表1所示，其纤维素纤维预分散体制备步骤为：将硅烷偶联剂加入水中，搅拌至溶解，然后加入纤维素纤维搅拌20分钟后，加入细砂搅拌1.5h，即得纤维素纤维预分散体。
制备例3
制备例3的纤维素纤维预分散体的各组分及各组分含量如表1所示，其纤维素纤维预分散体制备步骤为：将硅烷偶联剂加入水中，搅拌至溶解，然后加入纤维素纤维搅拌10分钟后，加入细砂搅拌2h，即得纤维素纤维预分散体。
实施例1-4
实施例1-4的高强抗渗抗冻混凝土，其各组分含量见表2中所示，其加工步骤具体为：
1)将亚硝酸盐、苯甲酸钠加入水中搅拌至溶解，然后加入防冻剂、减水剂、纤维素纤维预分散体、硅粉，搅拌均匀，得混合料A；
2)将硅酸盐水泥、骨料、钢纤维混合均匀，得混合料B；
3)将混合料B、引气剂加入混合料A中，搅拌均匀，即得高强抗渗抗冻混凝土。
其中，纤维素纤维预分散体采用制备例1得到的纤维素纤维预分散体。
表2实施例1-6的高强抗渗抗冻混凝土的各组分及各组分的量(kg)
Figure BDA0002563850420000051
实施例5
实施例5的高强抗渗抗冻混凝土，其各组分与实施例3相同，其中，纤维素纤维预分散体采用制备例2得到的纤维素纤维预分散体。其加工步骤与实施例3相同。
实施例6
实施例6的高强抗渗抗冻混凝土，其各组分与实施例3相同，其中，纤维素纤维预分散体采用制备例3得到的纤维素纤维预分散体。其加工步骤与实施例3相同。
实施例7
实施例7的高强抗渗抗冻混凝土，与实施例1的不同之处在于，引气剂采用皂角粉末，加入的皂角粉末的量与脂肪醇硫酸钠的加入量相同。
实施例8
实施例8的高强抗渗抗冻混凝土，与实施例1的不同之处在于，引气剂采用松香盐，加入的松香盐的量与脂肪醇硫酸钠的加入量相同。
对比例1
对比例1的混凝土，与实施例1的不同之处在于，钢纤维的添加量为0。
对比例2
对比例2的混凝土，与实施例1的不同之处在于，纤维素纤维预分散体的添加量为0。
对比例3
对比例3的混凝土，与实施例1的不同之处在于，添加的纤维素纤维预分散体中未添加细砂。
对比例4
对比例4的混凝土，与实施例1的不同之处在于，添加的纤维素纤维预分散体中未添加硅烷偶联剂。
对比例5
对比例5的混凝土，与实施例1的不同之处在于，添加的纤维素纤维预分散体中未添加硅烷偶联剂和细砂。
对比例6
公开号为CN106186864B的中国发明专利中的实施例2中的聚丙烯纤维混凝土。
性能检测试验
按照实施例1-8和对比例1中方法制备混凝土浆体，并按照以下方法检测混凝土的性能，其检测结果如表3所示。
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；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，渗水高度越小，抗渗性能越好；
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℃；
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3实施例1-8及对比例1-6的各项性能检测结果
Figure BDA0002563850420000071
从表2中的检测结果可以看出，本发明的混凝土，在抗压强度、抗渗性能、抗冻融性能、坍落度和扩展度均达到国家标准，并且其抗压强度、抗渗性能和抗渗性能均优于对比例6。
从实施例1-8的检测数据可以看出，本发明的混凝土的抗压强度均在60.4Mpa以上，最大可达到61.6Mpa；渗水高度均在1.59cm以下，最小可达到1.56cm；28天抗冻融循环360次后，质量损失最小可达到0.23％，弹性模量损失最小可达到0.54％。本发明的混凝土在抗压强度、抗渗性能和抗渗性能上，均表现优异。
从实施例1和对比例1-2的检测数据来看，未添加纤维素纤维得到的混凝土的抗渗性明显降低；未添加钢纤维的混凝土，其抗压性能明显降低；可以看出，同时添加纤维素纤维和钢纤维时，混凝土表现出优异的抗渗、抗压强度，并且高于两者的简单加和作用，说明两者有协同作用。
从实施例1和对比例3-5的检测数据可以看出，未添加细砂和硅烷偶联剂的纤维素纤维预分散体加入到混凝土中后，其混凝土的抗渗性能低于实施例1，即低于添加硅烷偶联剂和细砂的情况。说明添加硅烷偶联剂，有助于纤维素纤维降低表面张力，加入细砂后，细砂进如到纤维素纤维的单丝之间，通过搅拌，使成簇的纤维素纤维分散未单丝状态，从而分散到混凝土中时更加均匀，使混凝土的质地均一，抗渗性能优异。
从实施例3和实施例5-6的检测数据可以看出，制备例1-3得到的纤维素纤维预分散体无明显区别。
从实施例1和实施例7-8的检测数据可以看出，引气剂采用脂肪醇硫酸钠、皂角粉末或松香盐，均可以得到抗压强度、抗渗性能和抗渗性能优良的混凝土。
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 (8)

1.一种高强抗渗抗冻混凝土，其特征在于：其由包含以下重量份的原料配制而成：硅酸盐水泥400-420份、骨料810-850份、钢纤维20-30份、纤维素纤维预分散体30-35份、硅粉10-12份、亚硝酸盐1-1.5份、苯甲酸钠0.5-1份、防冻剂8-12份、减水剂1-1.5份、引气剂1.5-2份、水220-250份。
2.根据权利要求1所述的一种高强抗渗抗冻混凝土，其特征在于：所述纤维素纤维预分散体由包含以下重量份的原料配制而成：纤维素纤维1-1.5份、细砂10-15份、水20-30份、硅烷偶联剂5-7份。
3.根据权利要求2所述的一种高强抗渗抗冻混凝土，其特征在于：所述纤维素纤维预分散体的制备步骤为：将硅烷偶联剂加入水中，搅拌至溶解，然后加入纤维素纤维搅拌10-20分钟后，加入细砂搅拌1-2h，即得纤维素纤维预分散体。
4.根据权利要求1所述的一种高强抗渗抗冻混凝土，其特征在于：所述骨料包括中粗砂和石子，其中，中粗砂280-350份，石子500-530份。
5.根据权利要求1所述的一种高强抗渗抗冻混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸系减水剂。
6.根据权利要求1所述的一种高强抗渗抗冻混凝土，其特征在于：所述引气剂为脂肪醇硫酸钠、皂角粉末、松香盐中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种高强抗渗抗冻混凝土，其特征在于：所述纤维素纤维的长度范围为2-6mm。
8.一种权利要求1-7所述的一种高强抗渗抗冻混凝土的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：
1）将亚硝酸盐、苯甲酸钠加入水中搅拌至溶解，然后加入防冻剂、减水剂、纤维素纤维预分散体、硅粉，搅拌均匀，得混合料A；
2）将硅酸盐水泥、骨料、钢纤维混合均匀，得混合料B；
3）将混合料B、引气剂加入混合料A中，搅拌均匀，即得高强抗渗抗冻混凝土。
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Assignee: ZHEJIANG FANGYUAN BUILDING MATERIALS TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: TAIZHOU SIQIANG NEW BUILDING MATERIAL Co.,Ltd.

Contract record no.: X2021330000306

Denomination of invention: The invention relates to a high-strength impermeable and frost resistant concrete and a preparation method thereof

License type: Common License

Record date: 20210929

RJ01 Rejection of invention patent application after publication
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