CN112408915B - 一种环保抗冻型混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种环保抗冻型混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种环保抗冻型混凝土及其制备方法，一种环保抗冻型混凝土，按重量份计，包括水泥170‑250份、人工砂700‑850份、石子920‑1100份、水300‑420份、外加粉料70‑100份、引气剂2.5‑4.5份、减水剂4.5‑6份、强化纤维70‑90份；强化纤维包括若干中空纤维和若干钢丝；若干中空纤维与若干钢丝呈束状排布，并螺旋缠绕；一种环保抗冻型混凝土的制备方法：先将水泥，石子，人工砂拌和均匀后加入经过溶解稀释的减水剂与引气剂，然后加入强化纤维并补足剩余配方量的水后，搅拌制得混凝土料浆。本申请具有抗冻效果好的效果。

Description

一种环保抗冻型混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土材料技术领域，尤其是涉及一种环保抗冻型混凝土及其制备方法。
背景技术
在我国北方寒冷地区，在冬季很多建筑物容易发生冻融破坏现象。混凝土冻融破坏是指混凝土中的游离水受冻结冰后体积膨胀，在混凝土内部产生应力，由于反复作用或内应力超过混凝土抵抗强度致使混凝土整体强度下降。混凝土的冻融破坏是我国建筑物老化病害的主要问题之一，严重影响了建筑物的长期使用和安全运行。
混凝土内部的水灰比以及孔结构都会影响到混凝土的抗冻能力，在相关提高混凝土抗冻性能的措施中，一般是通过加入减水剂来减少混凝土材料中的含水量，加入引气剂来提高孔密度以及孔的均匀性，从而在一定程度上提高了混凝土材料抗冻性能，
但是，减水剂的使用过程中，一是减水剂的使用成本比较高，二是部分减水剂的使用会造成混凝土坍落度损失较快。因此，制备抗冻性能高的混凝土一直是本领域待解决的技术难题
发明内容
为了提高混凝土的抗冻性能，本申请提供一种环保抗冻型混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供的一种环保抗冻型混凝土采用如下的技术方案：
一种环保抗冻型混凝土，按重量份计，包括水泥170-250份、人工砂700-850份、石子920-1100份、水300-420份、外加粉料70-100份、引气剂2.5-4.5份、减水剂4.5-6份、强化纤维70-90份；强化纤维包括若干中空纤维和若干钢丝；若干中空纤维与若干钢丝呈束状排布，并螺旋缠绕，每束强化纤维内中空纤维和钢丝的重量比为0.8-1:1。
通过采用上述技术方案，通过特定的水泥，石子，人工砂的配比，使得所形成的混凝土砂浆更加细腻，新拌混凝土内部的空隙更加均匀。而引气剂的加入可以降低液体的表面张力，从而引入更多的气泡。气泡的引入，一方面阻断了部分毛细孔通路，削弱了混凝土的毛细作用，减少了水气侵入混凝土内部的情况，另一方面，当混凝土在冻融时，气泡为水气的冷冻迁移提供了空间，从而减少了混凝土内部分区域静压力聚集而导致的影响混凝土结构强度的情况，提高了混凝土的抗冻性能。
强化纤维的加入，强化纤维均匀的分布在混凝土体系内部从而形成了三维网状结构，强化了混凝土之间连接的紧密性，并且提高了混凝土的抗渗性——强化纤维所成的网状结构增大了混凝土各区块的连接强度，减少了混凝土开裂的情况，进而减少了水分侵入混凝土结构内部，从而加剧对混凝土结构破坏的情况；此外加强纤维还起到了保水集料的作用，抑制了初拌和的混凝土沁水的情况，从而提高了混凝土的和易性。
强化纤维内部的中空纤维具有通孔，从而提高了混凝土的通透性，当混凝土发生冻融时，混凝土内部的水分通过中空纤维的通孔，从高压处渗透至低压处，从而平衡了混凝土内部的压力，使得混凝土在发生冻融时，内部的压力更加平均。从而提高了混凝土的抗冻性能。
钢丝的加入，提高了强化纤维的整体强度，并且钢丝与中空纤维通过的螺旋扭转缠绕在一起，从而提高了钢丝与中空纤维的整体性。若干中空纤维与若干钢丝的相互缠结，使得强化纤维整体的强度更好，并且在缠绕时，钢丝与钢丝之间，中空纤维与钢丝之间，中空纤维与中空纤维之间相互贴靠，从而引入了更多的空隙与通道，进一步的提高了混凝土内部的通透性。
可选的，所述强化纤维的长度为4-6cm。
通过采用上述技术方案，强化纤维长度的限定使得强化纤维在形成交联网络的同时，便于混凝土的搅拌，从而提高了生产的便捷性。
可选的，所述每根强化纤维中钢丝的长度为10-12cm。
通过采用上述技术方案，通过限定强化纤维的长度以及的钢丝的长度，从而使得钢丝与中空纤维在螺纹缠绕时的松紧程度得以控制，当钢丝与中空纤维的缠绕更加紧密时，强化纤维的整体强度提高，但是由于螺旋缠绕时的挤压，使得强化纤维内部的孔洞变小，从而影响强化纤维的透水性，反之同理。通过对强化纤维内部缠绕松紧程度的限定，使得强化纤维的透水性能与强度处于较优适配范围，从而提高了混凝土的抗冻性能。
可选的，所述中空纤维的外径为1-1.2mm，内径为0.3-0.5mm。
通过采用上述技术方案，中空纤维内径和外径的限定，使得中空纤维的壁厚可以保持良好的弹性，从而通过中空纤维的弹性，使得混凝土内部具有了更强的吸震能力，对于混凝土内部产生的应力集中，中空纤维可以通过自身的弹性形变对应力进行吸收，从而减少了混凝土开裂的情况，提高了混凝土的抗冻性能。
可选的，所述钢丝表面涂覆有表面处理剂，表面处理剂包括粘接剂。
通过采用上述技术方案，钢丝与中空纤维通过粘接剂相互粘接固定，从而提高了强化纤维的整体强度。粘接剂包裹在钢丝表面，另一方面还可以对的钢丝进行保护，减少钢丝氧化锈蚀的情况发生。
可选的，所述表面处理剂还包括阻锈剂，阻锈剂的用量占表面处理剂总用量的10-20wt％。
通过采用上述技术方案，阻锈剂的加入进一步的保护了钢丝，减少了钢丝锈蚀的情况，提高了混凝土长时间使用后的稳定性。
可选的，所述阻锈剂为亚硝酸钠、草酸钠、苯甲酸钠中的至少一种。
可选的，所述外加粉料包括重量比为4.5：2的粉煤灰和硅粉。
第二方面，本申请提供一种环保抗冻型混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种环保抗冻型混凝土的制备方法，包括以下步骤：
强化纤维的制备：将钢丝和中空纤维合并成呈并列束状结构的预制纤维，并列束状的预制纤维的两端分别以其长度方向为轴朝向不同方向转动并形成呈螺旋束状结构的强化纤维；
按配方量将水泥、人工砂、石子、外加粉料混合均匀，得固体物料；
将配方量的引气剂、减水剂溶解于1/2-5/16配方量的水，得液体物料；
混凝土的混合搅拌：将强化纤维和液体物料依次加入固体物料中，并加入剩余配方量的水，搅拌均匀，搅拌速度为15r/min,搅拌时长40-60min。
通过采用上述技术方案，按重量比例选取若干缕中空纤维与若干缕钢丝后，将二者扭转缠绕，从而通过钢丝自身的塑性与中空纤维缠绕在一起，从而提高了强化纤维的整体性，另外将加工好的长段强化纤维剪断后使用从而简化了加工难度，提高了加工效率。
强化纤维在混凝土内经过搅拌从而形成三维交联网络，提高了混凝土的拌和性以及保水性。
可选的，强化纤维制备前需要经过预处理，将包含阻锈剂和粘接剂的表面处理剂涂覆在钢丝表面，在粘接剂凝固前完成强化纤维的制备。
通过采用上述技术方案，表面处理剂包裹在钢丝的表面，从而在保护钢丝的同时还可以将钢丝与中空纤维相互粘接，从而进一步的提高了强化纤维的整体性，进而提高了强化纤维的抗压强度。
附图说明
图1是强化纤维的结构示意图。
附图标记说明：1、中空纤维；2、钢丝。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本申请作进一步详细说明。
本实施方式所选用各种原料均可通过市售获得：
水泥采用42.5普通硅酸盐水泥；
人工砂采用Ⅱ区中砂；
石子粒径为5-20mm，并采用二级配；
粉煤灰采用FⅡ级粉煤灰；
硅粉的平均粒径为0.2μm；
减水剂购买自河北合众建材有限公司的聚羧酸高性能减水剂(HZ-2)；
引气剂购买自河北合众建材有限公司的脂肪醇磺酸盐引气剂(HZ-AE)；
中空纤维1购买自山东雅洁新型膜有限公司的MBR膜丝；
钢丝2购买自台州市腾洋不锈钢制品有限公司304不锈钢氰退软丝直径1.5mm；
粘接剂选用环氧树脂胶，阻锈剂选择草酸钠。
实施例
实施例1：一种环保抗冻型混凝土包括水泥170kg、人工砂700kg、石子920kg、水300kg、粉煤灰48kg、硅粉22kg、脂肪醇磺酸盐引气剂2.5kg、聚羧酸高性能减水剂4.5kg、强化纤维70kg。
如图1所示，强化纤维包括若干缕中空纤维1总重为31kg，每根中空纤维1的外径为1mm，内径为0.3mm；若干缕钢丝2总重为39kg，钢丝2外周面还包裹有表面处理剂，表面处理剂包括粘接剂以及阻锈剂，粘接剂选择环氧树脂，阻锈剂选择草酸钠。
选取若干中空纤维1与若干钢丝2按重量比组合成束状并螺旋扭曲成型，从而形成强化纤维。形成的中空纤维1的平均直径为5mm。
实施例2：与实施例1的不同之处在于各组分的添加比例不同，按重量份计，一种环保抗冻性混凝土，包括水泥200kg、人工砂800kg、石子1000kg、水380kg、粉煤灰55kg、硅粉24.5kg、脂肪醇磺酸盐引气剂3.5kg、聚羧酸高性能减水剂4.5kg、强化纤维85kg。
实施例3：与实施例1的不同之处在于各组分的添加比例不同，按重量份计，一种环保抗冻性混凝土，包括水泥250kg、人工砂850kg、石子1100kg、水420kg、粉煤灰69kg、硅粉31kg、脂肪醇磺酸盐引气剂4.5kg、聚羧酸高性能减水剂6kg、强化纤维90kg。
实施例4：与实施例2的不同之处在于强化纤维内中空纤维1与钢丝2的比例不同，每束强化纤维内中空纤维1和钢丝2的重量比为1：1。
实施例5：与实施例1的不同之处在于，中空纤维1的内径为0.5mm。
实施例6：与实施例4的不同之处在于，中空纤维1的外径为1.2mm，对应制得的强化纤维平均直径为6mm。
实施例7，与实施例1的不同之处在于，阻锈剂与表面处理剂的重量比为0.2:1。
表1一种环保抗冻性混凝土的配料表
Figure BDA0002799653510000041
Figure BDA0002799653510000051
上述实施例1-7采用如下方法制备
一种环保抗冻性混凝土的制备方法
钢丝2的预处理：
将阻锈剂与粘接剂按照重量比为0.1：1的比例混合并搅拌均匀，制得表面处理剂，然后将钢丝2外表面涂覆表面处理剂，并控制表面处理剂涂覆厚度为0.5mm。
强化纤维的制备：
趁钢丝2表面的表面处理剂凝固之前，将钢丝2和中空纤维1合并成呈并列束状结构的预制纤维，并列束状的预制纤维的两端分别以其长度方向为轴朝向不同方向转动并形成呈螺旋束状结构的强化纤维；等待表面处理剂干结后钢丝2与中空纤维1固定，然后将螺旋缠绕后的成品剪切成4cm长度。每束强化纤维中钢丝2和中空限位的数量决定制得强化纤维的粗细，通过控制每根强化纤维中中空纤维1与钢丝2的用量，从而使得制得强化纤维的平均直径为0.5mm。切断后的强化纤维内每根中空纤维1和钢丝2的长度均为10cm。
按配方量将水泥、人工砂、石子、外加粉料混合均匀，得固体物料；
配方量的引气剂、减水剂溶解于1/2-5/16配方量的水，得液体物料；
混凝土的混合搅拌：
将强化纤维和液体物料依次加入固体物料中，并加入剩余配方量的水，搅拌均匀，搅拌速度为15r/min,搅拌时长40-60min。
实施例8，与实施例1的不同之处在于钢丝2与中空纤维1相互螺旋缠绕的松紧程度不同，以及剪短后强化纤维的长度不同，将螺旋缠绕后的成品剪切成6cm长度，切断后的每根强化纤维内中空纤维1和钢丝2的平均长度为12cm，说明本实施例对比实施例1中空纤维1与钢丝2的缠绕更加紧密。
对比例：
对比例1，与实施例1的不同之处在于未加入强化纤维。
对比例2，与实施例1的不同之处在于未加入中空纤维1。
对比例3，与对比例1的不同之处在于使用等重量的中空纤维1替换钢丝2。
对比例4，与实施例1的不同之处在于：钢丝2未经过表面处理剂的涂覆处理。
对比例5，与实施例1的不同之处在于表面处理剂中未添加阻锈剂。
性能检测试验
检测方法/试验方法
根据中国建筑工业出版社出版的《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》编号：GB/T50082-2009中所公开的慢冻法对混凝土试件进行冻融循环25次(D25,)50次(D50)，100次(D100)，200次(D200),300次(D300)并分别测定经过冻融循环后，混凝土的抗压强度以及重量并计算出强度损失率以及质量损失率。
强度损失率：
Figure BDA0002799653510000061
Δf——N次冻融循环后混凝土的抗压强度损失率(％)；
f0——对比用的一组混凝土试件的抗压强度测定值(MPa)；
fn——经过N次冻融循环后的一组混凝土试件的抗压强度(MPa)。
质量损失率:
Figure BDA0002799653510000062
ΔW——N次冻融循环后混凝土试件的质量损失率(％)；
W0——冻融循环实验前混凝土试件的质量(g)；
Wn——N次冻融循环后混凝土试件的质量(g)。
表2经过冻融循环后的混凝土试件的抗压强度数据和质量损失率检测结果
Figure BDA0002799653510000063
Figure BDA0002799653510000071
强化纤维均匀的分布在混凝土体系内部从而形成了三维网状结构，强化了混凝土之间连接的紧密性，并且提高了混凝土的抗渗性——强化纤维所成的网状结构增大了混凝土各区块的连接结构，减少了混凝土开裂的情况，继而减少了水分侵入混凝土结构内部，从而加剧对混凝土结构破坏的情况；此外加强纤维还起到了保水集料的作用，抑制了初拌和的混凝土沁水的情况，从而提高了混凝土的和易性。
强化纤维中的中空纤维1内部具有通孔，从而提高了混凝土内部的透水性能，从而平衡了混凝土内部的静水压和渗透压，减少了由于反复冻融时，混凝土内部渗透压不均匀，而容易损坏混凝土结构的情况。
由于中空纤维1内部设置有通孔，从而导致中空纤维1具有弹性，中空纤维1可以吸收的混凝土过盛的静压力，从而提高了的混泥土的抗冲击性和抗疲劳性，减少了混凝土在冻融时的由于水结冰而导致的膨胀形变，从而提高了混凝土的抗冻能力。
钢丝2的加入提高了强化纤维的整体强度，从而提高了强化纤维的耐用性能以及所制得的混凝土的抗压能力。钢丝2与中空纤维1的螺旋扭转缠绕，提高了中空纤维1与钢丝2的整体性，从而进一步的提高了强化纤维的整体强度；当钢丝2与中空纤维1相互螺旋扭转缠绕时，钢丝2与相邻的中空纤维1之间留有空隙，进一步的提高了混凝土内部的通透性。
结合实施例1、2、3和对比例1、2、3；并结合表2可以看出，添加中空纤维1后的混凝土抗压能力以及质量损失率均由于未添加中空纤维1的混凝土，实施例1中制备的抗冻混凝土经过300次冻融后强度损失率小于0.5％，质量损失率小于0.5％。
通过实施例1和对比例4、5可以看出钢丝2经过表面处理剂的涂覆处理后，混凝土的耐久性以及抗冻融能力得到了提升，其强度损失率和质量损失率就得到了明显的改善。原因可能是表面处理剂成膜包覆在钢丝2的外表面，阻绝了钢丝2与外界的氧气、水分等的接触，从而减少了钢丝2锈蚀影响自身力学性能的情况。阻锈剂的加入进一步的保护了钢丝2，提高了强化纤维长时间使用后的稳定性。
通过实施例1和实施例8可以看出，当钢丝2与中空纤维1旋拧的更加紧密时，同样长度的强化纤维中，钢丝2，中空纤维1的长度更长。当中空纤维1与钢丝2缠绕紧实后，相应的强化纤维的强度增大，但是强化纤维内部的空隙被挤压变小，从而使得强化纤维对混凝土内抗压强度的提升更加明显，对提高混凝土内部通透性的能力有所下降。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，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，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种环保抗冻型混凝土，其特征在于：按重量份计，由以下成分组成：水泥170-250份、人工砂700-850份、石子920-1100份、水300-420份、外加粉料70-100份、引气剂2.5-4.5份、减水剂4.5-6份、强化纤维70-90份；
强化纤维由若干中空纤维(1）和若干钢丝(2）组成；若干中空纤维(1）与若干钢丝(2）呈束状排布，并螺旋缠绕，每束强化纤维内中空纤维(1）和钢丝(2）的重量比为0.8-1:1；
外加粉料由重量比为4.5：2的粉煤灰和硅粉组成。
2.根据权利要求1所述的一种环保抗冻型混凝土，其特征在于：所述强化纤维的长度为4-6cm。
3.根据权利要求2所述的一种环保抗冻型混凝土，其特征在于：每根强化纤维中钢丝(2）的长度为10-12cm。
4.根据权利要求1所述的一种环保抗冻型混凝土，其特征在于：所述中空纤维(1）的外径为1-1.2mm、内径为0.3-0.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种环保抗冻型混凝土，其特征在于：所述钢丝(2）表面涂覆有表面处理剂，表面处理剂包括粘接剂。
6.根据权利要求5所述的一种环保抗冻型混凝土，其特征在于：所述表面处理剂还包括阻锈剂，阻锈剂的用量占表面处理剂总用量的10-20wt%。
7.根据权利要求6所述的一种环保抗冻型混凝土，其特征在于：所述阻锈剂为亚硝酸钠、草酸钠、苯甲酸钠中的至少一种。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的一种环保抗冻型混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
强化纤维的制备：将钢丝(2）和中空纤维(1）合并成呈并列束状结构的预制纤维，并列束状的预制纤维的两端分别以其长度方向为轴朝向不同方向转动并形成呈螺旋束状结构的强化纤维；
按配方量将水泥、人工砂、石子、外加粉料混合均匀，得固体物料；
将配方量的引气剂、减水剂溶解于1/2-5/16配方量的水，得液体物料；
混凝土的混合搅拌：将强化纤维和液体物料依次加入固体物料中，并加入剩余配方量的水，搅拌均匀，搅拌速度为15r/min,搅拌时长40-60min。
9.根据权利要求8所述的一种环保抗冻型混凝土的制备方法，其特征在于：强化纤维制备前需要经过预处理，将包含阻锈剂和粘接剂的表面处理剂涂覆在钢丝(2）表面，在粘接剂凝固前完成强化纤维的制备。
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