CN112624723A - 一种抗冻融型混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及混凝土领域，具体公开了一种抗冻融型混凝土及其制备方法，所述抗冻融型混凝土包括下列重量份物质：30～50份粗骨料、30～40份细骨料、10～15份水泥、8～15份水、4～6份矿粉、2～3份粉煤灰、0.1～0.5份外加剂、6～8份复合溶胶和1～2份抗冻融改性纤维；所述抗冻融改性纤维包括长度为1～2mm的硫酸钙晶须短切纤维。本申请采用硫酸钙短切晶须与复合溶胶为改性材料，填充在混凝土内部，在混凝土受冻并形成开裂的过程中，通过缠结纤维存在的应力，阻止混凝土在冻融环境下混凝土裂隙不断扩大导致其崩坏的现象，改善复合纤维在混凝土之间的负载方式，进一步提高抗冻融混凝土抗冻融裂隙性能。

Description

一种抗冻融型混凝土及其制备方法

技术领域

本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种抗冻融型混凝土及其制备方法。

背景技术

当混凝土结构长期处于寒冷或海边地区时，混凝土因受到冻胀水作用而产生1的损伤、开裂、剥落，最终导致混凝土结构在未达到使用寿命期限内，抗冻性能降低，结构的承载力下降甚至路面塌陷。事实上，结构工程常遇到冻融破坏问题有二类：一类是自然环境下，混凝土结构处于寒冷地区，只受到介质为水和海水的作用。二类是人为地在冬季路面上撒除冰盐或融雪剂，路面受到介质为水和除冰盐或融雪剂的双重作用。为了减少因冻融破坏问题出现的工程事故及经济损失，保证混凝土结构在使用寿命内有足够的承载力，从而有效保障混凝土材料的耐久性能，就需要一种能具有良好抗冻融性能的混凝土材料。

目前一般使用橡胶颗粒对混凝土中进行填充和改性，通过将橡胶颗粒分布在水泥石中，其较强的变形能力为冻融过程中产生的冰胀压力和渗透压力提供了缓冲空间，减缓了裂缝的发展，从而提高了抗冻性能。另外橡胶颗粒表面粗糙，易携带空气，掺入混凝土中具有引气作用，也对抗冻性起到改善作用。

针对上述中的相关技术，发明人认为现有通过对混凝土中添加橡胶颗粒作为填充料改善混凝土抗冻融性能的方案中，由于橡胶弹性体填充后与混凝土表面结合性能不佳，同时橡胶颗粒易老化降解，所以，橡胶弹性体添加后经多次冻融，橡胶颗粒与混凝土表层之间结合性能逐渐变差，导致混凝土内部的缝隙会越来越大，不断延伸并逐渐开裂，从而该方案制备的抗冻混凝土会发生开裂、破损和崩坏的现象。

发明内容

为了克服抗冻融型混凝土抗冻融耐久性不佳的缺陷，本申请提供一种抗冻融型混凝土及其制备方法，采用如下的技术方案：

第一方面，本申请提供一种抗冻融型混凝土，采用如下的技术方案：

一种抗冻融型混凝土，包括下列重量份物质：30～50份粗骨料、30～40份细骨料、10～15份水泥、8～15份水、4～6份矿粉、2～3份粉煤灰、0.1～0.5份外加剂、6～8份复合溶胶和1～2份抗冻融改性纤维；所述抗冻融改性纤维为长度为1～2mm的硫酸钙晶须短切纤维。

通过采用上述技术方案，由于本申请采用硫酸钙短切晶须与复合溶胶为改性材料，对混凝土的抗冻融性能进行改性处理，通过短切的硫酸钙晶须短切纤维进行相互缠结并填充在混凝土内部，当混凝土受冻并形成开裂的过程中，通过缠结纤维存在的应力，阻止混凝土在冻融环境下裂隙不断扩大导致其崩坏的现象，同时本申请还通过添加复合溶胶体系进行改性，由于复合溶胶体系中的溶胶对缠结的短切纤维形成良好的渗透效果，将缠结的短切纤维固定在混凝土多个毛细纤维孔隙中，改善传统抗冻融改性纤维材料与混凝土之间结合度不佳的问题，不仅改善了纤维材料与混凝土之间的结合强度，还能填充并密实混凝土孔隙结构，从而提高混凝土的结构强度，改善复合纤维在混凝土之间的负载方式，进一步提高抗冻融混凝土抗冻融裂隙性能。

进一步地，所述抗冻融改性纤维还包括长度为2～3mm弹性体短切纤维。

通过采用上述技术方案，由于本申请在抗冻融改性纤维中再添加短切结构的弹性纤维，通过在复合溶胶和硫酸钙晶须体系内再添加弹性纤维进行复合改性，改善混凝土抗冻融开裂的性能，当混凝土材料产生裂缝后，刚性纤维受力并发生断裂，缠结进复合体系中的弹性纤维被拉伸，吸收开裂产生的能量，使裂纹发展的前沿应力减弱，从而减缓甚至终止裂纹的发展；

这样在混凝土的裂隙展开的过程中，弹性体短切纤维既作为应力集中中心诱发大量银纹和剪切带，又可以控制银纹的发展并使银纹及时终止而不致发展成破坏性裂纹，发生在银纹前沿的应力场可以诱发剪切带的生成，而剪切带同时可减缓银纹的生长，在此变化过程中，银纹与剪切带的发展消耗了大量的能量，从而进一步提高了复合材料的抗冻融性能；

本申请通过复合溶胶、硫酸钙晶须短切纤维和弹性短切纤维的三元复合体系，从刚性和韧性的角度，提高了抗开裂性能，同时复合溶胶改善了该三元复合体系与混凝土之间的结合强度，从而最终改善了抗冻融型混凝土抗冻融耐久性不佳的缺陷。

进一步地，所述的弹性体短切纤维为热塑性弹性体短切纤维，所述热塑性弹性体包括EVA弹性体、TPE弹性体和TPR弹性体的任意一种或多种的混合物。

通过采用上述技术方案，由于本申请采用热塑性弹性体进行制备短切纤维，改善传统橡胶材料由于耐久性能的原因导致其强度耐久性能不高的缺陷，同时热塑性弹性体之间相容度较高，能混合制备过程中，通过复合改善的方案，提高热塑性弹性体材料的力学性能和韧性强度，从而有效改善了抗冻融型混凝土结构强度，从而提高了抗冻融型混凝土抗冻融耐久性。

进一步地，所述的弹性体短切纤维采用以下方法制成：取热塑性弹性体并置于微量混合挤出机中，调节纺丝温度为185～195℃、绕卷温度为20～50r/min、螺杆转速为30～35r/min，经熔融纺丝处理并切割处理，收集弹性体短切纤维。

通过采用上述技术方案，由于本申请采用热熔纺丝的方案制备热塑性弹性体纤维，该方案不仅能有效提高制备弹性体短切纤维的制备效率，同时热熔纺丝制备的短切纤维不会发生分解反应，从而保证了制备的弹性体短切纤维具有优异的力学性能和弹性性能，从而使掺杂有弹性体短切纤维的混凝土，具有良好的耐久性能和韧性强度。

进一步地，所述的复合溶胶为等质量混合的硅酸铝溶胶和多孔二氧化硅溶胶。

通过采用上述技术方案，由于本申请采用硅酸铝复合多孔二氧化硅溶胶形成复合溶胶体系，其中硅酸铝溶胶与二氧化硅溶胶掺杂后，硅酸铝纳米颗粒增加了体系内的成核位点，吸引体系中正硅酸乙酯水解生成的Si-OH基团发生缩聚反应，使得形成的二氧化硅粒子多而小，且粒度分布均匀，分散性也较好，掺杂后形成的复合溶胶体系的模数有效提高，改善复合溶胶材料在混凝土内部的掺杂效果，同时复合溶胶中的活性硅酸根基团能与混凝土砂浆表面孔隙中大量的水泥水化产物，如氢氧化钙、水化铝酸钙等发生反应，所形成的致密的C-S-H凝胶等将填充砂浆块表面附近的小孔隙，密实混凝土内部孔隙和裂缝，从而有效改善了抗冻融型混凝土结构强度，从而提高了抗冻融型混凝土抗冻融耐久性。

进一步地，所述硅酸铝溶胶采用以下方法制成：（1）按重量份数计，分别称量2～3份硝酸铵、5～8份异丙醇铝和50～80份去离子水搅拌混合并收集得反应液；（2）按质量比1：20～25，将正硅酸乙酯添加至反应液中，搅拌混合并升温加热，在45～60℃下保温处理6～8h，静置陈化，收集得硅酸铝溶胶。

通过采用上述技术方案，本申请优化了硅酸铝溶胶的制备方案，通过水和硝酸铵催化并促进了金属醇盐的水解反应，抑制了水解产物之间的缩聚反应，使水解的醇起到了良好的溶剂效果，这样制备的硅酸铝溶胶液形成的溶胶体积结构均匀，能有效与多孔二氧化硅颗粒进行复合，形成均匀的复合溶胶体系，从而提高了复合溶胶的渗透性能和稳定性能。

进一步地，所述复合溶胶制备步骤为：（1）取等质量的硅酸铝溶胶和多孔二氧化硅溶胶混合并均质处理；（2）静置冷却至室温并静置脱泡，得均质液，即可制备得复合溶胶。

通过采用上述技术方案，本申请通过将硅酸铝溶胶与多孔二氧化硅溶胶混合，改善单一溶胶体系结构性能不佳的问题，由于多孔二氧化硅溶胶中采用的是多孔二氧化硅，该结构的纳米二氧化硅颗粒表面分布多孔结构，有效改善了其比表面积，提高了复合溶胶材料与抗冻融改性纤维之间的结合强度，从而通过复合溶胶渗透至混凝土孔隙内部并与复合抗冻融改性纤维之间形成良好的复合效果，改善传统纤维改性材料与混凝土之间结合度不佳的问题，从而通过混凝土之间的结合强度，改善复合纤维在混凝土之间的负载方式，进一步提高抗冻融混凝土抗冻融裂隙性能。

第二方面，本申请提供一种抗冻融型混凝土的制备方法，所述抗冻融型混凝土的制备方法包括如下步骤：S1、颗粒料混合：按配方称量粗骨料、细骨料、水泥、水、矿粉、粉煤灰、外加剂，先将细骨料和粗骨料置于搅拌机中，搅拌混合，得颗粒料；S2、粉料混合：待搅拌完成后，再将水泥、矿粉和粉煤灰添加至搅拌机中，继续搅拌混合，得粉料混合料；S3、缠结体制备：按重量份数计，分别称量45～50份硫酸钙晶须短切纤维、15～20份弹性体短切纤维、10～15份无水乙醇和0.8～1.0份硅烷偶联剂置于搅拌混合装置中，搅拌混合并收集得抗冻融改性纤维，再按质量比1：7～9，将抗冻融改性纤维添加至改性溶胶液中，搅拌混合并均质处理，收集缠结体；S4、抗冻融混凝土制备：按配方将水、缠结体、颗粒料和粉料混合料和外加剂添加至搅拌机中，搅拌混合并收集得混合浆液，将混合浆液浇筑至模具中，震动处理后，干燥并脱模，在25℃下标准养护，即可制备得所述抗冻融型混凝土。

通过采用上述技术方案，由于本申请通将混合原料分批进行混合，将颗粒料、粉料和液体料进行分批混合，防止共混过程中颗粒料对抗冻融改性纤维结构产生损伤，保证抗冻融改性纤维的缠结性能，使最终制备的抗冻融型混凝土具有良好的结构强度，同时本申请在最终混合之前，将抗冻融改性纤维与复合溶胶混合并形成缠结体结构，改善使复合溶胶和抗冻融改性纤维在混凝土中形成均匀的分散体系，改善了抗冻融混凝土的结构性能，从而在实际使用过程中，提高了抗冻融型混凝土材料的使用寿命和耐久性能。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

第一、本申请采用硫酸钙短切晶须与复合溶胶为改性材料，对混凝土的抗冻融性能进行改性处理，通过短切的硫酸钙晶须相互缠结并填充在混凝土内部，在混凝土受冻并形成开裂的过程中，通过缠结纤维存在的应力，阻止混凝土在冻融环境下混凝土裂隙不断扩大导致其崩坏的现象，同时本申请还通过添加复合溶胶体系进行改性，将缠结的短切纤维固定在混凝土多个毛细纤维孔隙中，从而提高混凝土的结合强度，改善复合纤维在混凝土之间的负载方式，进一步提高抗冻融混凝土抗冻融裂隙性能。

第二、本申请通过在抗冻融改性纤维中再添加短切结构的弹性纤维进行复合改性，由于硫酸钙晶须和复合溶胶体系内能改善混凝土抗冻融开裂的性能，再复合弹性短切纤维后，缠结进复合体系中的弹性纤维在混凝土材料开裂过程中，当刚性纤维受力断裂后，缠结的弹性纤维弹性体被拉伸，吸收开裂产生的能量，使裂纹发展的前沿应力减弱，从而减缓甚至终止裂纹的发展从而进一步提高了复合材料的抗冻融性能。

第三、本申请采用硅酸铝复合多孔二氧化硅溶胶形成复合溶胶体系，改善复合溶胶材料在混凝土内部的掺杂效果，同时复合溶胶中的活性硅酸根基团能与混凝土砂浆表面孔隙中大量的水泥水化产物，如氢氧化钙、水化铝酸钙等发生反应，所形成的致密的C-S-H凝胶等将填充砂浆块表面附近的小孔隙，密实混凝土内部孔隙和裂缝，从而有效改善了抗冻融型混凝土结构强度，从而提高了抗冻融型混凝土抗冻融耐久性。

第四、本申请通过复合溶胶、硫酸钙晶须短切纤维和弹性短切纤维的三元复合体系，从刚性和韧性的角度，提高了抗开裂性能，同时复合溶胶改善了该三元复合体系与混凝土之间的结合强度，从而最终改善了抗冻融型混凝土抗冻融耐久性不佳的缺陷。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例中，所用的原料和仪器设备如下所示，但不以此为限：

原料：

粗骨料：直径为20mm，压碎指标为15%，吸水率为5%，表观密度为2590kg/m³的碎石。

细骨料：细度模数为2.6，表观密度为2.65g/cm³的天然河砂。

EVA树脂：东莞市西丁塑化有限公司牌号为UE630的EVA树脂；

TPR树脂：佛山市奥朗科技有限公司生产的牌号为TPR30000的TPR树脂；

TPE树脂：佛山市奥朗科技有限公司生产的牌号为TPE00015的TPE树脂；

聚丙烯纤维：惠民县泰利化纤制品有限公司升的货号为8876的聚丙烯纤维；

硝酸铵：济宁天亿新材料有限公司生产；

异丙醇铝：广州市银霖化工有限公司。

机器：HAAKE微量混合挤出机；

天津惠达试验仪器厂生产的TDRF-I型快速冻融试验机。

实施例

制备例1

复合溶胶制备：取200g硝酸铵添加至5000g去离子水中，搅拌混合并收集得混合液，再将500g异丙醇铝添加至混合液中，在室温下搅拌混合，收集反应液并置于45℃下，将250g正硅酸乙酯添加至反应液中，搅拌反应6h，静置陈化并收集改性溶胶液，按质量比1：1，将改性溶胶液与多孔二氧化硅溶胶混合并置于4500r/min下均质处理25min，得复合溶胶1；

抗冻融改性纤维制备：取5000gEVA树脂、4500gTPE树脂和2000gTPR树脂置于混料机中混合并收集得弹性体混合料，将弹性体混合料置于HAAKE微量混合挤出机中，熔融纺丝处理并收集纺丝共混弹性体纤维，控制纺丝温度为185℃，绕卷温度为20r/min，螺杆转速为30r/min；将共混弹性体纤维切割处理并控制切割纤维长度为2mm，收集得弹性体短切纤维，取2500g、1mm长的硫酸钙晶须、1500g弹性体短切纤维、1000g无水乙醇和80g硅烷偶联剂置于搅拌混合装置中，搅拌混合并收集得抗冻融改性纤维1。

制备例2

复合溶胶制备：取220g硝酸铵添加至6000g去离子水中，搅拌混合并收集得混合液，再将55g异丙醇铝添加至混合液中，在室温下搅拌混合，收集反应液并置于52℃下，将270g正硅酸乙酯添加至反应液中，搅拌反应7h，静置陈化并收集改性溶胶液，按质量比1：1，将改性溶胶液与多孔二氧化硅溶胶混合并置于5200r/min下均质处理27min，得复合溶胶2；

抗冻融改性纤维制备：取5500gEVA树脂、4750gTPE树脂和2500gTPR树脂置于混料机中混合并收集得弹性体混合料，将弹性体混合料置于HAAKE微量混合挤出机中，熔融纺丝处理并收集纺丝共混弹性体纤维，控制纺丝温度为190℃，绕卷温度为35r/min，螺杆转速为33r/min；将共混弹性体纤维切割处理并控制切割纤维长度为2mm，收集得弹性体短切纤维，取2750g、1.5mm长的硫酸钙晶须、1750g弹性体短切纤维、1250g无水乙醇和90g硅烷偶联剂置于搅拌混合装置中，搅拌混合并收集得抗冻融改性纤维2。

制备例3

复合溶胶制备：取250g硝酸铵添加至8000g去离子水中，搅拌混合并收集得混合液，再将60g异丙醇铝添加至混合液中，在室温下搅拌混合，收集反应液并置于60℃下，将300g正硅酸乙酯添加至反应液中，搅拌反应8h，静置陈化并收集改性溶胶液，按质量比1：1，将改性溶胶液与多孔二氧化硅溶胶混合并置于6000r/min下均质处理30min，得复合溶胶3；

抗冻融改性纤维制备：取6000gEVA树脂、5000gTPE树脂和3000gTPR树脂置于混料机中混合并收集得弹性体混合料，将弹性体混合料置于HAAKE微量混合挤出机中，熔融纺丝处理并收集纺丝共混弹性体纤维，控制纺丝温度为195℃，绕卷温度为50r/min，螺杆转速为35r/min；

将共混弹性体纤维切割处理并控制切割纤维长度为3mm，收集得弹性体短切纤维，取3000g、2mm长的硫酸钙晶须、2000g弹性体短切纤维、1500g无水乙醇和100g硅烷偶联剂置于搅拌混合装置中，搅拌混合并收集得抗冻融改性纤维3。

实施例1

颗粒料混合：先将30kg细骨料和30kg粗骨料置于搅拌机中，搅拌混合得颗粒料1；

粉料混合：待搅拌完成后，再将10kg水泥、4kg矿粉和2kg粉煤灰添加至搅拌机中，继续搅拌混合，得粉料混合料1；

缠结体制备：取1000g抗冻融改性纤维1添加至6000g复合溶胶1中，搅拌混合并均质处理，收集缠结体1；

抗冻融混凝土制备：将缠结体1、粉料混合料1、颗粒料1添加至8kg水中，搅拌混合并添加0.1kg聚羧酸减水剂，搅拌混合并收集得混合浆液，将混合浆液浇筑至模具中，震动处理后，干燥并脱模，在25℃下标准养护，即可制备得所述抗冻融型混凝土。

实施例2

颗粒料混合：先将35kg细骨料和40kg粗骨料置于搅拌机中，搅拌混合得颗粒料2；

粉料混合：待搅拌完成后，再将13kg水泥、5kg矿粉和2.5kg粉煤灰添加至搅拌机中，继续搅拌混合，得粉料混合料2；

缠结体制备：取1500g抗冻融改性纤维2添加至6500g复合溶胶2中，搅拌混合并均质处理，收集缠结体2；

抗冻融混凝土制备：将缠结体2、粉料混合料2、颗粒料2添加至12kg水中，搅拌混合并添加0.3kg聚羧酸减水剂，搅拌混合并收集得混合浆液，将混合浆液浇筑至模具中，震动处理后，干燥并脱模，在25℃下标准养护，即可制备得所述抗冻融型混凝土。

实施例3

颗粒料混合：先将40kg细骨料和50kg粗骨料置于搅拌机中，搅拌混合得颗粒料3；

粉料混合：待搅拌完成后，再将15kg水泥、6kg矿粉和3kg粉煤灰添加至搅拌机中，继续搅拌混合，得粉料混合料3；

缠结体制备：取2000g抗冻融改性纤维3添加至8000g复合溶胶3中，搅拌混合并均质处理，收集缠结体3；

抗冻融混凝土制备：将缠结体3、粉料混合料3、颗粒料3添加至15kg水中，搅拌混合并添加0.5kg聚羧酸减水剂，搅拌混合并收集得混合浆液，将混合浆液浇筑至模具中，震动处理后，干燥并脱模，在25℃下标准养护，即可制备得所述抗冻融型混凝土。

实施例4

实施例4中只采用1500g纯EVA树脂制备的弹性体纤维代替实施例1中的弹性体纤维，以制备抗冻融改性纤维，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

实施例5

实施例5中只采用1500g纯TPR树脂制备的弹性体纤维代替实施例1中的弹性体纤维，以制备抗冻融改性纤维，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

实施例6

实施例6中只采用1500g纯TPE树脂制备的弹性体纤维代替实施例1中的弹性体纤维，以制备抗冻融改性纤维，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

实施例7

实施例7采用与实施例1等比例的TPE和TPR混合制备混合树脂，取1500g制备的混合树脂制备弹性体纤维代替实施例1中的弹性体纤维，以制备抗冻融改性纤维，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

实施例8

实施例8采用与实施例1等比例的TPE和EVA混合制备混合树脂，取1500g制备的混合树脂制备弹性体纤维代替实施例1中的弹性体纤维，以制备抗冻融改性纤维，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

实施例9

实施例9采用与实施例1等比例的EVA和TPR混合制备混合树脂，取1500g制备的混合树脂制备弹性体纤维代替实施例1中的弹性体纤维，以制备抗冻融改性纤维，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

实施例10

实施例10在制备的抗冻融改性纤维中，不添加弹性体短切纤维，全部采用等质量的硫酸钙晶须代替本实施1采用的抗冻融改性纤维，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

性能检测试验

分别对实施例1～10制备的抗冻融型混凝土的抗冻融耐久性能进行检测。

检测方法/试验方法

抗冻融耐久性能测试：将测试用混凝土切割成10cm×10cm×10cm的混凝土砌块，参照GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的快冻法进行，混凝土取出浸泡在24℃的水中，水面高出试块20mm，4天后取出，在受冻和融化结束时，试件中心温度分别控制在-17±2℃和8±2℃；每次冻融循环在2.5～4小时内完成，用于融化的时间不少于整个冻融周期的1/4。在50次、100次和150次冻融循环后分别取出相应试块，用湿布擦干试块表面，测其质量损失性能、抗压强度和劈裂抗拉强度。

（1）抗压强度测试：将试件从养护室或冻融循环机中取出后，用湿布擦干试件表面并观察外观，画出中心线，测量试件受压面尺寸；将试件放在压力机的中心位置上，当上压板距试件承压面10～20mm 时点动调整球座，使其接触均衡；设置试验参数，试验标准：GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法》，数据清零后，所有试件均采用0.5MPa/s的加速度进行加载，直至试件破坏，记录其破坏荷载。

（2）劈裂抗拉强度测试：在上下压板与试块之间各放置一个弧形垫条（半径75mm，钢垫条）和垫条（长度120mm、宽度20mm、厚度4mm的三层胶合板垫条，不可重复使用），试块放置时要注意试块中心线与钢制垫条中心对中，加载速度0.05MPa/s（抗压强度试验加载速度的 /10），此后过程同抗压试验。

具体检测结果如下表表1～3所示：

表1实施例1～10冻融50次性能检测表

表2实施例1～10冻融100次性能检测表

表3实施例1～10冻融150次性能检测表

参考表1～3的性能检测对比可以发现：

将实施例1～3进行性能对比，实施例1～3中随着冻融次数由50次升高至150次后，对其力学性能的测试表现来看，其下降程度较低，说明本申请实施例1～3所采用的技术方案制备的混凝土材料，具有良好的抗冻融性能，在多次冻融处理后，能表现出良好的力学强度和机械性能，也反映了本申请制备的混凝土材料具有良好的使用寿命和耐久性能。

将实施例1～3和实施例4～9进行性能对比，由于实施例4～9中在抗冻融型混凝土的制备过程中，改变了添加的弹性纤维中弹性体的配方组分，从表1～3来看，由于实施例4～6中采用的是单一弹性体方案制备弹性体纤维，其抗冻融后的力学强度与实施例7～9对比，均有所降低，且实施例7～9的力学强度也较实施例1～3有所下降；

由此，从上述表1～3中的检测数据表明，本申请采用的弹性体纤维通过复合改善的方案，提高热塑性弹性体材料的力学性能和韧性强度，从而有效改善了抗冻融型混凝土结构强度，从而提高了抗冻融型混凝土抗冻融耐久性。

将实施例1～3和实施例10进行性能对比，由于实施例10中在抗冻融型混凝土制备过程中，不添加弹性体短切纤维，导致实施例10的混凝土抗冻融性能是实施例1～10中最差的，这说明本申请通过添加弹性体纤维的方案，能将弹性体短切纤维缠结进混凝土的复合体系中，当抗冻融混凝土材料冻融开裂后，缠结的弹性纤维弹性体被拉伸，吸收开裂产生的能量，使裂纹发展的前沿应力减弱，从而减缓甚至终止裂纹的发展，从而提高了抗冻融型混凝土抗冻融耐久性。

对比例

对比例1

对比例1中直接采用等质量的二氧化钛溶胶与多孔二氧化硅溶胶复合制备复合溶胶代替实施例1中的复合溶胶，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

对比例2

对比例2中在制备复合溶胶时，按质量比2：1，将实施例1制备的改性硅酸铝溶胶和多孔二氧化硅溶胶混合并均质处理，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

对比例3

对比例3中在制备复合溶胶时，按质量比1：2，将实施例1制备的改性硅酸铝溶胶和多孔二氧化硅溶胶混合并均质处理，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

对比例4

对比例4中在制备复合溶胶时，将等质量比的改性硅酸铝溶胶和二氧化硅溶胶混合并均质处理，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

对比例5

对比例5中在制备抗冻融混凝土的过程中，不添加复合溶胶，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

对比例6

对比例6采用500g弹性体短切纤维作为抗冻融改性纤维进行制备抗冻融混凝土，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

对比例7

对比例7中采用10mm长的硫酸钙晶须纤维作为抗冻融改性纤维进行制备抗冻融混凝土，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

对比例8

对比例8中采用等质量的聚丙烯纤维替代本申请采用的弹性体短切纤维，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

对比例9

对比例9中采用等质量的玄武岩纤维替代本申请采用的硫酸钙短切纤维，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

对比例10

对比例10中分别采用等质量的玄武岩纤维替代本申请采用的硫酸钙短切纤维和等质量的聚丙烯纤维替代本申请采用的弹性体短切纤维进行制备抗冻融混凝土，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

对比例11

对比例11中采用选取与实施例1等比例的EVA树脂、TPR树脂和TPE树脂进行混合，制备混合树脂颗粒，采用500g、粒径为2mm的该混合树脂颗粒替代本申请采用的弹性体短切纤维进行制备抗冻融混凝土，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

对比例12

实施例12在制备的混合缠结纤维中，添加长度为5mm的弹性体短切纤维，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

对比例13

对比例13在制备的混合缠结纤维中，添加长度为1mm的弹性体短切纤维，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

具体检测结果如下表表4～6所示：

表4对比例冻融50次1～13性能检测表

表5对比例冻融100次1～13性能检测表

表6对比例冻融150次1～13性能检测表

参考表4～6的性能检测对比可以发现：

由对比例1、对比例5与实施例1进行对比，从表4～6中可发现，对比例1和对比例5的抗冻融性能均显著下降，由于对比例1和对比例5均使用二氧化钛溶胶代替本申请中所使用的溶胶组分，所以可以说明，本申请采用将改性硅酸铝溶胶与多孔二氧化硅溶胶混合形成的复合溶胶，有效渗透至混凝土孔隙内部并与复合抗冻融改性纤维之间形成良好的复合效果，有效改善传统纤维改性材料与混凝土之间结合度不佳的问题，进一步提高抗冻融混凝土抗冻融裂隙性能。

将对比例2～3和实施例1进行对比可以发现，由于对比例2～3中调整了复合溶胶中原料的比例，且由表4～6中可以看出，其抗冻融性能显著下降，这说明本申请优化后的复合溶胶的配比，改善了复合溶胶体系的稳定性能，从而使添加至混凝土内部的溶胶材料对混凝土内部形成稳定的填充，进一步提高抗冻融混凝土抗冻融裂隙性能。

将对比例4与实施例1进行性能对比可以发现，由于对比4未采用多孔结构的二氧化硅制备复合溶胶体系，其力学性能略有降低，这说明本申请技术方案采用多孔结构的二氧化硅溶胶，改善了复合溶胶体系的比表面积，从而提高了复合溶胶材料与抗冻融改性纤维之间的结合强度，通过混凝土之间的结合强度，改善复合纤维在混凝土之间的负载方式，进一步提高抗冻融混凝土抗冻融裂隙性能。

将对比例6、对比例9、对比例10和本申请实施例1进行对比，由于对比例6、对比例9和对比例10均未采用硫酸钙晶须短切纤维，且由表4～6中可以发现，其抗冻融性能明显下降，这说明本申请采用的硫酸钙短切晶须能缠结并填充在混凝土内部，在混凝土受冻并形成开裂的过程中，通过缠结纤维存在的应力，阻止混凝土在冻融环境下混凝土裂隙不断扩大导致其崩坏的现象，进一步提高抗冻融混凝土抗冻融裂隙性能。

将对比例7和本申请实施例1进行性能对比且由表4～6中可以看出，在抗冻融循环测试过程中，其力学性能略有下降，这说明本申请优化的短切纤维结构，能改善传统长纤维在混凝土内部孔隙中易发生断裂导致整体结构稳定性能不佳的问题，从而进一步提高抗冻融混凝土抗冻融裂隙性能。

将对比例8和本申请实施例1进行性能对比且由表4～6中可以看出，在抗冻融循环测试过程中，通过采用聚丙烯纤维代替本申请采用的弹性体短切纤维，其抗冻融性能大幅减低，这是由于聚丙烯作为高分子材料中的树脂材料，其自身弹性性能不佳，无法有效达到弹性形变卸力且与刚性纤维复合的效果，说明本申请采用弹性体纤维的方案，能有效提高抗冻融混凝土抗冻融裂隙性能。

将对比例11与本申请实施例1进行对比，结合表4～6抗冻融性能可以发现，对比例11抗冻融性能下降明显，这是由于本申请采用的纤维体结构，能通过缠结的方式进行改善复合填充材料的力学强度和复合性能，弹性体颗粒虽然也具有良好的弹性形变效用，但是弹性体纤维能与刚性的硫酸钙晶须短切纤维形成复合体系，当刚性纤维受力断裂后，缠结的弹性纤维弹性体被拉伸，吸收开裂产生的能量，使裂纹发展的前沿应力减弱，从而减缓甚至终止裂纹的发展，有效提高了抗冻融混凝土抗冻融裂隙性能。

将对比例12和对比例13与实施例1进行性能对比，由于对比例12～13改变了弹性体短切纤维的长度，从表4～6中可以发现，其性能有所下降，这说明本申请采用合适长度的硫酸钙短切晶须与复合溶胶为改性材料，对混凝土的抗冻融性能进行改性处理，提高了混凝土的结构强度，进一步提高抗冻融混凝土抗冻融裂隙性能。

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 (8)

1.一种抗冻融型混凝土，其特征在于，所述抗冻融型混凝土包括下列重量份物质：

粗骨料 30～50份；

细骨料 30～40份；

水泥 10～15份；

水 8～15份；

矿粉 4～6份；

粉煤灰 2～3份；

外加剂 0.1～0.5份；

复合溶胶 6～8份；

抗冻融改性纤维 1～2份；

所述抗冻融改性纤维为长度包括1～2mm的硫酸钙晶须短切纤维。

2.根据权利要求1所述的一种抗冻融型混凝土，其特征在于，所述抗冻融改性纤维还包括长度为2～3mm弹性体短切纤维。

3.根据权利要求2所述的一种抗冻融型混凝土，其特征在于，所述的弹性体短切纤维为热塑性弹性体短切纤维，所述热塑性弹性体包括EVA弹性体、TPE弹性体和TPR弹性体的任意一种或多种的混合物。

4.根据权利要求2所述的一种抗冻融型混凝土，其特征在于，所述的弹性体短切纤维采用以下方法制成：取热塑性弹性体并置于微量混合挤出机中，调节纺丝温度为185～195℃、绕卷温度为20～50r/min、螺杆转速为30～35r/min，经熔融纺丝处理并切割处理，收集弹性体短切纤维。

5.根据权利要求1所述的一种抗冻融型混凝土，其特征在于，所述的复合溶胶为等质量混合的改性硅酸铝溶胶和多孔二氧化硅溶胶。

6.根据权利要求5所述的一种抗冻融型混凝土，其特征在于，所述改性硅酸铝溶胶采用以下方法制成：

（1）按重量份数计，分别称量2～3份硝酸铵、5～8份异丙醇铝和50～80份去离子水搅拌混合并收集得反应液；

（2）按质量比1：20～25，将正硅酸乙酯添加至反应液中，搅拌混合并升温加热，在45～60℃下保温处理6～8h，静置陈化，收集得硅酸铝溶胶。

7.根据权利要求5所述的一种抗冻融型混凝土，其特征在于，所述复合溶胶采用以下方法制成：

（1）取等质量的硅酸铝溶胶和多孔二氧化硅溶胶混合并均质处理；

（2）静置冷却并脱泡处理，得均质液，即制备得复合溶胶。

8.根据权利要求1～7任一项所述的一种抗冻融型混凝土的制备方法，其特征在于，主要包括下列制备步骤：

S1、颗粒料混合：按配方称量粗骨料、细骨料、水泥、水、矿粉、粉煤灰、外加剂，先将细骨料和粗骨料置于搅拌机中，搅拌混合，得颗粒料；

S2、粉料混合：待搅拌完成后，再将水泥、矿粉和粉煤灰添加至搅拌机中，继续搅拌混合，得粉料混合料；

S3、缠结体制备：按重量份数计，分别称量45～50份硫酸钙晶须短切纤维、15～20份弹性体短切纤维、10～15份无水乙醇和0.8～1.0份硅烷偶联剂置于搅拌混合装置中，搅拌混合并收集得抗冻融改性纤维，再按质量比1：7～9，将抗冻融改性纤维添加至改性溶胶液中，搅拌混合并均质处理，收集缠结体；

S4、抗冻融混凝土制备：按配方将水、缠结体、颗粒料和粉料混合料和外加剂添加至搅拌机中，搅拌混合并收集得混合浆液，将混合浆液浇筑至模具中，震动处理后，干燥并脱模，在25℃下标准养护，即可制备得所述抗冻融型混凝土。