CN114230304A - 一种环保抗冻型混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及建筑材料技术领域，具体公开了一种环保抗冻型混凝土及其制备方法。混凝土由包含以下重量份的原料制成：水泥10‑30份、卵石30‑50份、再生粗骨料20‑40份、砂子30‑40份、水11.2‑20.7份、引气剂1‑3份、减水剂0.8‑1.5份、助剂5‑10份、中空玻璃微珠8‑18份和分散剂0.1‑1份；助剂由以下原料制成：有机聚合乳液、有机硅组分、无机硅组分、络合剂、增强剂、聚羧酸减水剂和水。本申请中各组分相互配合，可制得强度好且抗冻性高的抗冻混凝土；此外，本申请采用再生粗骨料，实现了废物利用，减少对天然石料的开采，有利于保护环境。

Description

一种环保抗冻型混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及建筑材料技术领域，更具体地说，它涉及一种环保抗冻型混凝土及其制备方法。
背景技术
在冬季或温度较低的地区，很多建筑物经常出现开裂、剥落、缺损等质量通病，即容易出现冻融破坏现象。混凝土冻融破坏是高寒地区混凝土工程较常见的病害之一，是混凝土受到的物理作用(干湿变化、温度变化、冻融变化等) 产生的损伤。引起混凝土冻融剥蚀的主要原因是混凝土空隙中的水，在干湿交替、冻融循环作用下，形成冰涨压力和渗透压力联合作用的疲劳应力，使混凝土产生由表及里的剥蚀破坏，从而降低混凝土强度。饱水状态和外界气温正负变化是混凝土发生冻融破坏的必要条件，混凝土孔隙中的水反复发生冻融循环，会使混凝土表面开始的层层剥蚀破坏。
为了解决混凝土出现冻融破坏的问题，现有技术中经常采用的方法是向混凝土中加入引气剂。混凝土中加入引气剂，会在混凝土中产生封闭的微小气泡，微小气泡彼此隔离，切断毛细孔通道，使水分不易渗入，从而缓解水分的结冰膨胀，从而增强了混凝土的抗冻性能。但是，引气剂的加入，在增强混凝土抗冻性的同时也会降低混凝土的强度和弹性模量，因此，有必要研发一种强度好的抗冻型混凝土。
发明内容
为了提高抗冻混凝土的强度，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，由包含以下重量份的原料制成：
水泥10-30份、卵石30-50份、再生粗骨料20-40份、砂子30-40份、水11.2-20.7 份、引气剂1-3份、减水剂0.8-1.5份、助剂5-10份、中空玻璃微珠8-18份和分散剂0.1-1份；
以助剂的总量计，所述助剂由以下重量份的原料制成：
有机聚合乳液8-12份、有机硅组分2-5份、无机硅组分1-3份、络合剂0.1-1份、增强剂0.1-1份、聚羧酸减水剂0.1-1份和水67-87.7份。
通过采用上述技术方案，各组分相互配合，可制得强度好且抗冻性高的环保抗冻混凝土。水泥、卵石、再生粗骨料和砂子的无机材料相互配合，赋予混凝土一定的抗压强度；而引气剂的加入，会在混凝土中产生封闭的微小气泡，微小气泡彼此隔离，切断毛细孔通道，使水分不易渗入，从而缓解水分的结冰膨胀，从而增强了混凝土的抗冻性能；中空玻璃微珠可填充再生粗骨料的缝隙，一方面可增强混凝土的强度，另一方面可阻止水分进入混凝土内，从而增强混凝土的抗冻性，助剂中的机聚合乳液、有机硅组分和无机硅组分相互配合，可形成有机- 无机双组份体系，使得助剂既有有机组分的优异成膜性能，也具有无机组分的高渗透性，助剂与混凝土混合后，可提高混凝土的强度，且可在混凝土表面形成保护膜，阻止水分进入混凝土内，从而提高混凝土的抗冻性。分散剂可更好的分散中空玻璃微珠和水泥，使混凝土的性能更均质。
本申请中，有机硅组分具有良好的成膜能力，有机聚合乳液也具有良好的成膜能力，将两者复合后，可在混凝土表层紧密结合形成防护层，混凝凝土的结构特性得到保障。无机硅组分可通过微孔进入混凝土内，作为增密组分提高混凝土的密闭性，从而减少水分进入混凝土内，从而可增强混凝土的抗冻性能和抗压强度。机聚合乳液、有机硅组分和无机硅组分相互配合，可增强混凝土的强度的同时增强混凝土发抗冻性。
再生粗骨料是将废弃的混凝土块、废砖等建筑废渣破碎、处理后得到的骨料。再生粗骨料解决了石料资源枯竭的问题，从而减少对天然石料的开采，有利于保护环境；另一方面，将混凝土废料再次利用，变废为宝，节约资源。本申请在实现有限资源再生利用的同时，兼顾了抗冻混凝土的抗冻性和抗压强度。
优选的，所述有机硅组分选自甲基硅酸钠、甲基硅醇钠和甲基硅酸钾中的至少一种；
所述有机聚合乳液为苯丙乳液。
通过采用上述技术方案，甲基硅酸钠、甲基硅醇钠或甲基硅酸钾与苯丙乳液复合，得到有机成膜组分，该有机成膜组分具有良好的成膜能力、成膜时间短且成膜韧性佳。
优选的，所述无机硅组分选自纳米二氧化硅、水玻璃和偏硅酸钠中的至少一种。
通过采用上述技术方案，纳米二氧化硅、水玻璃和偏硅酸钠与有机硅组分的结合效果较好，失水量较少，不会影响水泥的正常硬化。
优选的，所述络合剂选自乙二胺四乙酸，乙二胺三甲基磷酸盐和三异丙醇胺中的至少一种；
所述增强剂选自氟硅酸镁、氟硅酸钠和氟硅酸锂中的任意一种。
通过采用上述技术方案，乙二胺四乙酸，乙二胺三甲基磷酸盐或三异丙醇胺可以促进水泥水化，可以使砂石中的铝酸三钙等微晶晶体填充混凝土空隙，加速钙水钙凝胶的形成，提高早期强度。
氟硅酸镁、氟硅酸钠或氟硅酸锂可进入混凝土的毛细孔后生成碳酸钙结晶，起到堵塞空隙及裂缝的作用，对混凝土的表面进行增强，提高耐磨性和硬度，极大的减少混凝土因腐蚀造成的质量和强度损失。
优选的，所述有机聚合乳液为苯丙乳液，所述有机硅组分为甲基硅酸钠，所述无机硅组分为水玻璃，所述络合剂为乙二胺三甲基磷酸盐，所述增强剂为氟硅酸镁。
优选的，按重量比，苯丙乳液：甲基硅酸钠：水玻璃：乙二胺三甲基磷酸盐：氟硅酸镁＝(97-100):(25-35):(11.5-16):(5-7):(4-6)，进一步优选为100:30:15.6:6.5:5.2。
苯丙乳液、甲基硅酸钠、水玻璃、乙二胺三甲基磷酸盐和氟硅酸镁按上述比例配合，得到的助剂在成膜后浸水不溶，吸水率小于5.8％，粘度为11-12Pa.s， pH值为12-13。将该助剂应用于抗冻型混凝中，混凝土的抗冻性能好，与此同时，能快速提高混凝土的前期抗压强度，且冬天室外自然条件下的28天抗压强度接近 28天标准养护强度。
优选的，所述中空玻璃微珠与助剂和分散剂的重量比为(8.7-12.5)：(5-8.2)：(0.5-1)。进一步优选为11.3:7.4:1。
通过采用上述技术方案，可极大的提高混凝土的强度和抗冻性，使混凝土兼顾良好的抗压强度和抗冻性能。
优选的，所述分散剂选自焦磷酸钠、聚丙烯酸钠、硅酸钠和正磷酸钠中的任意一种。
优选的，所述引气剂选自松香皂、松香热聚物和三帖皂苷中的任意一种。
焦磷酸钠、聚丙烯酸钠、硅酸钠或正磷酸钠有利于体系中无机-有机体系的稳定存在，有利于中空玻璃微珠的均匀分散，从而可得到质量稳定的抗冻混凝土。松香皂、松香热聚物和三帖皂苷能产生大量均匀、稳定的微气泡，有利于均匀的提高混凝土的抗冻性能。
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，包括如下步骤：
将分散剂加入水中，随后依次加入助剂、减水剂和中空玻璃微珠得到混合物Ⅰ；将水泥和引气剂搅拌均匀，随后与卵石、再生粗骨料和砂子搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ和混合物Ⅱ混合均匀，即可得到环保抗冻混凝土。
一种助剂的制备方法，包括如下步骤：
将有机聚合乳液、有机硅组分、无机硅组分、络合剂、增强剂、聚羧酸减水剂和水混合均匀，即可制得助剂。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请中各组分相互配合，可制得强度好且抗冻性高的环保抗冻混凝土；
2、本申请中，中空玻璃微珠、助剂和分散剂相互配合，可使混凝土兼顾良好的抗压强度和抗冻性能；
3、本申请的助剂中，机聚合乳液、有机硅组分和无机硅组分相互配合，可增强混凝土的强度的同时增强混凝土发抗冻性。
4、本申请中采用再生粗骨料，实现了废物利用，减少对天然石料的开采，有利于保护环境。
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。予以特别说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行；以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
助剂制备例
一种助剂的制备方法，包括如下步骤：
将有机聚合乳液8-12份、有机硅组分2-5份、无机硅组分1-3份、络合剂0.1-1 份、增强剂0.1-1份、聚羧酸减水剂0.1-1份和水67-87.7份混合，即可制得助剂。
所述有机硅组分选自甲基硅酸钠、甲基硅醇钠和甲基硅酸钾中的至少一种；
所述有机聚合乳液为苯丙乳液。
所述无机硅组分选自纳米二氧化硅、水玻璃和偏硅酸钠中的至少一种；
所述络合剂选自乙二胺四乙酸、乙二胺三甲基磷酸盐和三异丙醇胺中的至少一种；所述增强剂选自氟硅酸镁、氟硅酸钠和氟硅酸锂中的任意一种。
制备例1-5和对比制备例中具体的成分和用量具体如下表1所示。
表1
Figure RE-GDA0003519314510000051
实施例
本申请以下个实施例中，砂子的粒径：0.3-0.6mm；
卵石：粒径为5-20mm与粒径为20-40mm的重量比为5.5:4.5；
再生粗骨料：粒径为5-20mm。
实施例1
一种环保抗冻型混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将0.5kg硅酸钠加入11.2kg水中，随后依次加入10kg助剂1、0.8kg减水剂和18kg中空玻璃微珠得到混合物Ⅰ；
将30kg水泥和1kg松香皂引气剂搅拌均匀，随后与40kg卵石、20kg再生粗骨料和30kg砂子搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ和混合物Ⅱ混合均匀，即可得到环保抗冻混凝土。
实施例2
一种环保抗冻型混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将1kg聚丙烯酸钠加入20.7kg水中，随后依次加入5kg助剂1、1.5kg减水剂和 8kg中空玻璃微珠得到混合物Ⅰ；
将30kg水泥和3kg松香皂引气剂搅拌均匀，随后与50kg卵石、10kg再生粗骨料和40kg砂子搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ和混合物Ⅱ混合均匀，即可得到环保抗冻混凝土。
实施例3
一种环保抗冻型混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将0.7kg硅酸钠加入13.5kg水中，随后依次加入8kg助剂1、1kg减水剂和10kg 中空玻璃微珠得到混合物Ⅰ；
将30kg水泥和2kg松香皂引气剂搅拌均匀，随后与40kg卵石、40kg再生粗骨料和40kg砂子搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ和混合物Ⅱ混合均匀，即可得到环保抗冻混凝土。
实施例4
一种环保抗冻型混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将0.5kg硅酸钠加入11.2kg水中，随后依次加入5kg助剂1、1kg减水剂和8.7kg 中空玻璃微珠得到混合物Ⅰ；
将30kg水泥和1.7kg松香皂引气剂搅拌均匀，随后与40kg卵石、20kg再生粗骨料和40kg砂子搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ和混合物Ⅱ混合均匀，即可得到环保抗冻混凝土。
实施例5
一种环保抗冻型混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将1kg硅酸钠加入11.2kg水中，随后依次加入8.2kg助剂1、1kg减水剂和12.5kg 中空玻璃微珠得到混合物Ⅰ；
将30kg水泥和1.7kg松香皂引气剂搅拌均匀，随后与40kg卵石、20kg再生粗骨料和40kg砂子搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ和混合物Ⅱ混合均匀，即可得到环保抗冻混凝土。
实施例6
一种环保抗冻型混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将1kg硅酸钠加入11.2kg水中，随后依次加入7.4kg助剂1、1kg减水剂和11.3kg 中空玻璃微珠得到混合物Ⅰ；
将30kg水泥和1.7kg松香皂引气剂搅拌均匀，随后与40kg卵石、20kg再生粗骨料和40kg砂子搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ和混合物Ⅱ混合均匀，即可得到环保抗冻混凝土。
实施例7-10
实施例7-10与实施例6的区别仅在于：实施例7-10中，使用的助剂不同，具体如下表2所示。
表2
实施例 助剂
实施例6 助剂1
实施例7 助剂2
实施例8 助剂3
实施例9 助剂4
实施例10 助剂5
对比例
对比例1
对比例1与实施例9的区别仅在于：对比例1中，用对比助剂1等量替换助剂4，其余均与实施例9保持一致。
对比例2
对比例2与实施例9的区别仅在于：对比例2中，用对比助剂2等量替换助剂4，其余均与实施例9保持一致。
对比例3
对比例3与实施例9的区别仅在于：对比例3中，不添加助剂4，其余均与实施例9保持一致。
对比例4
对比例4与实施例9的区别仅在于：对比例4中，不添加中空玻璃微珠，其余均与实施例9保持一致。
性能检测试验
根据标准准GB/T50082-2009检测实施例1-10和对比例1-4中所制得的混凝土的抗压强度和抗冻性能，具体检测结果如下表3所示。
根据标准GB/T GB/T50476检测混凝土试样的抗冻性能；
表3
Figure RE-GDA0003519314510000081
结合实施例6-10和对比例1-3并结合表3可以看出，助剂的配比会影响影响混凝土的性能，将按本申请的配方制得的助剂应用于混凝土中，可兼顾混凝土的强度和抗冻性。
结合实施例4-6并结合表3可以看出，中空玻璃微珠、助剂和分散剂的重量比影响混凝土的性能，当中空玻璃微珠、助剂和分散剂的重量比为(8.7-12.5)： (5-8.2)：(0.5-1)，在增强混凝土强度的同时可提高混凝土的抗冻性。
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 (10)

1.一种环保抗冻型混凝土，其特征在于：所述混凝土由包含以下重量份的原料制成：
水泥10-30份、卵石30-50份、再生粗骨料20-40份、砂子30-40份、水11.2-20.7份、引气剂1-3份、减水剂0.8-1.5份、助剂5-10份、中空玻璃微珠8-18份和分散剂0.1-1份；
以助剂的总量计，所述助剂由以下重量份的原料制成：
有机聚合乳液8-12份、有机硅组分2-5份、无机硅组分1-3份、络合剂0.1-1份、增强剂0.1-1份、聚羧酸减水剂0.1-1份和水67-87.7份。
2.根据权利要求1所述的环保抗冻型混凝土，其特征在于：所述有机硅组分选自甲基硅酸钠、甲基硅醇钠和甲基硅酸钾中的至少一种；
所述有机聚合乳液为苯丙乳液。
3.根据权利要求2所述的环保抗冻型混凝土，其特征在于：所述无机硅组分选自纳米二氧化硅、水玻璃和偏硅酸钠中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的环保抗冻型混凝土，其特征在于：所述络合剂选自乙二胺四乙酸、乙二胺三甲基磷酸盐和三异丙醇胺中的至少一种；
所述增强剂选自氟硅酸镁、氟硅酸钠和氟硅酸锂中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的环保抗冻型混凝土，其特征在于：所述有机聚合乳液为苯丙乳液，所述有机硅组分选自甲基硅酸钠，所述无机硅组分为水玻璃，所述络合剂为乙二胺三甲基磷酸盐，所述增强剂为氟硅酸镁。
6.根据权利要求5所述的环保抗冻型混凝土，其特征在于：按重量比，苯丙乳液：甲基硅酸钠：水玻璃：乙二胺三甲基磷酸盐：氟硅酸镁=（97-100）: （25-35）: （11.5-16）: （5-7）:（4-6）。
7.根据权利要求1所述的环保抗冻型混凝土，其特征在于：所述中空玻璃微珠、助剂和分散剂的重量比为（8.7-12.5）：（5-8.2）：（0.5-1）。
8.根据权利要求1所述的环保抗冻型混凝土，其特征在于：所述分散剂选自焦磷酸钠、聚丙烯酸钠、硅酸钠和正磷酸钠中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的环保抗冻型混凝土，其特征在于：所述引气剂选自松香皂、松香热聚物和三帖皂苷中的任意一种。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的环保抗冻型混凝土的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
将分散剂加入水中，随后依次加入助剂、减水剂和中空玻璃微珠得到混合物Ⅰ；
将水泥和引气剂搅拌均匀，随后与卵石、再生粗骨料和砂子搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
将混合物Ⅰ和混合物Ⅱ混合均匀，即可得到环保抗冻混凝土。
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