CN114716208A - 一种冬施微膨胀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领域，具体公开了一种冬施微膨胀混凝土及其制备方法。冬施微膨胀混凝土包括以下以重量份数表示的组分：水泥275‑300份、矿粉30‑40份、粉煤灰30‑50份、砂子735‑750份、石子1060‑1110份、外加剂8‑9份、膨胀剂40‑45份、壳聚糖纤维3‑6份、水145‑190份，所述外加剂包括质量比为5:2‑3:1‑2份二氧化钛、改性聚乙烯醇纤维和防冻剂。本申请的冬施微膨胀混凝土具有减少混凝土由于温差产生的裂纹数量，抗裂性强，在钢管混凝土中封闭条件下养护时，不会与钢管产生缝隙的优点。

Description

一种冬施微膨胀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，它涉及一种冬施微膨胀混凝土及其制备方法。
背景技术
在现代工程建设中，大体积混凝土占有重要地位，它不仅大量被使用于建筑等工程中，还广泛用于水利工程。在实际工程中，由于“变形荷载”的影响，大体积混凝土结构易出现裂缝，裂缝的出现直接影响了结构的整体性能及政策使用功能，所以应采用相应的措施避免裂缝的产生或控制裂缝的发展，以确保结构的安全和使用功能。
现有技术中，申请号为CN202110091972.6的中国发明专利申请文件中公开了一种添加膨胀剂的微膨胀混凝土，包括以下质量份数的组分：水泥340-360份；水170-190份；砂600-620份；石1230-1270份；木质素磺酸盐1.5-2份；硫铝酸盐类膨胀剂10-15份；氧化钙类膨胀剂30-35份；其制备方法为：将各组分混合均匀形成微膨胀混凝土浆料，再养护成型。
上述的相关技术中，在混凝土中掺入适量的膨胀剂可以起到补偿收缩的作用，但我国寒冷地区冬期长达5-6个月，在冬季施工时，早期产生水化热，混凝土由于内外温差较大，内部仍会产生细小裂缝，随着不断冻结和消融，内部的裂缝逐渐增大，影响混凝土结构的强度。
发明内容
为了减少微膨胀混凝土在冬季施工时，因温差产生的裂缝，本申请提供一种冬施微膨胀混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种冬施微膨胀混凝土，采用如下的技术方案：
一种冬施微膨胀混凝土，包括以下以重量份数表示的组分：水泥275-300份、矿粉30-40份、粉煤灰30-50份、砂子735-750份、石子1060-1110份、外加剂8-9份、膨胀剂40-45份、壳聚糖纤维3-6份、水145-190份，
所述外加剂包括质量比为5:2-3:1-2份二氧化钛、改性聚乙烯醇纤维和防冻剂。
通过采用上述技术方案，以二氧化钛、改性聚乙烯醇纤维和防冻剂作为外加剂，并在混凝土中掺入壳聚糖纤维，壳聚糖纤维能在混凝土中相互搭接，增加混凝土的抗裂性，二氧化钛能降低水泥水化过程中释放的热量，降低内外温度差，使水泥水化热逐渐释放，为混凝土浇筑后的散热提供辅助，减少开裂风险，提高耐久性，聚乙烯醇纤维的主要特点是强度高、模量高、耐磨、耐候性好，与水泥等基材有良好的亲和力和结合性，改性聚乙烯醇纤维以乱向分散在混凝土中，且弹性模量远远高于初凝混凝土的弹性模量，依靠其与水泥基体之间机械咬合力及界面吸附粘力等，提高了混凝土的抗拉强度，从而使混凝土结构表面的裂缝产生得到有效抑制，使裂纹减少甚至消失，同时纤维的加入降低了混凝土的孔隙率，提高混凝土的抗压强度，防冻剂的加入能改善拌合水的冰点，使混凝土在低温下仍能进行水化反应，以防止因引入二氧化钛后导致混凝土水化热释放减慢，水化速度减慢，膨胀剂具有微膨胀自应力，抵消由于混凝土干缩、低温等引起的自应力，提高混凝土的抗裂性能。
优选的，所述改性聚乙烯醇纤维由以下方法制成：
(1)将1-2重量份聚乙烯醇纤维置于4-6份水中，加入0.3-0.5份碳化硅和0.1-0.2份聚硅氧烷粘结剂，混合均匀，干燥，制得预处理聚乙烯醇纤维；
(2)将0.5-1份低温可膨胀石墨和3-5份石蜡混合，在0.2-0.3MPa、100-110℃下浸渍2-5s，加入所述预处理聚乙烯醇纤维，干燥。
通过采用上述技术方案，将聚乙烯醇纤维与碳化硅、聚硅氧烷粘结剂混合后，在聚硅氧烷粘结剂的粘接作用下，碳化硅被粘附在聚乙烯醇纤维上，而碳化硅具有较高的导热性能，能在较短时间内，使混凝土内外温度一致，防止混凝土在凝结时因内外温度不一致而开裂。
然后将低温可膨胀石墨与石蜡混合，低温可膨胀石墨的孔隙结构中填充部分石蜡，且不需要封装，在混凝土产生水化热时，石蜡热熔，不需封装也不会从低温可膨胀石墨中渗出，填充在低温可膨胀石墨孔隙内的石蜡在热熔时，吸收热量，降低内外温度差；然后将粘附有碳化硅的聚乙烯醇纤维加入到石蜡和低温可膨胀石墨混合物中，因石蜡用量偏多，未被填充到低温可膨胀石墨内的石蜡，包覆在预处理聚乙烯醇纤维上和低温可膨胀石墨上，干燥后固化；当混凝土产生水化热时，被包覆在预处理聚乙烯醇纤维和低温可膨胀石墨上的石蜡热熔，吸收混凝土的水化热，降低热量，减少内外温度差，并且露出预处理聚乙烯醇纤维和低温可膨胀石墨，预处理聚乙烯醇纤维上的碳化硅具有较大的导热性，能增大混凝土的散热效果，使混凝土尽快达到内外温度一致，降低温度差引起的裂纹数量，而低温可膨胀石墨在混凝土产生水化热时，内部的石蜡熔化，吸收热量，且低温膨胀石墨也能在混凝土内部产生水化热时吸收热量，降低混凝土内部的温度，减少混凝土内外温度差，降低开裂现象，且低温可膨胀石墨在受热后会膨胀，将微裂缝堵塞；当混凝土内温度低于石蜡的热熔点时，石蜡固化，在混凝土内进行孔隙填充，增大密实度。
优选的，所述二氧化钛经过以下预处理：将二氧化钛、玉米淀粉、微晶纤维素和甘油混合均匀，制成包衣，将高吸水树脂与水混合，作为芯材，将包衣均匀喷涂在芯材上，自然干燥。
当混凝土内的体系水分不足，养护困难，如钢管混凝土表面被钢管封闭，无法补充水分，膨胀剂由于得不到有效的养护而不能发挥应有的作用，导致混凝土与钢管内壁脱离，通过采用上述技术方案，以二氧化钛、玉米淀粉、微晶纤维素和甘油混合作为包衣，然后将吸附水分的高吸水树脂作为芯材，玉米淀粉具有较好的成膜性，但一般淀粉膜石粉脆弱，难以成型，微晶纤维素和甘油能增加淀粉膜的机械性能，且甘油作为增塑剂，不仅能与淀粉形成氢键，使得淀粉间氢键被取代，破坏淀粉的高结晶度，还能使淀粉膜具有缓释性能，同时甘油能降低水分的冰点；当淀粉成膜后包覆在高吸水树脂上，淀粉膜上含有二氧化钛，能降低混凝土内部温度，同时淀粉膜因甘油的存在，具有缓释效果，当体系内水分不足时，高分子树脂释水，而淀粉膜上含有的甘油能防止水分在低温环境下结冰而难以为膨胀剂提供水分，也能防止水分结冰导致混凝土产生裂缝，水分通过淀粉膜释放到混凝土内，为混凝土的养护提供水分，从而使膨胀剂充分膨胀，降低混凝土与钢管内壁脱离的可能性。
优选的，所述膨胀剂的制备方法为：
(1)将SPAN-80和甘油、去离子水混合，制成乳液，加入到pH值为5-6的壳聚糖的醋酸溶液中，搅拌均匀，制成纳米胶囊；
(2)将纳米胶囊、聚乙烯吡格烷酮和膨润土混合，制成球状颗粒；
(3)向球状颗粒表面均匀喷洒质量浓度为1-3％的海藻酸钠溶液，然后再均匀喷涂质量浓度为1.5-4.5％的氯化钙溶液，自然干燥。
通过采用上述技术方案，将甘油和水混合制成乳液后，利用壳聚糖将甘油包覆，形成水包油胶囊，而甘油和水在乳化剂的作用下，能形成微小的甘油包水形态的微胶囊，将纳米胶囊和膨润土利用聚乙烯醇吡咯烷酮作为粘合剂，制成球状颗粒，然后将海藻酸钠溶液和氯化钙溶液依次喷涂在球状颗粒上，海藻酸钠和氯化钙反应形成海藻酸钙壁材，从而将球状颗粒包覆，且海藻酸钙壁材具有一定的缓释作用。被壁材包覆的膨润土和纳米胶囊在水泥水化初始阶段基本不参与反应，水分会在渗透压的作用下逐渐渗透进入壁材内部，因海藻酸钙的韧性不佳，水化产物冲破海藻酸钠壁材后，使得膨润土进入水化环境中，水化产物与膨润土发生反应，形成钙钒石，钙钒石吸水膨胀产生膨胀空间导致水泥石发生体积膨胀，膨润土上粘结有纳米微胶囊，由壳聚糖包覆甘油和水制成，壳聚糖的缓释作用，能持续释放甘油和水，从而为膨润土持续提供水分，甘油能降低水的冰点，防止水分结冰，从而延长膨胀剂的膨胀效果，使混凝土在钢管内，膨润土能持续膨胀，防止混凝土和钢管脱离。
优选的，所述壳聚糖纤维表面经改性剂处理，改性剂包括质量比为1:0.1-0.3:0.1-0.5的谷朊粉、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺。
通过采用上述技术方案，增加壳聚糖纤维的粘性，壳聚糖纤维具有吸水保水性能，壳聚糖纤维填充在混凝土中，搭接骨料之间，可以提高混凝土整体的粘接强度，在混凝土冻融时，阻挡裂纹扩展，其交联的网络结构具有很好的吸水保水能力，防止混凝土离析分层。
优选的，所述防冻剂为乙二醇、甲醇、甲酸钙、乙酸钠中的一种或几种。
通过采用上述技术方案，防冻剂的冰点低，使混凝土在负温环境下仍能进行水化作用，有利于混凝土强度发展。
优选的，所述粉煤灰为F类II级粉煤灰。
通过采用上述技术方案，F类II级粉煤灰水化热较低，并且其中含有大量的活性二氧化硅和氧化铝，使水泥水化更加充分。此外，由于活性二氧化硅和氧化铝粒径较小，填充在水泥颗粒之间，可以提高混凝土的密实度。
优选的，所述砂子为II区级配砂，细度模数为2.5-2.7，表观密度为2500-2700kg/m3，堆积密度为1400-1600kg/m3，含泥量为0.2-0.7％，氯离子质量百分比为0.00015-0.00019％。
通过采用上述技术方案，使用II区级配砂，砂子粗细适宜，有较好的工作性，施工和易性好，易搅拌，粗砂之间没有形成骨架，细砂填充于粗砂之间的孔隙内，提高混凝土的密实度，减少混凝土离析、泌水，提高和易性。
优选的，所述石子的粒径为5-25mm，针片状颗粒含量为4-6％，表观密度为2500-2700kg/m3，堆积密度为1400-1600kg/m3，含泥量为0.1-0.3％。
通过采用上述技术方案，石子中针片状颗粒含量适宜，能够有效提高混凝土的强度，石子粒径合理，避免颗粒较大，造成石子之间的孔隙较大，造成混凝土强度较低，提高混凝土的抗冻性能和抗压强度。
第二方面，本申请提供一种冬施微膨胀混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种冬施微膨胀混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将二氧化钛、1/2的水和水泥混合，搅拌均匀，加入矿粉、粉煤灰、石子和砂子，制成预混料；
将壳聚糖纤维置于1/4水中，在0℃以下冷冻2-3h，加入改性聚乙烯醇纤维，制成混合料；将混合料、预混料、防冻剂和剩余水混合均匀，制成冬施微膨胀混凝土。
通过采用上述技术方案，将二氧化钛和水、水泥等混合，形成预混料，使二氧化钛与水泥等充分混合，壳聚糖纤维具有较好的吸水和保水性，将其与水混合后，吸收水分，再进行冷冻，冷冻后的壳聚糖纤维加入到预混料中，在混凝土产生水化热时，冷冻后的壳聚糖能吸收热量，降低混凝土内部温度，减少因温度差引起的裂缝。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用壳聚糖纤维、由二氧化钛、改性聚乙烯醇纤维和防冻剂制备的外加剂制备冬施微膨胀混凝土，由于二氧化钛具有优异的导热性能，能降低混凝土内部热量，改性聚乙烯醇纤维具有高强度、高模量，与水泥等基材的亲和力好，能提高混凝土的抗拉强度，减少裂缝的产生和延伸，防冻剂能降低水分的冰点，防止水结晶导致混凝土开裂，壳聚糖纤维能乱向分布在混凝土中，阻止裂缝的产生和扩展，多种组分配合制成在低温下不易产生裂缝，抗压强度高的混凝土。
2、本申请中优选使用石蜡包覆表面黏附碳化硅的聚乙烯醇纤维，以及内部填充有石蜡的低温可膨胀石墨，制成了改性聚乙烯醇纤维，使聚乙烯醇纤维能降低混凝土内部温度，并且低温可膨胀石墨能吸收热量，产生微膨胀效果，阻止裂缝的产生，包覆的石蜡在水化热产生时热熔，吸收热量的同时，在混凝土内流动填充微孔隙，提高混凝土密实度。
3、本申请中优选使用玉米淀粉、甘油、高吸水树脂等对二氧化钛进行处理，使二氧化钛和玉米淀粉等作为包衣，将高吸水树脂包覆在内，当混凝土在钢管内部养护水分不足，膨胀剂难以有效膨胀时，高吸水树脂释水，通过玉米淀粉膜释放到混凝土内部，从而为膨胀剂的深度膨胀提供助力，使混凝土与钢管内壁充分贴合。
4、本申请中优选使用海藻酸钙作为壁材，包覆黏附有纳米胶囊的膨润土，使膨润土缓慢释放，水泥强度逐渐发展，膨润土在水泥石具有一定强度的条件下才发生膨胀，膨胀与强度共同发展，当膨润土进入水泥水化环境中时，使混凝土产生微膨胀现象，当混凝土处于养护水分不足情况下时，膨润土表面的纳米胶囊能持续为膨润土提供水分，从而使膨润土持续膨胀，防止混凝土用于钢管内浇筑时，与钢管内壁脱离。
具体实施方式
改性聚乙烯醇纤维的制备例1-5
制备例1-5聚乙烯醇纤维选自南通科嘉放置纤维制品有限公司，货号为PVA，长度为6mm；聚硅氧烷粘结剂选自深圳多力仕连锁管理有限公司，货号为DX-9012T；低温可膨胀石墨选自青岛富瑞特石墨有限公司，货号为000。
制备例1：(1)将1kg聚乙烯醇纤维置于4kg水中，加入0.3kg碳化硅和0.1kg聚硅氧烷粘结剂，混合均匀，干燥，制得预处理聚乙烯醇纤维；
(2)将0.5kg低温可膨胀石墨和3kg石蜡混合，在0.2MPa、100℃下浸渍5s，加入所述预处理聚乙烯醇纤维，干燥。
制备例2：(1)将2kg聚乙烯醇纤维置于6kg水中，加入0.5kg碳化硅和0.2kg聚硅氧烷粘结剂，混合均匀，干燥，制得预处理聚乙烯醇纤维；
(2)将1kg低温可膨胀石墨和5kg石蜡混合，在0.3MPa、110℃下浸渍3s，加入所述预处理聚乙烯醇纤维，干燥。
制备例3：与制备例1的区别在于，未添加碳化硅。
制备例4：与制备例1的区别在于，未添加低温可膨胀石墨。
制备例5：与制备例1的区别在于，未添加石蜡。
二氧化钛的制备例6-9
制备6-9中微晶纤维素选自广州京糖生物科技有限公司，型号为ph102，货号为0327；高吸水树脂选自济南华迪工贸有限公司，型号为HD180。
制备例6：将1kg二氧化钛、1kg玉米淀粉、0.8kg微晶纤维素和0.2kg甘油混合均匀，制成包衣，将0.5kg高吸水树脂与1kg水混合，作为芯材，将包衣均匀喷涂在芯材上，在35℃下自然干燥。
制备例7：以1kg二氧化钛作为芯材，1kg玉米淀粉、0.8kg微晶纤维素和0.2kg甘油混合均匀，制成包衣，将包衣均匀喷涂在芯材上，自然干燥。
制备例8：与制备例6的区别在于，未添加甘油。
制备例9：将1kg二氧化钛、1kg玉米淀粉、0.8kg微晶纤维素、0.5kg高吸水树脂和1kg水混合。
膨胀剂的制备例10-13
制备例10：(1)将0.02kg SPAN-80和0.6kg甘油、0.1kg去离子水混合，制成乳液，加入到0.5kg pH值为5且质量浓度为3％的壳聚糖醋酸溶液中，搅拌均匀，制成纳米胶囊；
(2)将制成的纳米胶囊、0.01kg聚乙烯吡格烷酮和2kg膨润土混合，制成球状颗粒；
(3)向球状颗粒表面均匀喷洒质量浓度为1％的海藻酸钠溶液，然后再均匀喷涂质量浓度为1.5％的氯化钙溶液，自然干燥，膨润土和海藻酸钙的质量比为2:1。
制备例11：(1)将0.02kg SPAN-80和0.6kg甘油、0.1kg去离子水混合，制成乳液，加入到0.5kg pH值为6且质量浓度为3％的壳聚糖醋酸溶液中，搅拌均匀，制成纳米胶囊；
(2)将制成的纳米胶囊、0.01kg聚乙烯吡格烷酮和3kg膨润土混合，制成球状颗粒；
(3)向球状颗粒表面均匀喷洒质量浓度为3％的海藻酸钠溶液，然后再均匀喷涂质量浓度为4.5％的氯化钙溶液，自然干燥，膨润土和海藻酸钠溶液的质量比为3:1。
制备例12：将膨润土和质量浓度为3％的海藻酸钠溶液混合，然后加入质量浓度为4.5％的氯化钙溶液，自然干燥，膨润土和海藻酸钠溶液的质量比为2:1。
制备例13：(1)将0.02kg SPAN-80和0.6kg甘油、0.1kg去离子水混合，制成乳液；
(2)将制成的乳液、0.01kg聚乙烯吡格烷酮和3kg膨润土混合，制成球状颗粒；
(3)向球状颗粒表面均匀喷洒质量浓度为3％的海藻酸钠溶液，然后再均匀喷涂质量浓度为4.5％的氯化钙溶液，自然干燥，膨润土和海藻酸钠溶液的质量比为3:1。
实施例
实施例1：一种冬施微膨胀混凝土，其原料用量如表1所示，其中水泥为P.O42.5硅酸盐水泥，砂子为II区级配砂，细度模数为2.5，表观密度为2500kg/m3，堆积密度为1400kg/m3，含泥量为0.2％，氯离子质量百分比为0.00015％，石子的粒径为5-25mm连续级配，针片状颗粒含量为4％，表观密度为2500kg/m3，堆积密度为1400kg/m3，含泥量为0.1％，粉煤灰为F类II级粉煤灰，矿粉为S95级矿粉，膨胀剂为膨润土，外加剂包括质量比为5:2:1的二氧化钛、改性聚乙烯醇纤维和防冻剂，二氧化钛由制备例6制成，改性聚乙烯醇纤维由制备例1制成，防冻剂为乙二醇，壳聚糖纤维经过其质量30％的改性剂喷涂处理，改性剂由质量比为1:0.3:0.5的谷朊粉、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺混合制成。
上述冬施微膨胀混凝土的制备方法包括以下步骤：
S1、将二氧化钛、1/2的水和水泥混合，搅拌均匀，加入矿粉、粉煤灰、石子和砂子，制成预混料；
S2、将壳聚糖纤维置于1/4水中，在0℃以下冷冻2h，加入改性聚乙烯醇纤维，制成混合料；
S3、将混合料、预混料、防冻剂和剩余水混合均匀，制成冬施微膨胀混凝土。
表1实施例1-4中混凝土的原料用量
Figure BDA0003612047160000071
Figure BDA0003612047160000081
实施例2-4：一种冬施微膨胀混凝土，与实施例1的区别在于，原料用量如表1所示。
实施例5：一种冬施微膨胀混凝土，与实施例1的区别在于，改性聚乙烯醇纤维由制备例2制成。
实施例6：一种冬施微膨胀混凝土，与实施例1的区别在于，改性聚乙烯醇纤维由制备例3制成。
实施例7：一种冬施微膨胀混凝土，与实施例1的区别在于，改性聚乙烯醇纤维由制备例4制成。
实施例8：一种冬施微膨胀混凝土，与实施例1的区别在于，改性聚乙烯醇纤维由制备例5制成。
实施例9：一种冬施微膨胀混凝土，与实施例1的区别在于，二氧化钛由制备例7制成。
实施例10：一种冬施微膨胀混凝土，与实施例1的区别在于，二氧化钛由制备例8制成。
实施例11：一种冬施微膨胀混凝土，与实施例1的区别在于，二氧化钛由制备例9制成。
实施例12：一种冬施微膨胀混凝土，与实施例1的区别在于，膨胀剂由制备例10制成。
制备例13：一种冬施微膨胀混凝土，与实施例1的区别在于，膨胀剂由制备例11制成。
制备例14：一种冬施微膨胀混凝土，与实施例1的区别在于，膨胀剂由制备例12制成。
制备例15：一种冬施微膨胀混凝土，与实施例1的区别在于，膨胀剂由制备例13制成。
实施例16：一种冬施微膨胀混凝土，与实施例1的区别在于，壳聚糖纤维未经改性剂处理。
对比例
对比例1：一种冬施微膨胀混凝土，与实施例1的区别在于，未添加改性聚乙烯醇纤维。
对比例2：一种冬施微膨胀混凝土，与实施例1的区别在于，未添加二氧化钛。
对比例3：一种冬施微膨胀混凝土，与实施例1的区别在于，未添加壳聚糖纤维。
对比例4：一种冬施微膨胀混凝土，与实施例1的区别在于，未将壳聚糖纤维在0℃以下冷冻。
对比例5：一种冬施微膨胀混凝土，包括以下原料：156kg水、P.O42.5水泥320kg、F类II级粉煤灰112kg、II区中砂机制砂306kg、II区中砂天然砂306kg、5-25mm连续级配碎石1103kg、聚羧酸性防冻剂9.2kg、复合外加剂包括3.8kg SY-G高性能膨胀剂、0.95kg十二烷基苯磺酸钠和鲸醋醇0.95kg，该混凝土的制备方法包括如下步骤：
(1)将30％用量的水加热至40℃，并将复合外加剂以及防冻剂加入其中搅拌15-20秒，得外加剂的水溶液；
(2)将剩余用70％用量的水加热至80℃，加入碎石、天然砂、机制砂，搅拌1-2min，使骨料混合均匀并完全润湿，温度冷却至35℃，制得第一浆料；
(3)向第一浆料内加入水泥、粉煤灰搅拌40秒，制得第二浆料；
(4)将外加剂的水溶液与第二浆料混合，搅拌2min，制得冬施微膨胀混凝土
性能检测试验
按照实施例和对比例中方法制备混凝土，进行性能检测，将检测结果记录于表2中。
1、抗压强度：参照GB/T50081-2016《普通混凝士力学性能试验方法标准》检测，检测环境温度为-15℃。
2、早期抗裂性：按照GB/T50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》制作标准试块，试块养护方法为，先在5℃下养护2h，然后在-15℃下24h，测量得到单位面积的裂缝数目以及单位面积上的总开裂面积。
3、竖向膨胀率：按照GB/T50119-2013《混凝土外加剂应用规范》进行检测；
4、与钢管壁是否分离：向直径为1000mm，高度5m的钢管中浇筑混凝土，28d后观察混凝土结构与钢管内壁是否脱离，以下列等级进行划分：贴合紧密，无明显分离，记为A级；存在较少0-1mm范围内的缝隙，记为B级；存在较多1-3mm范围内的缝隙，记为C级；存在较多3-5mm范围内的缝隙，记为D级。
表2冬施微膨胀混凝土的性能检测
Figure BDA0003612047160000101
实施例1-4中采用制备例1制成的改性聚乙烯醇纤维和制备例6制成的二氧化钛，表2内数据显示，实施例1-4制成的混凝土早期强度高，1d时抗压强度就能达到19MPa以上，且在24h时产生的裂缝数量少，裂缝面积小，具有较好的早期抗裂效果，使用膨润土作为膨胀剂，混凝土早期膨胀率高，能填充混凝土内部间隙，后期膨胀性不足。
实施例5中使用制备例2制成的改性聚乙烯醇纤维，与实施例1相比，混凝土的早期抗裂性和混凝土的早期强度与实施例1相近。
实施例6与实施例1相比，使用制备例3制成的改性聚乙烯醇纤维，制备例3中未添加碳化硅，表2内显示，实施例6制备的混凝土早期强度降低，且24h内产生较多裂缝，说明碳化硅能降低混凝土因内外温度差引起的裂缝数量。
实施例7中使用制备例4制成的改性聚乙烯醇纤维，制备例4中未添加低温可膨胀石墨，与实施例1相比，实施例7制备的混凝土早期裂缝数量增多，且裂缝面积增大，膨胀率降低，说明低温可膨胀石墨能降低混凝土的早期裂缝数量，改善膨胀率。
实施例8中使用制备例5制备的改性聚乙烯醇纤维，制备例5中未添加石蜡，表2内显示，混凝土的裂缝数量增大，早期强度有所降低，且裂缝数量和裂缝面积增大，早期抗裂性下降。
实施例9与实施例1的区别在于，使用制备例7制备的二氧化钛粉，以二氧化钛作为芯材，以玉米淀粉等作为包衣，混凝土早期强度和早期抗裂性与实施例1相似，但混凝土的竖向膨胀率持续性差，后期难以维持较大的膨胀率。
实施例10使用制备例8制成的二氧化钛，其中未添加甘油，混凝土的早期强度下降，产生的裂缝数量增多，可能是甘油使水分在低温下不结冰，使得混凝土早期不开裂。
实施例11与实施例1的区别在于，使用制备例9制成的二氧化钛，将二氧化钛、玉米淀粉与高吸水树脂等直接混合，制成的混凝土后期难以维持微膨胀性能。
实施例12和实施例13与实施例1的区别在于，采用制备例10和制备例11制成的膨胀剂，混凝土的早期强度变化不大，且早期抗裂性与实施例1相近，但与钢管贴合紧密，无明显分离。
实施例14中采用制备例12制成的膨胀剂，其中将膨润土用海藻酸钠和氯化钙形成的海藻酸钙包覆，混凝土与钢管存在分离现象，膨胀剂的持续膨胀性不足。
实施例15中采用制备例13制成的膨胀剂，其中未使用壳聚糖制备纳米胶囊，与实施例12相比，混凝土与钢管内壁存在分离现象，说明纳米胶囊能提高膨胀剂的持续膨胀性能。
实施例16中壳聚糖纤维未经改性剂处理，混凝土的早期强度和早期抗裂性能相较于实施例1，有所降低。
对比例1-2与实施例1区别在于，外加剂中分别未添加改性聚乙烯醇纤维和二氧化钛，对比例1和对比例2制成的混凝土，早期强度有所降低，且在低温下产生较多裂缝。
对比例3与实施例1区别在于，混凝土内未添加壳聚糖纤维，制成的混凝土早期抗裂性降低，对比例4中未将壳聚糖纤维在低温下冷冻处理，混凝土的抗压强度与实施例1相差不大，但早期抗裂性降低。
对比例5为现有技术制备的冬施微膨胀混凝土，其具有较大的28d抗压强度，但其24h内产生的裂缝数目达到9.6条，裂缝数量多，且裂缝面积大，早期抗裂性能不足，且在没有外界水分补充的养护条件下，难以实现微膨胀，与钢管内壁脱离严重。
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)

1.一种冬施微膨胀混凝土，其特征在于，包括以下以重量份数表示的组分：水泥275-300份、矿粉30-40份、粉煤灰30-50份、砂子735-750份、石子1060-1110份、外加剂8-9份、膨胀剂40-45份、壳聚糖纤维3-6份、水145-190份，
所述外加剂包括质量比为5:2-3:1-2份二氧化钛、改性聚乙烯醇纤维和防冻剂。
2.根据权利要求1所述的冬施微膨胀混凝土，其特征在于：所述改性聚乙烯醇纤维由以下方法制成：
（1）将1-2重量份聚乙烯醇纤维置于4-6份水中，加入0.3-0.5份碳化硅和0.1-0.2份聚硅氧烷粘结剂，混合均匀，干燥，制得预处理聚乙烯醇纤维；
（2）将0.5-1份低温可膨胀石墨和3-5份石蜡混合，在0.2-0.3MPa、100-110℃下浸渍2-5s，加入所述预处理聚乙烯醇纤维，干燥。
3.根据权利要求1所述的冬施微膨胀混凝土，其特征在于，所述二氧化钛经过以下预处理：将二氧化钛、玉米淀粉、微晶纤维素和甘油混合均匀，制成包衣，将高吸水树脂与水混合，作为芯材，将包衣均匀喷涂在芯材上，自然干燥。
4.根据权利要求1所述的冬施微膨胀混凝土，其特征在于，所述膨胀剂的制备方法为：
（1）将SPAN-80和甘油、去离子水混合，制成乳液，加入到pH值为5-6的壳聚糖的醋酸溶液中，搅拌均匀，制成纳米胶囊；
（2）将纳米胶囊、聚乙烯吡格烷酮和膨润土混合，制成球状颗粒；
（3）向球状颗粒表面均匀喷洒质量浓度为1-3%的海藻酸钠溶液，然后再均匀喷涂质量浓度为1.5-4.5%的氯化钙溶液，自然干燥。
5.根据权利要求1所述的冬施微膨胀混凝土，其特征在于，所述壳聚糖纤维表面经改性剂处理，改性剂包括质量比为1:0.1-0.3:0.1-0.5的谷朊粉、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺。
6.根据权利要求1所述的冬施微膨胀混凝土，其特征在于，所述防冻剂为乙二醇、甲醇、甲酸钙、乙酸钠中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的冬施微膨胀混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为F类II级粉煤灰。
8.根据权利要求1所述的冬施微膨胀混凝土，其特征在于，所述砂子为II区级配砂，细度模数为2.5-2.7，表观密度为2500-2700kg/m3，堆积密度为1400-1600kg/m3，含泥量为0.2-0.7%，氯离子质量百分比为0.00015-0.00019%。
9.根据权利要求1所述的冬施微膨胀混凝土，其特征在于，所述石子的粒径为5-25mm连续级配，针片状颗粒含量为4-6%，表观密度为2500-2700kg/m3，堆积密度为1400-1600kg/m3，含泥量为0.1-0.3%。
10.权利要求1-9任一项所述的冬施微膨胀混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将二氧化钛、1/2的水和水泥混合，搅拌均匀，加入矿粉、粉煤灰、石子和砂子，制成预混料；
将壳聚糖纤维置于1/4水中，在0℃以下冷冻2-3h，加入改性聚乙烯醇纤维，制成混合料；
将混合料、预混料、防冻剂和剩余水混合均匀，制成冬施微膨胀混凝土。
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