CN110218030A - 一种抗冻混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗冻混凝土，其包括如下组分：按重量份数计：水泥432～486份，陶粒551～620份，河砂707～744份，水141～162份，减水剂3.24～6.48份，有机纤维0.1～0.9份，无机纤维1.33～5.3份，改性发气添加剂2.5～4.5份。本发明将轻骨料(陶粒)与混杂纤维等添加剂混合，形成混杂纤维陶粒混凝土，本文选择玄武岩纤维和聚丙烯纤维掺入LC50陶粒混凝土中制备成抗冻混凝土，其抗冻耐久性良好，且该混凝土较轻，改善了混凝土的脆性，增大其抗压强度和抗拉强度。

Description

一种抗冻混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土及其制备方法，具体涉及一种抗冻混凝土及其制备方法，属于混凝土技术领域。

背景技术

我国北方天气寒冷，道路桥梁路面结冰现象时有发生，为减小冬季交通事故发生的频率，使用大量工业盐对道路、桥梁等混凝土结构进行除冰，使得钢筋混凝土结构周围出现大量的氯离子，通过迁移、渗入到混凝土内部，引起了混凝土中的钢筋发生锈蚀破坏。

随着现代土木工程结构朝着轻质、高强、大跨、高耸的方向发展，以及建造各种新型特种结构需求的增加，传统的建筑材料和建筑结构在应用过程中逐渐暴露出承载力小、施工困难、防火性能差、抗冻耐久性差、经济效果不佳等缺陷。为了弥补上述缺陷，人们尝试将混凝土中的粗骨料替换为轻骨料(陶粒)，以期减轻结构自重，提高结构的高度和跨度，改善结构的受力性能和抗冻性能。随着各种人造轻骨料的产生，广大工程技术人员及研究人员对轻骨料混凝土有了进一步研究，轻骨料混凝土表现出强度高、自重轻、耐久性好的优点，对土木工程结构朝着轻质、高强、大跨、高耸的方向发展迈进了一步，其应用前景日益广阔。尽管轻骨料混凝土能在不减小结构承载力的条件下极大地减轻结构自重，减小构件尺寸，但由于轻骨料的自身特性会造成轻骨料混凝土内部孔隙大、弹性模量低、自收缩大，对结构的抗冻耐久性有不利影响，不利发挥材料的优越性能。众多学者研究发现，这些无法通过混凝土材料自身解决的根本缺陷，可以通过复合化的方法来改善。

发明内容

为解决现有技术不足，本发明提供了一种防冻混凝土及其制备方法，本发明将轻骨料(陶粒)与混杂纤维等添加剂混合，形成混杂纤维陶粒混凝土，本文选择玄武岩纤维和聚丙烯纤维掺入陶粒混凝土中制备成抗冻混凝土，其抗冻耐久性良好，且该混凝土较轻。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种抗冻混凝土，按重量份数计包括如下组分

：水泥432～486份，陶粒551～620份，河砂707～744份，水141～162份，减水剂3.24～6.48份，有机纤维0～0.9份，无机纤维1.33～5.3份，改性发气添加剂2.5～4.5份。

基于上述技术方案，陶粒能够减轻混凝土的自重，使得制备的混凝土能够应用于桥梁大跨等建筑方面，使用有机纤维和无机纤维的混合能够有效的改变混凝土中孔的大小和均匀分布情况，从而能够提高抗冻性能；由于陶粒本身具有多孔结构特性，配制而成的混凝土可保证轻质、高强，同时具有吸声、降噪、减震的效果。将陶粒混凝土应用于桥梁结构和桥面板时能有效减轻结构自重，可增大结构跨径和减小构件的截面尺寸，因此陶粒混凝土降低结构自重，把其应用于高层建筑和大跨径桥梁结构得到了很好的推广；纤维的掺加以二维或三维网状结构均匀分散于陶粒混凝土中，与骨料形成较好的咬合力，弥补了陶粒混凝土过多孔结构的缺陷，纤维作为混凝土的次要加筋材料，还可提高混凝土抗裂、抗渗、抗冻、抗老化性能及和易性、保水性，在解决混凝土早期塑性开裂、减少混凝土干燥收缩变形方面具有十分独特的作用，且造价低廉；适量的有机纤维和无机纤维的添加能有效地改善混凝土的脆性，细化其内部结构，减弱初始缺陷，增大其抗拉强度，减少裂缝的产生和扩展，延长结构的使用寿命。使用改性发气添加剂同样可以使得混凝土中的孔的大小适中和孔能够均匀分布，提高混凝土的抗冻性能，同时添加改性发气添加剂可以改善混凝土的耐水性以及提高混凝土的保温性能。

进一步的，所述改性发气添加剂包括如下组分：按重量份数计：二氧化锆0.5～1份，铝酸钠1.2～2份，碳酸氢钠06.～1份，硫酸铝0.2～0.5份。

基于上述技术方案，采用上述无机矿物碱添加到混凝土当中，可以使得混凝土变轻，且可改善混凝土当中孔隙的大小和分布从而提高混凝土的抗冻性，使得混凝土更加轻质。

进一步的，所述减水剂选自聚羧酸高效减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂或氨基磺酸减水剂中的一种或者多种的混合。

基于上述技术方案，减水剂可以改善混凝土的坍落度，改善混凝土的流动性，使其能够更好的施工。

进一步的，所述有机纤维选自聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、腈纶、聚乙烯纤维、尼龙纤维、聚酯纤维或聚丙烯腈纤维中的一种或者多种的混合。

进一步的，所述无机纤维选自钢纤维、碳纤维、玄武岩纤维或玻璃纤维中的一种或者多种的混合。

本发明还提供了一种抗冻混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S1、将陶粒用水浸泡后沥干，使得陶粒表面无明显水渍，加入河砂搅拌均匀；

S2、在步骤S1的混合物中加入有机纤维、无机纤维搅和改性发气添加剂搅拌均匀；

S3、在步骤S2的混合物中加入水泥搅拌均匀；

S4、将减水剂和水混合均匀后，加入步骤S3所得的混合物中，搅拌均匀，即得抗冻混凝土。

基于上述技术方案，由于陶粒干燥状态会吸水，先浸泡防止拌和时吸水影响水灰比，沥干防止含水量太大，先加陶粒，陶粒是轻骨料在拌和半盒和振捣时会上浮，形成大量孔洞，然后加入两种纤维来改善孔隙的结构，弥补陶粒形成的孔洞。

本发明的有益效果在于：

1.将陶粒混凝土应用于桥梁结构和桥面板时能有效减轻结构自重，可增大结构跨径和减小构件的截面尺寸，因此陶粒混凝土降低结构自重，把其应用于高层建筑和大跨径桥梁结构得到了很好的推广。

2、纤维的掺加以二维或三维网状结构均匀分散于陶粒混凝土中，与骨料形成较好的咬合力，弥补了陶粒混凝土过多孔结构的缺陷，纤维作为混凝土的次要加筋材料，还可提高混凝土抗裂、抗渗、抗冻、抗老化性能及和易性、保水性，在解决混凝土早期塑性开裂、减少混凝土干燥收缩变形方面具有十分独特的作用，且造价低廉。

3、通过按本发明提供的配比加入聚丙烯纤维、玄武岩纤维、减水剂成分,使混凝土具有优异的抗冻性能，配方中减水剂降低配方中的用水量,减小孔隙率,聚丙烯纤维对混凝土劈裂抗拉强度影响最大，对混凝土抗压强度次之，与玄武岩纤维混合形成空间网状结构，起微加筋作用，改善孔隙结构，弥补陶粒多孔现象，混杂纤维和减水剂有利于使气泡间的平均气泡间距减小,进而有利于提高混凝土的含气量,在各成分的协调配合下,混凝土的抗冻性能得到明显提升。

4.本发明通过添加改性发气添加剂可以改善混凝土中孔径的分布，和孔的分布，从而提高了混凝土的抗冻性。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

将551kg的陶粒浸泡1个小时后，再用12个小时沥干，然后加入707kg的河砂搅拌均匀，再加入0.9kg聚丙烯纤维、5.3kg玄武岩纤维和0.5kg二氧化锆，1.2kg铝酸钠，0.6kg碳酸氢钠和0.2kg碳酸铝搅拌均匀，加入432kg水泥搅拌均匀，将事先准备好的3.24kg聚羧酸高效减水剂和141kg的水的混合溶液，加入上述混合物中，搅拌均匀,即得到抗冻混凝土。

实施例2

将620kg的陶粒浸泡1个小时后，再用12个小时沥干，然后加入744kg的河砂搅拌均匀，再加入0.1kg聚丙烯纤维，1.33kg玄武岩纤维和1kg二氧化锆，2kg铝酸钠，1kg碳酸氢钠和0.5kg碳酸铝搅拌均匀，加入486kg水泥搅拌均匀，将事先准备好的6.48kg聚羧酸高效减水剂和162kg的水的混合溶液，加入上述混合物中，搅拌均匀,即得到抗冻混凝土。

实施例3

将570kg的陶粒浸泡1个小时后，再用12个小时沥干，然后加入732kg的河砂搅拌均匀，再加入0.2kg聚丙烯纤维和2.67kg玄武岩纤维和0.8kg二氧化锆，1.6kg铝酸钠，0.7kg碳酸氢钠和0.3kg碳酸铝搅拌均匀，加入475kg水泥搅拌均匀，将事先准备好的5.23kg聚羧酸高效减水剂和151kg的水的混合溶液，加入上述混合物中，搅拌均匀,即得到抗冻混凝土。

实施例4

将551kg的陶粒浸泡1个小时后，再用12个小时沥干，然后加入744kg的河砂搅拌均匀，再加入0.9kg聚丙烯纤维和2.67kg玄武岩纤维和0.8kg二氧化锆，1.6kg铝酸钠，0.7kg碳酸氢钠和0.3kg碳酸铝搅拌均匀，加入432kg水泥搅拌均匀，将事先准备好的3.89kg聚羧酸高效减水剂和160kg的水的混合溶液，加入上述混合物中，搅拌均匀,即得到抗冻混凝土。

实施例5

将551kg的陶粒浸泡1个小时后，再用12个小时沥干，然后加入744kg的河砂搅拌均匀，再加入0.4kg聚丙烯纤维、0.5kg尼龙纤维和2kg玄武岩纤维0.67kg碳纤维和0.8kg二氧化锆，1.6kg铝酸钠，0.7kg碳酸氢钠和0.3kg碳酸铝搅拌均匀，加入432kg水泥搅拌均匀，将事先准备好的3kg聚羧酸高效减水剂、0.89kg萘系减水剂和160kg的水的混合溶液，加入上述混合物中，搅拌均匀,即得到抗冻混凝土。

对比例1

将551kg的陶粒浸泡1个小时后，再用12个小时沥干，然后加入744kg的河砂搅拌均匀，再加入0.9kg聚丙烯纤维和2.67kg玄武岩纤维搅拌均匀，加入432kg水泥搅拌均匀，将事先准备好的3.89kg聚羧酸高效减水剂和160kg的水的混合溶液，加入上述混合物中，搅拌均匀,即得到抗冻混凝土。

对比例2

将551kg的石子浸泡1个小时后，再用12个小时沥干，然后加入744kg的河砂搅拌均匀，再加入0.9kg聚丙烯纤维和2.67kg玄武岩纤维搅拌均匀，加入432kg水泥搅拌均匀，将事先准备好的3.89kg聚羧酸高效减水剂和160kg的水的混合溶液，加入上述混合物中，搅拌均匀,即得到抗冻混凝土。

对比例3

将551kg的陶粒浸泡1个小时后，再用12个小时沥干，然后加入744kg的河砂搅拌均匀，再加入0.9kg聚丙烯纤维搅拌均匀，加入432kg水泥搅拌均匀，将事先准备好的3.89kg聚羧酸高效减水剂和160kg的水的混合溶液，加入上述混合物中，搅拌均匀,即得到抗冻混凝土。

对比例4

将551kg的陶粒浸泡1个小时后，再用12个小时沥干，然后加入744kg的河砂搅拌均匀，再加入0.8kg二氧化锆，1.6kg铝酸钠，0.7kg碳酸氢钠和0.3kg碳酸铝搅拌均匀，加入432kg水泥搅拌均匀，将事先准备好的3.89kg聚羧酸高效减水剂和160kg的水的混合溶液，加入上述混合物中，搅拌均匀,即得到抗冻混凝土。

1.将上述实施例和对比例进行100次冻融循环后检测抗压强度、劈裂抗拉强度和相对弹性模量，其结果如表1所示：

表1 100次冻融循环后的混凝土的各项性能测试

	抗压强度/Mpa	劈裂抗拉强度/Mpa	相对动弹性模量(％)
				实施例1	54.5	4.52	84.5
实施例2	53.7	4.59	84.1
				实施例3	55.3	4.43	85.0
实施例4	54.8	4.45	84.3
				实施例5	54.7	4.39	84.4
对比例1	40.2	4.01	75.2
				对比例2	41.9	3.98	74.3
对比例3	42.5	3.97	73.9
				对比例4	39.8	4.13	80.5

从表中可以看出，经过100次冻融循环实验后，实施例1-5的混凝土的的抗压强度、劈裂抗拉强度和相对动弹性模量明显高于对比例1-4的相应性能。

2.测试单位体积下实施例1-4和对比例2的质量测试结构如表2所示。

表2单位体积下混凝土的质量

	结果(kg/m<sup>3</sup>)
		实施例1	54.5
实施例2	53.7
		实施例3	55.3
实施例4	54.7
		实施例5	55.5
对比例2	40.2

从表2可以看出，由于实施例1-5中粗骨量陶粒的添加使得其单位混凝土的质量明显好于对比例2中粗骨料为石子的混凝土的单位质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种抗冻混凝土，其特征在于，按重量份数计包括如下组分：水泥432～486份，陶粒551～620份，河砂707～744份，水141～162份，减水剂3.24～6.48份，有机纤维0.1～0.9份，无机纤维1.33～5.3份，改性发气添加剂2.5～4.5份。

2.根据权利要求1所述抗冻混凝土，其特征在于，所述改性发气添加剂按重量份数计包括如下组分：二氧化锆0.5～1份，铝酸钠1.2～2份，碳酸氢钠0.6～1份，硫酸铝0.2～0.5份。

3.根据权利要求1所述抗冻混凝土，其特征在于，所述减水剂选自聚羧酸高效减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂或氨基磺酸减水剂中的任意一种或者多种的混合。

4.根据权利要求1所述抗冻混凝土，其特征在于，所述有机纤维选自聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、腈纶、聚乙烯纤维、尼龙纤维、聚酯纤维或聚丙烯腈纤维中的任意一种或者多种的混合。

5.根据权利要求1所述抗冻混凝土，其特征在于，所述无机纤维选自钢纤维、碳纤维、玄武岩纤维或玻璃纤维中的任意一种或者多种的混合。

6.一种如权利要求1-5任一所述抗冻混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将陶粒用水浸泡后沥干，当陶粒表面无明显水渍时，加入河砂搅拌均匀；

S2、在步骤S1的混合物中加入有机纤维、无机纤维搅和改性发气添加剂搅拌均匀；

S3、在步骤S2的混合物中加入水泥搅拌均匀；

S4、将减水剂和水混合均匀后，加入步骤S3所得的混合物中，搅拌均匀，即得抗冻混凝土。