CN110256023B - 一种抗冻抗渗抗裂型混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗冻抗渗抗裂型混凝土及其制备方法。抗冻抗渗抗裂型混凝土包括以下重量份的组分：300‑315份水泥、340‑360份中砂、430‑450份粗砂、800‑850份碎石、135‑160份粉煤灰、50‑60份矿粉、160‑175份水、5‑10份减水剂、1‑5份引气剂、5‑10份水玻璃、5‑10份改性聚丙烯纤维、50‑55份改性橡胶颗粒、55‑70份混合石粉；混合石粉由白云岩、炉渣、陶粒和绢云母粉经干化处理和粉磨处理制得，白云岩、炉渣、陶粒和绢云母粉的质量比为1:0.5‑0.8:1.1‑1.5:0.6‑0.9。本发明的抗冻抗渗抗裂型混凝土具有抗冻性强、抗渗性能和抗裂性能好，强度高的优点。

Description

一种抗冻抗渗抗裂型混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种抗冻抗渗抗裂型混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土一般指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。混凝土作为世界上用量大、使用范围广的建筑材料，其良好的力学性能、经济性以及对环境的适应性在各国和地区得到了广泛的发展，随着社会的发展，人们对建筑物的性能提出了更高的要求。混凝土结构作为土木工程领域最常用的结构形式，其施工与服役环境极其复杂，恶劣环境中混凝土的耐久性问题尤其突出，已成为国内外研究热点。

现有技术中，申请号CN200910020713.3的中国发明专利申请文件中公开了一种空心纤维混凝土夹心秸秆压缩砖砌块，纤维混凝土砌块为空心，秸秆压缩砖填充于纤维混凝土空心砌块之中，空心纤维混凝土砌块的材料组成及重量配比是：水泥:粉煤灰:砂:碎石:水:聚丙烯纤维＝1:0.6:2.4:2.8:0.57:0.0032。

现有的这种空心纤维混凝土夹心秸秆压缩砖砌块虽然具有良好的保温、隔热和隔音等性能，但是其抗裂性、抗冻性和抗渗性能不高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种抗冻抗渗抗裂型混凝土，其具有抗冻性强、抗渗性能和抗裂性能好，且强度高的优点。

本发明的第二个目的在于提供一种抗冻抗渗抗裂型混凝土的制备方法，其具有工艺简单的优点。

为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种抗冻抗渗抗裂型混凝土，包括以下重量份的组分：300-315份水泥、340-360份中砂、430-450份粗砂、800-850份碎石、135-160份粉煤灰、50-60份矿粉、160-175份水、5-10份减水剂、1-5份引气剂、5-10份水玻璃、5-10份改性聚丙烯纤维、50-55份改性橡胶颗粒、55-70份混合石粉；

所述混合石粉由白云岩、炉渣、陶粒和绢云母粉经干化处理和粉磨处理制得，白云岩、炉渣、陶粒和绢云母粉的质量比为1:0.5-0.8:1.1-1.5:0.6-0.9。

通过采用上述技术方案，由于采用混合石粉制备混凝土，不仅绿色环保，并且节约资源，废物利用，混合石粉中白云岩主要成分为碳酸钙、氧化镁、二氧化硅，具有良好的抗压强度、抗挠曲强度，能够提高混凝土的机械性能，减少混凝土的干燥收缩和内应力，减少裂缝的扩张，提高混凝土的抗裂性能和抗渗性能；炉渣其组成以氧化物为主，主要含有二氧化硅、氧化铝、氧化钙和氧化镁等，炉渣质轻，分散性好，可充分填充在水泥浆体中，减少混凝土的孔隙率，提高混凝土的密实性、抗渗性和强度；陶粒具有密度低、保温隔热、抗渗性能优异、抗碱集料反应优异、吸水率低、抗冻性能和耐久性好等众多优点，孔隙率高，软化系数高，可显著提高混凝土的抗冻性能；绢云母粉的径厚较大，在混凝土中，以片状层叠排列，不但能够增大介质渗透距离，还能提高混凝土的抗渗透性能，填充到混凝土中还能提高混凝土的强度、耐磨性能；水玻璃的化学式为Na₂O·nSiO₂，水玻璃能够与水泥水化产生的氢氧化钙发生反应，方程式为：Na₂SiO₃+Ca(OH)₂＝CaSiO₃↓+2NaOH，硅酸钙是具有一定强度的胶凝体，水玻璃能够消耗浆体中的氢氧化钙，使浆体中的氢氧化钙含量未达到饱和，从而加快硅酸二钙和硅酸三钙的水化作用，促使胶凝体加速产生，胶凝体具有较高的粘结力，可强化对骨料的包裹力，使混凝土的强度增大，提高混凝土的密实性、抗冻性和抗渗性，提高早期强度；橡胶颗粒的表面比较平整光滑，且粘有少量橡胶碎屑，与水泥水化物的结合能力较差，橡胶颗粒的表面粗糙程度大，与水泥浆体的粘结力增大，混凝土强度较低，经过改性的橡胶颗粒不仅去除了表面硬脂酸锌等与水泥水化产物结合能力的物质，而且表面粗糙度增大，分布大量的颗粒状凸起，有利于水泥水化产物的结合，从而提高混凝土的强度和密实度，从而提高混凝土的抗渗性能和抗冻性能；改性聚丙烯纤维的抗冲击强度较大，能够抑制混凝土干缩出现裂缝，使混凝土的抗松散性较好，剩余强度较高，磨损较小，抗渗压力较大，抗拉和抗折强度增大。

进一步地，所述混合石粉的平均粒径为25-40μm。

通过采用上述技术方案，将混合石粉与改性橡胶颗粒、中砂、粗砂和碎石等混合，可形成较好的级配效果，从而提高混凝土的密实度和强度，增加混凝土的抗渗性能和抗冻性能。

进一步地，所述改性橡胶颗粒以下方法制成：

(1)将1-3份粒径为250-600μm的橡胶颗粒置于3-10份质量浓度为8-10％的次氯酸钠溶液中，浸泡30-60min，用水清洗至中性，并在红外灯下烘干；

(2)将5-10份纳米二氧化硅分散在20-30份水中，加入0.6-0.8份0.1-0.3份乙烯基三甲氧基硅烷、十二烷基苯磺酸钠和步骤(1)制得的橡胶颗粒，搅拌均匀后，在室温下干燥至含水率低于5％，即得到改性橡胶颗粒。

通过采用上述技术方案，用次氯酸钠的强氧化性，氧化和腐蚀橡胶颗粒的表面，将橡胶颗粒表面的双键、亚甲基等活性基团氧化成羟基、羰基、醛基及羧基，提高橡胶颗粒的亲水性，使橡胶颗粒表面的机械性能增强，提高橡胶颗粒与混凝土浆体之间的界面作用，使橡胶颗粒与混凝土浆体的链接较为紧密，提高粘结力，进而提高混凝土的强度和韧性，使混凝土的抗裂性能和抗渗性能增加。

进一步地，所述改性聚丙烯纤维由以下方法制成：取1-3份聚丙烯纤维、0.6-0.9份十二烷基硫酸钠和0.3-0.5份烷基酚聚氧乙烯醚放入10-20份水中，混合均匀，制得改性聚丙烯纤维。

通过采用上述技术方案，十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚作为聚丙烯纤维和混凝土浆体的偶联剂，对聚丙烯纤维和混凝土浆体起到偶合作用，提高聚丙烯纤维和混凝土之间的粘结力，有利于聚丙烯纤维增强水泥材料的力学性能，因为十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚在搅拌过程中会产生引气作用，使混凝土内部产生不连通的气泡，截断毛细管通道，改变孔隙结构，从而提高混凝土的抗渗性。

进一步地，所述减水剂为脂肪族(羟基)磺酸盐高效减水剂、萘系高效减水剂和聚羧酸高效减水剂中的一种。

通过采用上述技术方案，脂肪族(羟基)磺酸盐高效减水剂对水泥的适应性良好，且分散能力强，减水率可达15-30％，并且能够明显提高混凝土的早期强度，有效降低水泥的水化热，防止混凝土产生收缩，防止混凝土因收缩而出现开裂；萘系高效减水剂能够对水泥粒子产生强烈的分散作用，并且能够防止分散的水泥粒子凝聚，使得水泥浆体的屈服应力和塑性粘度降低，使得混凝土浆体具有一定保持塑性的能力；聚羧酸减水剂与水泥的相容性好，使混凝土的坍落度保持性能好，能够大幅度提高混凝土的早期、后期强度。

进一步地，所述引气剂为松香酸钠、烷基苯磺酸钠、丙烯酸环氧酯、三萜皂苷中的一种或几种的混合物。

通过采用上述技术方案，引气剂能够使混凝土内部产生不连通的气泡，这些气泡如同滚珠一样，减少骨料颗粒之间的摩擦阻力，使拌合物的流动性增加，减少泌水量，截断毛细管通道，改变孔隙结构，从而提高混凝土的抗渗性能。

进一步地，所述中砂的细度模数为2.3-3.1，含泥量为2-2.6％，泥块含量为0.45-0.65％。

通过采用上述技术方案，中砂、粗砂和碎石的粗细适宜，使混凝土有较好的工作性，施工和易性好，易搅拌，粗砂之间没有形成骨架，中砂填充于粗砂和碎石之间的孔隙内，提高混凝土的密实度和强度，降低混凝土中空隙率，减少混凝土离析、泌水，提高混凝土强度；碎石粒径合理，避免颗粒较大，使得碎石之间的孔隙较大，造成混凝土强度较低，合理控制碎石的粒径，并与砂子、粉煤灰形成合理级配，可提高混凝土的密实度。

进一步地，所述碎石为5-20mm连续级配碎石，针片状颗粒含量为3-6％，表观密度为2700-2780kg/m³，堆积密度为1600-1700kg/m³，含泥量为0.2-0.4％。

通过采用上述技术方案，碎石中针片状颗粒含量适宜，能够有效提高混凝土的强度，碎石粒径合理，避免颗粒较大，使得碎石之间的孔隙较大，造成混凝土强度较低，合理控制碎石的粒径，并与砂子和粉煤灰形成合理级配，可提高混凝土的密实度，从而提高混凝土的抗裂、抗渗和抗冻性能。

进一步地，所述粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰，粉煤灰的细度(45μm方孔筛筛余)为13-18％，需水量比为98-100％，烧失量为5.5-5.8％，含水量为0.2-0.4％。

通过采用上述技术方案，粉煤灰的活性成分为二氧化硅和三氧化二铝，与水泥水化产物混合后，能够生成较为稳定的胶凝材料，从而使混凝土具有较高的强度，同时粉煤灰中70％以上的颗粒是无定型的球形玻璃体，主要起到滚珠轴承作用，在混凝土拌合物中发挥润滑作用，改善混凝土拌合物的和易性，且粉煤灰与碎石等构成合理级配，使彼此之间互相填充，能有效增加混凝土密实度，进一步提高混凝土的抗压强度，使混凝土结构密实，不易渗水开裂。

为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种抗冻抗渗抗裂型混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、将碎石、中砂、粗砂、粉煤灰、矿粉和改性聚丙烯纤维，搅拌2-5min，制得第一天混合物；

S2、向第一混合物中加入水泥、改性橡胶颗粒、混合石粉、引气剂、减水剂，搅拌2-3min，制得第二混合物；

S3、向第二混合物中加入水玻璃和水，搅拌2-5min，即制得抗冻抗渗抗裂混凝土。

通过采用上述技术方案，制备方法简单，且制备出的混凝土具有较强的抗压强度，良好的抗渗性能和抗裂性能。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

第一、由于本发明采用改性橡胶颗粒制备混凝土，通过使用次氯酸钠的强氧化性对橡胶颗粒进行表面处理，可提高橡胶颗粒的亲水性，增强橡胶颗粒与水泥的粘结作用，橡胶粉在水泥水化时形成乳胶薄膜，提高混凝土的韧性和强度，从而增加混凝土的抗裂性能和抗渗性能，并且加入的十二烷基苯磺酸钠能够引入气体，进一步提高混凝土抗冻性能。

第二、本发明中采用改性聚丙烯纤维制备混凝土，由于改性聚丙烯纤维在混凝土内部形成了分布均匀且封闭的孔隙，形成了遍布混凝土基体的纤维网结构，有效的改善了混凝土的力学性能和耐久性，同时提高混凝土的抗渗性能和抗裂性能。

第三、本发明采用水玻璃制备混凝土，水玻璃绿色环保，成本低，水玻璃与改性聚丙烯纤维、混合石粉共同作用，通过混合石粉和改性聚丙烯纤维的比表面积的增大，增大水泥水化反应接触面积，提高水化反应速率，使混凝土具有良好的和易性，且混合石粉的高渗透性，可使改性聚丙烯纤维成立体三维状均匀分布在混凝土中，从而提高混凝土的抗裂性能和抗渗性能。

第四、本发明中混合石粉的主要成分为碳酸钙、二氧化硅及其他金属矿物的氧化物，本身粒径小，质量重，经过简单的磨粉处理，细度较小，粉状的混合石粉的渗透性强，分散性好，用于混凝土中，可增加混凝土的和易性，有效控制混凝土中空洞的产生，减少混凝土的气孔，提高混凝土的密实性和抗渗性，增加混凝土的强度。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

改性橡胶颗粒的制备例1-3

制备例1-3中纳米二氧化硅选自南京保克特新材料有限公司出售的货号为IC010的纳米二氧化硅，乙烯基三甲氧基硅烷选自南京罗恩硅材料有限公司出售的货号为KH-171的乙烯基三甲氧基硅烷，十二烷基苯磺酸钠选自广州市郅信贸易有限公司出售的货号为P-70的十二烷基苯磺酸钠。

制备例1：(1)将1kg粒径为250μm的橡胶颗粒置于3kg质量浓度为8％的次氯酸钠溶液中，浸泡30min，用水清洗至中性，并在红外灯下烘干；

(2)将5kg纳米二氧化硅分散在20kg水中，加入0.6kg乙烯基三甲氧基硅烷、0.1kg十二烷基苯磺酸钠和步骤(1)制得的橡胶颗粒，搅拌均匀后，在室温下干燥至含水率低于5％，即得到改性橡胶颗粒。

制备例2：(1)将2kg粒径为450μm的橡胶颗粒置于6kg质量浓度为9％的次氯酸钠溶液中，浸泡45min，用水清洗至中性，并在红外灯下烘干；

(2)将8kg纳米二氧化硅分散在25kg水中，加入0.7kg乙烯基三甲氧基硅烷、0.2kg十二烷基苯磺酸钠和步骤(1)制得的橡胶颗粒，搅拌均匀后，在室温下干燥至含水率低于5％，即得到改性橡胶颗粒。

制备例3：(1)将3kg粒径为600μm的橡胶颗粒置于10kg质量浓度为10％的次氯酸钠溶液中，浸泡60min，用水清洗至中性，并在红外灯下烘干；

(2)将10kg纳米二氧化硅分散在30kg水中，加入0.8kg乙烯基三甲氧基硅烷、0.3kg十二烷基苯磺酸钠和步骤(1)制得的橡胶颗粒，搅拌均匀后，在室温下干燥至含水率低于5％，即得到改性橡胶颗粒。

改性碳纤维的制备例4-6

制备例4-6中烷基酚聚氧乙烯醚选自江苏海安石油化源化工厂出售的型号为NPE-105的烷基酚聚氧乙烯醚，十二烷基硫酸钠选自广州全创贸易有限公司出售的型号为K12的十二烷基硫酸钠。

制备例4：取1kg聚丙烯纤维、0.6kg十二烷基硫酸钠和0.3kg烷基酚聚氧乙烯醚放入10kg水中，混合均匀，取出，干燥，制得改性聚丙烯纤维。

制备例5：取2kg聚丙烯纤维、0.7kg十二烷基硫酸钠和0.4kg烷基酚聚氧乙烯醚放入15kg水中，混合均匀，取出，干燥，制得改性聚丙烯纤维。

制备例6：取3kg聚丙烯纤维、0.9kg十二烷基硫酸钠和0.5kg烷基酚聚氧乙烯醚放入20kg水中，混合均匀，取出，干燥，制得改性聚丙烯纤维。

实施例

以下实施例中脂肪族(羟基)磺酸盐高效减水剂选自北京双人达建材有限公司出售的RS-3型脂肪族羟基磺酸盐高效减水剂，萘系高效减水剂选自济南青玉元新材料有限公司出售的型号为FDN的萘系高效减水剂，聚羧酸高效减水剂选自上海昭硕实业有限公司出售的型号为F10的聚羧酸高效减水剂，白云岩选自曲阳县古天石材雕塑有限公司出售的货号为GTB006的白云岩粉末，炉渣选自灵寿县怡然矿产品加工厂出售的货号为yr-371的炉渣，陶粒选自田家庵区南津建材销售部出售的货号为001的陶粒，绢云母粉选自中三莱鹏新材料有限公司出售的货号为LP-G02的绢云母粉。

实施例1：一种抗冻抗渗抗裂型混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照表1中的配比，将850kg/m³碎石、340kg/m³中砂、450kg/m³粗砂、135kg/m³粉煤灰、60kg/m³矿粉和5kg/m³kg/m改性聚丙烯纤维，搅拌2min，制得第一天混合物；

其中碎石为5-20mm连续级配碎石，针片状颗粒含量为3％，表观密度为2700kg/m³，堆积密度为1600kg/m³，含泥量为0.2％，中砂的细度模数为2.3，含泥量为2％，泥块含量为0.45％，粗砂的细度模数为3.1，粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰，粉煤灰的细度(45μm方孔筛筛余)为13％，需水量比为98％，烧失量为5.5％，含水量为0.2％，矿粉为S95级矿粉，矿粉的比表面积为450m²/kg，28天活性指数为100％，流动度比为99％，改性聚丙烯纤维由制备例4制备而成；

S2、向第一混合物中加入300kg/m³水泥、50kg/m³改性橡胶颗粒、70kg/m³混合石粉、1kg/m³引气剂、5kg/m³减水剂，搅拌2min，制得第二混合物；

其中水泥为P.O42.5硅酸盐水泥，改性橡胶颗粒由制备例1制备而成，混合石粉的粒径为25μm，混合石粉由质量比为1:0.5:1.1:0.6的白云岩、炉渣、陶粒和绢云母粉经干化处理和粉磨处理制得，引气剂为松香酸钠，减水剂为脂肪族(羟基)磺酸盐高效减水剂；

S3、向第二混合物中加入5kg/m³水玻璃和160kg/m³水，搅拌2min，即制得抗冻抗渗抗裂混凝土。

表1实施例1-5和对比例1-5中混凝土的原料配比

实施例2-3：一种抗冻抗渗抗裂型混凝土的制备方法，与实施例1的区别在于，该抗冻抗渗抗裂型混凝土的原料配比如表1所示。

实施例4：一种抗冻抗渗抗裂型混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照表1中的配比，将811kg/m³碎石、350kg/m³中砂、440kg/m³粗砂、150kg/m³粉煤灰、55kg/m³矿粉和5kg/m³改性聚丙烯纤维，搅拌3min，制得第一天混合物；

其中碎石为5-20mm连续级配碎石，针片状颗粒含量为4％，表观密度为2740kg/m³，堆积密度为1650kg/m³，含泥量为0.3％，中砂的细度模数为2.7，含泥量为2.3％，泥块含量为0.55％，粗砂的细度模数为3.4，粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰，粉煤灰的细度(45μm方孔筛筛余)为15％，需水量比为99％，烧失量为5.6％，含水量为0.3％，矿粉为S95级矿粉，矿粉的比表面积为450m²/kg，28天活性指数为100％，流动度比为99％，改性聚丙烯纤维由制备例5制备而成；

S2、向第一混合物中加入315kg/m³水泥、50kg/m³改性橡胶颗粒、70kg/m³混合石粉、3kg/m³引气剂、7kg/m³减水剂，搅拌4min，制得第二混合物；

其中水泥为P.O42.5硅酸盐水泥，改性橡胶颗粒由制备例2制备而成，混合石粉的粒径为33μm，混合石粉由质量比为1:0.6:1.3:0.7的白云岩、炉渣、陶粒和绢云母粉经干化处理和粉磨处理制得，引气剂为松香酸钠，减水剂为萘系高效减水剂；

S3、向第二混合物中加入5kg/m³水玻璃和170kg/m³水，搅拌4min，即制得抗冻抗渗抗裂混凝土。

实施例5：一种抗冻抗渗抗裂型混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照表1中的配比，将800kg/m³碎石、360kg/m³中砂、430kg/m³粗砂、160kg/m³粉煤灰、50kg/m³矿粉和5kg/m³改性聚丙烯纤维，搅拌5min，制得第一天混合物；

其中碎石为5-20mm连续级配碎石，针片状颗粒含量为6％，表观密度为2780kg/m³，堆积密度为1700kg/m³，含泥量为0.4％，中砂的细度模数为3.1，含泥量为2.6％，泥块含量为0.65％，粗砂的细度模数为3.7，粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰，粉煤灰的细度(45μm方孔筛筛余)为18％，需水量比为100％，烧失量为5.8％，含水量为0.4％，矿粉为S95级矿粉，矿粉的比表面积为450m²/kg，28天活性指数为100％，流动度比为99％，改性聚丙烯纤维由制备例5制备而成；

S2、向第一混合物中加入311kg/m³水泥、50kg/m³改性橡胶颗粒、70kg/m³混合石粉、5kg/m³引气剂、10kg/m³减水剂，搅拌5min，制得第二混合物；

其中水泥为P.O42.5硅酸盐水泥，改性橡胶颗粒由制备例3制备而成，混合石粉的粒径为40μm，混合石粉由质量比为1:0.8:1.5:0.9的白云岩、炉渣、陶粒和绢云母粉经干化处理和粉磨处理制得，引气剂为松香酸钠，减水剂为聚羧酸高效减水剂；

S3、向第二混合物中加入5kg/m³水玻璃和175kg/m³水，搅拌5min，即制得抗冻抗渗抗裂混凝土。

对比例

对比例1-5：一种抗冻抗渗抗裂型混凝土的制备方法，与实施例1的区别在于，该抗冻抗渗抗裂型混凝土的原料配比如表1所示，中砂的粒径为1mm。

对比例6：以申请号为CN201511004543.1的中国发明专利申请文件中的实施例1作为对照，一种抗渗抗冻融混凝土拌合料，每立方米原料含：288kg硅酸盐水泥、400kg中砂、260kg中粗砂、1075kg石子、30kg粉煤灰、60kg矿粉、133kg水、7.8kg泵送剂、1.4kg聚丙烯网状纤维、25kg引气减水剂；中砂的细度模数为1-2mm，中粗砂的细度模数为4-5mm，石子的粒径为5-25mm，硅酸盐水泥为P.O42.5硅酸盐水泥，矿粉为S95级矿粉，聚丙烯网状纤维的长度为15-20mm，上述抗渗抗冻融混凝土拌合料的拌合方法，边搅拌边依次投入石子、粉煤灰、矿粉、聚丙烯网状纤维、粗砂及中砂，搅拌2分钟，使聚丙烯网状纤维充分打开，然后加入硅酸盐水泥、水及泵送剂，搅拌均匀即可。

应用例

将改性聚丙烯纤维、改性橡胶颗粒和混合石粉应用于不同强度等级的混凝土中，并按照实施例1中的方法制备混凝土，检测改性聚丙烯纤维、改性橡胶颗粒和混合石粉对于不同强度等级混凝土的作用，不同强度等级混凝土的配比如表2所示，其中碎石为5-20mm连续级配碎石，针片状颗粒含量为3％，表观密度为2700kg/m³，堆积密度为1600kg/m³，含泥量为0.2％，中砂的细度模数为2.3，含泥量为2％，泥块含量为0.45％，粗砂的细度模数为3.1，粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰，粉煤灰的细度(45μm方孔筛筛余)为10％，需水量比为98％，烧失量为5.5％，含水量为0.2％，矿粉为S95级矿粉，矿粉的比表面积为450m²/kg，28天活性指数为100％，流动度比为99％，改性聚丙烯纤维由制备例4制备而成；水泥为P.O42.5硅酸盐水泥，改性橡胶颗粒由制备例1制备而成，混合石粉的粒径为25μm，混合石粉由质量比为1:0.5:1.1:0.6的白云岩、炉渣、陶粒和绢云母粉经干化处理和粉磨处理制得，引气剂为松香酸钠，减水剂为脂肪族(羟基)磺酸盐高效减水剂。

表2应用例1-9中混凝土的原料配比

性能检测试验

按照实施例1-5、对比例1-6和应用例1-9中的方法制备混凝土，并按照以下方法检测混凝土的各项性能，实施例1-5的检测结果如表3所示，对比例1-6检测结果如表4所示，应用例1-9的检测结果如表5所示：

1、坍落度：按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验标准》进行测试；

2、抗压强度和抗折强度：按照GB/T50107-2010《混凝土强度检验评定标准》进行检测；

3、劈裂强度：按照JTGE30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行测试；

4、抗弯拉强度和抗弯拉模量：按照JTGE30-2003《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行测试；

5、抗渗性能：按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行测试，渗透压力为3.5MPa，加压时间为48h；

6、抗冻融性能：按照JTGE30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行测试，采用快速冷冻试验机测试混凝土的抗冻性能，一次冻融循环耗时2-5h，冻融温度为-18℃，试样尺寸为100mm×100mm×500mm；

7、28d干缩试验：按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行测试。

表3实施例1-5制得的混凝土的性能检测结果

由表3中数据可以看出，按照实施例1-5中方法制得的抗冻抗渗抗裂型混凝土的坍落度大，且坍落度损失率较小，28天抗压强度、28天抗折强度、劈裂强度等均较好，渗水高度小，300次冻融循环后，质量损失和弹性模量损失较小，28天干缩试验少，说明实施例1-5制得的抗冻抗渗抗裂型混凝土具有较强的抗裂性能、抗冻性能和抗渗性能，同时对比实施例1-3中的原料用量可以看出，在增加水玻璃、改性聚丙烯纤维、改性橡胶颗粒和混合石粉的用量时，混凝土的抗压强度、抗折强度等均增强，渗水高度减少，抗冻效果增加，对比实施例4-5和实施例1中的原料用量可以看出，当水玻璃、改性聚丙烯纤维、改性橡胶颗粒和混合石粉的含量不变，增加水泥、中砂等原料的用量，减少粗砂和碎石的用量时，混凝土的坍落度增大，其余性能比实施例1相比，得到优化，但与实施例3相比较，各项性能相对降低，说明在混凝土中添加水玻璃、改性聚丙烯纤维、改性橡胶颗粒和混合石粉能够提高混凝土的抗冻、抗渗和抗裂性能。

表4对比例1-6制得的混凝土的性能测试结果

由表4中数据可以看出，按照对比例1制得的混凝土，因为对比例1中未添加混合石粉，混凝土的28天抗折强度、28天抗弯拉强度以及28天抗弯拉模量与实施例1相比，有所下降，而28天抗压强度和28天劈裂强度与实施例1相比，相差较大，28天渗水高度达到2.58mm，28天抗冻融循环后，质量损失和弹性模量损失较大，28天干缩较大，说明混合石粉能够提高混凝土的抗压强度、抗裂性能、抗渗性能和抗冻性能。

对比例2因为未添加改性橡胶颗粒，由表3中数据可以看出，按照对比例2制得的混凝土的28天抗压强度、28天抗折强度、28天抗弯拉模量等性能与实施例1相比均较差，且渗水高度增大至2.49mm，28天抗冻融循环300次后，质量损失增大至0.79％，弹性模量损失增大至0.94％，与实施例1相比增大明显，且28天干缩了116×10^-6m，干缩量大，说明改性橡胶颗粒能够提高混凝土的抗压强度，使混凝土抗裂性能、抗渗性能和抗冻性能较好，降低干缩量。

对比例3因混凝土原料中未添加改性聚丙烯纤维，混凝土的各项性能与实施例1相比，均下降明显，28天抗折强度仅为4.2MPa，抗渗性能、抗冻性能以及28天干缩量均变差，说明改性聚丙烯能够提高混凝土的抗裂性能、抗冻性能和抗渗性能。

对比例4因为混凝土原料中未添加改性聚丙烯纤维和改性橡胶颗粒，混凝土的力学性能和渗水高度，抗冻融循环等性能与实施例1相比均变差，且与对比例2和对比例3相比，各项性能变差，说明改性聚丙烯纤维和改性橡胶颗粒二者有较好的协同作用，能够提高混凝土的力学性能、抗渗性能和抗冻性能。

对比例5因为混凝土原料中未添加改性聚丙烯纤维和混合石粉，由数据对比可以看出，对比例5中混凝土的各项性能与实施例1相比有所下降，且与未添加混合石粉的对比例1和未添加改性聚丙烯纤维的对比例3相比，对比例5中混凝土的性能明显下降，说明同时添加改性聚丙烯纤维和混合石粉能够提高混凝土的力学性能和抗冻、抗渗性能。

对比例6为现有技术制备的混凝土，与本发明制备的混凝土相比，力学性能较差，且渗水高度大，抗冻融循环性较差，说明本发明制得的混凝土的抗裂性能、抗冻性能和抗冻性能较好。

表5应用例1-9中混凝土的性能测试结果

由表5中应用例1-3制备的C35级混凝土、应用例4-6制备的C40级混凝土和应用例7-9制备的C45级混凝土的各项性能检测结果可知，将改性聚丙烯纤维、改性橡胶颗粒和混合石粉应用于不同强度等级的混凝土中，可提高混凝土的力学性能，使混凝土具有良好的抗渗性能和抗冻性能，说明改性聚丙烯纤维和改性橡胶颗粒和混合石粉在不同强度等级的混凝土中具有较好的普适性。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，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，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (4)

1.一种抗冻抗渗抗裂型混凝土，其特征在于，包括以下重量份的组分：300-315份水泥、340-360份中砂、430-450份粗砂、800-850份碎石、135-160份粉煤灰、50-60份矿粉、160-175份水、5-10份减水剂、1-5份引气剂、5-10份水玻璃、5-10份改性聚丙烯纤维、50-55份改性橡胶颗粒、55-70份混合石粉；混合石粉的平均粒径为25-40μm；中砂的细度模数为2.3-3.1，含泥量为2-2.6％，泥块含量为0.45-0.65％；碎石为5-20mm连续级配碎石，针片状颗粒含量为3-6%，表观密度为2700-2780kg/m³，堆积密度为1600-1700kg/m³，含泥量为0.2-0.4%；粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰，需水量比为98-100%，烧失量为5.5-5.8%，含水量为0.2-0.4%；

所述混合石粉由白云岩、炉渣、陶粒和绢云母粉经干化处理和粉磨处理制得，白云岩、炉渣、陶粒和绢云母粉的质量比为1:0.5-0.8:1.1-1.5:0.6-0.9；

所述改性聚丙烯纤维由以下方法制成：取1-3份聚丙烯纤维、0.6-0.9份十二烷基硫酸钠和0.3-0.5份烷基酚聚氧乙烯醚放入10-20份水中，混合均匀，取出，干燥，制得改性聚丙烯纤维；

改性橡胶颗粒由以下方法制成：

（1）将1-3份粒径为250-600μm的橡胶颗粒置于3-10份质量浓度为8-10%的次氯酸钠溶液中，浸泡30-60min，用水清洗至中性，并在红外灯下烘干；

（2）将5-10份纳米二氧化硅分散在20-30份水中，加入0.6-0.8份乙烯基三甲氧基硅烷、0.1-0.3份十二烷基苯磺酸钠和步骤（1）制得的橡胶颗粒，搅拌均匀后，在室温下干燥至含水率低于5%，即得到改性橡胶颗粒。

2.根据权利要求1所述的抗冻抗渗抗裂型混凝土，其特征在于，所述减水剂为脂肪族羟基磺酸盐高效减水剂、萘系高效减水剂和聚羧酸高效减水剂中的一种。

3.根据权利要求1所述的抗冻抗渗抗裂型混凝土，其特征在于，所述引气剂为松香酸钠、烷基苯磺酸钠、丙烯酸环氧酯、三萜皂苷中的一种或几种的混合物。

4.一种根据权利要求1-3任一项所述的抗冻抗渗抗裂型混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将碎石、中砂、粗砂、粉煤灰、矿粉和改性聚丙烯纤维，搅拌2-5min，制得第一混合物；

S2、向第一混合物中加入水泥、改性橡胶颗粒、混合石粉、引气剂、减水剂，搅拌2-3min，制得第二混合物；

S3、向第二混合物中加入水玻璃和水，搅拌2-5min，即制得抗冻抗渗抗裂混凝土。