CN113060985A - 一种环保抗冻型混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及混凝土的领域，具体公开了一种环保抗冻型混凝土，其由包括以下重量份的原料配制而成：水泥100‑110份、粗砂90‑100份、石子110‑130份、引气剂5‑10份、活性粉末掺料120‑130份、防冻剂6‑10份、改性聚丙烯纤维30‑38份、减水剂9‑16份、水110‑115份；其中，改性聚丙烯纤维通过表面接枝疏水聚合物制得，其具有提高混凝土的抗冻性的优点；另外，还提供了一种环保抗冻型混凝土的制备方法。

Description

一种环保抗冻型混凝土及其制备方法

技术领域

本申请涉及混凝土的领域，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

混凝土是当代最主要的土木工程材料之一。它是由胶凝材料，颗粒状集料(也称为骨料)，水，以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大。同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点。这些特点使其使用范围十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等，混凝土也是重要的材料。

但由于北方的气温相对跨度较大，其夏天与冬天、以及昼夜的温差，使混凝土容易开裂，不利于混凝土的耐久性。

针对上述中的相关技术，发明人认为，为了适应北方的气候，需要提高混凝土的抗冻性。

发明内容

为了提高混凝土的抗冻性，本申请的第一个目的是提供一种环保抗冻型混泥土。

本申请的第二个目的是提供一种环保抗冻型混凝土的制备方法。

本申请提供的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，其由包括以下重量份的原料配制而成：水泥100-110份、粗砂90-100份、石子110-130份、引气剂5-10份、活性粉末掺料120-130份、防冻剂6-10份、改性聚丙烯纤维30-38份、减水剂9-16份、水110-115份；

其中，改性聚丙烯纤维通过表面接枝疏水聚合物制得。

通过采用上述技术方案，通过在混凝土中添加活性粉末掺料，可以填充混凝土中的较大的孔隙，与引气剂协同作用，从而降低混泥土的空隙率，使混凝土对水分的吸收减少，减小水分的破坏作用，提高混凝土的抗冻性能；改性聚丙烯纤维可以提高混凝土的抗裂性能，并且通过对聚丙烯纤维进行疏水改性，改性聚丙烯纤维可以提高孔隙连通性的阻断作用，减少混凝土的渗水量，从而减小水分对混凝土的破坏作用，提高混凝土的抗冻性。

优选的，按重量份数计，所述改性聚丙烯纤维的制备步骤如下：

1)在30-35份的DMF中，加入1-3份的聚丙烯纤维，搅拌使聚丙烯纤维分散均匀，然后加入硅烷偶联剂单体、乙烯，在氮气保护下，搅拌20-30min，然后加入0.010-0.015份的引发剂，继续搅拌，并加热到67-72℃，搅拌反应30-36h，得到混合液；

2)将混合液进行过滤，得到固体，将固体进行洗涤、干燥，得到改性聚丙烯纤维。

通过采用上述技术方案，通过硅烷偶联剂单体和乙烯进行聚合，可以得到疏水聚合物，疏水聚合物与聚丙烯纤维接枝，然后通过过滤，洗涤干燥，即可得到改姓聚丙烯纤维。

优选的，所述步骤1)中的引发剂为偶氮二异丁腈。

通过采用上述技术方案，偶氮二异丁腈是油溶性的偶氮引发剂，偶氮类引发剂反应稳定，是一级反应，没有副反应，比较好控制，较适用于聚烯烃的反应。

优选的，所述步骤2)中通过四氯化碳进行洗涤，然后通过乙醇进行洗涤。

通过采用上述技术方案，四氯化碳对未反应的单体溶解性较好，通过四氯化碳的洗涤，可以将未反应的单体除去，然后通过乙醇可以将四氯化碳除去，使改性聚丙烯纤维表面存在乙醇，利用乙醇的较低的沸点，可以使改性聚丙烯纤维快速的干燥。

优选的，所述硅烷偶联剂单体为乙烯基三甲氧基硅烷。

通过采用上述技术方案，乙烯基三甲氧基硅烷主要用于聚乙烯交联，并且非常适用于聚丙烯纤维的表面处理。

优选的，所述活性粉末掺料由粉煤灰、硅粉混合制得，其中粉煤灰：硅粉＝3:2。

通过采用上述技术方案，活性粉末掺料在此配比下，得到的混凝土的性能较好。

优选的，所述聚丙烯纤维的长度为3-19mm。

优选的，所述引气剂为三萜皂苷引气剂，所述减水剂为聚羧酸型减水剂。

通过采用上述技术方案，三萜皂苷引气剂具有显著降低溶液表面张力的功能，产生封闭、独立的气泡，发泡倍数高，气泡数量多，气泡间距小，稳泡时间长，能明显改善塑性混凝土的工作性能和提高硬化混凝土的耐久性能的特点，并且与聚羧酸型减水剂相配合，可以使混凝土中的孔隙较小。

本申请的第二个目的是提供一种环保抗冻型混凝土的制备方法，采取以下技术方案：一种环保抗冻型混凝土的制备方法，其制备步骤如下：

将水泥、粗砂、活性粉末掺料、石子、减水剂、改性聚丙烯纤维搅拌均匀后，然后加入水、引气剂和防水剂，搅拌均匀，即可得到环保抗冻型混凝土。

通过采用上述技术方案，通过将混凝土的原料进行顺序上的调整，可以使混匀的速度较快，得到质地均一的混凝土。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、通过在混凝土中添加活性粉末掺料，可以填充混凝土中的较大的孔隙，与引气剂协同作用，从而降低混泥土的空隙率，使混凝土对水分的吸收减少，减小水分的破坏作用，提高混凝土的抗冻性能；改性聚丙烯纤维可以提高混凝土的抗裂性能，并且通过对聚丙烯纤维进行疏水改性，改性聚丙烯纤维可以提高孔隙连通性的阻断作用，减少混凝土的渗水量，从而减小水分对混凝土的破坏作用，提高混凝土的抗冻性。

2、本申请制备的混凝土的抗压强度均在57.9MPa以上，并且在其冻融循环20次后，其抗压强度减小量均在5.3MPa以下，在其冻融循环50次后，其抗压强度均不超过7.4MPa。

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。

原料

防冻剂：生产厂家为济南汇锦川化工有限公司，型号为工业级；

聚丙烯纤维：生产厂家为鼎盛工程材料有限公司，其长度范围为3-19mm；

硅烷偶联剂单体：采用乙烯基三甲氧基硅烷，生产厂家为济南汇锦川化工有限公司，含量为97.5％；

引气剂：采用三萜皂苷引气剂，生产厂家为山东鸿泉化工科技有限公司，有效含量为99％；减水剂：采用聚羧酸型减水剂，生产厂家为河北圣成隆化工有限公司。

制备例

制备例1

一种改性聚丙烯纤维，其制备步骤如下：

1)在30kg的DMF中，加入3kg的聚丙烯纤维，搅拌使聚丙烯纤维分散均匀，然后加入0.003kg的硅烷偶联剂单体、0.09kg的乙烯，硅烷偶联剂单体为乙烯基三甲氧基硅烷，在氮气保护下，搅拌20min，然后加入0.015kg的引发剂，引发剂为偶氮二异丁腈，继续搅拌，并加热到67℃，搅拌反应36h，得到混合液；

2)将混合液进行过滤，得到固体，将固体通过四氯化碳洗涤三次，然后再用乙醇洗涤三次，然后进行干燥，得到改性聚丙烯纤维。

制备例2

一种改性聚丙烯纤维，其制备步骤如下：

1)在35kg的DMF中，加入1kg的聚丙烯纤维，搅拌使聚丙烯纤维分散均匀，然后加入0.005kg的硅烷偶联剂单体、0.07kg的乙烯，硅烷偶联剂单体为乙烯基三甲氧基硅烷，在氮气保护下，搅拌30min，然后加入0.010kg的引发剂，引发剂为偶氮二异丁腈，继续搅拌，并加热到72℃，搅拌反应30h，得到混合液；

2)将混合液进行过滤，得到固体，将固体通过四氯化碳洗涤三次，然后再用乙醇洗涤三次，然后进行干燥，得到改性聚丙烯纤维。

制备例3

一种改性聚丙烯纤维，其制备步骤如下：

1)在32kg的DMF中，加入2kg的聚丙烯纤维，搅拌使聚丙烯纤维分散均匀，然后加入0.004kg的硅烷偶联剂单体、0.08kg的乙烯，硅烷偶联剂单体为乙烯基三甲氧基硅烷，在氮气保护下，搅拌25min，然后加入0.013kg的引发剂，引发剂为偶氮二异丁腈，继续搅拌，并加热到70℃，搅拌反应33h，得到混合液；

2)将混合液进行过滤，得到固体，将固体通过四氯化碳洗涤三次，然后再用乙醇洗涤三次，然后进行干燥，得到改性聚丙烯纤维。

实施例

实施例1-5

实施例1-5的一种环保抗冻型混凝土，其各原料和各原料用量入表1所示，其制备步骤如下：

将粉煤灰、硅粉按粉煤灰：硅粉＝3:2的比例进行搅拌混合，得活性粉末掺料；

将水泥、粗砂、活性粉末掺料、石子、减水剂、改性聚丙烯纤维搅拌均匀后，然后加入水、引气剂和防水剂，搅拌均匀，即可得到环保抗冻型混凝土。

其中，改性聚丙烯纤维来自制备例1。

表1实施例1-5的各原料及各原料用量(kg)

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						水泥	100	103	105	107	110
粗砂	100	98	95	92	90
						石子	110	115	120	125	130
引气剂	10	9	8	7	5
						活性粉末掺料	120	123	125	128	130
防冻剂	10	9	8	7	6
						改性聚丙烯纤维	30	32	34	36	38
减水剂	16	14	12	10	9
						水	110	112	113	115	116

实施例6-9

实施例6-9的一种环保抗冻型混凝土，与实施例4的不同之处在于，其添加的改性聚丙烯纤维的量依次为30kg、32kg、34kg、38kg，并且均来自与制备例1，其余步骤与实施例4均相同。

实施例10

一种环保抗冻型混凝土，与实施例4的不同之处在于，其添加的改性聚丙烯纤维来自制备例2，其余步骤与制备例4均相同。

实施例11

一种环保抗冻型混凝土，与实施例4的不同之处在于，其添加的改性聚丙烯纤维来自制备例3，其余步骤与制备例4均相同。

对比例

对比例1

一种环保抗冻型混凝土，与实施例4的不同之处在于，其添加的改性聚丙烯纤维替换为等重量份的聚丙烯纤维，其余步骤与制备例4均相同。

对比例2

一种环保抗冻型混凝土，与实施例4的不同之处在于，其添加的改性聚丙烯纤维为0，其余步骤与制备例4均相同。

对比例3

一种环保抗冻型混凝土，与实施例4的不同之处在于，其添加的防冻剂为0，其余步骤与制备例4均相同。

性能检测试验

检测方法

分别按照实施例1-11和对比例1-3中的方法进行制备混凝土，并且其养护步骤相同。然后按照GB/T50081-2002中的方法对混凝土进行力学性能测试。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，分别对其进行测试。其检测结果如表2所示。

表2实施例1-11和对比例1-3的混凝土的检测结果

从表2的检测数据可以看出，本申请制备的混凝土的抗压强度均在57.9MPa以上，并且在其冻融循环20次后，其抗压强度减小量均在5.3MPa以下，在其冻融循环50次后，其抗压强度均不超过7.4MPa，说明本申请制备的混凝土的抗冻性能较好。

从实施例4和实施例6-9的检测数据可以看出，添加的改性聚丙烯纤维的量逐渐增多时，其抗压强度基本不变，但其冻融循环20次和50次后，随着添加的改性聚丙烯纤维的量逐渐增多，其抗压强度减小量逐渐减小，但其添加量达到36kg时，其减小量无明显改变。

从实施例4和实施例10-11的检测数据可以看出，制备例1-3制备的改性聚丙烯纤维无明显区别。

从实施例4和对比例1-3的检测数据可以看出，添加改性聚丙烯纤维的混凝土比添加聚丙烯纤维的混凝土的抗压强度减小量较小，说明添加改性聚丙烯纤维制备的混凝土的抗冻性能较好；添加防冻剂和改性聚丙烯纤维两者具有协同作用。

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 (9)

1.一种环保抗冻型混凝土，其特征在于，其由包括以下重量份的原料配制而成：水泥100-110份、粗砂90-100份、石子110-130份、引气剂5-10份、活性粉末掺料120-130份、防冻剂6-10份、改性聚丙烯纤维30-38份、减水剂9-16份、水110-115份；

其中，改性聚丙烯纤维通过表面接枝疏水聚合物制得。

2.根据权利要求1所述的一种环保抗冻型混凝土，其特征在于：按重量份数计，所述改性聚丙烯纤维的制备步骤如下：

1）在30-35份的DMF中，加入1-3份的聚丙烯纤维，搅拌使聚丙烯纤维分散均匀，然后加入0.003-0.005份的硅烷偶联剂单体、0.07-0.09份的乙烯，在氮气保护下，搅拌20-30min，然后加入0.010-0.015份的引发剂，继续搅拌，并加热到67-72℃，搅拌反应30-36h，得到混合液；

2）将混合液进行过滤，得到固体，将固体进行洗涤、干燥，得到改性聚丙烯纤维。

3.根据权利要求2所述的一种环保抗冻型混凝土，其特征在于：所述步骤1）中的引发剂为偶氮二异丁腈。

4.根据权利要求2所述的一种环保抗冻型混凝土，其特征在于：所述步骤2）中通过四氯化碳进行洗涤，然后通过乙醇进行洗涤。

5.根据权利要求2所述的一种环保抗冻型混凝土，其特征在于：所述硅烷偶联剂单体为乙烯基三甲氧基硅烷。

6.根据权利要求1所述的一种环保抗冻型混凝土，其特征在于：所述活性粉末掺料由粉煤灰、硅粉混合制得，其中粉煤灰：硅粉=3:2。

7.根据权利要求2所述的一种环保抗冻型混凝土，其特征在于：所述聚丙烯纤维的长度为3-19mm。

8.根据权利要求1所述的一种环保抗冻型混凝土，其特征在于：所述引气剂为三萜皂苷引气剂，所述减水剂为聚羧酸型减水剂。

9.一种权利要求1-8任一所述的环保抗冻型混凝土的制备方法，其特征在于：其制备步骤如下：

将水泥、粗砂、活性粉末掺料、石子、减水剂、改性聚丙烯纤维搅拌均匀后，然后加入水、引气剂和防水剂，搅拌均匀，即可得到环保抗冻型混凝土。