CN113292289B - 一种抗冻混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及混凝土领域，具体公开了一种抗冻混凝土及其制备方法。一种抗冻混凝土包括以下重量份的组分：30‑35份硅酸盐水泥、15‑20份水、32‑45份砂子、46‑55份石子、13‑22份填料、0.8‑1.2份减水剂、3‑5份抗裂纤维、8‑15份橡胶颗粒、0.5‑1份防水剂、0.1‑0.3份防冻剂、0.3‑0.6份引气剂，混凝土表面涂有表面增强剂。本申请的混凝土中抗裂纤维能提高混凝土的抗裂性，减少裂缝产生，从而减少水分渗入，橡胶颗粒和抗裂纤维能提高混凝土的弹性模量，引气剂在混凝土内引入气孔，均能够缓冲冻胀压力，减少冻融破坏，防水剂具有防水效果，增加抗渗性，从而减少水分渗入，进而提高抗冻融性能。

Description

一种抗冻混凝土及其制备方法

技术领域

本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种抗冻混凝土及其制备方法。

背景技术

在寒冷地区，混凝土容易遭受破坏冻融破坏，尤其是与水接触位置的混凝土结构物，如坝体、大桥底等混凝土结构很容易遭受冻融破坏，冻融破坏常表现为表面剥蚀以及内部冻胀裂缝，结构强度降低两个方面。

混凝土常常采用加入引气剂的方式改善内部孔结构，提高弹性模量，从而减少动容对混凝土的破坏，但是引气剂产生的气泡也会降低混凝土的密实度，造成水分渗入，混凝土的密实度和是否有裂缝以及内部孔隙结构等均会对混凝土的抗冻融性能造成影响，混凝土密实度不够容易使水分渗入，谁在寒冷状态下结冰，会造成混凝土产生冻融破坏。

针对上述中的相关技术，发明人发现使用引气剂虽然能够一定程度上降低冻融对混凝土的影响，但是引气剂对混凝土的抗渗性和密实度有影响，因此抗冻融效果有待加强。

发明内容

为了减少表面裂缝提高混凝土密实度，提高混凝土的抗冻融性，本申请提供一种抗冻混凝土。

第一方面，本申请提供的一种抗冻混凝土采用如下的技术方案：

一种抗冻混凝土，包括以下重量份的组分：30-35份硅酸盐水泥、15-20份水、32-45砂子、 46-55份石子、13-22份填料、0.8-1.2份减水剂、3-5份抗裂纤维、8-15份橡胶颗粒、0.5-1 份防水剂、0.1-0.3份防冻剂、0.3-0.6份引气剂，所述混凝土表面涂有表面增强剂。

通过采用上述技术方案，在混凝土中添加抗裂纤维可以提高混凝土的抗裂性，减少裂缝产生，从而能够减少水分渗入造成的冻融破坏，橡胶颗粒和抗裂纤维均能够提高混凝土的弹性模量，当混凝土渗水产生冻融时，弹性模量高可以适应一定程度地变形，减少混凝土被冻裂的情况，添加防冻剂能够减少浇筑早期混凝土上冻，起到早强作用，引气剂在混凝土内引入气孔，提高水分冻胀时的活动空间，减少压力过大造成混凝土冻裂，防水剂能够增加抗渗性，具有防水效果，从而减少水分渗入，进而提高抗冻融性能。

优选的，所述混凝土的砂浆层铺设有玻璃纤维网格布。

通过采用上述技术方案，玻璃纤维网格布能够增加表面强度，减少表面裂缝，减少水分渗入，同时也能够有效抵抗冻融造成的表面剥蚀情况，提高混凝土的抗冻性能。

优选的，所述防水剂为无机铝盐防水剂。

通过采用上述技术方案，无机铝盐防水剂与水泥中水化生成物发生化字反应，生成具有一定膨胀性的复盐硫铝酸钙晶体。能够堵塞和填充水泥砂浆在硬化过程中形成的毛细贯孔，减少水分顺着贯通的毛细孔渗入，从而提高了水泥砂浆防水层的密实性，达到防水抗渗的目的。

优选的，所述引气剂为非离子型表面活性剂类引气剂三萜皂苷。

通过采用上述技术方案，混凝土内部气泡大小和结构对混凝土影响非常大，贯通的毛细管很容易渗水，影响混凝土抗渗性和抗冻性，由于三萜皂苷分子结构较大，形成的分子膜较厚，气泡壁的弹性和强度较高，气泡能保持相对稳定，使混凝土内部气泡细小、稳定、结构良好，对混凝土和抗渗性和强度损失小，抗冻性增加明显。

优选的，所述有抗裂纤维为有机合成纤维。

通过采用上述技术方案，有机合成纤维对局部的抗裂性能良好，且有一定弹性，能够对水分冻胀产生的压力进行一定的缓冲，且较稳定，耐长时间水泡，能够减少冻胀裂缝。

优选的，述填料为质量比为1:0.8-1.2的粉煤灰和硅灰的混合物。

通过采用上述技术方案，通过将合适配比的粉煤灰和硅灰进行混合，硅灰属于超细粉，能够增加混凝土强度和密实度，填充毛细管，提高抗渗性，从而提供抗冻融性。

优选的，所述防冻剂为无氯盐类防冻剂。

通过采用上述技术方案，氯盐能够起到有效的减水和降低冰点的作用，但是容易对混凝土内的钢筋产生锈蚀，无氯盐类防冻剂是以亚硝酸盐、硝酸盐、碳酸盐和尿素为主复合的外加剂，可以实现早强、防冻，同时能够降低对钢筋的影响。

优选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

通过采用上述技术方案，聚羧酸减水剂的减水性能较佳，能够有效减少用水，高效减水剂改善混凝土内部的孔隙结构，使孔隙分布均匀，混凝土密实度和强度提高，从而提高抗渗性和抗冻性。

优选的，所述橡胶颗粒的粒径为1-2mm。

通过采用上述技术方案，橡胶颗粒的粒径可以使其与混凝土的砂子随时形成较良好的级配，合适粒径的橡胶颗粒在混凝土和其中的水分收缩和膨胀能够实现弹性缓冲，减少冻裂情况的发生，橡胶颗粒越大弹性缓冲越好，但是橡胶颗粒过大，其本身容易造成裂缝，影响抗渗性。

第二方面，本申请提供一种抗冻混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：

一种抗冻混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1：称取原料，将硅酸盐水泥、填料、抗裂纤维和橡胶颗粒混合搅拌1min，随后加入砂子、石子和水，继续快速搅拌4min；

S2：向混合料中加入减水剂、防冻剂、引气剂以及防水剂，搅拌1min后得到混凝土浇筑料；

S3：将混凝土浇注料浇注至模具中，振捣后提浆；S4：在对混凝土进行养护拆模，在硬化后的表面涂覆表面增强剂。

通过采用上述技术方案，通过提浆工序形成表面砂浆层将玻璃纤维网格布进行包裹，能够提高表层的抗裂和抗剥蚀性，同时在表面涂覆表面增强剂能够进一步增强表面的抗抗渗性，减少水分渗入，从而提供啊混凝土的抗冻融性。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、橡胶颗粒和抗裂纤维均能够提高混凝土的弹性模量和抗裂性能，当混凝土渗水产生冻融时，弹性模量高可以适应一定程度地变形，减少混凝土被冻裂的情况，添加防冻剂能够减少浇筑早期混凝土上冻，起到早强作用，引气剂在混凝土内引入气孔，提高水分冻胀时的活动空间，减少混凝土冻裂，防水剂能够增加抗渗性，具有防水效果，从而减少水分渗入，进而提高抗冻融性能。

2、由于三萜皂苷分子结构较大，形成的分子膜较厚，气泡壁的弹性和强度较高，气泡能保持相对稳定，使混凝土内部气泡细小、稳定、结构良好，对混凝土和抗渗性和强度损失小，抗冻性增加明显。

3、通过将玻璃纤维网格布铺设在混凝土表面，并通过提浆工序形成表面砂浆层将玻璃纤维网格布进行包裹，能够提高表层的抗裂和抗剥蚀性，同时在表面涂覆表面增强剂能够进一步增强表面的抗抗渗性，减少水分渗入，从而提供啊混凝土的抗冻融性。

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。

本申请使用原料均可通过市售得到，原料来源如表1。

表1

实施例

实施例1

一种抗冻混凝土，采用以下方法制得：

S1：称取30kg硅酸盐水泥、13kg填料、3kg抗裂纤维和8kg橡胶颗粒放入搅拌机内，以 300r/min的转速混合搅拌1min，随后加入32kg砂子、46kg石子和15kg水，继续快速搅拌4min。填料为质量比为1:1的粉煤灰和硅灰的混合物，抗裂纤维为聚丙烯纤维，橡胶颗粒的粒径为1-2mm，砂子采用细度模数为1.6-2.2的细砂。石子的粒径为5-8mm。

S2：向搅拌机中继续加入0.8kg减水剂、0.5kg防冻剂、0.1kg引气剂以及0.3kg防水剂，搅拌1min后得到混凝土浇筑料，搅拌机的转速为300r/min，得到混凝土浇注料。减水剂采用聚羧酸减水剂，防冻剂采用无氯盐类防冻剂，引气剂采用非离子型表面活性剂类引气剂三萜皂苷，防水剂采用。

S3：将混凝土浇注料浇注至模具中，振捣密实后在混凝土表层铺设玻璃纤维网格布，对混凝土进行提浆，使玻璃纤维网格布包裹在表层提出的砂浆层内。

S4：在对混凝土进行养护拆模，在硬化后的表面涂覆表面增强剂。

实施例2

一种抗冻混凝土，与实施例1的区别在于，原料的配比不同，各组分原料的配比如表2。

表2

实施例3

一种抗冻混凝土，与实施例1的区别在于，原料的配比不同，各组分原料的配比如表2。

实施例4

一种抗冻混凝土，与实施例3的区别在于，没有在混凝土表面铺设玻璃纤维网格布。

实施例5

一种抗冻混凝土，与实施例3的区别在于，防水剂采用有机硅类防水剂。

实施例6

一种抗冻混凝土，与实施例3的区别在于，引气剂采用松香酸钠。

实施例7

一种抗冻混凝土，与实施例3的区别在于，引气剂采用十二烷基苯磺酸钠。

实施例8

一种抗冻混凝土，与实施例3的区别在于，抗裂纤维采用聚酯纤维。

实施例9

一种抗冻混凝土，与实施例3的区别在于，抗裂纤维采用质量比为1:1的聚丙烯纤维和聚酯纤维的混合物。

实施例10

一种抗冻混凝土，与实施例3的区别在于，填料采用质量比为1：0.8的粉煤灰和硅灰的混合物。

实施例11

一种抗冻混凝土，与实施例3的区别在于，填料采用质量比为1：1.2的粉煤灰和硅灰的混合物。

实施例12

一种抗冻混凝土，与实施例3的区别在于，橡胶颗粒的粒径2-3mm。

实施例13

一种抗冻混凝土，与实施例3的区别在于，防冻剂采用氯盐类防冻剂。

对比例

对比例1

一种抗冻混凝土，与实施例3的区别在于，没有添加抗裂纤维。

对比例2

一种抗冻混凝土，与实施例3的区别在于，在混凝土表面没有涂覆表面增强剂。

对比例3

一种抗冻混凝土，与实施例3的区别在于，没有添加橡胶颗粒。

对比例4

一种抗冻混凝土，与实施例3的区别在于，没有添加防水剂。

对比例5

一种抗冻混凝土，与实施例3的区别在于，没有添加引气剂。

性能检测试验

参照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》按照试件模具和本申请中各实施例的方法进行试件制作，制成完成后按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行养护，养护完成后进行按照本申请各实施例涂覆表面增强剂。并对试件进行冻融实验。

25次冻融循环应将试件取出，擦干表面水分，称量试件的质量，并记录试件表面的破损、裂缝情况。测试并记录经历0次、25次、200次和300次冻融循环作用后混凝土试件的质量、相对动弹性模量和抗压强度，计算质量损失率和抗压强损失率，录入表3。

表3

结合实施例1-13和对比例1-5并结合表3可以看出，本申请的方案中通过添加抗裂纤维，能够有效降低冻融产生的质量损失和抗压强度损失，且冻融次数越多，效果越明显，抗裂纤维能够减少长时间使用后的产生的裂缝，从而提高抗渗性，也减少冻裂；

橡胶颗粒的添加和抗裂纤维产生的作用类似，能够减少反复冻融过程中的裂缝产生；引气剂的加入能够改善混凝土的内部结构，引入气孔，改善抗冻融性，同时防水剂的加入可以增加抗渗性能，从而减轻冻融对混凝土造成的破坏。表面增强剂对冻融初期对防止水分渗入有非常良好的效果。

结合实施例3、4并结合表3可以看出，没有设置玻璃纤维网格布的混凝土在使用过程中尤其在冻融前期质量损失较大，因为玻璃纤维网格布对表面的加固作用强，对混凝土表面抗剥蚀的效果良好。

结合实施例3、5并结合表3可以看出，无机铝盐防水剂的效果更好，可能是因为在有水压的情况下，仅靠憎水性难以抵抗水分渗入，无机铝盐防水剂能够实现对缝隙的填充，抗渗性更好。

结合实施例3、6、7并结合表3可以看出，添加三萜皂苷的混凝土抗冻性能更好，其他引气剂产生的气泡结构不如三萜皂苷，因此产生的抗渗效果不良。

结合实施例3、10、11并结合表3可以看出，硅灰添加量越多，混凝土的抗冻性能越好，硅灰可以填充混凝土内部气孔，提高混凝土密实度，进而提高抗渗性和抗冻融性能。

结合实施例3、12并结合表3可以看出，橡胶颗粒增大，混凝土的抗冻性能下降，橡胶颗粒过大会产生裂缝，影响抗渗性和抗冻融性。

结合实施例3、13并结合表3可以看出，采用无氯盐类防冻剂可以提高抗冻融性能，氯盐类防冻剂会造成内部钢筋锈蚀，锈蚀后很容易产生裂缝，影响抗冻融性。

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 (6)

1.一种抗冻混凝土，其特征在于，包括以下重量份的组分：30-35份硅酸盐水泥、15-20份水、32-45份砂子、46-55份石子、13-22份填料、0.8-1.2份减水剂、3-5份抗裂纤维、8-15份橡胶颗粒、0.5-1份防水剂、0.1-0.3份防冻剂、0 .3-0.6份引气剂；

所述混凝土的砂浆层内铺设有玻璃纤维网格布；所述混凝土表面涂有表面增强剂；所述橡胶颗粒的粒径为1-2mm；所述引气剂为三萜皂苷；

所述抗冻混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1：称取原料，将硅酸盐水泥、填料、抗裂纤维和橡胶颗粒混合搅拌1min，随后加入砂子、石子和水，继续快速搅拌4min；

S2：向混合料中加入减水剂、防冻剂、引气剂以及防水剂，搅拌1min后得到混凝土浇筑料；

S3：将混凝土浇注料浇注至模具中，振捣后在混凝土表层铺设玻璃纤维网格布 ，对混凝土进行提浆，使玻璃纤维网格布包裹在表层提出的砂浆层内；

S4：在对混凝土进行养护拆模，在硬化后的表面涂覆表面增强剂。

2.根据权利要求1所述的一种抗冻混凝土，其特征在于：所述防水剂为无机铝盐防水剂。

3.根据权利要求1所述的一种抗冻混凝土，其特征在于：所述抗裂纤维为有机合成纤维。

4.根据权利要求1所述的一种抗冻混凝土，其特征在于：所述填料为质量比为1:0.8-1.2的粉煤灰和硅灰的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种抗冻混凝土，其特征在于：所述防冻剂为无氯盐类防冻剂。

6.根据权利要求1所述的一种抗冻混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸减水剂。