混凝土抗冻抗裂剂的制作方法

本发明涉及混凝土外加剂技术领域，尤其是涉及一种混凝土抗冻抗裂剂。

背景技术：

混凝土的抗冻抗裂性能是评价混凝土性能优劣的重要指标。

在环境温度降低时，混凝土毛细孔里的水分结冰后体积会增大9%左右形成水压力，该压力在饱和的混凝土内部无处释放，便会引起破坏。目前，常采用引气剂提高混凝土的抗冻性能。引气剂可使混凝土在搅拌过程中引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡，这些微小气泡可以容纳自由水分的迁移，缓和结冰时的水压力，显著提高混凝土承受反复冻融的能力。但是，混凝土的含气量每增加1%，抗压强度便会下降5%左右。在相同配合比的条件下，由于混凝土引入了一定量的空气，干缩量会增大。

多种形式的收缩则是引起混凝土开裂的重要因素。其中，塑性收缩一般是由泌水引起的，当表面失水过快来不及补充时，新拌混凝土表面会迅速干燥而产生塑性收缩；当混凝土处于干燥环境时，其毛细孔中的水分蒸发后使毛细孔形成负压，会导致混凝土干燥收缩。无论什么形式的收缩，当超过一定限度时，即会产生开裂。为减少混凝土收缩开裂，常常使用膨胀剂。但膨胀剂的膨胀量集中在水化反应早期，此时混凝土强度很低，早期膨胀被塑性变形消耗掉，后期膨胀率呈现回落甚至倒缩，反而会使开裂风险加大。

技术实现要素：

本发明提供一种混凝土抗冻抗裂剂，目的在于解决现有混凝土抗冻抗裂性能不佳的问题。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的混凝土抗冻抗裂剂，是由95重量份的疏水改性云母粉与5重量份的纳米二氧化硅均匀混合而成；所述的疏水改性云母的制备方法包括以下步骤：

第一步，烘干：将白云母或金云母在烘箱内烘干，去除水分；

第二步，磨粉：用粉磨机将白云母或金云母粉碎成粒度为80μm筛余在15%以下的微粉，所述微粉在微观状态下呈片状结构，其厚度为2.5μm；

第三步，疏水改性处理：取98重量份第二步制得的白云母粉或金云母粉，加入1重量份的硅烷偶联剂和1重量份的甲基硅油，将其送入150℃粉体表面改性机中进行高温改性处理15分钟后，粉碎，得到粒度为80μm筛余在15%以下的疏水改性云母粉成品。

所述金云母或白云母为微米级片状粉料。

本发明制备的混凝土抗冻抗裂剂巧妙地利用了云母的天然薄片结构和有机硅材料的疏水性，使硬化后混凝土具有疏水能力，使得与“水”相关的混凝土耐久性问题均可得到一定程度的解决。

本发明的抗冻抗裂剂在经过各种处理后仍然保持了天然云母片所具有的高径厚比特点，在微观状态下呈现具有挡水阻断作用的薄片结构，掺入混凝土中后，可形成无数类似挡水板一样的阻水屏障，能够大幅延长水分的迁移路径，有效提高混凝土的防水抗渗透性；其次，使用硅烷偶联剂对片状云母微粉进行表面改性处理，形成了具有良好疏水效果的憎水膜，进一步提高了混凝土的防水抗渗性能；再次，纳米二氧化硅颗粒粒径非常细小，掺入混凝土中后被填充在混凝土的水泥石孔隙中，会与混凝土中的氢氧化钙形成键合，生成c-s-h凝胶，有效阻碍并降低松散氢氧化钙大结晶体在混凝土中界面过渡区内的富集与定向排列，能够增加基体的密实度，进一步提高混凝土的致密性和强度。

本发明所述的产品按照2-5%的掺混比添加到混凝土中后，其中的改性疏水云母粉大量无序地分布在浆体中，片与片之间相互交错，形成类似防渗墙一样的体系，其中的纳米二氧化硅则起到进一步阻塞毛细微孔的作用。当外界水分向内渗透或内部水分向外迁移遇到疏水性薄片时，在无压条件下，水分被疏水力阻挡，迁移停止；在有压条件下，水分沿薄片迁移，路径延长，迁移过程减慢。因此，一方面，外界水很难进入到混凝土内部，从根源上杜绝了混凝土被冻胀破坏；另一方面，内部水分向外移动受阻，减缓了失水过程，降低了混凝土的塑性收缩和干燥收缩。

参照《混凝土外加剂》（gb8076-2008）对本发明的抗冻效果进行试验检测，当掺量为5%时，混凝土试件冻融200次后相对动弹性模量为85.3%，高于规范对抗冻外加剂大于80%的要求，大幅提高了混凝土的抗冻性能。

采用平板约束早期抗裂试验进行抗裂性能试验检测，当掺量为5%时，相对于同水胶比对比组，混凝土开裂面积降低46.9%（见实施例1数据）。微观状态下，抗冻抗裂剂薄片与水的接触角大于120°，当混凝土加入抗冻抗裂剂之后，早期未参与水化反应的细小水分处于大量抗冻抗裂剂薄片的包围之中，相当于给水分裹了一层防水膜，加之抗冻抗裂剂片状颗粒独特的排布结构，对水分形成层层屏障，水分散失大为降低，因此混凝土的干缩量相应下降，抗裂性能大幅提高。

附图说明

图1是本发明的疏水效果图。

图2是掺入本发明抗冻抗裂剂的混凝土拒水效果图。

具体实施方式

实施例1：

第一步，烘干：称取适量白云母粉（或金云母，效果与白云母等同），在105℃烘箱内烘干48h，去除水分；上述白云母粉为市售微米级片状粉料，其中sio2含量为62.4%，al2o3含量为20.4%。

第二步，磨粉：用高细度粉磨机进一步粉碎上述烘干白云母粉，得到微观状态下厚度约为2.5μm的片状微粉，当用80μm水泥负压筛筛分时，筛余在15%以下。

第三步，疏水改性处理：取98重量份第二步制得的白云母粉，加入1重量份的kh-550硅烷偶联剂和1重量份的甲基硅油，将其送入150℃粉体表面改性机中进行高温改性处理15分钟，出机后再次进行粉磨，得到粒度为80μm筛余（水泥负压筛）在15%以下的疏水改性云母粉。

第四步，混合：将95重量份第三步制得的疏水改性云母粉和5重量份的纳米二氧化硅均匀混合，即得到带有硅烷覆膜的微观呈薄片结构的粉末状混凝土抗冻抗裂剂成品。

以实施例1制得的成品混凝土抗冻抗裂剂为试验品，进行下列实验以测试其抗冻抗裂性能。

将水撒在粉末状的混凝土抗冻抗裂剂上，如图1所示，水被抗冻抗裂剂粉末包覆并呈水滴状，而不会渗透到抗冻抗裂剂内部，由此可见，本发明制备的混凝土抗冻抗裂剂具有良好的疏水效果。

将本发明制备的抗冻抗裂剂掺入混凝土中，然后再将水撒在混凝土表面，如图2所示，水呈水滴状，而不会渗透到混凝土中，由此可见，掺混本发明抗冻抗裂剂的混凝土具有良好的拒水效果。

为研究本发明抗冻抗裂剂的抗冻抗裂效果，对实施例1制得的成品混凝土抗冻抗裂剂进行一系列对比试验，结果见下表1、2。

其中，jz为减水剂和抗冻抗裂剂掺量为零的空白组，kdkl3表示抗冻抗裂剂掺量为3%组，kdkl5表示抗冻抗裂剂掺量为5%组，js表示掺减水剂组。由于该混凝土抗冻抗裂剂具有一定的减水效果，随着掺量的增大，用水量降低，导致水胶比减小，混凝土的各项性能会随之变化。因此，又增加了掺减水剂组即js组，通过掺加减水剂使kdkl5组和js组的水胶比相同，且混凝土坍落度相近，使对比更有说服力。

由表1数据可以看出，随着本发明抗冻抗裂剂掺入量的增大，用水量呈降低趋势，混凝土强度呈增大趋势，说明本发明的抗冻抗裂剂有一定的减水性能，有利于提高混凝土的强度。由表2数据可以看出，当掺量为3%时，耐冻融循环次数为175次，掺量为5%时，耐冻融循环次数为300次，而空白组只有25次，掺减水剂组只有75次，很显然，本发明的抗冻抗裂剂提高了混凝土的抗冻性能。

研究表明，混凝土的开裂面积与水胶比有很大关系，水胶比越小，越容易开裂。因此，抗裂对比试验需要保持水胶比相同。在表1中，从kdkl5组和js组的数据可以看出，两组混凝土的水胶比相同。表2数据显示，js组早期抗裂开裂面积为1003.5mm²/m²，kdkl5组早期抗裂开裂面积为532.4mm²/m²。相比之下，本发明的抗裂减水剂使开裂面积减少46.9%，显示了良好的抗裂效果。