本发明涉及混凝土组合物
技术领域：
，具体涉及一种抗冻混凝土组合物及其制备方法。
背景技术：
：随着科技的进步和社会的发展，目前混凝土技术越来越多的在高寒环境中的应用，因此混凝土工程在低温严寒条件下耐久性已成为日益关注的重大课题。在我国北方寒冷地区，冬天的温度很低，常常达到零下二十摄氏度，甚至达到零下四五十摄氏度。在低温条件下，混凝土冻融破坏是在水和冻融循环共同作用下的混凝土破坏形式，主要表现为内部微裂纹和表面剥蚀，这种冻害作用在多次累积之后，最终会使得混凝土结构物膨胀、开裂、剥蚀和溃散，导致混凝土结构耐久性下降，也严重影响着工程安全。因此，提高混凝土在高寒条件下的耐久性和使用安全性具有十分重要的意义。技术实现要素：为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种抗冻混凝土组合物，该混凝土组合物具有良好的抗冻性、强度和抗渗性，可满足于低温条件下对于混凝土耐久性和使用安全性的工程需要。本发明的另一目的在于提供该一种抗冻混凝土组合物的制备方法，该制备方法简单高效，操作控制方便，产品质量稳定，利于工业化生产。本发明的目的通过下述技术方案实现：一种抗冻混凝土组合物，包括以下重量份的组分：硅酸盐水泥100-120份、碎石160-220份、砂130-150份、粉煤灰25-35份、水55-75份、聚丙烯纤维5-8份、复合抗冻剂11-16份、引气剂0.2-0.4份、外加助剂10-15份、复合减水剂2-5份。进一步的，每份所述复合抗冻剂包括以下重量份的组分：明胶4-7份、亚硝酸钠3-6份、乙二醇6-10份、尿素2-4份、三乙醇胺3-5份。本发明的复合抗冻剂精心选择各原料组分，利用亚硝酸钠降低水的冰点，防止孔隙水结冰；并将明胶作为多孔冰晶稳定剂，使混凝土中生成的冰晶细小而不结成大冰块，减少结冰对混凝土的冻害，并可以促进水泥后期的水化；本发明通过将通过明胶、亚硝酸钠、乙二醇、尿素和三乙醇胺复配，并与复合减水剂、引气剂相配合，使制得复合抗冻剂可利用其高低温相变产生的体积膨胀和收缩，抵抗混凝土的体积收缩和膨胀，进一步改善混凝土抗冻性能。进一步的，每份外加助剂包括以下重量份的组分：纳米二氧化硅5-9份、硫化钡粉2-4份。进一步的，所述硅酸盐水泥为强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥。进一步的，所述碎石为粒径为5-15mm的连续级配碎石，所述砂为河砂，所述河砂由细度模数为2.9-2.5的粗砂和细度细度模数为2.1-1.6的细砂按照质量比为(3.5-4):1组成。进一步的，所述粉煤灰为ⅱ级粉煤灰，粉煤灰的氯离子含量≤0.02%，可溶性碱含量≤0.3%。进一步的，每份所述复合减水剂包括以下重量份的组分：聚羧酸减水剂20-30份、水20-25份、纳米硅酸钙2-3份、纳米硝酸钙2-3份、叔碳酸酯2-3份、三聚氰胺4-8份、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯2-5份、羟丙基淀粉醚2-4份、十二烷基苯磺酸钠2-4份。本发明的复合减水剂可持续补充混凝土中因水泥吸附、高温等造成的有效减水组分消耗，具有保塑效果好、适应性好等优点，通过将聚羧酸减水剂、纳米硅酸钙和纳米硝酸钙等组分相配合，可使制得的混凝土组合物凝结时间短，早期强度高、改善混凝土坍落度保持效果，改善混凝土的力学性能、耐久性能以及和易性，可有效解决现有聚羧酸系减水剂易导致混凝土坍落度损失快等问题。本发明通过加入三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、叔碳酸酯，与聚羧酸减水剂形成三维网状结构，起到保水作用；通过加入羟丙基淀粉醚，与上述形成的三维网状结构联合作用，一部分在晶体表面形成膜层，阻碍晶体间的接触且一部分储存于空间网状结构中，起到缓凝的作用；十二烷基苯磺酸钠具有分散的作用，当因为水泥水化现象引起减水剂分子减少时，可保证混凝土浆体分散性和流动性；采用三聚氰胺添加于复合减水剂中，增大减水剂分子在水泥颗粒表面的吸附效率和吸附量，提高了减水剂的净浆流动能力和流动度保持能力，使混凝土组合物的适应性和相容性，进而改善了混凝土组合物硬化时间。进一步的，每份所述聚羧酸减水剂的制备方法包括以下步骤：按重量份计，取丙烯酸羟乙酯20-25份、甲基丙烯磺酸钠7-10份、丙烯酰胺2.5-4份和水60-80份混合，得到混合液a；将抗坏血酸0.8-1.4份、巯基乙醇1.5-3份和水40-60混合，得到混合液b；将2-甲基烯丙基聚氧乙烯醚160-180份与水90-120份混合，加热，加入质量分数为30-40%的双氧水2-4份，搅拌，加入混合液a和混合液b，在40-50℃温度下反应60-90min，加ph调节剂调节ph值至6-7，得到聚羧酸减水剂。本发明的聚羧酸减水剂在分子结构中接枝共聚羧基、酯基、磺酸基等不同官能团，使聚羧酸减水剂具有一定初始减水效果，减水剂中接枝共聚的酯基官能团在水泥碱性环境下发生水解反应，逐渐生成羧基减水基团，从而逐渐释放出有效减水组分；本发明的聚羧酸减水剂可改善聚羧酸减水剂与水泥的适应性，提高了水泥的分散性，在高减水的前提下又提高了坍落度保持效果。进一步的，所述纳米硅酸钙的粒径为50-80nm、纳米硝酸钙的粒径60-100nm。进一步的，所述纳米二氧化硅的粒径为40-80nm。进一步的，所述硫化钡的制备方法包括以下步骤：a1、将重结晶石粉碎，制得粒径为2-5mm粒径的重结晶石颗粒；a2、将重结晶石颗粒在1150-1200℃温度下煅烧4-5h后，得到硫化钡煅烧残渣；a3、将硫酸钡残渣水洗以及碱洗后，干燥、粉碎，过800-1000目筛，得到硫化钡粉末。本发明通过上述步骤，去除重晶石原矿中的碱土金属如铁、钙、铝等杂质，便于提高重晶石矿化剂的质量。本发明将硫化钡与纳米二氧化硅相配合，增强了混凝土的强度、抗渗性和抗腐蚀性，并减小了氢氧化钙结晶的膨胀对混凝土的损害，并可显著降低水泥水化结晶的表面能，从而提高了混凝土的综合效能、使用安全性以及混凝土工程的使用年限，具有良好的经济效益。进一步的，所述引气剂为烷基苯磺酸盐类引气剂和皂角苷类引气剂中的至少一种。本发明通过在在混凝土中引入微纳米气泡，可显著提高混凝土的粘聚性，工作性及其耐久性。本发明的另一目的通过如下技术方法实现：上述抗冻混凝土组合物的制备方法，包括以下步骤：（1）将碎石、砂、粉煤灰、40-60%用量的水泥以及40-60%用量的水进行预拌合，预拌合时间为2-3min，得到预拌料；（2）往预拌料将中加入外加助剂、引气剂、聚丙酯纤维、复合减水剂、复合抗冻剂以及剩余的水泥、水，搅拌2-3min，制备成抗冻混凝土组合物的拌合料。本发明的抗冻混凝土组合物可按常规方法现场施工，制得抗冻混凝土。本发明的有益效果：本发明通过将硅酸盐水泥、碎石、砂、粉煤灰等相配合，通过合理的配比，精心选择适合抗冻混凝土的复合抗冻剂、复合减水剂、外加助剂、聚丙烯纤维并控制其用量，使制得的抗冻混凝土组合物具有良好的抗冻性能、抗渗性和抗压强度，可满足于低温条件下对于混凝土使用安全性和耐久性的工程需要。本发明的抗冻混凝土组合物制备方法简单高效，操作控制方便，产品质量稳定，利于工业化生产。具体实施方式为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。实施例1一种抗冻混凝土组合物，包括以下重量份的组分：硅酸盐水泥110份、碎石190份、砂140份、粉煤灰30份、水60份、聚丙烯纤维7份、复合抗冻剂14份、引气剂0.3份、外加助剂12份、复合减水剂4份。进一步的，每份所述复合抗冻剂包括以下重量份的组分：明胶5份、亚硝酸钠4份、乙二醇7份、尿素3份、三乙醇胺4份。进一步的，每份外加助剂包括以下重量份的组分：纳米二氧化硅7份、硫化钡粉3份。进一步的，所述硅酸盐水泥为强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥。进一步的，所述碎石为粒径为5-15mm的连续级配碎石，所述砂为河砂，所述河砂由细度模数为2.9-2.5的粗砂和细度细度模数为2.1-1.6的细砂按照质量比为3.8:1组成。进一步的，所述粉煤灰为ⅱ级粉煤灰，粉煤灰的氯离子含量≤0.02%，可溶性碱含量≤0.3%。进一步的，每份所述复合减水剂包括以下重量份的组分：聚羧酸减水剂25份、水22份、纳米硅酸钙2.5份、纳米硝酸钙2.6份、叔碳酸酯2.8份、三聚氰胺6份、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯3份、羟丙基淀粉醚3份、十二烷基苯磺酸钠3份。进一步的，每份所述聚羧酸减水剂的制备方法包括以下步骤：按重量份计，取丙烯酸羟乙酯20-25份、甲基丙烯磺酸钠7-10份、丙烯酰胺2.5-4份和水60-80份混合，得到混合液a；将抗坏血酸0.8-1.4份、巯基乙醇1.5-3份和水40-60混合，得到混合液b；将2-甲基烯丙基聚氧乙烯醚160-180份与水90-120份混合，加热，加入质量分数为30-40%的双氧水2-4份，搅拌，加入混合液a和混合液b，在40-50℃温度下反应60-90min，加ph调节剂调节ph值至6-7，得到聚羧酸减水剂。进一步的，所述纳米硅酸钙的粒径为60nm、纳米硝酸钙的粒径80nm。进一步的，所述纳米二氧化硅的粒径为40-80nm。进一步的，所述硫化钡的制备方法包括以下步骤：a1、将重结晶石粉碎，制得粒径为2-5mm粒径的重结晶石颗粒；a2、将重结晶石颗粒在1150℃℃温度下煅烧4.5h后，得到硫化钡煅烧残渣；a3、将硫酸钡残渣水洗以及碱洗后，干燥、粉碎，过1000目筛，得到硫化钡粉末。进一步的，所述引气剂为烷基苯磺酸盐类引气剂。本实施例中，上述抗冻混凝土组合物的制备方法，包括以下步骤：（1）将碎石、砂、粉煤灰、50%用量的水泥以及50%用量的水进行预拌合，预拌合时间为2min，得到预拌料；（2）往预拌料将中加入外加助剂、引气剂、聚丙酯纤维、复合减水剂、复合抗冻剂以及剩余的水泥、水，搅拌2.5min，制得抗冻混凝土组合物的拌合料。本实施例的抗冻混凝土组合物可按常规方法现场施工，制得抗冻混凝土。实施例2本实施例中，一种抗冻混凝土组合物，包括以下重量份的组分：硅酸盐水泥100份、碎石160份、砂130份、粉煤灰25份、水55份、聚丙烯纤维5份、复合抗冻剂11份、引气剂0.2份、外加助剂10份、复合减水剂2份。进一步的，每份所述复合抗冻剂包括以下重量份的组分：明胶4份、亚硝酸钠3份、乙二醇6份、尿素2份、三乙醇胺3份。进一步的，每份外加助剂包括以下重量份的组分：纳米二氧化硅5份、硫化钡粉2份。进一步的，所述硅酸盐水泥为强度等级为42.5的硅酸盐水泥。进一步的，所述碎石为粒径为5-15mm的连续级配碎石，所述砂为河砂，所述河砂由细度模数为2.9-2.5的粗砂和细度细度模数为2.1-1.6的细砂按照质量比为3.5:1组成。进一步的，所述粉煤灰为ⅱ级粉煤灰，粉煤灰的氯离子含量≤0.02%，可溶性碱含量≤0.3%。进一步的，每份所述复合减水剂包括以下重量份的组分：聚羧酸减水剂20份、水20份、纳米硅酸钙2份、纳米硝酸钙2份、叔碳酸酯2份、三聚氰胺4份、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯2份、羟丙基淀粉醚2份、十二烷基苯磺酸钠2份。进一步的，所述纳米硅酸钙的粒径为50nm，所述纳米硝酸钙的粒径60nm。进一步的，每份所述聚羧酸减水剂的制备方法包括以下步骤：按重量份计，取丙烯酸羟乙酯20份、甲基丙烯磺酸钠7份、丙烯酰胺2.5份和水6份混合，得到混合液a；将抗坏血酸0.8份、巯基乙醇1.5份和水400混合，得到混合液b；将2-甲基烯丙基聚氧乙烯醚160份与水90份混合，加热，加入质量分数为40%的双氧水2份，搅拌，加入混合液a和混合液b，在40℃温度下反应90min，加ph调节剂调节ph值至6-7，得到聚羧酸减水剂。进一步的，所述纳米二氧化硅的粒径为40-80nm。进一步的，所述硫化钡的制备方法包括以下步骤：a1、将重结晶石粉碎，制得粒径为2-5mm粒径的重结晶石颗粒；a2、将重结晶石颗粒在1150℃温度下煅烧5h后，得到硫化钡煅烧残渣；a3、将硫酸钡残渣水洗以及碱洗后，干燥、粉碎，过800目筛，得到硫化钡粉末。进一步的，所述引气剂为皂角苷类引气剂。本实施例中，上述抗冻混凝土组合物的制备方法，包括以下步骤：（1）将碎石、砂、粉煤灰、40%用量的水泥以及40%用量的水进行预拌合，预拌合时间为2min，得到预拌料；（2）往预拌料将中加入外加助剂、引气剂、聚丙酯纤维、复合减水剂、复合抗冻剂以及剩余的水泥、水，搅拌3min，制得抗冻混凝土组合物的拌合料。本实施例的抗冻混凝土组合物可按常规方法现场施工，制得抗冻混凝土。实施例3本实施例中，一种抗冻混凝土组合物，包括以下重量份的组分：硅酸盐水泥120份、碎石220份、砂150份、粉煤灰35份、水75份、聚丙烯纤维8份、复合抗冻剂16份、引气剂0.4份、外加助剂15份、复合减水剂5份。进一步的，每份所述复合抗冻剂包括以下重量份的组分：明胶7份、亚硝酸钠6份、乙二醇10份、尿素4份、三乙醇胺5份。进一步的，每份外加助剂包括以下重量份的组分：纳米二氧化硅9份、硫化钡粉4份。进一步的，所述碎石为粒径为5-15mm的连续级配碎石，所述砂为河砂，所述河砂由细度模数为2.9-2.5的粗砂和细度细度模数为2.1-1.6的细砂按照质量比为4:1组成。进一步的，每份所述复合减水剂包括以下重量份的组分：聚羧酸减水剂25份、水22份、纳米硅酸钙3份、纳米硝酸钙3份、叔碳酸酯3份、三聚氰胺8份、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5份、羟丙基淀粉醚4份、十二烷基苯磺酸钠4份。进一步的，每份所述聚羧酸减水剂的制备方法包括以下步骤：按重量份计，取丙烯酸羟乙酯25份、甲基丙烯磺酸钠710份、丙烯酰胺4份和水80份混合，得到混合液a；将抗坏血酸1.4份、巯基乙醇3份和水60混合，得到混合液b；将2-甲基烯丙基聚氧乙烯醚180份与水120份混合，加热，加入质量分数为30%的双氧水4份，搅拌，加入混合液a和混合液b，在50℃温度下反应60min，加ph调节剂调节ph值至6-7，得到聚羧酸减水剂。进一步的，所述纳米硅酸钙的粒径为80nm、纳米硝酸钙的粒径100nm。进一步的，所述纳米二氧化硅的粒径为40-80nm。进一步的，所述硫化钡的制备方法包括以下步骤：a1、将重结晶石粉碎，制得粒径为2-5mm粒径的重结晶石颗粒；a2、将重结晶石颗粒在1200℃温度下煅烧5h后，得到硫化钡煅烧残渣；a3、将硫酸钡残渣水洗以及碱洗后，干燥、粉碎，过1000目筛，得到硫化钡粉末。本实施例中，上述抗冻混凝土组合物的制备方法，包括以下步骤：（1）将碎石、砂、粉煤灰、60%用量的水泥以及60%用量的水进行预拌合，预拌合时间为3min，得到预拌料；（2）往预拌料将中加入外加助剂、引气剂、聚丙酯纤维、复合减水剂、复合抗冻剂以及剩余的水泥、水，搅拌2min，制得抗冻混凝土组合物的拌合料。本实施例的抗冻混凝土组合物可按常规方法现场施工，制得抗冻混凝土。本实施例的其他内容与实施例1相同，这里不再赘述。实施例4本实施例中，一种抗冻混凝土组合物，包括以下重量份的组分：硅酸盐水泥115份、碎石210份、砂135份、粉煤灰32份、水65份、聚丙烯纤维7份、复合抗冻剂15份、引气剂0.25份、外加助剂12份、复合减水剂3份。进一步的，每份所述复合抗冻剂包括以下重量份的组分：明胶6份、亚硝酸钠5份、乙二醇7份、尿素3份、三乙醇胺3.5份。进一步的，每份外加助剂包括以下重量份的组分：纳米二氧化硅8份、硫化钡粉3份。进一步的，所述碎石为粒径为5-15mm的连续级配碎石，所述砂为河砂，所述河砂由细度模数为2.9-2.5的粗砂和细度细度模数为2.1-1.6的细砂按照质量比为4:1组成。进一步的，每份所述复合减水剂包括以下重量份的组分：聚羧酸减水剂28份、水23份、纳米硅酸钙2.8份、纳米硝酸钙3份、叔碳酸酯3份、三聚氰胺5份、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯4份、羟丙基淀粉醚3份、十二烷基苯磺酸钠4份。进一步的，每份所述聚羧酸减水剂的制备方法包括以下步骤：按重量份计，取丙烯酸羟乙酯23份、甲基丙烯磺酸钠8份、丙烯酰胺3.5份和水75份混合，得到混合液a；将抗坏血酸1.2份、巯基乙醇2.5份和水55份混合，得到混合液b；将2-甲基烯丙基聚氧乙烯醚180份与水110份混合，加热，加入质量分数为35%的双氧水3.5份，搅拌，加入混合液a和混合液b，在50℃温度下反应90min，加ph调节剂调节ph值至6-7，得到聚羧酸减水剂。进一步的，所述纳米二氧化硅的粒径为40-80nm。进一步的，所述硫化钡的制备方法包括以下步骤：a1、将重结晶石粉碎，制得粒径为2-5mm粒径的重结晶石颗粒；a2、将重结晶石颗粒在1200℃温度下煅烧5h后，得到硫化钡煅烧残渣；a3、将硫酸钡残渣水洗以及碱洗后，干燥、粉碎，过1000目筛，得到硫化钡粉末。本实施例的其他内容与实施例1相同，这里不再赘述。对实施例1-4的抗裂混凝土组合物制得的混凝土进行抗压强度，抗冻性能和抗渗等级进行测定，测定方法如下：取实施例1-4制得的抗裂混凝土作为测试样品，养护28天后，测试其抗压强度、抗冻性能和抗渗等级，测试样品为150mm×150mm×150mm的立方体标准试样，抗压强度的测定按照gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》，抗冻等级和抗渗等级的测定按照gb50164-2011《混凝土质量控制标准》，具体结果见下表：具体结果见下表：28天抗压强度（mpa）抗冻等级抗渗等级实施例164.1f350>p12实施例263.6f350>p12实施例364.7f350>p12实施例461.2f350>p12由上表可知，本发明实施1-4的抗冻混凝土组合物具有良好的抗冻性，抗冻等级达到或超过f350,其抗渗等级均大于p12,且可保持优良的抗压强度。上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。当前第1页12