本发明涉及混凝土制备技术领域，更具体地说它涉及一种建筑用抗冻混凝土及其制备方法。
背景技术：
混凝土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。混凝土主要划分为两个阶段与状态：凝结硬化前的塑性状态，即新拌混凝土或混凝土拌合物；硬化之后的坚硬状态，即硬化混凝土或混凝土。混凝土强度等级是以立方体抗压强度标准值划分，中国普通混凝土强度等级划分为14级：c15、c20、c25、c30、c35、c40、c45、c50、c55、c60、c65、c70、c75及c80。
在我国北方地区，由于其冬季时间长，天气比较寒冷。所以其对混凝土的防冻性能必须有严格的要求，以适应混凝土在低温、负温下的施工。
基于上述所提出的技术问题，提供一种建筑用抗冻混凝土及其制备方法成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种建筑用抗冻混凝土及其制备方法，其优点在于：所制备的混凝土不仅具有优良的抗冻性能及抗压强度，而且其还具有很好的劈裂抗拉强度；能适应混凝土在低温、负温下的施工。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种建筑用抗冻混凝土，由以下重量份数的原料组成：硅酸盐水泥600~700份、河沙450~550份、粉煤灰90~120份、煤矸石粉65~80份、改性ar玻璃纤维55~70份、改性叶腊石细粉48~63份、二氧化硅气凝胶纳米粉35~45份、聚乙烯醇纤维25~36份、熟石灰36~55份、碳酸氢钠16~24份、松香热聚物加气剂15~20份、防冻剂20~30份、减水剂18~25份、增强纤维25~34份、早强剂600~700份和水560~680份。
更进一步地，所述改性ar玻璃纤维的制备方法为：
a、按30~50g/l的标准将硅烷偶联剂加入浓度为70~85%的乙醇溶液中，超声混合8~10min后，将质量为硅烷偶联剂15~20倍的ar玻璃纤维置于超声混合后所得的混合组分中，再将质量为ar玻璃纤维3~5%的过硫酸钾、2.0~3.5%的二丁基锡二月桂酸酯加入上述混合组分中，并对其超声搅拌10~15min；
b、将步骤a中所得的混合物转入反应釜中，并在50~60℃的条件下保温反应6~8h，待反应完毕后将ar玻璃纤维取出，再用无水乙醇洗去其表面残留的硅烷偶联剂；然后将醇洗后的ar玻璃纤维置于恒温干燥箱内，在50~60℃的温度下对其进行干燥处理；即得改性ar玻璃纤维成品。
更进一步地，所述引气剂选用松香热聚物类引气剂、烷基苯磺酸盐类引气剂中的任意一种。
更进一步地，所述改性叶腊石细粉的制备方法为：
将叶腊石研磨成粒径为100~200目的细粉，将之浸泡在浓度为1.0~1.5mol/l的盐酸溶液中，然后对其进行超声分散10~15min，再将叶腊石细粉滤出，并用蒸馏水将其清洗至中性；清洗完毕后，将其浸泡在温度为65~80℃的改性液中，恒温静置3~5h后，将叶腊石细粉滤出并干燥处理，制得改性叶腊石细粉；其中，所述改性液由三异硬脂酰基钛酸异丙酯、乙烯基三乙氧基硅烷和蒸馏水按照质量比2.3~3.5:4.2~4.8:100~120混合搅拌而成。
更进一步地，所述防冻剂选用丙二醇丁醚、乙二醇丁醚醋酸酯中的任意一种。
更进一步地，所述减水剂选用萘系减水剂、聚羧酸减水剂中的任意一种。
更进一步地，所述纤维增强体选用氧化锆纤维、玄武岩纤维中的任意一种。
更进一步地，所述早强剂选用甲酸钙、尿素中的任意一种。
一种建筑用抗冻混凝土的制备方法，包括如下步骤：
s1、按上述规定重量份数准确称取各原料，然后分别将各原料加工为符合生产要求的原料，并分别保存，备用；
s2、将硅酸盐水泥、河沙、粉煤灰、煤矸石粉、改性ar玻璃纤维、改性叶腊石细粉和减水剂转入混凝土混料设备中，并在100~180r/min的速率下对混料设备内的物料进行混合搅拌，混合搅拌5~10min后，所得记为第一混合料；
s3、将二氧化硅气凝胶纳米粉、聚乙烯醇纤维和增强纤维一同加入另一个混凝土混料设备中，并在120~200r/min的速率下对混料设备内的物料进行混合搅拌，混合搅拌5~10min后，所得记为第二混合料；
s4、将上述第一混合料与第二混合料转入混凝土混料器中，然后将剩余原料加入其中，并以300~500r/min的速率混合搅拌20~30min后，即得建筑用抗冻混凝土成品。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、本发明通过硅烷偶联剂、过硫酸钾和二丁基锡二月桂酸酯三者之间的相互配合，从而实现了对ar玻璃纤维的化学改性。其中，在过硫酸钾及二丁基锡二月桂酸酯的作用下，硅烷偶联剂能与ar玻璃纤维表面的相关基团发生化学反应，并通过作用力较强的化学键相连接，从而成功地将硅烷偶联剂“接枝”到ar玻璃纤维，有效地改善了ar玻璃纤维的分散性能，使得在制备混凝土的过程中，改性后的ar玻璃纤维同水泥基体界面能够良好结合，改性ar玻璃纤维的使用能显著减小混凝土初始裂缝数量，从而有效对裂缝的长度与宽度加以抑制，极大地降低通缝生成的可能性，增强抗冻性。
2、本发明通过将叶腊石浸泡在盐酸溶液中，在盐酸溶液及超声分散的作用下，能最大程度地将叶腊石表面形成的自然覆盖物除去，然后在改性液中的三异硬脂酰基钛酸异丙酯的作用下能与乙烯基三乙氧基硅烷发生化学交联，从而实现了对叶腊石的表面改性，提高了其在水泥基体界面中的分散性能。再者，本发明通过使用石灰石和碳酸氢钠的配合使用，使得熟石灰在遇水溶解后，释放大量热量，此时导致水泥基体界面的温度升高，从而导致碳酸氢钠发生分解，产生二氧化碳气体，在二氧化碳气体的作用下，粉煤灰、煤矸石粉、改性ar玻璃纤维、改性叶腊石细粉、二氧化硅气凝胶纳米粉、聚乙烯醇纤维及增强纤维能均匀地分散至水泥基体内部形成的缝隙中，从而有效地改善了混凝土的抗冻性能及抗压强度。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清除，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清除、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
1、一种建筑用抗冻混凝土，由以下重量份数的原料组成：硅酸盐水泥600份、河沙450份、粉煤灰90份、煤矸石粉65份、改性ar玻璃纤维55份、改性叶腊石细粉48份、二氧化硅气凝胶纳米粉35份、聚乙烯醇纤维25份、熟石灰36份、碳酸氢钠16份、松香热聚物加气剂15份、防冻剂20份、减水剂18份、增强纤维25份、早强剂600份和水560份。
改性ar玻璃纤维的制备方法为：
a、按30g/l的标准将硅烷偶联剂加入浓度为70%的乙醇溶液中，超声混合8min后，将质量为硅烷偶联剂15倍的ar玻璃纤维置于超声混合后所得的混合组分中，再将质量为ar玻璃纤维3%的过硫酸钾、2.0%的二丁基锡二月桂酸酯加入上述混合组分中，并对其超声搅拌10min；
b、将步骤a中所得的混合物转入反应釜中，并在50℃的条件下保温反应6h，待反应完毕后将ar玻璃纤维取出，再用无水乙醇洗去其表面残留的硅烷偶联剂；然后将醇洗后的ar玻璃纤维置于恒温干燥箱内，在50℃的温度下对其进行干燥处理；即得改性ar玻璃纤维成品。
引气剂选用松香热聚物类引气剂。
改性叶腊石细粉的制备方法为：
将叶腊石研磨成粒径为100目的细粉，将之浸泡在浓度为1.0mol/l的盐酸溶液中，然后对其进行超声分散10min，再将叶腊石细粉滤出，并用蒸馏水将其清洗至中性；清洗完毕后，将其浸泡在温度为65℃的改性液中，恒温静置3h后，将叶腊石细粉滤出并干燥处理，制得改性叶腊石细粉；
其中，改性液由三异硬脂酰基钛酸异丙酯、乙烯基三乙氧基硅烷和蒸馏水按照质量比2.3:4.2:100混合搅拌而成。
防冻剂选用丙二醇丁醚；减水剂选用萘系减水剂；纤维增强体选用氧化锆纤维；早强剂选用甲酸钙。
2、一种建筑用抗冻混凝土的制备方法，包括如下步骤：
s1、按上述规定重量份数准确称取各原料，然后分别将各原料加工为符合生产要求的原料，并分别保存，备用；
s2、将硅酸盐水泥、河沙、粉煤灰、煤矸石粉、改性ar玻璃纤维、改性叶腊石细粉和减水剂转入混凝土混料设备中，并在100r/min的速率下对混料设备内的物料进行混合搅拌，混合搅拌5min后，所得记为第一混合料；
s3、将二氧化硅气凝胶纳米粉、聚乙烯醇纤维和增强纤维一同加入另一个混凝土混料设备中，并在120r/min的速率下对混料设备内的物料进行混合搅拌，混合搅拌5min后，所得记为第二混合料；
s4、将上述第一混合料与第二混合料转入混凝土混料器中，然后将剩余原料加入其中，并以300r/min的速率混合搅拌20min后，即得建筑用抗冻混凝土成品。
实施例2：
1、一种建筑用抗冻混凝土，由以下重量份数的原料组成：硅酸盐水泥650份、河沙500份、粉煤灰100份、煤矸石粉70份、改性ar玻璃纤维60份、改性叶腊石细粉55份、二氧化硅气凝胶纳米粉40份、聚乙烯醇纤维30份、熟石灰45份、碳酸氢钠20份、松香热聚物加气剂18份、防冻剂25份、减水剂20份、增强纤维30份、早强剂650份和水600份。
改性ar玻璃纤维的制备方法为：
a、按40g/l的标准将硅烷偶联剂加入浓度为80%的乙醇溶液中，超声混合9min后，将质量为硅烷偶联剂18倍的ar玻璃纤维置于超声混合后所得的混合组分中，再将质量为ar玻璃纤维4%的过硫酸钾、2.8%的二丁基锡二月桂酸酯加入上述混合组分中，并对其超声搅拌12min；
b、将步骤a中所得的混合物转入反应釜中，并在55℃的条件下保温反应7h，待反应完毕后将ar玻璃纤维取出，再用无水乙醇洗去其表面残留的硅烷偶联剂；然后将醇洗后的ar玻璃纤维置于恒温干燥箱内，在55℃的温度下对其进行干燥处理；即得改性ar玻璃纤维成品。
引气剂选用烷基苯磺酸盐类引气剂。
改性叶腊石细粉的制备方法为：
将叶腊石研磨成粒径为150目的细粉，将之浸泡在浓度为1.2mol/l的盐酸溶液中，然后对其进行超声分散12min，再将叶腊石细粉滤出，并用蒸馏水将其清洗至中性；清洗完毕后，将其浸泡在温度为70℃的改性液中，恒温静置4h后，将叶腊石细粉滤出并干燥处理，制得改性叶腊石细粉；
其中，改性液由三异硬脂酰基钛酸异丙酯、乙烯基三乙氧基硅烷和蒸馏水按照质量比3.0:4.5:110混合搅拌而成。
防冻剂选用乙二醇丁醚醋酸酯；减水剂选用聚羧酸减水剂；纤维增强体选用玄武岩纤维；早强剂选用尿素。
2、建筑用抗冻混凝土的制备方法与实施例1相同。
实施例3：
1、一种建筑用抗冻混凝土，由以下重量份数的原料组成：硅酸盐水泥700份、河沙550份、粉煤灰120份、煤矸石粉80份、改性ar玻璃纤维70份、改性叶腊石细粉63份、二氧化硅气凝胶纳米粉45份、聚乙烯醇纤维36份、熟石灰55份、碳酸氢钠24份、松香热聚物加气剂20份、防冻剂30份、减水剂25份、增强纤维34份、早强剂700份和水680份。
改性ar玻璃纤维的制备方法为：
a、按50g/l的标准将硅烷偶联剂加入浓度为85%的乙醇溶液中，超声混合10min后，将质量为硅烷偶联剂20倍的ar玻璃纤维置于超声混合后所得的混合组分中，再将质量为ar玻璃纤维5%的过硫酸钾、3.5%的二丁基锡二月桂酸酯加入上述混合组分中，并对其超声搅拌15min；
b、将步骤a中所得的混合物转入反应釜中，并在60℃的条件下保温反应8h，待反应完毕后将ar玻璃纤维取出，再用无水乙醇洗去其表面残留的硅烷偶联剂；然后将醇洗后的ar玻璃纤维置于恒温干燥箱内，在60℃的温度下对其进行干燥处理；即得改性ar玻璃纤维成品。
引气剂选用松香热聚物类引气剂。
改性叶腊石细粉的制备方法为：
将叶腊石研磨成粒径为200目的细粉，将之浸泡在浓度为1.5mol/l的盐酸溶液中，然后对其进行超声分散15min，再将叶腊石细粉滤出，并用蒸馏水将其清洗至中性；清洗完毕后，将其浸泡在温度为80℃的改性液中，恒温静置5h后，将叶腊石细粉滤出并干燥处理，制得改性叶腊石细粉；
其中，改性液由三异硬脂酰基钛酸异丙酯、乙烯基三乙氧基硅烷和蒸馏水按照质量比3.5:4.8:120混合搅拌而成。
防冻剂选用丙二醇丁醚；减水剂选用萘系减水剂；纤维增强体选用氧化锆纤维；早强剂选用甲酸钙。
2、建筑用抗冻混凝土的制备方法与实施例1相同。
性能检测：
对比例：南京某混凝土生产公司生产的混凝土：
根据规范《普通混凝上力学性能试验方法标准》的要求，分别对采用本发明提供的实施例1~3生产的混凝土及对比例中的混凝土的防冻性能进行检测。
测试新拌混凝土的塌落度：将混凝土加入到钢制试模，并搬上振动台进行振捣，振捣30s直到混凝土表面泛浆即可。在室温下放置24h后进行拆模，随后将混凝土试件放入标准养护箱内，设置养护箱温度为20℃，湿度为98％。养护28d后取出试件进行试验。分别测量对比例和实施例生产的混凝土的力学性能及抗冻性能；所得检测数据记录于下表：
从上表中的相关数据可知：相较于对比例生产的混凝土，通过本发明生产的混凝土的抗压强度以及劈裂抗拉强度均出现增大，对于防冻混凝土抗冻性而言。与对比例相比，实施例1~3中的混凝土的抗冻性、抗压强度及劈裂抗拉强度均有显著地提高。表明本发明制备的混凝土的性能更优，更适于推广。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的设计构思之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。