本发明涉及混凝土技术领域，具体的为一种防水防冻再生混凝土及其制备方法。
背景技术：
铁路桥面防水保护层属于混凝土现浇结构，具有厚度小，平面面积大，设计强度等级高的特点，设计目的是防止桥面积水下渗破坏梁体结构，要求保护层混凝土要具备良好的抗裂性能、抗渗性能和抗冻融循环性能。在我国“三北”地区，长达多月的冬期使大多数的工程面临着严寒气候的影响，低温条件不仅导致工程延期和建设成本提高，还易造成现浇混凝土结构遭受早期冻害，极大地影响了混凝土工程安全性。为了缩短铁路建设工期，往往需要在冬季中进行混凝土施工，因此新拌保护层混凝土还应该具有较好的防冻耐寒性能。
铁路桥面防水保护层混凝土遭受早期冻害后，水化进程和强度增长停止，冰胀力使得混凝土内部空隙增多、水泥与集料间的联结力减小，即使最终气温恢复到正温状态，混凝土性能也难达到设计要求。当新浇筑的保护层混凝土抗渗性能、抗裂性能和抗冻性能均遭到极大程度损伤时，混凝土容易出现开裂、表层剥落、渗水等现象，导致铁路桥面防水保护层难以再对桥下结构形成保护作用。
为了保证铁路桥面防水保护层的正常服役性能，在简化外界防冻工艺的条件下，需要通过提升混凝土的配制技术来制备具有高抗裂性能、高抗渗性能和高抗冻融循环性能，且能抵抗早期冻害的防水防冻保护层混凝土。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种防水防冻再生混凝土及其制备方法，通过合理的原料选配和预制活化，组分间协作配伍，反应结合效果优异，制得混凝土防水抗冻，凝胶体与骨料界面结合稳定高强，抗裂效果明显改善，综合力学性能好，高效实用。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种防水防冻再生混凝土，包括基料、防冻组分和早强辅助剂，防冻组分质量百分含量占比≤1.5％，早强辅助剂质量百分含量占比≤4.3％；基料包括胶凝材料、骨料、减水剂、拌合水，防冻组分包括防冻剂、海泡石粉、海绵铁，预制辅助剂包括硫酸钙、脂肪族羧酸三乙醇胺盐、聚丙烯酰胺。
作为本发明进一步优选，基料中各组分质量百分含量占比为胶凝材料25-40％、骨料40-60％、减水剂0.5-1.5％、拌合水余量；防冻组分中各组分质量百分含量为防冻剂30-50％、海泡石粉15-35％、海绵铁余量；预制辅助剂中各组分质量百分含量为硫酸钙20-60％、脂肪族羧酸三乙醇胺盐4-10％、聚丙烯酰胺余量。
作为本发明进一步优选，还包括抗裂膨胀剂，且质量百分含量占比为≤1.2％，抗裂膨胀剂包括氧化镁、氧化铝、氧化硅和氧化钙，各组分质量百分含量占比依次为10-30％、15-40％、20-45％、余量。
作为本发明进一步优选，胶凝材料选用硫铝酸盐水泥，或，硫铝酸盐水泥与铝酸盐水泥按质量比1：0.1-0.5共混施用；减水剂选用聚羧酸减水剂。
作为本发明进一步优选，骨料采用再生骨料，骨料制备步骤为，取废弃建筑混凝土，清洗后于破碎机破碎至小于30mm，然后将其置于1m酸液中，40khz、300w超声处理10-30min，然后静置浸渍10-20h，滤出清水冲洗，向其中加入适量粘土纤维浆，搅拌混匀，然后惰性氛围干燥后二次破碎至小于20mm，即得。
作为本发明进一步优选，粘土纤维浆中粘土、纤维、水质量比为1：0.2-0.5:3，粘土纤维浆用量为骨料质量的60-80％。
作为本发明进一步优选，粘土为选自膨润土、硅藻土、高岭土中任意一种或多种组合物，纤维选自玻璃纤维、钢纤维、聚丙烯纤维中任意一种或多种组合物。
作为本发明进一步优选，防冻组分制备步骤为，按质量百分含量取料，取40-70wt％海泡石加水制成稀糊状，然后将海绵铁加入其中，搅拌混匀后干燥得颗粒料，再将防冻剂和剩余海泡石共混，加水共混成稀糊状，并将干燥后的颗粒料加入其中，混匀后，惰性氛围干燥，即得。
作为本发明进一步优选，防水防冻再生混凝土，制备方法为，
1)按质量百分含量取料，将胶凝材料、骨料、预制辅助剂共混，搅拌30s，然后向其中注入减水剂和拌合水，继续搅拌60-120s，再将防冻组分加入其中，保持搅拌3-5min，即得混凝土浆料；
2)将混凝土浆料按生产需要灌浆、倒模浇注，脱模后养护，得混凝土制品。
本发明的有益效果在于：本发明通过合理的原料选配和预制活化，组分间协作配伍，反应结合效果优异，制得混凝土防水抗冻，凝胶体与骨料界面结合稳定高强，抗裂效果明显改善，综合力学性能好，高效实用。
本申请自制防冻组分，以高孔隙、高比表面积的高强海绵铁为负载核心，先填充海泡石粉形成内平滑层，并作为高强的保水缓释成分，在外层包覆防冻剂，促进后期反应保水率，有效降低水化时水分的过渡消耗，强化防冻剂持续作用效果，内部结构应力和裂纹显著改善。
预制辅助剂为有机-无机组合配比，在混凝土生成过程中，进一步结合结构孔隙中的水，于内部渗透流动，与矿石以及氧化物反应生成链状结晶体，并逐步填充混凝土中的毛细微孔裂缝，抗裂防水防渗。
还设有抗裂膨胀剂，由多种膨胀源组成，形成递进的反应阶段，于不同时期不同路径完成膨胀强化，与预制辅助剂辅助促进，大大提高了混凝土结构的密实度，综合抗压抗渗防水效果强，且有效配合防冻剂反应周期的细化和延长，防冻组分分散更为均匀，逐步减少游离水，并释放内部海泡石包裹的水分，由矿物成分形成进一步强化的核心，消除劣质水泡，从而减轻胀冻压力，本申请防冻组分可在日最低温度-15℃条件下正常施用，抗冻融且保证足够强度，综合效益高，值得推广应用。
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楚，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楚、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：
一种防水防冻再生混凝土，包括基料、防冻组分和早强辅助剂，防冻组分质量百分含量占比1.5％，早强辅助剂质量百分含量占比4.0％；基料包括胶凝材料、骨料、减水剂、拌合水，防冻组分包括防冻剂、海泡石粉、海绵铁，预制辅助剂包括硫酸钙、脂肪族羧酸三乙醇胺盐、聚丙烯酰胺。
进一步的，基料中各组分质量百分含量占比为胶凝材料25％、骨料50％、减水剂1％、拌合水余量；防冻组分中各组分质量百分含量为防冻剂50％、海泡石粉30％、海绵铁余量；预制辅助剂中各组分质量百分含量为硫酸钙50％、脂肪族羧酸三乙醇胺盐10％、聚丙烯酰胺余量。
胶凝材料选用铝酸盐水泥与铝酸盐水泥按质量比1：0.5共混施用；减水剂选用聚羧酸减水剂。
骨料采用再生骨料，骨料制备步骤为，取废弃建筑混凝土，清洗后于破碎机破碎至小于30mm，然后将其置于1m酸液中，40khz、300w超声处理10-30min，然后静置浸渍10-20h，滤出清水冲洗，向其中加入适量粘土纤维浆，搅拌混匀，然后惰性氛围干燥后二次破碎至小于20mm，即得。
其中，粘土纤维浆中粘土、纤维、水质量比为1：0.5:3，粘土纤维浆用量为骨料质量的60％。粘土为选自膨润土、硅藻土、高岭土中任意一种或多种组合物，纤维选自玻璃纤维、钢纤维、聚丙烯纤维中任意一种或多种组合物。
防冻组分制备步骤为，按质量百分含量取料，取60wt％海泡石加水制成稀糊状，然后将海绵铁加入其中，搅拌混匀后干燥得颗粒料，再将防冻剂和剩余海泡石共混，加水共混成稀糊状，并将干燥后的颗粒料加入其中，混匀后，惰性氛围干燥，即得。
还包括抗裂膨胀剂，且质量百分含量占比为1.2％，抗裂膨胀剂包括氧化镁、氧化铝、氧化硅和氧化钙，各组分质量百分含量占比依次为20％、30％、45％、余量。
作为本发明进一步优选，防水防冻再生混凝土，制备方法为，
1)按质量百分含量取料，将胶凝材料、骨料、预制辅助剂共混，搅拌30s，然后向其中注入减水剂、抗裂膨胀剂和拌合水，继续搅拌60-120s，再将防冻组分加入其中，保持搅拌3-5min，即得混凝土浆料；
2)将混凝土浆料按生产需要灌浆、倒模浇注，脱模后养护(先负温(-7℃)养护7天，再转28天标准养护)，得混凝土制品。
实施例2：
一种防水防冻再生混凝土，包括基料、防冻组分和早强辅助剂，防冻组分质量百分含量占比1.5％，早强辅助剂质量百分含量占比2.5％；基料包括胶凝材料、骨料、减水剂、拌合水，防冻组分包括防冻剂、海泡石粉、海绵铁，预制辅助剂包括硫酸钙、脂肪族羧酸三乙醇胺盐、聚丙烯酰胺。
进一步的，基料中各组分质量百分含量占比为胶凝材料30％、骨料50％、减水剂0.8％、拌合水余量；防冻组分中各组分质量百分含量为防冻剂40％、海泡石粉35％、海绵铁余量；预制辅助剂中各组分质量百分含量为硫酸钙40％、脂肪族羧酸三乙醇胺盐5％、聚丙烯酰胺余量。
胶凝材料选用硫铝酸盐水泥与铝酸盐水泥按质量比1：0.5共混施用；减水剂选用聚羧酸减水剂。
骨料采用再生骨料，骨料制备步骤为，取废弃建筑混凝土，清洗后于破碎机破碎至小于30mm，然后将其置于1m酸液中，40khz、300w超声处理10-30min，然后静置浸渍10-20h，滤出清水冲洗，向其中加入适量粘土纤维浆，搅拌混匀，然后惰性氛围干燥后二次破碎至小于20mm，即得。
其中，粘土纤维浆中粘土、纤维、水质量比为1：0.5:3，粘土纤维浆用量为骨料质量的80％。粘土为选自膨润土、硅藻土、高岭土中任意一种或多种组合物，纤维选自玻璃纤维、钢纤维、聚丙烯纤维中任意一种或多种组合物。
防冻组分制备步骤为，按质量百分含量取料，取50wt％海泡石加水制成稀糊状，然后将海绵铁加入其中，搅拌混匀后干燥得颗粒料，再将防冻剂和剩余海泡石共混，加水共混成稀糊状，并将干燥后的颗粒料加入其中，混匀后，惰性氛围干燥，即得。
还包括抗裂膨胀剂，且质量百分含量占比为1.2％，抗裂膨胀剂包括氧化镁、氧化铝、氧化硅和氧化钙，各组分质量百分含量占比依次为10％、30％、30％、余量。
防水防冻再生混凝土，制备方法为同实施例1。
实施例3：
一种防水防冻再生混凝土，包括基料、防冻组分和早强辅助剂，防冻组分质量百分含量占比1％，早强辅助剂质量百分含量占比4.3％；基料包括胶凝材料、骨料、减水剂、拌合水，防冻组分包括防冻剂、海泡石粉、海绵铁，预制辅助剂包括硫酸钙、脂肪族羧酸三乙醇胺盐、聚丙烯酰胺。
进一步的，基料中各组分质量百分含量占比为胶凝材料25％、骨料50％、减水剂0.5％、拌合水余量；防冻组分中各组分质量百分含量为防冻剂30％、海泡石粉15％、海绵铁余量；预制辅助剂中各组分质量百分含量为硫酸钙60％、脂肪族羧酸三乙醇胺盐6％、聚丙烯酰胺余量。
胶凝材料选用硫铝酸盐水泥与铝酸盐水泥按质量比1：0.3共混施用；减水剂选用聚羧酸减水剂。
骨料采用再生骨料，骨料制备步骤为，取废弃建筑混凝土，清洗后于破碎机破碎至小于30mm，然后将其置于1m酸液中，40khz、300w超声处理10-30min，然后静置浸渍10-20h，滤出清水冲洗，向其中加入适量粘土纤维浆，搅拌混匀，然后惰性氛围干燥后二次破碎至小于20mm，即得。
其中，粘土纤维浆中粘土、纤维、水质量比为1：0.5:3，粘土纤维浆用量为骨料质量的60％。粘土为选自膨润土、硅藻土、高岭土中任意一种或多种组合物，纤维选自玻璃纤维、钢纤维、聚丙烯纤维中任意一种或多种组合物。
防冻组分制备步骤为，按质量百分含量取料，取40wt％海泡石加水制成稀糊状，然后将海绵铁加入其中，搅拌混匀后干燥得颗粒料，再将防冻剂和剩余海泡石共混，加水共混成稀糊状，并将干燥后的颗粒料加入其中，混匀后，惰性氛围干燥，即得。
还包括抗裂膨胀剂，且质量百分含量占比为1％，抗裂膨胀剂包括氧化镁、氧化铝、氧化硅和氧化钙，各组分质量百分含量占比依次为20％、15％、45％、余量。
防水防冻再生混凝土，制备方法同实施例1。
实施例4：
一种防水防冻再生混凝土，包括基料、防冻组分和早强辅助剂，防冻组分质量百分含量占比1.2％，早强辅助剂质量百分含量占比3.5％；基料包括胶凝材料、骨料、减水剂、拌合水，防冻组分包括防冻剂、海泡石粉、海绵铁，预制辅助剂包括硫酸钙、脂肪族羧酸三乙醇胺盐、聚丙烯酰胺。
进一步的，基料中各组分质量百分含量占比为胶凝材料30％、骨料60％、减水剂1.5％、拌合水余量；防冻组分中各组分质量百分含量为防冻剂50％、海泡石粉30％、海绵铁余量；预制辅助剂中各组分质量百分含量为硫酸钙60％、脂肪族羧酸三乙醇胺盐10％、聚丙烯酰胺余量。
胶凝材料选用硫铝酸盐水泥与铝酸盐水泥按质量比1：0.2共混施用；减水剂选用聚羧酸减水剂。
骨料采用再生骨料，骨料制备步骤为，取废弃建筑混凝土，清洗后于破碎机破碎至小于30mm，然后将其置于1m酸液中，40khz、300w超声处理10-30min，然后静置浸渍10-20h，滤出清水冲洗，向其中加入适量粘土纤维浆，搅拌混匀，然后惰性氛围干燥后二次破碎至小于20mm，即得。
其中，粘土纤维浆中粘土、纤维、水质量比为1：0.2:3，粘土纤维浆用量为骨料质量的80％。粘土为选自膨润土、硅藻土、高岭土中任意一种或多种组合物，纤维选自玻璃纤维、钢纤维、聚丙烯纤维中任意一种或多种组合物。
防冻组分制备步骤为，按质量百分含量取料，取70wt％海泡石加水制成稀糊状，然后将海绵铁加入其中，搅拌混匀后干燥得颗粒料，再将防冻剂和剩余海泡石共混，加水共混成稀糊状，并将干燥后的颗粒料加入其中，混匀后，惰性氛围干燥，即得。
还包括抗裂膨胀剂，且质量百分含量占比为1.2％，抗裂膨胀剂包括氧化镁、氧化铝、氧化硅和氧化钙，各组分质量百分含量占比依次为30％、15％、40％、余量。
防水防冻再生混凝土，制备方法同实施例1。
实施例5：
一种防水防冻再生混凝土，包括基料、防冻组分和早强辅助剂，防冻组分质量百分含量占比1.5％，早强辅助剂质量百分含量占比3％；基料包括胶凝材料、骨料、减水剂、拌合水，防冻组分包括防冻剂、海泡石粉、海绵铁，预制辅助剂包括硫酸钙、脂肪族羧酸三乙醇胺盐、聚丙烯酰胺。
进一步的，基料中各组分质量百分含量占比为胶凝材料40％、骨料50％、减水剂1％、拌合水余量；防冻组分中各组分质量百分含量为防冻剂50％、海泡石粉25％、海绵铁余量；预制辅助剂中各组分质量百分含量为硫酸钙50％、脂肪族羧酸三乙醇胺盐6％、聚丙烯酰胺余量。
胶凝材料选用硫铝酸盐水泥与铝酸盐水泥按质量比1：0.2共混施用；减水剂选用聚羧酸减水剂。
骨料采用再生骨料，骨料制备步骤为，取废弃建筑混凝土，清洗后于破碎机破碎至小于30mm，然后将其置于1m酸液中，40khz、300w超声处理10-30min，然后静置浸渍10-20h，滤出清水冲洗，向其中加入适量粘土纤维浆，搅拌混匀，然后惰性氛围干燥后二次破碎至小于20mm，即得。
其中，粘土纤维浆中粘土、纤维、水质量比为1：0.2:3，粘土纤维浆用量为骨料质量的80％。粘土为选自膨润土、硅藻土、高岭土中任意一种或多种组合物，纤维选自玻璃纤维、钢纤维、聚丙烯纤维中任意一种或多种组合物。
防冻组分制备步骤为，按质量百分含量取料，取40wt％海泡石加水制成稀糊状，然后将海绵铁加入其中，搅拌混匀后干燥得颗粒料，再将防冻剂和剩余海泡石共混，加水共混成稀糊状，并将干燥后的颗粒料加入其中，混匀后，惰性氛围干燥，即得。
还包括抗裂膨胀剂，且质量百分含量占比为1％，抗裂膨胀剂包括氧化镁、氧化铝、氧化硅和氧化钙，各组分质量百分含量占比依次为30％、20％、20％、余量。
防水防冻再生混凝土，制备方法同实施例1。
实施例6：
一种防水防冻再生混凝土，包括基料、防冻组分和早强辅助剂，防冻组分质量百分含量占比1％，早强辅助剂质量百分含量占比4％；基料包括胶凝材料、骨料、减水剂、拌合水，防冻组分包括防冻剂、海泡石粉、海绵铁，预制辅助剂包括硫酸钙、脂肪族羧酸三乙醇胺盐、聚丙烯酰胺。
进一步的，基料中各组分质量百分含量占比为胶凝材料35％、骨料55％、减水剂0.5％、拌合水余量；防冻组分中各组分质量百分含量为防冻剂40％、海泡石粉15％、海绵铁余量；预制辅助剂中各组分质量百分含量为硫酸钙20％、脂肪族羧酸三乙醇胺盐10％、聚丙烯酰胺余量。
胶凝材料选用硫铝酸盐水泥与铝酸盐水泥按质量比1：0.5共混施用；减水剂选用聚羧酸减水剂。
骨料采用再生骨料，骨料制备步骤为，取废弃建筑混凝土，清洗后于破碎机破碎至小于30mm，然后将其置于1m酸液中，40khz、300w超声处理10-30min，然后静置浸渍10-20h，滤出清水冲洗，向其中加入适量粘土纤维浆，搅拌混匀，然后惰性氛围干燥后二次破碎至小于20mm，即得。
其中，粘土纤维浆中粘土、纤维、水质量比为1：0.5:3，粘土纤维浆用量为骨料质量的60％。粘土为选自膨润土、硅藻土、高岭土中任意一种或多种组合物，纤维选自玻璃纤维、钢纤维、聚丙烯纤维中任意一种或多种组合物。
防冻组分制备步骤为，按质量百分含量取料，取50wt％海泡石加水制成稀糊状，然后将海绵铁加入其中，搅拌混匀后干燥得颗粒料，再将防冻剂和剩余海泡石共混，加水共混成稀糊状，并将干燥后的颗粒料加入其中，混匀后，惰性氛围干燥，即得。
防水防冻再生混凝土，制备方法同实施例1。
对比例1：
以实施例1为基础，将防冻组分替换为单一防冻剂成分，其他条件不变，制备再生混凝土。
对比例2：
以实施例1为基础，去除预制辅助剂，其他条件不变，制备再生混凝土。
对比例3：
以实施例1为基础，再生骨料直接以酸化后的破碎骨料替代，其他条件不变，制备再生混凝土。
空白例：
以实施例1为基础，去除预制辅助剂，将再生骨料直接以酸化后的破碎骨料替代，且防冻组分替换为单一防冻剂成分其他条件不变，制备再生混凝土。
将上述实施例1-6、对比例1-3和空白例制备的混凝土进行性能测试，数据如下：
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。