一种环保抗冻型混凝土及其制备方法与流程

1.本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种环保抗冻型混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.混凝土是以水泥为胶凝材料，以砂、石为骨料，加水拌和而成。目前，随着建筑业的迅猛发展，混凝土被广泛应用在地基、桩基、房屋建设等建筑施工中。作为建筑施工中最基本也是最重要的材料，混凝土必须要具备良好的耐久性，而抗冻性是混凝土耐久性的重要指标之一。
3.抗冻性是指混凝土在使用环境中，经受多次冻融循环作用后，仍能保持强度和外观完整性的能力。若是混凝土的抗冻性差，则当外界温度降低至冰点，混凝土中的水变成冰发生膨胀，产生较强的膨胀力时，其膨胀力会超过其抗拉力，使得混凝土产生微细裂缝，并且经过反复冻融，这些裂缝不断扩展，从而导致混凝土的强度降低，直至被完全破坏，极大程度的降低了混凝土的耐久性，影响了建筑质量及正常使用。因此，发明人认为开发一种抗冻性能优异的混凝土对建筑施工具有重要的意义。


技术实现要素：

4.为了提高混凝土的抗冻性能，本申请提供一种环保抗冻型混凝土及其制备方法。
5.第一方面，本申请提供的一种环保抗冻型混凝土，采用如下的技术方案：
6.一种环保抗冻型混凝土，所用原料包括以下重量份的组分：
7.[0008][0009]
通过采用上述技术方案，本申请采用特定使用量范围的再生骨料和废旧纺织纤维作为混凝土中的原料，充分利用纺织废弃物和建筑废弃物，对废弃物进行了回收利用，节约资源，保护环境，符合可持续发展要求。同时本申请通过采用特定使用量范围的水泥和水混合搭配使用，控制了水灰比，降低了孔隙率，改善了孔结构，提高了混凝土的整体性和密实程度，从而提高了混凝土的力学性能和抗冻性。
[0010]
硅灰具有良好的填充效应及火山灰效应，可以有效的降低混凝土中的孔隙率，提高混凝土的整体性和密实程度，从而提高混凝土的力学性能，降低混凝土产生微裂缝的可能性，提高混凝土的抗冻性，但是其存在稳定性较差等缺点；偏高岭土是由高岭土经一定温度煅烧后的产物，有着与硅灰相似的粒径以及火山灰活性，并且性能稳定。因此本申请采用特定使用量范围的硅灰和偏高岭土混合搭配使用，可以利用偏高岭土对于孔结构和界面过渡区的良好作用，与硅灰协同增强混凝土的力学性能及抗冻性。但若是偏高岭土的含量过高则会在水泥水化过程中反应掉更多的ca(oh)2，产生过多的水化产物填充于微小的孔隙中，导致体系中自干燥应力增大，反而提高了混凝土开裂的可能性，从而降低了混凝土的抗冻性。
[0011]
本申请采用特定使用量范围的纳米sio2作为混凝土的原料，利用其活性效应和填充效应，提高了混凝土的密实程度和抗冻胀破坏压力，并且能够与水泥浆体发生二次水化生成更加坚硬的c
‑
s
‑
h凝胶，大幅度提高混凝土冻融循环前后的抗压强度。但若是纳米sio2的掺量过高，会使得纳米sio2无法全部进行水化作用，在混凝土中堆积，反而会使得混凝土的抗压强度下降。
[0012]
本申请将特定使用量范围的硫酸钙晶须作为微纤维来封闭混凝土中的有害孔隙，降低了冻融作用在混凝土内部产生的膨胀力，同时通过桥连作用有效的减少了冻融作用下微裂缝的产生与扩展，从而提高了混凝土的抗冻性以及混凝土冻融循环前后的抗压强度。但若是硫酸钙晶须的使用量过多，由于硫酸钙晶须的分散性较差，则会出现团聚的现象，反而促进了混凝土微裂缝的发育，加剧了冻融作用对混凝土的影响，降低了混凝土的抗冻性。
[0013]
本申请采用特定使用量范围的玄武岩纤维可以与硫酸钙晶须相配合，通过桥接作用阻断混凝土内部相互连通的孔隙，并且利用其与水泥浆体粘结性较好，提高了混凝土的密实程度，同时降低了水分移动的自由度，减少了冻融作用下微裂缝的产生与扩展，增强了
混凝土的抗冻性。但是由于玄武岩纤维与硫酸钙晶须一样，分散性较差，同样会在混凝土内部凝聚成团，降低混凝土的密实性，形成有害孔隙。因此本申请采用特定使用量范围的引气剂与玄武岩纤维混合搭配使用，利用引气剂引入大量微小气泡，适量的引气剂会使得玄武岩纤维与硫酸钙晶须分布的更加均匀，同时这些微小气泡会阻止冻融循环中微小晶体的形成，从而提高了混凝土的抗冻性。
[0014]
同时本申请采用特定使用量范围的羟丙基甲基纤维素，填入混凝土的孔隙之中，提高了混凝土的密实程度，减少了冻融作用下微裂缝的产生与扩展，从而提高了混凝土的抗冻性以及混凝土冻融循环前后的抗压强度。
[0015]
综上所述，本申请的混凝土采用了再生骨料与废旧纺织纤维，对废旧资源进行了回收利用，节约资源，保护环境，符合可持续发展的要求；同时本申请通过控制水灰比，并利用硅灰、偏高岭土、纳米sio2、硫酸钙晶须、引气剂、玄武岩纤维和羟丙基甲基纤维素之间的协同作用，提高了混凝土的密实程度，降低了冻融作用在混凝土内部产生的膨胀力，同时减少了冻融作用下微裂缝的产生与扩展，从而提高了混凝土的抗冻性以及混凝土冻融循环前后的抗压强度，提高了混凝土的耐久性，延长了混凝土的使用寿命。
[0016]
优选的，所述引气剂与玄武岩纤维的重量比为(6.5
‑
6.99):1。
[0017]
通过采用上述技术方案，本申请控制在引气剂与玄武岩纤维在特定的比例范围内，可以进一步发挥二者之间的协同作用，减少了冻融作用下微裂缝的产生与扩展，从而进一步的提高了混凝土的抗冻性。
[0018]
优选的，所述原料还包括纳米碳纤维7.2
‑
8.4重量份和再生微粉48
‑
56重量份。
[0019]
通过采用上述技术方案，本申请还采用特定使用量范围的纳米碳纤维和再生微粉与其他原料混合搭配使用，细化了混凝土内部的孔隙结构，提高了混凝土的整体性和密实程度，降低了冻融作用在混凝土内部产生的膨胀力，同时减少了冻融作用下微裂缝的产生与扩展，从而提高了混凝土的抗冻性。
[0020]
优选的，所述纳米sio2的颗粒直径为15
‑
50nm。
[0021]
通过采用上述技术方案，本申请控制纳米sio2的颗粒直径在特定的范围内，可以提高纳米sio2的比表面积，使得其与水泥浆体的接触面积增大，增强了纳米sio2的活性效应和填充效应，从而提高了混凝土的密实程度和抗冻胀破坏压力，增强了混凝土的抗冻性。
[0022]
优选的，所述废旧纺织纤维包括重量比为(0.8
‑
1.2):(1.0
‑
1.5):(1.8
‑
2.2)的废旧棉纤维、废旧聚酯纤维和废旧玻璃纤维。
[0023]
通过采用上述技术方案，本申请采用特定比例范围的废旧聚酯纤维、废旧棉纤维和废旧玻璃纤维混合加入混凝土中，可以填充混凝土中的有害孔隙，降低混凝土的孔隙率，改善孔结构，提高混凝土的整体性和密实程度，从而提高了混凝土的力学性能，降低了微裂缝的产生，抑制了混凝土经多次冻融后微裂缝的扩展，提高了混凝土的抗冻性。
[0024]
同时本申请采用聚酯纤维、废旧棉纤维和废旧玻璃纤维，将已经过使用的废旧纺织纤维回收利用作为混凝土中的材料，保护了自然资源，降低了废弃物对环境产生的负担，较为环保，符合可持续发展的要求。
[0025]
优选的，所述废旧玻璃纤维采用以下方法改性：
[0026]
a.在90
‑
110℃的温度下，将清洗后的废旧玻璃纤维在浓度为0.8
‑
1.2mol/l的盐酸溶液中浸泡6
‑
8h，然后在40
‑
50℃的温度下干燥15
‑
20min；
[0027]
b.将步骤a处理后的废旧玻璃纤维在浓度为1.8
‑
2.2mol/l的硅烷偶联剂中浸泡3
‑
4h，然后在80
‑
90℃的温度下干燥4
‑
5h，重复此过程2
‑
3次后，在乙醇溶液中超声清洗20
‑
30min，再在200
‑
210℃的温度下，干燥2
‑
3h，得到改性后的废旧玻璃纤维。
[0028]
由于废旧玻璃纤维的强度和脆性较初始使用时均有所下降，因此本申请通过采用上述技术方案，采用硅烷偶联剂对废旧玻璃纤维进行改性处理，硅烷偶联剂水解生成的羟基可以和废旧玻璃纤维表面的羟基缩聚形成共价键，使硅烷偶联剂接枝到废旧玻璃纤维表面，增强废旧玻璃纤维的力学性能，从而增强废旧玻璃纤维在混凝土中的作用。本申请的硅烷偶联剂采用硅烷偶联剂
‑
550和硅烷偶联剂
‑
560中的任意一种。
[0029]
优选的，所述再生骨料采用以下方法进行预处理：
[0030]
将再生骨料浸泡在包浆料中，搅拌30
‑
40min，然后取出，淋洗，晾干，在标准养护室中养护28d，然后自然晾干，得到预处理后的再生骨料。
[0031]
优选的，所述包浆料重量比为1:(0.5
‑
0.6):(0.3
‑
0.4):(0.04
‑
0.06)的水泥、水、粉煤灰和硅灰。
[0032]
由于再生骨料自身存在强度低、表面粗糙、吸水率较高等缺点，因此本申请通过采用上述技术方案，使用本申请特定的包浆料对再生骨料进行预处理，优化了再生骨料的物理性能，包浆料填充了再生骨料内部的细小裂缝，提高了再生骨料的整体密实性，强化了界面过渡区，降低了冻融循环中微裂缝的产生及扩展，从而提高了混凝土的抵抗冻胀的能力；同时在再生骨料表面形成了一层保护层，增强了其坚固性，从而提高了冻融循环前后混凝土的抗压强度。
[0033]
优选的，所述减水剂采用聚羧酸减水剂。
[0034]
通过采用上述技术方案，本申请采用聚羧酸减水剂，可以利用其优异的超分散性能充分对混凝土中各组分进行分散，并且可以有效的减少混凝土的用水量，降低水灰比，从而降低再生混凝土的孔隙率，降低了冻融作用在混凝土内部产生的膨胀力，增强了混凝土的抗冻性，提高了混凝土在冻融循环前后的抗压强度。
[0035]
第二方面，本申请提供一种环保抗冻型混凝土的制备方法，包括以下步骤：
[0036]
s1.先将除羟丙基甲基纤维素和水以外的所有原料混合搅拌2
‑
5min，得到预混料；
[0037]
s2.然后将羟丙基甲基纤维素边搅拌边撒在预混料中，搅拌5
‑
10min，最后加水混合搅拌30
‑
40min，得到环保抗冻型混凝土。
[0038]
由于羟丙基甲基纤维素在冷水中易溶胀成胶状物，不易分散，因此本申请通过采用上述技术方案，先将除羟丙基甲基纤维素以外的所有原料进行干拌，然后再逐步搅拌混入羟丙基甲基纤维素，再加水拌和，降低了羟丙基甲基纤维素在混凝土中出现结团现象的可能性，使得羟丙基甲基纤维素能够均匀的分散在混凝土中，并与其他组分充分发挥协同作用，共同增强混凝土的抗冻性。
[0039]
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
[0040]
1.本申请的混凝土采用了再生骨料与废旧纺织纤维，对废旧资源进行了回收利用，节约资源，保护环境，符合可持续发展的要求；
[0041]
2.本申请的混凝土的孔隙率低，整体性和密实程度高，冻融作用在混凝土内部产生的膨胀力小，抑制了微裂缝的产生与扩展，抗冻性强；
[0042]
3.本申请的混凝土的制备方法降低了羟丙基甲基纤维素在混凝土中出现结团现
象的可能性，使得羟丙基甲基纤维素能够均匀的分散在混凝土中，并与其他组分充分发挥协同作用。
具体实施方式
[0043]
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
[0044]
本申请的水泥购自安徽中联水泥股份有限公司，型号：p
·
o 42.5；
[0045]
本申请的细骨料选用焦作产河砂，粒径为0
‑
0.6mm、0.6
‑
1.25mm的两种连续级配；
[0046]
本申请的聚羧酸减水剂购自上海憎冶实业有限公司；
[0047]
本申请的再生骨料选用废弃路面素混凝土，粒径为5
‑
10mm，其物理性能见表1；
[0048]
表1再生骨料基本物理性能指标
[0049][0050]
本申请的硅灰购自成都东蓝星有限公司；
[0051]
本申请的偏高岭土购自广东茂名有限公司；
[0052]
本申请的引气剂购自济南汇锦川化工有限公司。
[0053]
本申请的纳米碳纤维购自昂星新型碳材料常州有限公司；
[0054]
本申请的再生微粉购自中建西部建设新疆有限公司，平均粒径为5.83μm。
[0055]
实施例1
[0056]
一种环保抗冻型混凝土的制备方法，包括以下步骤：
[0057]
s1.先将水泥、河砂、聚羧酸减水剂、再生骨料、废旧纺织纤维、硅灰、偏高岭土、纳米sio2、硫酸钙晶须、引气剂和玄武岩纤维混合搅拌2min，得到预混料；其中，废旧纺织纤维包括废旧棉纤维、废旧聚酯纤维和废旧玻璃纤维；纳米sio2的颗粒直径为100
‑
120nm；
[0058]
s2.然后将羟丙基甲基纤维素边搅拌边撒在预混料中，搅拌5min，最后加水混合搅拌30min，得到环保抗冻型混凝土。
[0059]
实施例2
[0060]
一种环保抗冻型混凝土的制备方法，包括以下步骤：
[0061]
s1.先将水泥、河砂、聚羧酸减水剂、再生骨料、废旧纺织纤维、硅灰、偏高岭土、纳米sio2、硫酸钙晶须、引气剂和玄武岩纤维混合搅拌3.5min，得到预混料；其中，废旧纺织纤维包括废旧棉纤维、废旧聚酯纤维和废旧玻璃纤维；纳米sio2的颗粒直径为5
‑
13nm；
[0062]
s2.然后将羟丙基甲基纤维素边搅拌边撒在预混料中，搅拌7.5min，最后加水混合搅拌35min，得到环保抗冻型混凝土。
[0063]
实施例3
[0064]
一种环保抗冻型混凝土的制备方法，包括以下步骤：
[0065]
s1.先将水泥、河砂、聚羧酸减水剂、再生骨料、废旧纺织纤维、硅灰、偏高岭土、纳米sio2、硫酸钙晶须、引气剂和玄武岩纤维混合搅拌5min，得到预混料；其中，废旧纺织纤维包括废旧棉纤维、废旧聚酯纤维和废旧玻璃纤维；纳米sio2的颗粒直径为70
‑
90nm；
[0066]
s2.然后将羟丙基甲基纤维素边搅拌边撒在预混料中，搅拌10min，最后加水混合
搅拌40min，得到环保抗冻型混凝土。
[0067]
上述实施例1
‑
3中各组分的使用量如表2所示：
[0068]
表2各组分使用量表
[0069][0070][0071]
实施例4
[0072]
一种环保抗冻型混凝土的制备方法，与实施例2的不同之处在于：引气剂与玄武岩纤维的重量比为6.5:1；其中引气剂为0.507kg，玄武岩纤维为0.078kg。
[0073]
实施例5
[0074]
一种环保抗冻型混凝土的制备方法，与实施例2的不同之处在于：引气剂与玄武岩纤维的重量比为6.99:1；其中引气剂为0.545kg，玄武岩纤维为0.078kg。
[0075]
实施例6
[0076]
一种环保抗冻型混凝土的制备方法，与实施例2的不同之处在于：步骤s1中预混料还包括7.2kg的纳米碳纤维和56kg的再生微粉。
[0077]
实施例7
[0078]
一种环保抗冻型混凝土的制备方法，与实施例2的不同之处在于：步骤s1中预混料还包括8.4kg的纳米碳纤维和48kg的再生微粉。
[0079]
实施例8
[0080]
一种环保抗冻型混凝土的制备方法，与实施例2的不同之处在于：步骤s1中纳米sio2的颗粒直径为15
‑
50nm。
[0081]
实施例9
[0082]
一种环保抗冻型混凝土的制备方法，与实施例2的不同之处在于：步骤s1中的废旧玻璃纤维采用以下方法改性：
[0083]
a.在90℃的温度下，将清洗后的废旧玻璃纤维在浓度为0.8mol/l的盐酸溶液中浸泡6h，然后在40℃的温度下干燥15min；
[0084]
b.将步骤a处理后的废旧玻璃纤维在浓度为1.8mol/l的硅烷偶联剂
‑
kh550中浸泡3h，然后在80℃的温度下干燥4h，重复此过程2次后，在乙醇溶液中超声清洗20min，再在200℃的温度下，干燥2h，得到改性后的废旧玻璃纤维。
[0085]
实施例10
[0086]
一种环保抗冻型混凝土的制备方法，与实施例2的不同之处在于：步骤s1中的废旧玻璃纤维采用以下方法改性：
[0087]
a.在110℃的温度下，将清洗后的废旧玻璃纤维在浓度为1.2mol/l的盐酸溶液中浸泡8h，然后在50℃的温度下干燥20min；
[0088]
b.将步骤a处理后的废旧玻璃纤维在浓度为2.2mol/l的硅烷偶联剂
‑
kh560中浸泡4h，然后在90℃的温度下干燥5h，重复此过程3次后，在乙醇溶液中超声清洗30min，再在210℃的温度下，干燥3h，得到改性后的废旧玻璃纤维。
[0089]
实施例11
[0090]
一种环保抗冻型混凝土的制备方法，与实施例2的不同之处在于：步骤s1中的再生骨料用以下方法进行预处理：
[0091]
将再生骨料浸泡在包浆料中，搅拌30min，然后取出，淋洗，晾干，在标准养护室中养护28d，然后自然晾干，得到预处理后的再生骨料；其中包浆料包括1500kg的水泥、750kg的水、450kg的粉煤灰和60kg的硅灰。
[0092]
实施例12
[0093]
一种环保抗冻型混凝土的制备方法，与实施例2的不同之处在于：步骤s1中的再生骨料用以下方法进行预处理：
[0094]
将再生骨料浸泡在包浆料中，搅拌40min，然后取出，淋洗，晾干，在标准养护室中养护28d，然后自然晾干，得到预处理后的再生骨料；其中包浆料包括1500kg的水泥、900kg的水、600kg的粉煤灰和30kg的硅灰。
[0095]
对比例1
[0096]
采用现有市场上的再生混凝土，以重量百分比计，包括以下组分：水泥8
‑
12％、天然碎石50
‑
60％、再生骨料30
‑
40％。
[0097]
对比例2
[0098]
与实施例2的不同之处在于：水泥为200kg、河砂为700kg、水为20kg、聚羧酸减水剂为4kg、再生骨料为800kg、废旧纺织纤维为10kg、硅灰为20kg、偏高岭土为20kg、纳米sio2为2kg、硫酸钙晶须为5kg、引气剂为0.2kg、玄武岩纤维为0.1kg、羟丙基甲基纤维素为1kg。
[0099]
对比例3
[0100]
与实施例2的不同之处在于：水泥为300kg、河砂为500kg、水为80kg、聚羧酸减水剂为1.5kg、再生骨料为1500kg、废旧纺织纤维为2kg、硅灰为35kg、偏高岭土为2kg、纳米sio2为5kg、硫酸钙晶须为1kg、引气剂为1kg、玄武岩纤维为0.05kg、羟丙基甲基纤维素为2kg。
[0101]
性能检测试验
[0102]
根据gb/t 50082
‑
2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》设定冻融温度循环温度为
‑
18～5℃，测定实施例1
‑
12和对比例1
‑
3制得的再生混凝土冻融380次(单次冻融循环时间约为4h)后混凝土的质量损失率(％)和相对动弹性模量(％)，并在冻融结束后根据gb/t 50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》分别检测实施例1
‑
12和对比例1
‑
3的混凝土的抗压强度(mpa)，检测结果如表3所示。
[0103]
表3性能检测结果表
[0104][0105][0106]
从表3可以看出，本申请实施例1
‑
3制得的混凝土在经过380次冻融循环后，质量损失率不高于0.31％，相对动弹性模量下降至93.228
‑
93.556％之间，抗压强度不低于21.705mpa，而对比例1的质量损失率为2.12％，相对动弹性模量下降至85.269％，抗压强度为12.860mpa，说明本申请实施例1
‑
3制得的混凝土具有较强的抗冻性并在冻融循环后仍旧保持较高的力学性能，耐久性较高，使用寿命较长。
[0107]
实施例4
‑
5的质量损失率小于实施例2，相对动弹性模量大于实施例2，抗压强度高于实施例2，说明进一步控制引气剂与玄武岩纤维的重量比在特定的范围内，可以进一步增强混凝土的抗冻性和冻融循环的力学性能。
[0108]
实施例6
‑
7的质量损失率小于实施例2，相对动弹性模量大于实施例2，抗压强度高
于实施例2，说明在混凝土中还加入纳米碳纤维和再生微粉作为原料，可以进一步增强混凝土的抗冻性和冻融循环的力学性能。
[0109]
实施例8的质量损失率小于实施例2，相对动弹性模量大于实施例2，抗压强度高于实施例2，说明控制sio2的颗粒直径在特定的范围内，可以进一步增强混凝土的抗冻性和冻融循环的力学性能。
[0110]
实施例9
‑
10的质量损失率小于实施例2，相对动弹性模量大于实施例2，抗压强度高于实施例2，说明对废旧玻璃纤维进行改性处理，可以提高废旧玻璃纤维的力学性能，从而增强混凝土的抗冻性和冻融循环的力学性能。
[0111]
实施例11
‑
12的质量损失率小于实施例2，相对动弹性模量大于实施例2，抗压强度高于实施例2，说明对再生骨料进行预处理，可以提高再生骨料的密实程度，从而增强混凝土的抗冻性和冻融循环的力学性能。
[0112]
对比例2
‑
3的质量损失率大于实施例2，相对动弹性模量小于实施例2，抗压强度小于实施例2，说明混凝土中各原料的使用量不在本申请的范围内，会大大降低混凝土的整体性和密实程度，从而降低混凝土的抗冻性和冻融循环的力学性能。
[0113]
本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。