一种抗冻性的高强度混凝土的制备工艺的制作方法

1.本发明属于混凝土技术领域，尤其涉及一种抗冻性的高强度混凝土及其制备工艺。


背景技术：

2.混凝土由胶凝材料、颗粒状集料(也称为骨料)、水，以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点，是现代建筑工程领域应用极为广泛的基础材料。
3.然而，随着现代建筑行业发展迅速，对于混凝土的要求也越来越高，特别是对于寒冷环境中用于建筑物和公路建设的混凝土要求尤为严格。在昼夜温差比较大的情况下，白天高温，冻结的水分会发生挥发，从而在混凝土的内部就会形成较多的空隙，这样也就导致了混凝土内部结构的疏松，进而也就影响了混凝土的耐久性。为此，部分混凝土制造企业就在混凝土加工的过程中加入了减水剂来减少混凝土材料中的含水量，从而在一定程度上提高了混凝土材料的抗冻性能，但是制备过程中使用了大量的减水剂，这样不仅无形之中增大了混凝土的生产成本，并且，也很容易增大混凝土的坍落度，有一定的局限性。还有一些技术人员，通过加入引气剂，在制备过程中，引入大量的微小气泡，来提高混凝土的隔热保温和抗冻性能，提高混凝土的耐久性，但是大量气体的引入，容易导致混凝土的强度较低。
4.为此，本发明的技术人员研发一种含有引气剂的混凝土，既保持优异的抗冻性，还具有高的抗压强度。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的是提供一种高抗冻性、高强度的混凝土的制备工艺，该方法制备的混凝土还具有优异的低收缩、高抗裂性和耐久性，具有优异的耐候性能，延长了本发明的使用寿命。
6.为了实现本发明的目的，本发明提供了一种抗冻性的高强度混凝土的制备工艺，具体包括以下步骤：
7.(1)将普通硅酸盐水泥、偏高岭土、石灰石粉、稻壳灰加入到搅拌机中干拌3
‑
5min，然后再加入粗集料、细集料混合均匀；
8.(2)将乙酸乙烯/硅藻土水凝胶、2/3质量份数的引气减水剂加入到脂肪醇聚氧乙烯醚、聚二甲基硅氧烷和1/2质量分数的水的混合物中，搅拌5
‑
10min，得预混合物；
9.(3)将1/3质量份数的引气减水剂、复合膨胀剂和1/2质量份数的水依次加入到步骤(1)制得的混合物中，搅拌3
‑
5min，边缓慢搅拌边加入步骤(2)制得的预混合物，快速搅拌2
‑
3min，即得所需的高强度混凝土。
10.进一步的，按重量份数计，所述抗冻性的高强度混凝土是由以下原料组成：普通硅酸盐水泥200
‑
280份、粗集料410
‑
480份、细集料350
‑
420份、偏高岭土70
‑
85份、石灰石粉50
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70份、稻壳粉30
‑
40份、引气减水剂8
‑
12份、复合膨胀剂20
‑
30份、乙酸乙烯/硅藻土水凝胶15
‑
20份、脂肪醇聚氧乙烯醚20
‑
30份、聚二甲基硅氧烷25
‑
30份和水80
‑
100份。
11.进一步的，所述普通硅酸盐水泥的强度等级为42.5级；所述粗集料为10～20mm的连续级玄武岩碎石；所述细集料为再生砂，其细度模数为2.3～2.7。
12.进一步的，所述复合膨胀剂是由钙矾石和滑石粉复配而成，所述钙矾石和滑石粉的质量比为(2
‑
4)：1。
13.进一步的，所述乙酸乙烯/硅藻土水凝胶是由乙酸乙烯和硅藻土复合而成的水凝胶。
14.进一步的，所述乙酸乙烯/硅藻土水凝胶的制备方法为：将硅藻土、n,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺和去离子水加入到反应釜中搅拌均匀，然后加入乙酸乙烯和引发剂，升温至70
‑
80℃，搅拌反应3
‑
4h，冷却，用1mol/l的naoh溶液中和至中和度为90％，用蒸馏水反复冲洗浸泡，然后用乙醇脱水，于70℃烘箱中干燥至恒重，即得。
15.进一步的，所述硅藻土与所述乙酸乙烯的比例为100
‑
150g/l，所述硅藻土与所述n,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺的质量比为1：(0.1
‑
0.3)，所述硅藻土与所述去离子水的比例为10
‑
15g/l，所述硅藻土与所述引发剂的质量比为1：(0.03
‑
0.05)。
16.进一步的，所述引气减水剂为陕西秦奋建材有限公司生产的q8113aewr。
17.本发明取得了以下有益效果：
18.1、乙酸乙烯/硅藻土水凝胶，是一种可在水中溶胀并保持一定水而又不溶于水的具有三维网络结构的交联聚合物，其中含有的羧基和羟基等强吸水性基团，能够通过与水形成氢键发生水合作用吸收自重几十倍乃至上千倍的液态水而呈胶凝状，并且，可通过溶胀作用将自由水固定在聚合物网络内部，因此即使加压下保水性能也很好，而在干燥环境下可以缓慢释放水分。因此，将乙酸乙烯/硅藻土水凝胶掺入混凝土中，通过控制混凝土内水分，不仅可抵消混凝土的化学收缩，还能有效降低混凝土的自收缩，有效抑制混凝土的早期收缩开裂，提高耐久性，进一步延长了本发明的使用寿命。该水凝胶中含有硅藻土成分，粘结性好，能够提高其它组分在混凝土的附着力，增加了混凝土的强度，还提高了本发明的耐水性和保温性。
19.2、本发明通过水泥和偏高岭土、石灰石粉、稻壳灰之间的复配，减少了混凝土自收缩，细化了孔结构，改善了混凝土的流动性，进一步提高了本发明的抗压强度。
20.3、本发明中加入聚二甲基硅氧烷，能有效降低混凝土表面能、提高混凝土表面疏水性、防腐蚀防冰的性能，使本发明具有优异的抗冻性和耐候性。聚二甲基硅氧烷在脂肪醇聚氧乙烯醚的作用下均匀分散在混凝土中，并与乙酸乙烯/硅藻土水凝胶等组分能很好的结合，提高了混凝土中各组分间的结合力，减少了混凝土内部的孔隙率，使其内部更加致密，提高了混凝土的抗压强度。
21.4、本发明通过采用特定厂家的引气减水剂与乙酸乙烯/硅藻土水凝胶相互作用，在混凝土内产生了均匀稳定并不易破坏的微小气泡，该微小气泡易填充到硅藻土等组分中的气孔中，进一步提高了混凝土的抗冻性；由于乙酸乙烯/硅藻土水凝胶在聚二甲基硅氧烷和脂肪醇聚氧乙烯醚的作用下有较好的分散性，从而使混凝土中微小气泡混合均匀，且不易破裂，降低了混凝土表面张力，改善了混凝土的和易性，减少泌水和离析，改善了混凝土的收缩性能，降低了混凝土的坍落度，提高了混凝土的抗渗性、抗冻性和耐候性，进一步提
高了混凝土的抗压强度和耐久性。
22.5、本发明采用适当粒径和比例的粗集料和细集料，有效降低了混凝土的自收缩，减少了混凝土内部的孔隙率，使其内部更加致密，进而减少了混凝土内部的裂缝，提高了混凝土的抗裂防渗性和抗压强度。
23.6、本发明采用复合膨胀剂与引气减水剂、乙酸乙烯/硅藻土水凝胶和聚二甲基硅氧烷相互配合，一方面用于改善混凝土的流变性能，可以减少泌水和离析的现象，进一步提升混凝土的和易性；另一方面，也进一步改善混凝土收缩性能和抗冻性能。
24.7、本发明的抗冻性高强度混凝土的制备方法简单，并具有良好的力学性能、保温性、耐老化和低收缩抗裂防渗性，易于维护，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
25.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
26.本发明采用的偏高岭土是由灵寿县嘉硕建材加工有限公司提供的；石灰石粉是由荆门市东宝区永兵石灰厂提供；稻壳灰是由石家庄大颂农业种植有限公司提供的；聚羧酸减水剂是由山东博克化学股份有限公司提供的；引气减水剂为陕西秦奋建材有限公司生产的q8113aewr。
27.实施例1
28.一种抗冻性的高强度混凝土的制备方法，包括以下步骤：
29.(1)称取20kg普通硅酸盐水泥、8.5kg偏高岭土、7kg石灰石粉和4kg稻壳灰，加入到混凝土搅拌器进行干拌混合，搅拌时间为5min，然后在依次加入41kg的粗集料和35kg的细集料，搅拌时间为5min，搅拌速率为600rpm，得干料混合物；
30.(2)将2kg脂肪醇聚氧乙烯醚、2.5kg聚二甲基硅氧烷和4kg水在500rpm的搅拌速率下，搅拌3min，然后加入到2kg乙酸乙烯/硅藻土水凝胶、0.53kg引气减水剂的混合物中搅拌，搅拌速率为1000rpm，搅拌10min，得预混合物；
31.(3)将0.27kg引气减水剂、3kg复合膨胀剂和4kg水依次加入到混凝土搅拌器中，以500rpm的速率搅拌5min，调节搅拌速率至200rpm，边搅拌边加入预混合物，，将搅拌速率调至1200rpm搅拌3min，之后进行卸料，得到成品的高强度混凝土。
32.本实施例中，普通硅酸盐水泥的强度为p.o.42.5；粗集料为10～20mm的连续级玄武岩碎石；细集料为再生砂，其细度模数为2.3～2.7。
33.本实施例中使用的复合膨胀剂是由质量比为3：1的钙矾石和滑石粉复配而成。
34.本实施例中的乙酸乙烯/硅藻土水凝胶是由乙酸乙烯和硅藻土复合而成的水凝胶，其制备方法为：将1.5kg硅藻土、450gn,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺和去100l离子水加入到反应釜中搅拌均匀，然后加入10l乙酸乙烯和75g引发剂，升温至80℃，搅拌反应4h，冷却，用1mol/l的naoh溶液中和至中和度为90％，用蒸馏水反复冲洗浸泡，然后用乙醇脱水，于70℃烘箱中干燥至恒重，即得。该引发剂为过硫酸铵和亚硫酸钠，质量比为2：1。
35.实施例2
36.一种抗冻性的高强度混凝土的制备方法，包括以下步骤：
37.(1)称取28kg普通硅酸盐水泥、7kg偏高岭土、5kg石灰石粉和3kg稻壳灰，加入到混凝土搅拌器进行干拌混合，搅拌时间为5min，然后在依次加入48kg的粗集料和42kg的细集料，搅拌时间为5min，搅拌速率为600rpm，得干料混合物；
38.(2)将3kg脂肪醇聚氧乙烯醚、3kg聚二甲基硅氧烷和5kg水在500rpm的搅拌速率下，搅拌3min，然后加入到1.5kg乙酸乙烯/硅藻土水凝胶、0.8kg引气减水剂的混合物中搅拌，搅拌速率为1000rpm，搅拌10min，得预混合物；
39.(3)将0.4kg引气减水剂、2kg复合膨胀剂和5kg水依次加入到混凝土搅拌器中，以500rpm的速率搅拌5min，调节搅拌速率至200rpm，边搅拌边加入预混合物，，将搅拌速率调至1200rpm搅拌3min，之后进行卸料，得到成品的高强度混凝土。
40.本实施例中，普通硅酸盐水泥的强度为p.o.42.5；粗集料为10～20mm的连续级玄武岩碎石；细集料为再生砂，其细度模数为2.3～2.7。
41.本实施例中使用的复合膨胀剂是由质量比为2：1的钙矾石和滑石粉复配而成。
42.本实施例中的乙酸乙烯/硅藻土水凝胶是由乙酸乙烯和硅藻土复合而成的水凝胶，其制备方法为：将1kg硅藻土、100gn,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺和去100l离子水加入到反应釜中搅拌均匀，然后加入10l乙酸乙烯和30g引发剂，升温至80℃，搅拌反应4h，冷却，用1mol/l的naoh溶液中和至中和度为90％，用蒸馏水反复冲洗浸泡，然后用乙醇脱水，于70℃烘箱中干燥至恒重，即得。该引发剂为过硫酸铵和亚硫酸钠，质量比为2：1。
43.实施例3
44.一种抗冻性的高强度混凝土的制备方法，包括以下步骤：
45.(1)称取25kg普通硅酸盐水泥、7kg偏高岭土、7kg石灰石粉和3kg稻壳灰，加入到混凝土搅拌器进行干拌混合，搅拌时间为5min，然后在依次加入45kg的粗集料和40kg的细集料，搅拌时间为5min，搅拌速率为600rpm，得干料混合物；
46.(2)将2.5kg脂肪醇聚氧乙烯醚、2.5kg聚二甲基硅氧烷和4.5kg水在500rpm的搅拌速率下，搅拌3min，然后加入到2kg乙酸乙烯/硅藻土水凝胶、0.66kg引气减水剂的混合物中搅拌，搅拌速率为1000rpm，搅拌10min，得预混合物；
47.(3)将0.34kg引气减水剂、2.5kg复合膨胀剂和4.5kg水依次加入到混凝土搅拌器中，以500rpm的速率搅拌5min，调节搅拌速率至200rpm，边搅拌边加入预混合物，，将搅拌速率调至1200rpm搅拌3min，之后进行卸料，得到成品的高强度混凝土。
48.本实施例中，普通硅酸盐水泥的强度为p.o.42.5；粗集料为10～20mm的连续级玄武岩碎石；细集料为再生砂，其细度模数为2.3～2.7。
49.本实施例中使用的复合膨胀剂是由质量比为4：1的钙矾石和滑石粉复配而成。
50.本实施例中的乙酸乙烯/硅藻土水凝胶是由乙酸乙烯和硅藻土复合而成的水凝胶，其制备方法为：将1.25kg硅藻土、300gn,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺和去125l离子水加入到反应釜中搅拌均匀，然后加入10l乙酸乙烯和55g引发剂，升温至80℃，搅拌反应4h，冷却，用1mol/l的naoh溶液中和至中和度为90％，用蒸馏水反复冲洗浸泡，然后用乙醇脱水，于70℃烘箱中干燥至恒重，即得。该引发剂为过硫酸铵和亚硫酸钠，质量比为2：1。
51.实施例4
52.一种抗冻性的高强度混凝土的制备方法，包括以下步骤：
53.(1)称取25kg普通硅酸盐水泥、8kg偏高岭土、6kg石灰石粉和4kg稻壳灰，加入到混
凝土搅拌器进行干拌混合，搅拌时间为5min，然后在依次加入45kg的粗集料和35kg的细集料，搅拌时间为5min，搅拌速率为600rpm，得干料混合物；
54.(2)将2.5kg脂肪醇聚氧乙烯醚、2.5kg聚二甲基硅氧烷和4.5kg水在500rpm的搅拌速率下，搅拌3min，然后加入到2kg乙酸乙烯/硅藻土水凝胶、0.66kg引气减水剂的混合物中搅拌，搅拌速率为1000rpm，搅拌10min，得预混合物；
55.(3)将0.34kg引气减水剂、2kg复合膨胀剂和4.5kg水依次加入到混凝土搅拌器中，以500rpm的速率搅拌5min，调节搅拌速率至200rpm，边搅拌边加入预混合物，将搅拌速率调至1200rpm搅拌3min，之后进行卸料，得到成品的高强度混凝土。
56.本实施例中，普通硅酸盐水泥的强度为p.o.42.5；粗集料为10～20mm的连续级玄武岩碎石；细集料为再生砂，其细度模数为2.3～2.7。
57.本实施例中使用的复合膨胀剂是由质量比为3：1的钙矾石和滑石粉复配而成。
58.本实施例中的乙酸乙烯/硅藻土水凝胶与实施例3中相同，具体参照实施例3。
59.对比例1
60.本对比例1的混凝土的原料组分、配比和制备方法与实施例4中相同，不同的是，本对比例1中未加入乙酸乙烯/硅藻土水凝胶。
61.对比例2
62.本对比例2的混凝土的原料组分、配比和制备方法与实施例4中相同，不同的是，本对比例2中未加入乙酸乙烯/硅藻土水凝胶，且减水剂为聚羧酸减水剂。
63.对比例3
64.本对比例3的混凝土的原料组分、配比和制备方法与实施例4中相同，不同的是，本对比例3中未加入脂肪醇聚氧乙烯醚、聚二甲基硅氧烷。
65.对比例4
66.本对比例4的混凝土的原料组分、配比和制备方法与实施例4中相同，不同的是，本对比例4中未加入脂肪醇聚氧乙烯醚、聚二甲基硅氧烷和乙酸乙烯/硅藻土水凝胶。
67.根据实施例1
‑
4和对比例1
‑
4制得的混凝土，测试其抗压强度、抗弯强度性能、收缩率30d、抗冻性、耐硫酸盐30d(5％硫酸钠)等，检测结果见下表1。
68.表1混凝土的各项性能检测结果
[0069][0070]
从表1的检测结果看出，本发明中加入乙酸乙烯或硅藻土水凝胶、脂肪醇聚氧乙烯醚或聚二甲基硅氧烷，均可降低混凝土的收缩率，提高了混凝土的抗压强度、抗冻性和耐盐性，但是将其结合起来，能明显提高本发明的抗压强度和抗冻性，提高本发明的耐久性，延长了本发明的使用寿命。
[0071]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0072]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。