一种改善混凝土冻胀应力的防冻剂及其制备方法与流程

1.本发明属于混凝土防冻剂技术领域，具体涉及一种改善混凝土冻胀应力的防冻剂及其制备方法。


背景技术：

2.混凝土在未达到应有的强度时，内部还有一定的水，在环境温度达到水的冰点后，水化反应停止，强度增长也随之停止，混凝土内部未参与水化反应的水分结冰，产生冻胀应力，此时混凝土若未达到抗冻临界强度，则其最终强度会大打折扣，为解决负温混凝土施工问题，在混凝土中掺和防冻剂是最经济且便利的解决手段；
3.防冻剂的作用原理大致有三点，一是造成冰晶“缺陷”；二是降低溶液冰点；三是早强作用，即改善水泥的水化反应，减少混凝土的早期凝结硬化时间。目前大多采用早强防冻法，在混凝土中引入早强组分和减水组分，尽早提高混凝土早强强度、减少混凝土用水量来避免负温对冻害混凝土造成的不利影响，但是实际防冻效果不佳，如何从提高混凝土自身力学性能的角度来增强其防冻性能是有待于解决的技术问题，为此，我们提出了一种改善混凝土冻胀应力的防冻剂及其制备方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供了一种改善混凝土冻胀应力的防冻剂及其制备方法。
5.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
6.作为本发明的一个方面，本发明提供了一种改善混凝土冻胀应力的防冻剂，包括以下重量份的原料：聚羧酸减水剂20-25份，高分散纳米材料5-6份，聚乙二醇8-12份、硫酸钠3-6份、羧甲基纤维素钠9-12份和去离子水40-50份。
7.作为本发明的进一步优化方案，所述高分散纳米材料是通过将纳米二氧化钛沉积在介孔二氧化硅上而得到的纳米二氧化钛复合材料。
8.作为本发明的进一步优化方案，所述纳米二氧化钛的颗粒直径小于100nm。
9.作为本发明的进一步优化方案，所述高分散纳米材料的制备过程如下，
10.(1)将表面活性剂、酸碱调节剂与去离子水中混溶，质量比为(0.1-1):(1-5):100，得到混合液a；
11.(2)将纳米二氧化钛与步骤(1)得到的混合液a搅拌混溶，质量比为(0.1-1):100，得到混合液b；
12.(3)将正硅酸四乙酯与步骤(2)得到的混合液b搅拌混溶，质量比为(0.1-1):100，升温至60-90℃，反应2-5h；
13.(4)将步骤(3)反应后的产物经固液分离、洗涤及干燥后，在400-600℃下焙烧4-10h，得到所述高分散纳米材料。
14.作为本发明的进一步优化方案，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。
15.作为本发明的另一方面，本发明还提供了一种如上述任一所述的改善混凝土冻胀应力的防冻剂的制备方法，包括以下步骤：
16.(1)将去离子水与聚乙二醇混合，得到混合液c；
17.(2)将高分散纳米材料分散于步骤(1)得到的混合液c中，得到混合液d；
18.(3)在步骤(2)得到的混合液d中加入聚羧酸减水剂、硫酸钠及羧甲基纤维素钠，混合后在60-80℃下干燥至恒重，得到所述改善混凝土冻胀应力的防冻剂。
19.本发明的有益效果在于：本发明在混凝土常规组分配方中掺入高分散纳米材料，高分散纳米材料是通过将纳米二氧化钛沉积在介孔二氧化硅上而得到的，其作为防冻剂组分掺入混凝土中，能够提高防冻剂在混凝土中的分散性能，有利于进一步填补混凝土孔隙，使混凝土的微观形貌密实，从而改善了混凝土的抗渗性能和密实度，减少了水分的渗入，防冻性能相应提升。
具体实施方式
20.下面对本发明作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
21.实施例1
22.本发明提供一种改善混凝土冻胀应力的防冻剂，包括以下重量份的原料，聚羧酸减水剂20份，高分散纳米材料8份，聚乙二醇8份、硫酸钠6份、羧甲基纤维素钠12份和去离子水50份，其中，所述高分散纳米材料是通过将纳米二氧化钛沉积在介孔二氧化硅上而得到的，纳米二氧化钛的颗粒直径不大于100nm。
23.高分散纳米材料制备过程如下，
24.(1)将表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵、酸碱调节剂与去离子水中混溶，质量比为1:5:100，得到混合液a，混合液a的ph值为3-5；
25.(2)将纳米二氧化钛与步骤(1)得到的混合液a搅拌混溶，质量比为1:100，得到混合液b；
26.(3)将正硅酸四乙酯与步骤(2)得到的混合液b搅拌混溶，质量比为1:100，升温至80℃，反应3h；
27.(4)将步骤(3)反应后的产物经固液分离、洗涤及干燥后，在500℃下焙烧6h，得到所述高分散纳米材料。
28.改善混凝土冻胀应力的防冻剂的制备方法，包括以下步骤：
29.(1)将去离子水与聚乙二醇混合，得到混合液c；
30.(2)将高分散纳米材料分散于步骤(1)得到的混合液c中，得到混合液d；
31.(3)在步骤(2)得到的混合液d中加入聚羧酸减水剂、硫酸钠及羧甲基纤维素钠，混合后在80℃下干燥至恒重，得到所述改善混凝土冻胀应力的防冻剂。
32.实施例2
33.本发明提供一种改善混凝土冻胀应力的防冻剂，包括以下重量份的原料，聚羧酸减水剂25份，高分散纳米材料4份，聚乙二醇12份、硫酸钠3份、羧甲基纤维素钠9份和去离子水40份，其中，所述高分散纳米材料是通过将纳米二氧化钛沉积在介孔二氧化硅上而得到
的纳米二氧化钛复合材料，纳米二氧化钛的颗粒直径不大于100nm。
34.高分散纳米材料制备过程同实施例1，制得的高分散纳米材料的bet比表面积为469.798m2/g；
35.改善混凝土冻胀应力的防冻剂的制备方法同实施例1。
36.实施例3
37.本发明提供一种改善混凝土冻胀应力的防冻剂，包括以下重量份的原料，聚羧酸减水剂22份，高分散纳米材料6份，聚乙二醇10份、硫酸钠4份、羧甲基纤维素钠11份和去离子水45份，其中，所述高分散纳米材料是通过将纳米二氧化钛沉积在介孔二氧化硅上而得到的纳米二氧化钛复合材料，纳米二氧化钛的颗粒直径不大于100nm。
38.高分散纳米材料制备过程同实施例1；
39.改善混凝土冻胀应力的防冻剂的制备方法同实施例1。
40.验证试验
41.1、为验证不同种类高分散纳米材料的掺入对防冻剂的影响，设置以下对比例：
42.对比例1-2：分别通过将颗粒直径不大于100nm的纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅沉积在介孔二氧化硅上而得到的3组高分散纳米材料，以实施例2公开的组分配方，在其余组分配比保持一定的情况下，制得防冻剂样品，另外，以相同重量份的纳米二氧化钛作为对照组。
43.2、验证高分散纳米材料的制备方法对防冻剂的影响，设置对比例3：
44.与实施例2不同之处在于，高分散纳米材料制备过程如下，
45.(1)将表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵、酸碱调节剂与去离子水中混溶，质量比为1:5:100，得到混合液a；
46.(2)将正硅酸四乙酯与步骤(1)得到的混合液a搅拌混溶，质量比为1:100，升温至80℃，反应3h；
47.(3)将步骤(2)反应后的产物经固液分离、洗涤及干燥后，在500下焙烧6h，得到介孔二氧化硅；
48.(4)按照纳米二氧化钛与混合液a的质量比为1:100，称取纳米二氧化钛并将其与步骤(3)得到的介孔二氧化硅进行机械混合，得到所述高分散纳米材料，介孔二氧化硅的bet比表面积为237.25.1m2/g，纳米二氧化钛的bet比表面积为50
±
15m2/g。
49.针对实施例1-3、对比例1-3及对照组，分别取5重量份，各自与100重量份的水泥、40重量份的水、25重量份的砂、8重量份的减水剂和10重量份的粉煤灰混合搅拌，制得各组混凝土样品，取相同重量份分别进行性能测试试验，即50次冻融强度损失率比测试按gb/t50082-2009进行试验和计算强度损失率，以及按gb/t50081测试抗压强度比，负温温度为-15℃，得到的结果如表1所示：
50.表1试验数据表
[0051][0052][0053]
结论：由表1可知，实施例1-3制得防冻剂应用于混凝土中时，在经历50次冻融后均有着较低的强度损失率，且在负温温度下仍能够保持较好的抗压强度；
[0054]
对比例1-2分别采用颗粒直径不大于100nm的纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅替换本发明中的纳米二氧化钛，由表1可知，制得的防冻剂效果不如本发明，由此可见纳米二氧化钛相较于其他纳米材料而言，所起的抗冻作用相对更显著；
[0055]
最后，实施例2中，本发明给出的高分散纳米材料制备方法相较于将纳米二氧化钛与介孔二氧化硅采用机械混合的方式，制得的高分散纳米材料的比表面积较高，为469.798m2/g，当其作为防冻剂组分掺入混凝土中，能够提高防冻剂在混凝土中的分散性能，有利于进一步填补混凝土孔隙，使混凝土的微观形貌密实，从而改善了混凝土的抗渗性能和密实度，减少了水分的渗入，防冻性能相应提升。
[0056]
上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。