一种抗冻抗开裂混凝土及其制备方法

摘要

本发明提出了一种抗冻抗开裂混凝土及其制备方法，包括胶凝材料、骨料、粉煤灰、聚羧酸减水剂、防冻剂、拌合水、海泡石‑聚乳酸复合纤维、改性介孔二氧化硅，其中，海泡石‑聚乳酸复合纤维由质量比1:0‑0.3的海泡石纤维、聚乳酸纤维组成，纤维长度为10‑100μm；改性介孔二氧化硅为硅烷改性疏水型介孔二氧化硅，介孔孔径为5‑30nm，本申请针对性添加优化组分，自制补强防冻辅配材料，有效提高了混凝土的和易性，组分均匀分散，流平效果好，同时具有优异的加气效果，结构内均匀分布大量小气泡，含气量大于4.7%，有效改善了抗冻抗开裂性能，综合效益显著提高，制得推广应用。

权利要求

1.一种抗冻抗开裂混凝土，其特征在于：包括胶凝材料、骨料、粉煤灰、聚羧酸减水剂、防冻剂、拌合水、海泡石‑聚乳酸复合纤维、改性介孔二氧化硅，其中，海泡石‑聚乳酸复合纤维由质量比1:0‑0.3的海泡石纤维、聚乳酸纤维组成，纤维长度为10‑100μm；改性介孔二氧化硅为硅烷改性疏水型介孔二氧化硅，介孔孔径为5‑30nm；

各原料选配的重量份数为，胶凝材料60‑90份、骨料200‑380份、粉煤灰30‑70份、聚羧酸减水剂0.5‑2份、防冻剂0‑0.3份、拌合水25‑50份、海泡石‑聚乳酸复合纤维2‑8份、改性介孔二氧化硅5‑20份；

所述胶凝材料选用普通硅酸盐水泥，骨料中细骨料与粗骨料质量百分占比为55‑65：

35‑45；

所述改性介孔二氧化硅以聚丙烯酸、正硅酸乙酯为原料，将聚丙烯酸、碱液加入溶剂中，然后再搅拌条件下加入正硅酸乙酯，持续搅拌10‑15h，制取二氧化硅溶液，然后向其中加入纳米氧化镁，30KHz、300W超声处理10‑60min，离心、干燥后即得介孔二氧化硅；将介孔二氧化硅于50‑80℃条件下加热1‑2h，然后升温至350‑450℃煅烧2h，取出后酸性气雾下搅拌3‑8h，再清水冲洗2‑4次，干燥后加入2‑3倍改性液中24KHz、300W超声处理5‑10min，再搅拌处理8‑15h，离心洗涤，干燥即得；

所述碱液采用氨水，溶剂采用无水乙醇或甲醇，酸性气雾采用雾化酒石酸水溶液或雾化草酸水溶液，水溶液中酒石酸或草酸含量为5‑7wt％；

所述纳米氧化镁用量为二氧化硅溶液质量的3‑8wt％，酸性气雾通入量为0.5‑1L/h；

所述改性液为体积比1:1:1:1的三甲基氯硅烷、甲基三甲氧基硅烷、正己烷、甲醇；

制备方法为：

1)按质量份数取料，将骨料、海泡石‑聚乳酸复合纤维共混，搅拌均匀得混料一备用；将粉煤灰、改性介孔二氧化硅共混，搅拌均匀得混料二备用；

2)将胶凝材料均分两份，将混料一、混料二分别在搅拌条件下加入对应的一份胶凝材料中，搅拌2‑5min，得混料三、混料四备用；

3)将混料三、混料四交替互掺共混，并将聚羧酸减水剂、防冻剂、拌合水在互掺量达到

20wt％时加入其中，互掺完成后，保持搅拌2‑5min，即得；

所述搅拌速率为30‑100rpm；

所述互掺次数至少为3次。

说明书

一种抗冻抗开裂混凝土及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及混凝土生产技术领域，具体的为一种抗冻抗开裂混凝土及其制备方法。

背景技术

[0002] 混凝土是指以水泥为主要凝胶材料，与水、砂、石子、化学添加剂以及掺和剂等均匀混合、成型与硬化后所得的人造石材，其具有易于成型，能耗低，耐久性好的优点，随着城市区域的扩展，大量的建筑需要建造，而混凝土作为现代应用最为广泛的建筑材料，也需要大量的进行制备与使用，而且需要保证混凝土能够正常施工并在成型之后具有足够的强度。

[0003] 混凝土在低温环境下施工时，混凝土中的游离水会降温由液态转化为固态，一方面固态的游离水无法参与混凝土中水泥的水化作用，导致混凝土强度无法提升，另一方面水结冰固化体积膨胀还会破坏混凝土结构，因此混凝土一般需要具有良好的防冻与抗冻能力，即混凝土在能够达到混凝土在浇筑后未达到受冻临界强度以前不发生冻胀破坏，且具有长期抵抗冻融循环的能力，因此在寒冷地区与温度较低的时候，为了保证施工混凝土的施工质量与施工效果，需要所施工混凝土具有良好的防冻能力。

[0004] 目前，防冻的混凝土很多，而且混凝土防冻剂也很多，但是大部分都达不到理想的效果，有些是因为组分的问题而防冻效果不明显，有些是因为组分中的成分比较复杂，在使用中不好储存、使用时比较复杂。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种抗冻抗开裂混凝土及其制备方法，针对性添加优化组分，自制补强防冻辅配材料，有效提高了混凝土的和易性，组分均匀分散，流平效果好，同时具有优异的加气效果，结构内均匀分布大量小气泡，含气量大于4.7％，有效改善了抗冻抗开裂性能，综合效益显著提高，制得推广应用。

[0006] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0007] 一种抗冻抗开裂混凝土，包括胶凝材料、骨料、粉煤灰、聚羧酸减水剂、防冻剂、拌合水、海泡石‑聚乳酸复合纤维、改性介孔二氧化硅，其中，海泡石‑聚乳酸复合纤维由质量比1:0‑0.3的海泡石纤维、聚乳酸纤维组成，纤维长度为10‑100μm；改性介孔二氧化硅为硅烷改性疏水型介孔二氧化硅，介孔孔径为5‑30nm。

[0008] 作为本发明进一步优选，各原料选配的重量份数为，胶凝材料60‑90份、骨料200‑380份、粉煤灰30‑70份、聚羧酸减水剂0.5‑2份、防冻剂0‑0.3份、拌合水25‑50份、海泡石‑聚乳酸复合纤维2‑8份、改性介孔二氧化硅5‑20份。

[0009] 作为本发明进一步优选，胶凝材料选用普通硅酸盐水泥，骨料中细骨料与粗骨料质量百分占比为55‑65：35‑45。

[0010] 作为本发明进一步优选，改性介孔二氧化硅以聚丙烯酸、正硅酸乙酯为原料，将聚丙烯酸、碱液加入溶剂中，然后再搅拌条件下加入正硅酸乙酯，持续搅拌10‑15h，制取二氧化硅溶液，然后向其中加入纳米氧化镁，30KHz、300W超声处理10‑60min，离心、干燥后即得介孔二氧化硅；将介孔二氧化硅于50‑80℃条件下加热1‑2h，然后升温至350‑450℃煅烧2h，取出后酸性气雾下搅拌3‑8h，再清水冲洗2‑4次，干燥后加入2‑3倍改性液中24KHz、300W超声处理5‑10min，再搅拌处理8‑15h，离心洗涤，干燥即得。

[0011] 作为本发明进一步优选，碱液采用氨水，溶剂采用无水乙醇或甲醇，酸性气雾采用雾化酒石酸水溶液或雾化草酸水溶液，水溶液中酒石酸或草酸含量为5‑7wt％。

[0012] 作为本发明进一步优选，纳米氧化镁用量为二氧化硅溶液质量的3‑8wt％，酸性气雾通入量为0.5‑1L/h。

[0013] 作为本发明进一步优选，改性液为体积比1:1:1:1的三甲基氯硅烷、甲基三甲氧基硅烷、正己烷、甲醇。

[0014] 作为本发明进一步优选，抗冻抗开裂混凝土，制备方法为：

[0015] 1)按质量份数取料，将骨料、海泡石‑聚乳酸复合纤维共混，搅拌均匀得混料一备用；将粉煤灰、改性介孔二氧化硅共混，搅拌均匀得混料二备用；

[0016] 2)将胶凝材料均分两份，将混料一、混料二分别在搅拌条件下加入对应的一份胶凝材料中，搅拌2‑5min，得混料三、混料四备用；

[0017] 3)将混料三、混料四交替互掺共混，并将聚羧酸减水剂、防冻剂、拌合水在互掺量达到20wt％时加入其中，互掺完成后，保持搅拌2‑5min，即得。

[0018] 作为本发明进一步优选，制备过程中涉及搅拌的，搅拌速率为30‑100rpm。

[0019] 作为本发明进一步优选，互掺次数至少为3次。

[0020] 本发明的有益效果在于：本发明针对性添加优化组分，自制补强防冻辅配材料，有效提高了混凝土的和易性，组分均匀分散，流平效果好，同时具有优异的加气效果，结构内均匀分布大量小气泡，含气量大于4.7％，有效改善了抗冻抗开裂性能，综合效益显著提高，制得推广应用。

[0021] 本申请针对性配制海泡石、聚乳酸复合纤维，一方面有效改善结构强度，形成稳定的纤维连接结构，另一方面具有优异的分散、润湿性，提高了浆料的流动性，聚乳酸在混合水化过程中，与组分间反应连接，且释放部分二氧化碳，在搅拌过程中，配合改性的疏水性介孔二氧化硅，均匀分散在各个区域，大大提高了结构气孔的均匀性，且气孔小而密，整体固化均衡度高。介孔二氧化硅具有优异的补强性，同时抗渗效果好，与复合纤维协配，有效保证了混凝土结构的抗渗防冻性，从成型时降低吸水量，到成型后，降低水接触性，进一步提高了混凝土的抗裂性，高效高质，综合性能显著提高，适用性强，值得大范围推广。

具体实施方式

[0022] 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。

[0023] 实施例1：

[0024] 一种抗冻抗开裂混凝土，包括胶凝材料、骨料、粉煤灰、聚羧酸减水剂、防冻剂、拌合水、海泡石‑聚乳酸复合纤维、改性介孔二氧化硅，各原料选配的重量份数为，胶凝材料60份、骨料200份、粉煤灰70份、聚羧酸减水剂1份、防冻剂0.1份、拌合水33份、海泡石‑聚乳酸复合纤维5份、改性介孔二氧化硅20份。

[0025] 其中，海泡石‑聚乳酸复合纤维由质量比1:0.5的海泡石纤维、聚乳酸纤维组成，纤维长度为10‑100μm；改性介孔二氧化硅为硅烷改性疏水型介孔二氧化硅，介孔孔径为5‑30nm；胶凝材料选用普通硅酸盐水泥，如PO42.5/PO52.5等，骨料(常规砂石物料)中细骨料与粗骨料质量百分占比为60:40。

[0026] 进一步的，改性介孔二氧化硅以聚丙烯酸、正硅酸乙酯为原料，将聚丙烯酸、氨水加入无水乙醇或甲醇中，然后再搅拌条件下加入正硅酸乙酯，持续搅拌15h，制取二氧化硅溶液，然后向其中加入二氧化硅溶液质量的6.2wt％的纳米氧化镁，30KHz、300W超声处理.0min，离心、干燥后即得介孔二氧化硅；将介孔二氧化硅于30℃条件下加热0h，然后升温至400℃煅烧2h，取出后酸性气雾下搅拌8h，再清水冲洗2‑4次，干燥后加入3倍改性液中
24KHz、300W超声处理10min，再搅拌处理10h，离心洗涤，干燥即得。

[0027] 其中，酸性气雾采用雾化酒石酸水溶液，水溶液中酒石酸含量为5.8wt％，酸性气雾通入量为0.6L/h；改性液为体积比1:1:1:1的三甲基氯硅烷、甲基三甲氧基硅烷、正己烷、甲醇。

[0028] 基于上述原料选配，抗冻抗开裂混凝土，制备方法为：

[0029] 1)按质量份数取料，将骨料、海泡石‑聚乳酸复合纤维共混，100rpm搅拌均匀得混料一备用；将粉煤灰、改性介孔二氧化硅共混，100rpm搅拌均匀得混料二备用；

[0030] 2)将胶凝材料均分两份，将混料一、混料二分别在45rpm搅拌条件下加入对应的一份胶凝材料中，继续搅拌2‑5min，得混料三、混料四备用；

[0031] 3)将混料三、混料四交替互掺共混(本实施例为4次，即混料三、混料四分别均分2份，交替互掺，互掺时搅拌速率为40rpm)，并将聚羧酸减水剂、防冻剂、拌合水在互掺量达到20wt％时加入其中(改搅拌速率60rpm)，互掺完成后，保持80rpm搅拌2‑5min，即得。

[0032] 实施例2：

[0033] 一种抗冻抗开裂混凝土，包括胶凝材料、骨料、粉煤灰、聚羧酸减水剂、防冻剂、拌合水、海泡石‑聚乳酸复合纤维、改性介孔二氧化硅，各原料选配的重量份数为，胶凝材料75份、骨料320份、粉煤灰50份、聚羧酸减水剂1.3份、防冻剂0.2份、拌合水38份、海泡石‑聚乳酸复合纤维5份、改性介孔二氧化硅16份。

[0034] 其中，海泡石‑聚乳酸复合纤维由质量比1:0.5的海泡石纤维、聚乳酸纤维组成，纤维长度为10‑100μm；改性介孔二氧化硅为硅烷改性疏水型介孔二氧化硅，介孔孔径为5‑30nm；胶凝材料选用普通硅酸盐水泥，如PO42.5/PO52.5等，骨料(常规砂石物料)中细骨料与粗骨料质量百分占比为60:40。

[0035] 进一步的，改性介孔二氧化硅以聚丙烯酸、正硅酸乙酯为原料，将聚丙烯酸、氨水加入无水乙醇或甲醇中，然后再搅拌条件下加入正硅酸乙酯，持续搅拌15h，制取二氧化硅溶液，然后向其中加入二氧化硅溶液质量的6.2wt％的纳米氧化镁，30KHz、300W超声处理.0min，离心、干燥后即得介孔二氧化硅；将介孔二氧化硅于30℃条件下加热0h，然后升温至400℃煅烧2h，取出后酸性气雾下搅拌8h，再清水冲洗2‑4次，干燥后加入3倍改性液中
24KHz、300W超声处理10min，再搅拌处理10h，离心洗涤，干燥即得。

[0036] 其中，酸性气雾采用雾化酒石酸水溶液，水溶液中酒石酸含量为7wt％，酸性气雾通入量为1L/h；改性液为体积比1:1:1:1的三甲基氯硅烷、甲基三甲氧基硅烷、正己烷、甲醇。

[0037] 基于上述原料选配，本实施例抗冻抗开裂混凝土，制备方法同实施例1。

[0038] 实施例3：

[0039] 一种抗冻抗开裂混凝土，包括胶凝材料、骨料、粉煤灰、聚羧酸减水剂、防冻剂、拌合水、海泡石‑聚乳酸复合纤维、改性介孔二氧化硅，各原料选配的重量份数为，胶凝材料90份、骨料380份、粉煤灰65份、聚羧酸减水剂2份、防冻剂0份、拌合水45份、海泡石‑聚乳酸复合纤维8份、改性介孔二氧化硅15份。

[0040] 其中，海泡石‑聚乳酸复合纤维由质量比1:0.4的海泡石纤维、聚乳酸纤维组成，纤维长度为10‑100μm；改性介孔二氧化硅为硅烷改性疏水型介孔二氧化硅，介孔孔径为5‑30nm；胶凝材料选用普通硅酸盐水泥，如PO42.5/PO52.5等，骨料(常规砂石物料)中细骨料与粗骨料质量百分占比为60:40。

[0041] 进一步的，改性介孔二氧化硅以聚丙烯酸、正硅酸乙酯为原料，将聚丙烯酸、氨水加入无水乙醇或甲醇中，然后再搅拌条件下加入正硅酸乙酯，持续搅拌10h，制取二氧化硅溶液，然后向其中加入二氧化硅溶液质量的4.7wt％的纳米氧化镁，30KHz、300W超声处理60min，离心、干燥后即得介孔二氧化硅；将介孔二氧化硅于50℃条件下加热2h，然后升温至
450℃煅烧2h，取出后酸性气雾下搅拌5h，再清水冲洗2‑4次，干燥后加入3倍改性液中
24KHz、300W超声处理50min，再搅拌处理15h，离心洗涤，干燥即得。

[0042] 其中，酸性气雾采用雾化草酸水溶液，水溶液中草酸含量为6.0wt％，酸性气雾通入量为1L/h；改性液为体积比1:1:1:1的三甲基氯硅烷、甲基三甲氧基硅烷、正己烷、甲醇。

[0043] 基于上述原料选配，抗冻抗开裂混凝土，制备方法同实施例1。

[0044] 实施例4：

[0045] 一种抗冻抗开裂混凝土，包括胶凝材料、骨料、粉煤灰、聚羧酸减水剂、防冻剂、拌合水、海泡石‑聚乳酸复合纤维、改性介孔二氧化硅，各原料选配的重量份数为，胶凝材料60份、骨料200份、粉煤灰50份、聚羧酸减水剂0.5份、防冻剂0.3份、拌合水38份、海泡石‑聚乳酸复合纤维4份、改性介孔二氧化硅10份。

[0046] 其中，海泡石‑聚乳酸复合纤维由质量比1:0.5的海泡石纤维、聚乳酸纤维组成，纤维长度为10‑100μm；改性介孔二氧化硅为硅烷改性疏水型介孔二氧化硅，介孔孔径为5‑30nm；胶凝材料选用普通硅酸盐水泥，如PO42.5/PO52.5等，骨料(常规砂石物料)中细骨料与粗骨料质量百分占比为65:45。

[0047] 进一步的，改性介孔二氧化硅以聚丙烯酸、正硅酸乙酯为原料，将聚丙烯酸、氨水加入无水乙醇或甲醇中，然后再搅拌条件下加入正硅酸乙酯，持续搅拌10h，制取二氧化硅溶液，然后向其中加入二氧化硅溶液质量的4.7wt％的纳米氧化镁，30KHz、300W超声处理60min，离心、干燥后即得介孔二氧化硅；将介孔二氧化硅于50℃条件下加热2h，然后升温至
450℃煅烧2h，取出后酸性气雾下搅拌5h，再清水冲洗2‑4次，干燥后加入3倍改性液中
24KHz、300W超声处理50min，再搅拌处理15h，离心洗涤，干燥即得。

[0048] 其中，酸性气雾采用雾化草酸水溶液，水溶液中草酸含量为5.5wt％，酸性气雾通入量为0.7L/h；改性液为体积比1:1:1:1的三甲基氯硅烷、甲基三甲氧基硅烷、正己烷、甲醇。

[0049] 基于上述原料选配，抗冻抗开裂混凝土，制备方法同实施例1。

[0050] 实施例5：

[0051] 一种抗冻抗开裂混凝土，包括胶凝材料、骨料、粉煤灰、聚羧酸减水剂、防冻剂、拌合水、海泡石‑聚乳酸复合纤维、改性介孔二氧化硅，各原料选配的重量份数为，胶凝材料65份、骨料240份、粉煤灰30份、聚羧酸减水剂0.8份、防冻剂0.1份、拌合水30份、海泡石‑聚乳酸复合纤维6份、改性介孔二氧化硅12份。

[0052] 其中，海泡石‑聚乳酸复合纤维由质量比1:0.5的海泡石纤维、聚乳酸纤维组成，纤维长度为10‑100μm；改性介孔二氧化硅为硅烷改性疏水型介孔二氧化硅，介孔孔径为5‑30nm；胶凝材料选用普通硅酸盐水泥，如PO42.5/PO52.5等，骨料(常规砂石物料)中细骨料与粗骨料质量百分占比为60:40。

[0053] 进一步的，改性介孔二氧化硅以聚丙烯酸、正硅酸乙酯为原料，将聚丙烯酸、氨水加入无水乙醇或甲醇中，然后再搅拌条件下加入正硅酸乙酯，持续搅拌12h，制取二氧化硅溶液，然后向其中加入二氧化硅溶液质量的5.2wt％的纳米氧化镁，30KHz、300W超声处理40min，离心、干燥后即得介孔二氧化硅；将介孔二氧化硅于60℃条件下加热1.5h，然后升温至420℃煅烧2h，取出后酸性气雾下搅拌5h，再清水冲洗2‑4次，干燥后加入3倍改性液中
24KHz、300W超声处理10min，再搅拌处理12h，离心洗涤，干燥即得。

[0054] 其中，酸性气雾采用雾化酒石酸水溶液，水溶液中酒石酸含量为6wt％，酸性气雾通入量为1L/h；改性液为体积比1:1:1:1的三甲基氯硅烷、甲基三甲氧基硅烷、正己烷、甲醇。

[0055] 基于上述原料选配，抗冻抗开裂混凝土，制备方法同实施例1。

[0056] 对比例1：

[0057] 以实施例1为基础，去除海泡石‑聚乳酸复合纤维，其他条件不变，制备混凝土。

[0058] 对比例2：

[0059] 以实施例1为基础，去除改性介孔二氧化硅，其他条件不变，制备混凝土。

[0060] 对比例3：

[0061] 以实施例1为基础，去除改性介孔二氧化硅、海泡石‑聚乳酸复合纤维，其他条件不变，制备混凝土。

[0062] 将上述实施例1‑5、对比例1‑3制备的混凝土进行性能测试，数据如下：

[0063]

[0064]

[0065] 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。

[0066] 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。