一种抗冻融混凝土材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于混凝土材料，具体涉及一种抗冻融混凝土材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、严寒地区往往具有低温和昼夜温差大等特征，这些地区的混凝土材料往往要经历高频次的冻融作用，常常造成混凝土材料发生冻融破坏，大大降低了混凝土结构的耐久性，导致现有工程结构安全和正常使用产生较大威胁。特别是对于高海拔严寒地区使用的混凝土材料，需要更加注重材料的耐久性，而其中的抗冻性能则是严寒地区混凝土耐久性是最为重要的指标。基于此，本发明提供了一种抗冻融混凝土材料及其制备方法和应用，具有较高的抗冻性能，满足严寒地区混凝土耐久性的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种抗冻融混凝土材料及其制备方法和应用。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种抗冻融混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、按重量份准备以下原料：普通硅酸盐水泥380-390份、中砂750-760份、5～31.5mm级配碎石1000-1100份、聚羧酸减水剂7.0-8.0份、玄武岩纤维2.0-3.0份、水玻璃20-22份、磷酸氢二钠0.004-0.0045份、玄武岩纤维粉0.0008-0.001份、聚乙二醇200 0.2-0.22份、水180-200份；

4、s2、改性水玻璃的制备：采用磁力搅拌器将磷酸氢二钠、聚乙二醇200、玄武岩纤维粉和水玻璃搅拌混合，并超声处理10-15min；超声的频率为35-44khz；

5、s3、混凝土基体的制备：先将玄武岩纤维、中砂、级配碎石干拌至均匀，再加部分水湿拌，之后加入普通硅酸盐水泥、减水剂、改性水玻璃和剩余水搅拌均匀，注入模具；干拌的时间为2-3min；

6、s4、混凝土基体的养护：将制备完成的混凝土基体进行养护20-35d；养护时需在混凝土表面铺设稻草等方式进行保温处理；

7、s5、抗冻融混凝土材料的养护：在养护完成的混凝土基体表面涂刷硅烷防水剂，再次养护3-10天。

8、进一步的，步骤s1中，所述玄武岩纤维长度为18～20mm，直径为13～18μm，密度为2700～3000kg/m3，抗拉强度为3900～4800mpa。

9、进一步的，步骤s1中，所述水玻璃的模数为2.0-2.5。

10、所述普通硅酸盐水泥为p.o42.5水泥；

11、所述中砂为粒径在0.5mm-0.25mm范围的碎屑颗粒；

12、进一步的，步骤s1中，所述玄武岩纤维粉的直径为9-18微米，长度为30-50微米。所述玄武岩纤维粉的制作方法为：玄武岩纤维短切后采用球磨粉碎而成，磨碎至过500目。

13、进一步的，所述硅烷防水剂为：聚三乙氧基甲基硅烷和硅烷乳液混合物，聚三乙氧基甲基硅烷和硅烷乳液质量比为5-7:4。

14、进一步的，所述硅烷防水剂的用量为200～300g/m2。

15、进一步的，涂刷硅烷防水剂的具体方法为：保持混凝土基体表面干净无粉尘和浮浆，分2次以上均匀涂刷硅烷防水剂，每次涂刷的间隔为20-40min。

16、优选的，用钢刷对混凝土表面进行处理，首先用钢刷清理混凝土表面浮浆和粉尘，再用鼓风机将表面清理干净。硅烷防水剂分2次均匀涂刷，第1次涂刷硅烷防水剂100～150g/m2，自然干燥30分钟后，再第2次涂刷防水硅烷抗冻剂。

17、本发明还提供一种上述的一种抗冻融混凝土材料的制备方法制备得到的抗冻融混凝土材料。

18、本发明还提供一种上述的抗冻融混凝土材料作为寒区隧道衬砌混凝土、水渠混凝土和大坝结构混凝土的应用。

19、本发明的原理为：

20、磷酸氢二钠与水玻璃之间的溶解度高，磷氧四面体[po4]和硅氧四面体[sio4]会相互穿插形成网状结构，从而增加了水玻璃的的粘接性；聚乙二醇200使水玻璃溶液中的游离羟基增加，使水玻璃中胶粒的聚合度降低，借氢键或静电引力黏附在凝胶胶粒表面形成高分子保护层，改善水玻璃中硅酸凝胶胶粒的表面位能和溶剂化能力，阻止凝胶胶粒聚集长大，获得均匀细小的凝胶胶粒；超声波向水玻璃体系中输入能量，使已经凝胶化的水玻璃胶粒细化，同时玄武岩纤维粉经过超声处理后会均匀地分布在水玻璃中，减缓水玻璃的老化，避免水玻璃在室外长期低温环境中粘结效果下降。

21、改性水玻璃加入到混凝土基体后，改性水玻璃中均匀细小的凝胶胶粒更易填补混凝土内部的缝隙，且硬化过程中产生硅酸凝胶可以进一步堵塞混凝土内部的缝隙，改变混凝土的孔隙结构，通过改变空隙结构降低混凝土的导热性能，降低外界温度对混凝土的影响，从而提高混凝土的抗冻融能力。

22、通过所述玄武岩纤维、中砂和级配碎石干拌，可以实现玄武岩纤维与砂石充分拌和的状态，所加入的玄武岩纤维可使其与混凝土最终达到协调变形，改善其抗拉和抗渗性能，从而改变抗冻性。本发明选择特定的玄武岩纤维规格和用量，可以改善混凝土的工作性能效果更好，使混凝土水化产物更加致密，进一步提高混凝土的力学性能和耐久性能。

23、表面涂刷的硅烷防水剂渗透至混凝土表面以下3～5mm，可以有效隔绝液态水，使得混凝土表面出现疏水性，表面结构具有一定的“荷叶效应”，可使混凝土具有较好的防水、抗冻融效果。

24、本发明的有益效果是：

25、本发明提供的抗冻融混凝土材料，在室内经过300次冻融试验，其试件性能未见明显的下降，本发明可以大幅度改善高频次冻融环境下混凝土的耐久性，实现了严寒地区混凝土的抗冻融使用需求。

技术特征：

1.一种抗冻融混凝土材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种抗冻融混凝土材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述玄武岩纤维长度为18～20mm，直径为13～18μm，密度为2700～3000kg/m3，抗拉强度为3900～4800mpa。

3.根据权利要求1所述的一种抗冻融混凝土材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述水玻璃的模数为2.0-2.5。

4.根据权利要求1所述的一种抗冻融混凝土材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述玄武岩纤维粉的直径为9-18微米，长度为30-50微米。

5.根据权利要求1所述的一种抗冻融混凝土材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷防水剂为：聚三乙氧基甲基硅烷和硅烷乳液混合物，聚三乙氧基甲基硅烷和硅烷乳液质量比为5-7:4。

6.根据权利要求1所述的一种抗冻融混凝土材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷防水剂的用量为200～300g/m2。

7.根据权利要求1所述的一种抗冻融混凝土材料的制备方法，其特征在于，涂刷硅烷防水剂的具体方法为：保持混凝土基体表面干净无粉尘和浮浆，分2次以上均匀涂刷硅烷防水剂，每次涂刷的间隔为20-40min。

8.权利要求1-7任一项所述的一种抗冻融混凝土材料的制备方法制备得到的抗冻融混凝土材料。

9.权利要求8所述的抗冻融混凝土材料作为寒区隧道衬砌混凝土、水渠混凝土和大坝结构混凝土的应用。

技术总结
本发明属于混凝土材料技术领域，具体涉及一种抗冻融混凝土材料及其制备方法和应用，包括以下步骤：S1、准备普通硅酸盐水泥、中砂、级配碎石、聚羧酸减水剂、玄武岩纤维、水玻璃、磷酸氢二钠、玄武岩纤维粉、聚乙二醇200、水；S2、将磷酸氢二钠、聚乙二醇200、玄武岩纤维粉和水玻璃搅拌混合，并超声处理；S3、将所有原料混合搅拌均匀，注入模具；S4、将制备完成的混凝土基体进行养护；S5、在养护完成的混凝土基体表面涂刷硅烷防水剂，再次养护。本发明提供的抗冻融混凝土材料，在室内经过300次冻融试验，其试件性能未见明显的下降，本发明可以大幅度改善高频次冻融环境下混凝土的耐久性，实现了严寒地区混凝土的抗冻融使用需求。

技术研发人员：袁明,郑波,刘运洪,吴剑,杜江,郭瑞,王福恩,栗勇,赵大昭,裴涛涛,赵京
受保护的技术使用者：中铁吉林投资建设有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13