CN107382220A - 一种防冻混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防冻混凝土，属于建筑材料技术领域。本发明将20～30份苯甲醛，20～30份乙酸酐，50～60份丙酸搅拌反应，加热回流，并且滴加5～6份吡咯，继续搅拌回流后，冷却至室温，过滤，取滤饼，洗涤，真空干燥，即得5,10,15,20‑四苯基卟啉；将90～100份河沙，10～20份硅灰，10～20份粉煤灰，10～20份矿渣，30～40份水泥，20～30份水，5～6份减水剂，20～30份硅烷偶联剂搅拌混合，再加入10～20份己二醇溶液和20～30份淀粉继续搅拌混合，即得防冻混凝土。本发明所得防冻混凝土具有优异的防冻和力学性能。
Description
技术领域
本发明公开了一种防冻混凝土，属于建筑材料技术领域。
背景技术
混凝土，简称为“砼”，是指由胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作骨料；与水（可含外加剂和掺合料）按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。
耐久性是混凝土在使用过程中抵抗各种破坏因素作用的能力。混凝土耐久性的好坏，决定混凝土工程的寿命。它是混凝土的一个重要性能，因此长期以来受到人们的高度重视。在一般情况下，混凝土具有良好的耐久性。但在寒冷地区，特别是在水位变化的工程部位以及在饱水状态下受到频繁的冻融交替作用时，混凝土易于损坏。为此对混凝土要有一定的抗冻性要求。用于不透水的工程时，要求混凝土具有良好的抗渗性和耐蚀性。抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性为混凝土耐久性。影响混凝土耐久性的破坏作用主要有6种：
冰冻-融解循环作用：是最常见的破坏作用，以致有时人们用抗冻性来代表混凝土的耐久性。冻融循环在混凝土中产生内应力，促使裂缝发展、结构疏松，直至表层剥落或整体崩溃。
环境水的作用：包括淡水的浸溶作用、含盐水和酸性水的侵蚀作用等。其中硫酸盐、氯盐、镁盐和酸类溶液在一定条件下可产生剧烈的腐蚀作用，导致混凝土的迅速破坏。环境水作用的破坏过程可概括成为两种变化：一是减少组分，即混凝土中的某些组分直接溶解或经过分解后溶解；二是增加组分，即溶液中的某些物质进入混凝土中产生化学、物理或物理化学变化，生成新的产物。上述组分的增减导致混凝土体积的不稳定。
风化作用：包括干湿、冷热的循环作用。在温度、湿度变幅大、变化快的地区以及兼有其他破坏因素（例如盐、碱、海水、冻融等）作用时，常能加速混凝土的崩溃。
中性化作用：在空气中的某些酸性气体，如Cl2、H2S和CO2在适当温、湿度条件下使混凝土中液相的碱度降低，引起某些组分的分解，并使体积发生变化。
钢筋锈蚀作用：在钢筋混凝土中，钢筋因电化学作用生锈，体积增加，胀坏混凝土保护层，结果又加速了钢筋的锈蚀，这种恶性循环使钢筋与混凝土同时受到严重的破坏，成为毁坏钢筋混凝土结构的一个最主要原因。
碱-集料反应：最常见的是水泥或水中的（碱分Na2O、K2O）和某些活性集料（如蛋白石、燧石、安山岩、方石英）中的SiO2起反应，在界面区生成碱的硅酸盐凝胶，使体积膨胀，最后能使整个混凝土建筑物崩解。这种反应又名碱-硅酸反应。此外还有碱-硅酸盐反应与碱-碳酸盐反应。
在北方广大地区混凝土耐久性的主要问题是冻害，防治混凝土受冻破坏也就成为至关重要的问题。在北方寒冷地区研究混凝土早期防冻、后期抗冻性能，对提高混凝土后期的耐久性有着至关重要的作用。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对混凝土防冻性能不足而且力学性能不佳的问题，提供了一种防冻混凝土。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种防冻混凝土，是由以下重量份数的原料组成：90～100份河沙、10～20份硅灰、10～20份粉煤灰、10～20份矿渣、30～40份水泥、20～30份水、5～6份减水剂、20～30份硅烷偶联剂、10～20份己二醇溶液、20～30份淀粉；
所述防冻混凝土的制备过程为：按原料组成称量各原料，先将河沙，硅灰，粉煤灰，矿渣，水泥，水，减水剂和硅烷偶联剂搅拌混合，再加入己二醇溶液和淀粉继续搅拌混合，即得防冻混凝土。
所述河沙细度模数为3.3～2.3。
所述矿渣为高炉矿渣，粒化高炉矿渣或矿渣棉中的任意一种。
所述水泥为硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥中的任意一种。
所述减水剂为木质素磺酸钙减水剂，三聚氰胺高效减水剂或脂肪族高效减水剂中的任意一种。
所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。
所述己二醇溶液质量分数为97～99%。
所述防冻混凝土中还可以添加硅烷偶联剂0.03～0.04倍的5,10,15,20-四苯基卟啉；所述5,10,15,20-四苯基卟啉的制备过程为：按重量分数计，依次取20～30份苯甲醛，20～30份乙酸酐，50～60份丙酸和5～6份吡咯，先将苯甲醛，乙酸酐，丙酸搅拌反应，加热回流，并且滴加吡咯，继续搅拌回流后，冷却至室温，过滤，取滤饼，洗涤，真空干燥，即得5,10,15,20-四苯基卟啉。
本发明的有益效果是：
本发明通过添加淀粉，在施工过程中，一方面，体系中淀粉在强碱环境的催化作用下，部分水解过程中释放能量，起到初期防冻的作用，另一方面，淀粉水解产生大量的小分子糖类，小分子糖类中含有的活性基团与水泥中含有硅羟基发生化学反应，形成稳定的化学键合，增强了防冻混凝土的粘结力，进而增强了体系的力学性能，且混凝土刚固化结束，体系中还有部分淀粉并未水解，当水分渗入混凝土后，淀粉继续水解释放能量，在后续施工过程中，持续起到防冻作用；通过添加5,10,15,20-四苯基卟啉，5,10,15,20-四苯基卟啉在光的照射下，吸收光子促进化学反应的进行，释放出能量，释放出的能量，能够阻止体系因低温结冰，从而维持固化后混凝土体系的稳定，起到中期的防冻的作用；通过添加己二醇溶液，己二醇溶液在强碱条件下，性质稳定，己二醇溶液的凝固点很低，且能够降低体系中水的冰点，能够起到长期的防冻的作用。
具体实施方式
按重量分数计，依次取20～30份苯甲醛，20～30份乙酸酐，50～60份丙酸和5～6份吡咯，先将质量分数为10～20%的苯甲醛、质量分数为30～35%的乙酸酐与质量分数为10～20%的丙酸加入四口烧瓶中，再将四口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度120～130℃，转速为300～500r/min条件下进行搅拌回流反应10～20min，再用恒压滴液漏斗以3～5mL/min速率向四口烧瓶中滴加吡咯，待吡咯滴加完毕，继续搅拌回流20～30min，得混合液，随后将混合液自然降至室温，再过滤，得滤饼，随后将滤饼用无水乙醇洗涤3～5次，并将洗涤后的滤饼置于真空干燥箱干燥20～30min，即得5,10,15,20-四苯基卟啉；按重量分数计，依次取90～100份河沙、10～20份硅灰、10～20份粉煤灰、10～20份矿渣、30～40份水泥、20～30份水、5～6份减水剂、20～30份硅烷偶联剂、10～20份己二醇溶液、20～30份淀粉，先将河沙，硅灰，粉煤灰，矿渣，水泥，水，减水剂和硅烷偶联剂加入混料机中，于转速为1000～1200r/min条件下高速搅拌混合40～50min，再向混料机中加入己二醇溶液，淀粉，于转速为400～500r/min条件下继续搅拌混合10～20min，随后向混料机中加入硅烷偶联剂0.03～0.04倍的5,10,15,20-四苯基卟啉，于转速为400～500r/min条件下继续搅拌混合10～20min，即得防冻混凝土。所述河沙细度模数为3.3～2.3。所述矿渣为高炉矿渣，粒化高炉矿渣或矿渣棉中的任意一种。所述水泥为硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥中的任意一种。所述减水剂为木质素磺酸钙减水剂，三聚氰胺高效减水剂或脂肪族高效减水剂中的任意一种。所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。所述己二醇溶液质量分数为97～99%。
实例1
按重量分数计，依次取30份苯甲醛，30份乙酸酐，60份丙酸和6份吡咯，先将质量分数为20%的苯甲醛、质量分数为35%的乙酸酐与质量分数为20%的丙酸加入四口烧瓶中，再将四口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度130℃，转速为500r/min条件下进行搅拌回流反应20min，再用恒压滴液漏斗以5mL/min速率向四口烧瓶中滴加吡咯，待吡咯滴加完毕，继续搅拌回流30min，得混合液，随后将混合液自然降至室温，再过滤，得滤饼，随后将滤饼用无水乙醇洗涤5次，并将洗涤后的滤饼置于真空干燥箱干燥30min，即得5,10,15,20-四苯基卟啉；按重量分数计，依次取100份河沙、20份硅灰、20份粉煤灰、20份矿渣、40份水泥、30份水、6份减水剂、30份硅烷偶联剂、20份己二醇溶液、30份淀粉，先将河沙，硅灰，粉煤灰，矿渣，水泥，水，减水剂和硅烷偶联剂加入混料机中，于转速为1200r/min条件下高速搅拌混合50min，再向混料机中加入己二醇溶液，淀粉，于转速为500r/min条件下继续搅拌混合20min，随后向混料机中加入硅烷偶联剂0.04倍的5,10,15,20-四苯基卟啉，于转速为500r/min条件下继续搅拌混合20min，即得防冻混凝土。所述河沙细度模数为2.3。所述矿渣为高炉矿渣。所述水泥为硅酸盐水泥。所述减水剂为木质素磺酸钙减水剂。所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550。所述己二醇溶液质量分数为97～99%。
实例2
按重量分数计，依次取30份苯甲醛，30份乙酸酐，60份丙酸和6份吡咯，先将质量分数为20%的苯甲醛、质量分数为35%的乙酸酐与质量分数为20%的丙酸加入四口烧瓶中，再将四口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度130℃，转速为500r/min条件下进行搅拌回流反应20min，再用恒压滴液漏斗以5mL/min速率向四口烧瓶中滴加吡咯，待吡咯滴加完毕，继续搅拌回流30min，得混合液，随后将混合液自然降至室温，再过滤，得滤饼，随后将滤饼用无水乙醇洗涤5次，并将洗涤后的滤饼置于真空干燥箱干燥30min，即得5,10,15,20-四苯基卟啉；按重量分数计，依次取100份河沙、20份硅灰、20份粉煤灰、20份矿渣、40份水泥、30份水、6份减水剂、30份硅烷偶联剂、20份己二醇溶液，先将河沙，硅灰，粉煤灰，矿渣，水泥，水，减水剂和硅烷偶联剂加入混料机中，于转速为1200r/min条件下高速搅拌混合50min，再向混料机中加入己二醇溶液，于转速为500r/min条件下继续搅拌混合20min，随后向混料机中加入硅烷偶联剂0.04倍的5,10,15,20-四苯基卟啉，于转速为500r/min条件下继续搅拌混合20min，即得防冻混凝土。所述河沙细度模数为2.3。所述矿渣为高炉矿渣。所述水泥为硅酸盐水泥。所述减水剂为木质素磺酸钙减水剂。所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550。所述己二醇溶液质量分数为97～99%。
实例3
按重量分数计，依次取100份河沙、20份硅灰、20份粉煤灰、20份矿渣、40份水泥、30份水、6份减水剂、30份硅烷偶联剂、20份己二醇溶液、30份淀粉，先将河沙，硅灰，粉煤灰，矿渣，水泥，水，减水剂和硅烷偶联剂加入混料机中，于转速为1200r/min条件下高速搅拌混合50min，再向混料机中加入己二醇溶液，淀粉，于转速为500r/min条件下继续搅拌混合20min，即得防冻混凝土。所述河沙细度模数为2.3。所述矿渣为高炉矿渣。所述水泥为硅酸盐水泥。所述减水剂为木质素磺酸钙减水剂。所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550。所述己二醇溶液质量分数为97～99%。
对比例：郑州某建筑材料有限公司生产的混凝土。
将实例1至3所得防冻混凝土和对比例产品铺设于高寒地区路面，调整铺设厚度为15cm，再经人工修整使路面平均平整度为6mm，用塑料薄膜覆盖养护3天，再自然养护29天，即得混凝土铺设的路面，检测其抗压强度；再进行400次冻融试验，检测其重量损失率和相对动弹性模量。具体检测结果如表1所示：
表1
| 检测内容 | 实例1 | 实例2 | 实例3 | 对比例 |
| 抗压强度/MPa | 82.6 | 75.6 | 73.5 | 66.9 |
| 重量损失率/% | 2.2 | 3.9 | 5.4 | 8.3 |
| 相对动弹性模量/% | 89 | 77 | 72 | 65 |
由表1检测结果可知，本发明所得防冻混凝土具有良好的抗冻性能且抗压强度大，提高了混凝土的耐久性和使用寿命。
Claims (8)
1.一种防冻混凝土，其特征在于：是由以下重量份数的原料组成：90～100份河沙、10～20份硅灰、10～20份粉煤灰、10～20份矿渣、30～40份水泥、20～30份水、5～6份减水剂、20～30份硅烷偶联剂、10～20份己二醇溶液、20～30份淀粉；
所述防冻混凝土的制备过程为：按原料组成称量各原料，先将河沙，硅灰，粉煤灰，矿渣，水泥，水，减水剂和硅烷偶联剂搅拌混合，再加入己二醇溶液和淀粉继续搅拌混合，即得防冻混凝土。
2.根据权利要求1所述一种防冻混凝土，其特征在于：所述河沙细度模数为3.3～2.3。
3.根据权利要求1所述一种防冻混凝土，其特征在于：所述矿渣为高炉矿渣，粒化高炉矿渣或矿渣棉中的任意一种。
4.根据权利要求1所述一种防冻混凝土，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥中的任意一种。
5.根据权利要求1所述一种防冻混凝土，其特征在于：所述减水剂为木质素磺酸钙减水剂，三聚氰胺高效减水剂或脂肪族高效减水剂中的任意一种。
6.根据权利要求1所述一种防冻混凝土，其特征在于：所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。
7.根据权利要求1所述一种防冻混凝土，其特征在于：所述己二醇溶液质量分数为97～99%。
8.根据权利要求1所述一种防冻混凝土，其特征在于：所述防冻混凝土中还可以添加硅烷偶联剂0.03～0.04倍的5,10,15,20-四苯基卟啉；所述5,10,15,20-四苯基卟啉的制备过程为：按重量分数计，依次取20～30份苯甲醛，20～30份乙酸酐，50～60份丙酸和5～6份吡咯，先将苯甲醛，乙酸酐，丙酸搅拌反应，加热回流，并且滴加吡咯，继续搅拌回流后，冷却至室温，过滤，取滤饼，洗涤，真空干燥，即得5,10,15,20-四苯基卟啉。
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