一种冻融-溶蚀环境下抗冲磨混凝土外加剂的制备方法和使用方法

本发明属于建筑材料混凝土外加剂，尤其涉及冻融-溶蚀环境下抗冲磨混凝土外加剂的制备方法和使用方法。

背景技术：

1、水工大坝混凝土为典型的大体积混凝土，具有水化放热较为集中，内部升温快的特点，工程环境复杂。在高海拔地区，冬季温度一般都在-50℃～0℃之间起伏波动，水工建筑物受到温度不断升高降低的冻融循环变化，结构内部的水分进行着水-冰-水的相变过程，多次冻融循环会破坏内部结构的稳定性，容易造成混凝土开裂；大坝环境下的水工建筑物经常暴露在环境水中，混凝土的孔隙溶液与环境水溶液之间存在一定的浓度差，这会将使钙离子从混凝土中流失到环境水中，从而导致混凝土结构中的c-s-h凝胶发生分解，材料性能下降，造成建筑物强度的降低；而且，水工建筑物过流面经常受到泥石的冲刷，建筑物结构在挟砂水流的冲击磨蚀作用下发生劣化，严重影响水工建筑物的使用寿命。

2、目前，针对不同环境下水工混凝土抗冲磨问题，主要有以下几种防治措施：掺入粉煤灰、硅灰等矿物掺合料来提高混凝土的强度，以增强其耐冲刷磨蚀性能，但是过量的粉煤灰和硅灰都会降低混凝土的抗冻性；掺入普通纤维可以提高混凝土的抗裂与抗磨能力，但是在低温环境下纤维的作用并不是特别明显；此外，已有的文献大多是对单一冻融条件下以及单一溶蚀条件下水工混凝土的抗冲磨性能的研究，无法兼顾混凝土在溶蚀-冻融环境下的抗冲磨性能。

3、为此，有必要研究一种冻融-溶蚀环境下抗冲磨混凝土外加剂，提高混凝土的抗冲磨性能，解决冻融-溶蚀环境下的水工建筑物的耐久性问题。

技术实现思路

1、发明目的：本发明目的是提供一种冻融-溶蚀环境下抗冲磨混凝土外加剂，兼顾冻融与溶蚀条件下对水工混凝土抗冲磨性能的改善，通过掺入该外加剂能够减少氢氧化钙的分解，提高混凝土的抗溶蚀性能，并且其中耐低温的聚酰亚胺纤维可以提高冻融环境中混凝土的抗冲磨性能，羟丙基甲基(hpmc)纤维素改善水工混凝土的强度和疏水性，进一步提高水工混凝土的抗冲磨性能；本发明的另一个目的是提供一种冻融-溶蚀环境下抗冲磨混凝土外加剂的制备方法；本发明的另一个目的是提供一种冻融-溶蚀环境下抗冲磨混凝土外加剂的使用方法。

2、技术方案：

3、本发明的一种冻融-溶蚀环境下抗冲磨混凝土外加剂，所述外加剂包括以下组份：按重量份计，50～60份stg粉末，5～8份聚酰亚胺纤维，1～3份hpmc纤维素，10～13份聚羧酸减水剂，10～15份防冻剂，10～13份膨胀剂；其中stg粉末包括改性硅灰-玻璃粉、碳化硅钛、氧化石墨烯。

4、进一步地，改性硅灰-玻璃粉的制备方法为：将50～55份硅灰和50～55份玻璃粉混合，进行球磨和筛分处理，得到混合粉末，将混合粉末进行脱水处理，加入含有硬脂酸的改性剂，将其加热到120～130℃，持续烘干，得到改性硅灰-玻璃粉。

5、进一步地，通过以下办法改性硅灰-玻璃粉：将50～55份硅灰和50～55份玻璃粉混合，用球磨机将以上粉末在270r/s的转速下进行球磨45min，并过0.075mm的筛子进行筛分处理，得到粒径小于等于0.075mm的混合粉末，将混合粉末加热到100～110℃进行脱水处理，加入含有硬脂酸的改性剂，将其加热到120～130℃，持续烘干2～4h，使用搅拌机将结块的拌合物打成粉末状，再过0.075mm的筛子，得到改性硅灰-玻璃粉。

6、更进一步地，stg粉末包括以下组分：按重量份数计，50～60份改性硅灰-玻璃粉，0.5～1份氧化石墨烯粉末，2～2.5份碳化硅钛。

7、其中，stg粉末的制备方法为：将氧化石墨烯粉末、碳化硅钛和改性硅灰-玻璃粉使用搅拌机搅拌均匀，得到stg粉末。

8、更进一步地，含有硬脂酸的改性剂包含以下组分：按重量份数计，85～95份水，4～6份硬脂酸，1～2份氢氧化钠，1～2份氢氧化钙，1份氢氧化钾。

9、更进一步地，含硬脂酸的改性剂的制备方法为：将各组分混合加热进行皂化反应，2～4h后得到改性剂。

10、优选地，所述硅灰的烧失量为3.92％，比表面积为19.1m2/g，氯离子含量为0.07％，二氧化硅含量为96.1％。

11、优选地，所述玻璃粉软化温度≥360℃，线膨胀系数为50×10-7～160×10-7，粒径5～10μm。

12、优选地，所述氧化石墨烯为棕褐色粉体，粒度为20～40μm，氧含量为40～45％。

13、优选地，所述碳化硅钛为灰黑色粉末，粒径为5～10μm，密度为5.87g/cm3。

14、优选地，所述聚酰亚胺纤维的直径为2mm，长度为6mm。

15、优选地，所述hpmc纤维素为白色微黄粉末，细度为80～100目，干燥失重≤5％。

16、优选地，所述聚羧酸高性能减水剂的减水率为28％，含气量为3％，泌水率为20％。

17、优选地，所述防冻剂的泌水率≤95％，含气量≤4％，减水率为8～12％。

18、优选地，所述膨胀剂为td-p1型混凝土膨胀剂，限制膨胀率为0.08％～0.1％，氧化钾和氧化钠含量为0.3～0.4％。

19、本发明的冻融-溶蚀环境下抗冲磨混凝土外加剂，兼顾冻融与溶蚀作用下水工混凝土的抗冲磨性能，可以有效抑制氢氧化钙的分解，达到增强水工混凝土抗溶蚀的能力，而且该外加剂能够细化孔隙结构，使水工混凝土更加致密，从而提高其抗冲磨性能；同时，本发明的外加剂能够使砂浆与骨料之间的连接更加紧密，改善混凝土内部结构的粘结能力，增强混凝土的强度，也可以用于寒冷低温环境中，对于低温条件下的抗冲磨强度有着明显的提高。此外，本发明的外加剂中的stg粉末与防冻剂和膨胀剂配合使用时，保证了冻融条件下水工建筑物的体积稳定性，也降低了钙离子溶蚀对水工混凝土耐久性的影响，更主要的是提高了水工混凝土的抗冲磨性能。在各组分的共同作用下，使本发明的抗冲磨混凝土在7d、14d和28d时的溶蚀深度相对于空白组分别下降了28.57％、26.58％和21.88％，冻融循环25次、50次、75次和100次的质量损失相对于空白组分别下降了33.33％、36.36％、25％和16％，溶蚀28d并经过冻融循环0次、50次、100次后的抗冲磨强度相对于空白组提高了22.49％、29.17％和39.81％。使用本发明外加剂的水工混凝土具有良好的抗冻融、抗溶蚀以及抗冲磨的特点。

20、另一方面，本发明提供了一种冻融-溶蚀环境下抗冲磨混凝土外加剂的制备方法，所述制备方法为：将50～60份stg粉末，5～8份聚亚酰胺纤维，1～3份hpmc纤维素，10～13份聚羧酸减水剂，10～15份防冻剂，10～13份膨胀剂搅拌均匀，得到冻融-溶蚀环境下抗冲磨混凝土外加剂。

21、具体的，将冻融-溶蚀环境下抗冲磨混凝土外加剂的各组分原料置于水泥胶砂搅拌机中搅拌4min，搅拌均匀后得到冻融-溶蚀环境下抗冲磨混凝土外加剂。具体的，按质量份数计，将50～60份硅灰和50～60份玻璃粉混合，用球磨机将以上粉末在270r/s的转速下进行球磨45min，并过0.075mm的筛子进行筛分处理，得到粒径小于等于0.075mm的混合粉末，将混合粉末加热到100-110℃进行脱水处理，加入含有硬脂酸的改性剂，将其加热到120-130℃，持续烘干2～4h，使用搅拌机将结块的拌合物打成粉末状，再过0.075mm的筛子，得到改性后的硅灰-玻璃粉。将50～60份改性硅灰-玻璃粉，0.5～1份氧化石墨烯，2～3份碳化硅钛均匀搅拌3～4min，得到stg粉末。将50～60份stg粉末，5～8份聚亚酰胺纤维，1～3份hpmc纤维素，10～13份聚羧酸减水剂，10～15份防冻剂，10～13份膨胀剂放入搅拌机中均匀搅拌20min，得到冻融-溶蚀环境下抗冲磨混凝土外加剂。

22、另一方面，本发明提供一种上述冻融-溶蚀环境下抗冲磨混凝土外加剂的使用方法，在混凝土骨料干拌后，将所述外加剂与水一起进行湿拌得到水工混凝土，其掺量为每立方米混凝土4.0～6.0kg。

23、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

24、(1)本发明兼顾冻融与溶蚀作用下水工混凝土的抗冲磨性能，可以有效抑制氢氧化钙的分解，达到增强水工混凝土抗溶蚀的能力，且可以细化孔隙结构，使水工混凝土更加致密，从而提高其抗冲磨性能；

25、(2)本发明的冻融-溶蚀环境下抗冲磨混凝土外加剂能够使砂浆与骨料之间的连接更加紧密，改善混凝土内部结构的粘结能力，增强混凝土的强度，且可以用于寒冷低温环境中，对于低温条件下的抗冲磨强度有着明显的提高；

26、(3)本发明的冻融-溶蚀环境下抗冲磨混凝土外加剂保证了冻融条件下水工建筑物的体积稳定性，也降低了钙离子溶蚀对水工混凝土耐久性的影响，更主要的是提高了水工混凝土的抗冲磨性能；

27、(4)在本发明外加剂的作用下，使混凝土在7d、14d和28d时的溶蚀深度相对于空白组分别下降了28.57％、26.58％和21.88％，冻融循环25次、50次、75次和100次的质量损失相对于空白组分别下降了33.33％、36.36％、25％和16％，溶蚀28d并经过冻融循环0次、50次、100次后的抗冲磨强度相对于空白组提高了22.49％、29.17％和39.81％，使用本发明外加剂作用下的水工混凝土具有良好的抗冻融、抗溶蚀以及抗冲磨性能的特点。