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一种抗冻混凝土及其制备方法与流程

  • 国知局
  • 2024-06-20 13:47:54

本发明涉及建筑材料,具体涉及一种抗冻混凝土及其制备方法。

背景技术:

1、传统的混凝土材料虽然具有良好的结构强度,但在某些方面,如抗冻性、耐热性等依旧存在很大的局限性。尤其在高纬度和高海拔寒冷地区,显著的日夜温差和广泛的冻土层对传统混凝土构成了持续的侵蚀挑战,导致了材料表面的剥落、内部结构的破裂,以及碳化和钢筋腐蚀的加剧。为了提升混凝土的抗冻性能,研究人员一直在探索各种改性技术,比如掺入不同的添加剂、使用不同的配合比等。

2、目前混凝土中对于抗冻性能的提升主要是以“被动式”为主,例如:蓄热法、暖棚法、电热法,这些方法都存在设备需订制、效果不佳等问题,还有一类方法,就是等冻融破坏之后进行修补,都属于被动去保护混凝土免受寒冷侵蚀。提升混凝土抗冻性能的方法还包括:使用抗冻剂、改变水泥的类型或比例、掺入空气泡等。这些方法主要通过改变混凝土的孔隙结构或化学成分来提升其耐低温环境的能力。近年来,研究者们尝试将各种新型材料掺入混凝土中,以提升其抗冻性能。目前常用以下几种方式提升混凝土的抗冻性能:(1)减水剂的使用。应用减水剂可以显著降低混凝土的水灰比,从而提高混凝土的强度和密实性,进而提升抗冻耐久性,但成本较高,需要更精确的配比和控制,不适用于所有类型的建筑项目。(2)活性矿物掺合料。使用活性矿物掺合料,如硅粉、矿渣、粉煤灰等,可以替代部分水泥,不仅降低成本,还能改善混凝土的抗冻耐久性,但可能会影响混凝土的其他性能,如强度和耐久性,且需要精确控制用量。(3)控制水灰比。保持较低的水灰比可以提高混凝土的密实度和抗冻性能,但需要精确的材料选择和配比,成本较高,且对施工技术要求较高。(4)纤维的添加。掺入不同种类的纤维(如聚丙烯纤维、钢纤维)可以改善混凝土的抗冻性能,纤维在混凝土中形成乱向结构,增强内部约束力,减小冻融循环中的变形,从而提升强度和抗冻性能,但纤维材料成本较高,对混凝土的工作性有一定影响,且纤维分布的均匀性难以控制。(5)抗冻剂的添加。适量的防冻剂也能提高混凝土的抗压强度和抗冻性能,但需要注意防冻剂的掺量,以免影响混凝土的强度,且长期使用抗冻剂可能对混凝土结构和周围环境产生负面影响。针对上述问题,本发明提供了一种新型抗冻混凝土及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种抗冻混凝土及其制备方法,可以在轻微牺牲力学性能的情况下大幅提高抗冻性能。

2、为实现上述目的,本发明提供了一种抗冻混凝土,包括以下配合比的原材料:碎石1012kg/m3、水196kg/m3、水泥570kg/m3,河砂和mpcm的质量总和为622kg/m3。

3、优选的,所述mpcm为河砂和mpcm质量总和的6%-12%。

4、优选的,所述mpcm为河砂和mpcm质量总和的6%。

5、本发明还提供了一种抗冻混凝土的制备方法,包括以下步骤:

6、(1)准备原材料,清洗搅拌机;

7、(2)依次向搅拌机中加入碎石、河砂和水泥,启动搅拌机,搅拌得到混凝土干拌料;

8、(3)将水和mpcm混合均匀后加入搅拌机中继续搅拌得到混凝土湿料;

9、(4)将混凝土湿料浇筑到试模中固化并养护,得到混凝土试件。

10、优选的,所述步骤(2)中,搅拌时间为90s。

11、优选的,所述步骤(3)中,搅拌时间为180s。过度的搅拌可能会破坏mpcm的微胶囊。

12、优选的,所述步骤(4)中,养护时间为28天。

13、因此,本发明提供了一种抗冻混凝土及其制备方法,具体有益效果如下:

14、(1)初始时,mpcm的加入会破坏水泥浆体的密实结构,导致力学性能下降,但在多次冻融循环后,mpcm的存在有助于减缓和修复微裂纹,提高材料的自愈合能力,从而提升其长期力学性能,在6%的掺量下,mpcm对混凝土的初始力学性能影响较小,这是因为这一比例下mpcm与混凝土材料之间的相容性和分布均匀性达到了最佳状态。

15、(2)掺入6%的mpcm后,混凝土中的水分冻结和融化过程中产生的体积变化得到有效控制,这减少了冻融循环中的微裂纹扩展。此外,mpcm的微胶囊结构能在低温下吸收部分冻胀能量,从而减轻水的冻胀作用对混凝土微观结构的破坏。适当掺量的mpcm不仅改善了材料的抗冻性能,还改善了导热性能,有助于温度在混凝土内部的均匀分布,进而减少因温度梯度产生的内应力。

16、(3)sem揭示了mpcm的微胶囊结构在低温环境下如何通过减少水分的迁移和冻胀来保护混凝土结构。这种保护作用是由于mpcm在结构中形成了类似于“缓冲区”的作用,减少了冻结水分对周围材料的直接压力。

17、(4)mip分析显示,掺入mpcm后,混凝土孔隙结构的变化对其耐久性有重要影响。较小的平均孔径和临界孔径表明,mpcm的加入改善了材料的密实度和均匀性,这对增强其抗冻性能至关重要。这种孔隙结构的优化还可能对材料的渗透性和抗化学侵蚀性能产生积极影响,因为较小和更均匀的孔隙结构可以减少有害物质的侵入和积累。

18、下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征:

1.一种抗冻混凝土,其特征在于,包括以下配合比的原材料:碎石1012kg/m3、水196kg/m3、水泥570kg/m3,河砂和mpcm的质量总和为622kg/m3。

2.如权利要求1所述的一种抗冻混凝土,其特征在于:所述mpcm为河砂和mpcm质量总和的6%-12%。

3.如权利要求1所述的一种抗冻混凝土,其特征在于:所述mpcm为河砂和mpcm质量总和的6%。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种抗冻混凝土的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

5.根据权利要求4所述的一种抗冻混凝土的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中,搅拌时间为90s。

6.根据权利要求4所述的一种抗冻混凝土的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中,搅拌时间为180s。

7.根据权利要求4所述的一种抗冻混凝土的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)中,养护时间为28天。

技术总结本发明公开了一种抗冻混凝土及其制备方法,属于建筑材料技术领域。选取以下配合比的原材料:碎石1012kg/m<supgt;3</supgt;、水196kg/m<supgt;3</supgt;、水泥570kg/m<supgt;3</supgt;,河砂和mPCM的质量总和为622kg/m<supgt;3</supgt;。依次向搅拌机中加入碎石、河砂和水泥,启动搅拌机,搅拌得到混凝土干拌料;将水和mPCM混合均匀后加入搅拌机中继续搅拌得到混凝土湿料;将混凝土湿料浇筑到试模中固化并养护,得到混凝土试件。本发明的制备工艺简单,通过掺杂mPCM取代部分河砂,可以大幅提高混凝土的抗冻性能。技术研发人员:罗光财,闫实,王智超,张学兵,刘建华,田卫东,许政,冯刚,哈吉章,欧万吉受保护的技术使用者:中建五局第二建设有限公司技术研发日:技术公布日:2024/6/18

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