本申请涉及混凝土建材的领域，更具体地说，它涉及一种高抗冻性混凝土及其制备方法。
背景技术：
我国地域辽阔，有相当大的部分处于严寒地带，致使不少水工建筑物发生了冻融破坏现象。尤其在东北严寒地区，兴建的水工商品混凝土建筑物，大多数工程局部或大面积地遭受不同程度的冻融破坏。因此，商品混凝土的冻融破坏是我国建筑物老化病害的主要问题之一，严重影响了建筑物的长久使用和安全运行。
影响混凝土材料的抗冻性的主要因素有混凝土中的孔结构以及含水量。当混凝土材料中的含水量达到一定的比值时，在低温的条件下，混凝土中的水分就会冻结，冻结之后的体积增大使得路面或者建筑物的表面剥落，当剥落到一定程度之后，严重时还可以看见内层的石子、骨料等的填充物。此外，当昼夜温差较大时，在白天的高温下，冻结的水分挥发，会在混凝土的内部形成较多的空隙，这样在很大的程度上影响了混凝土的结构以及耐久性。
为了改善混凝土材料的抗冻性，目前绝大多数混凝土中都通过添加高效减水剂来降低水胶比，从而减少水含量。但是减水剂的用量不宜过多，否则过量的减水剂将导致混凝土的坍落度损失变大，混凝土施工性能下降。因此，发明人认为，如何研发一种同时兼备优异的抗冻性能和施工性能的高抗冻性混凝土是重中之重。
技术实现要素：
为了改善混凝土的抗冻性能和施工性能，本申请提供一种高抗冻性混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种高抗冻性混凝土，采用如下的技术方案：
一种高抗冻性混凝土，其原料包括以下重量份数的组分：碎石800-1000份、细砂650-850份、硅酸盐水泥250-300份、水100-130份、硅胶粉50-80份、膨润土10-15份、聚丙烯纤维5-10份、减水剂5-8份、抗冻剂4-6份。
通过采用上述技术方案，混凝土配方中添加硅胶粉、膨润土，硅胶粉和膨润土具有良好的吸附性和保水性，可有效减少混凝土拌合料中的自由水含量，降低水灰比，研究表明，水灰比小于0.30的混凝土具有非常高的抗冻性，从而有效改善混凝土的抗冻性能。
而且，由于硅胶粉、膨润土的吸附性和保水性，可降低减水剂的用量，从而保障混凝土具有良好的施工性能。除此之外，混凝土配方中还添加有抗冻剂，直接降低混凝土中水的冰点，进一步改善混凝土的抗冻性能。
优选的，所述高抗冻性混凝土的原料包括以下重量份数的组分：碎石850-950份、细砂700-800份、硅酸盐水泥260-280份、水110-120份、硅胶粉60-70份、膨润土13-15份、聚丙烯纤维5-8份、减水剂5-8份、抗冻剂4-6份。
通过采用上述技术方案，由实验数据可知，混凝土的原料组分采用上述配比时，混凝土的抗冻性能和施工性能更加优异。
优选的，所述抗冻剂包括甲醇、乙醇、乙二醇的至少一种。
通过采用上述技术方案，甲醇、乙醇和乙二醇都可以有效降低水的冰点，从而提高混凝土的抗冻性能，且此三种物质廉价易得，化学性质稳定，可高效稳定地提高混凝土的抗冻性能。
优选的，其原料还包括引气剂5-7份。
通过采用上述技术方案，引气剂可以使混凝土内气泡更小且更加均匀，从而改善混凝土内部结构以提高混凝土的抗冻性能及其他力学性能。
优选的，所述引气剂包括质量比为2：1:1的脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚乙烯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠。
通过采用上述技术方案，脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚乙烯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠均属于脂肪醇及其盐类引气剂，具有气泡结构好、气泡半径小、抗冻指标高且水溶性好等优异性能，可有效改善混凝土结构并增强混凝土抗冻性能与其他力学性能。
优选的，所述硅胶粉的粒度为40-75μm，比表面积为600-800m2/g，孔径为20-30a°。
通过采用上述技术方案，粒度在40-75μm、比表面积为600-800m2/g、孔径为20-30a°的硅胶粉具有更高的吸附性能和活性，且粒度更小，更易于填充混凝土中的结构缺陷，对于混凝土的抗冻性能及力学性能提高更加明显。
优选的，所述减水剂包括质量比为3:2:1的氨基苯磺酸、苯酚和甲醛。
通过采用上述技术方案，氨基苯磺酸、苯酚和甲醛都具有良好的亲水性，可与混凝土中其他拌合料充分混合并分散均匀，更好地起到减水效果。
第二方面，本申请提供一种高抗冻性混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种高抗冻性混凝土的制备方法，包括以下步骤：
s1.主料拌合：将细砂、硅酸盐水泥混合并搅拌均匀，加入碎石搅拌均匀，得预混主料；
s2.辅料拌合：硅胶粉、膨润土混合并搅拌均匀，加入聚丙烯纤维和40％的水，搅拌均匀，得浆状物辅料；
s3.外加剂拌合：将s2步骤得到浆状物辅料添加至s1步骤得到的预混主料中，边添加浆状物辅料边搅拌并加入剩余的60％的水，搅拌分散均匀，再加入减水剂和抗冻剂，搅拌均匀得拌合混凝土。
通过采用上述技术方案，s1步骤中，将混凝土中的主料细砂、硅酸盐水泥和碎石混合并搅拌均匀，形成的拌合主料质地均匀，性能稳定；s2步骤中，将硅胶粉、膨润土和聚丙烯纤维等辅料进行拌合，并加入部分水形成浆状物，可使具有吸附性的硅胶粉、膨润土充分吸收水分，并使聚丙烯纤维被充分吸附在硅胶粉和膨润土上，便于随着硅胶粉和膨润土进行分散；s3步骤中，在向预混主料中添加浆状物辅料时，边添加浆状物辅料边添加剩余的60％的水，可使预混主料充分润湿并与浆状物辅料充分分散，减少物料拌合过程中粉料团聚、成块现象，更好地改善拌合混凝土的内部结构缺陷，提高拌合混凝土的物理性能。
优选的，s3步骤中，减水剂和抗冻剂预先混合分散均匀，再共同加入至预混主料和浆状物辅料的混合物中。
通过采用上述技术方案，减水剂和抗冻剂预先混合分散均匀，可使减水剂和抗冻剂同步在混凝土其他拌合料中进行分散，减水和抗冻效果协同更好。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用硅胶粉、膨润土，由于硅胶粉和膨润土具有良好的吸附性和保水性，可有效减少混凝土拌合料中的自由水含量，降低水灰比，研究表明，水灰比小于0.30的混凝土具有非常高的抗冻性，从而有效改善混凝土的抗冻性能。
2、本申请中采用硅胶粉、膨润土，可降低减水剂的用量，从而保障混凝土具有良好的施工性能，除此之外，混凝土配方中还添加有抗冻剂，直接降低混凝土中水的冰点，配合引气剂使混凝土内气泡更小且更加均匀，进一步改善混凝土的抗冻性能。
3、本申请的方法，通过将主料(细砂、硅酸盐水泥和碎石)、辅料(硅胶粉、膨润土和聚丙烯纤维)分开进行混合拌制，使拌合主料质地均匀、性能稳定，辅料中的硅胶粉、膨润土充分吸收水分，并使聚丙烯纤维被充分吸附在硅胶粉和膨润土上；最后在向预混主料中添加浆状物辅料时，边添加浆状物辅料边添加剩余的60％的水，可使预混主料充分润湿并与浆状物辅料充分分散，减少物料拌合过程中粉料团聚、成块现象，更好地改善拌合混凝土的内部结构缺陷，提高拌合混凝土的物理性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明，予以说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所有原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
实施例
实施例1
一种高抗冻性混凝土，其原料组分及用量如表1所示。
表1实施例1-6原料组分用量表
其中，抗冻剂为氯化钙。
硅胶粉的粒度为150-250μm，比表面积为300-400m2/g，孔径为80-100a°。
减水剂为木质素磺酸钠。
本实施例还提供一种抗冻性混凝土的制备方法，包括以下步骤：s1.主料拌合：将细砂、硅酸盐水泥混合并搅拌均匀，加入碎石搅拌均匀，得预混主料；s2.辅料拌合：硅胶粉、膨润土混合并搅拌均匀，加入聚丙烯纤维和40％的水，搅拌均匀，得浆状物辅料；
s3.外加剂拌合：将s2步骤得到浆状物辅料添加至s1步骤得到的预混主料中，边添加浆状物辅料边搅拌并加入剩余的60％的水，搅拌分散均匀，再加入减水剂和抗冻剂，搅拌均匀得拌合混凝土。
实施例2
一种高抗冻性混凝土，其原料组分及用量如表1所示。
其中，抗冻剂为氯化钙。
硅胶粉的粒度为150-250μm，比表面积为300-400m2/g，孔径为80-100a°。
减水剂为木质素磺酸钠。
本实施例还提供一种抗冻性混凝土的制备方法，包括以下步骤：s1.主料拌合：将细砂、硅酸盐水泥混合并搅拌均匀，加入碎石搅拌均匀，得预混主料；s2.辅料拌合：硅胶粉、膨润土混合并搅拌均匀，加入聚丙烯纤维和40％的水，搅拌均匀，得浆状物辅料；
s3.外加剂拌合：将s2步骤得到浆状物辅料添加至s1步骤得到的预混主料中，边添加浆状物辅料边搅拌并加入剩余的60％的水，搅拌分散均匀，再加入减水剂、抗冻剂和引气剂，搅拌均匀得拌合混凝土。
实施例3
一种高抗冻性混凝土，本实施例与实施例2的区别在于，其原料组分及用量如表1所示。
实施例4
一种高抗冻性混凝土，本实施例与实施例2的区别在于，其原料组分及用量如表1所示。
实施例5
一种高抗冻性混凝土，本实施例与实施例2的区别在于，其原料组分及用量如表1所示。
实施例6
一种高抗冻性混凝土，本实施例与实施例2的区别在于，其原料组分及用量如表1所示。
实施例7
一种高抗冻性混凝土，本实施例与实施例2的区别在于，不含有引气剂。
实施例8
一种高抗冻性混凝土，本实施例与实施例4的区别在于，抗冻剂为乙二醇。
实施例9
一种高抗冻性混凝土，本实施例与实施例4的区别在于，抗冻剂为甲醇、乙醇以质量比为1:1复配的混合物。
实施例10
一种高抗冻性混凝土，本实施例与实施例4的区别在于，抗冻剂为甲醇、乙醇、乙二醇以质量比为1:1：1复配的混合物。
实施例11
一种高抗冻性混凝土，本实施例与实施例8的区别在于，引气剂由脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚乙烯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠以质量比为2：1:1复配而成。
实施例12
一种高抗冻性混凝土，本实施例与实施例11的区别在于，硅胶粉的粒度为40-75μm，比表面积为600-800m2/g，孔径为20-30a°。
实施例13
一种高抗冻性混凝土，本实施例与实施例12的区别在于，减水剂由质量比为3:2:1的氨基苯磺酸、苯酚和甲醛复配而成。
实施例14
一种高抗冻性混凝土的制备方法，本实施例与实施例13的区别在于，s3步骤中，将s2步骤得到浆状物辅料添加至s1步骤得到的预混主料中，边添加浆状物辅料边搅拌并加入剩余的60％的水，搅拌分散均匀；再将减水剂与抗冻剂混合并搅拌均匀，然后共同加入至预混主料和浆状物辅料的混合物中，搅拌均匀得拌合混凝土。
对比例
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，将硅胶粉、膨润土等质量替换成硅酸盐水泥。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，将抗冻剂等质量替换成减水剂。
性能检测试验
(1)测试实施例1-14和对比例1-2中拌合混凝土的坍落度，测试结果如表2所示；
(2)按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》gb/t50082—2009对实施例1-9和对比例1-2所制得的混凝土试件进行抗冻试验。抗冻试验通过测定混凝土试件在标准养护28d后经过冻融试验后的冻融抗压强度来表征混凝土试件的抗冻性，并记试件标准养护28d后在进行冻融试验之前的抗压强度为初始抗压强度。测试结果如表2。
表2性能测试数据表
结合实施例1-6和表2可以看出，本申请各实施例所制备的高抗冻性混凝土坍落度在520-580mm之间，初始抗压强度在22mpa以上，冻融抗压强度在21mpa以上，冻融试验后的强度损率在5％以下，说明本申请所制备的高抗冻性混凝土具有适宜的坍落度，即施工性能良好，同时兼备更好的抗冻性能。
结合实施例7-14并结合表2可以看出，本申请引入引气剂、对抗冻剂的种类选择、引气剂的种类选择、硅胶粉的参数指标选择、减水剂的选种类择均不同程度上地改善混凝土的抗冻性能或施工性能。结合对比例1-2可知，本申请方案的混凝土配方中，硅胶粉和膨润土对提高混凝土的抗冻性和兼顾良好的施工性能起到关键作用，抗冻剂也是影响混凝土抗冻性的关键因素。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。