一种石灰石机制砂混凝土改性剂及含其的混凝土的制作方法

【技术领域】

本发明涉及道路建筑材料领域，特别涉及建筑材料外加剂技术领域，具体涉及一种石灰石机制砂混凝土改性剂及含其的混凝土。

背景技术：

水泥混凝土路面作为高等级路面的一种，近年来，在我国公路建设中尤其是在交通繁忙和轴载作用大的路段占有相当大的比例。在修筑新水泥混凝土路面时常用天然砂作为细集料，天然砂是指粒径在0-5mm范围的集料，由岩石风化流水冲刷而形成，天然砂是一种分地方性的不可再生资源。

国内由于基础建设的需要，天然砂需求量很大，于是在利益的驱使下，毁田挖砂、破坏河道挖砂的情况比目皆是，不但破坏了有限耕地，而且由此引发了不少工程事故。近几年，随着国家对环保的重视，天然砂的采集越来越难，很多地区的天然砂资源短缺，供不应求的现象随时发生，因而在工程中广泛运用机制砂替代天然砂。目前，机制砂已成为建设用砂的重要来源。机制砂可大大缓解天然砂资源稀缺的地区压力。

但是，由于石灰岩制得的机制砂化学成分主要是碳酸钙，基于石灰岩的机制砂水泥混凝土路面的耐磨性比天然砂水泥混凝土路面差。为了解决这一问题，现有研究一般是使用混凝土改性剂来改善混凝土的早期强度、耐磨性之类，因为水泥、砂浆和混凝土是多种材料的混合物，有一定的孔隙率，使用过程中常受到外界环境的侵蚀而被破坏，如氯离子侵蚀、硫酸盐破坏和碳化破坏等。对水泥、砂浆和混凝土表面进行处理是最常用的防护措施，主要是在表面形成防护层抑制外部腐蚀介质的进入从而抵抗侵蚀。目前国内外有一些应用技术的研究，如专利文献cn02136959.3公开了一种渗透性混凝土防护剂及其制备方法，采用水化硅酸钠为主剂，并加入激发促进剂，将其混合制得。再如专利文献cn200610029739.0公开了一种混凝土防护溶胶，主要成分为硅酸钠、硅酸钾和水组成，该溶胶能克服混合水溶液在水泥、砂浆和混凝土结构防护中出现的问题，可以全面、有效地保护水泥、砂浆和混凝土，提高水泥、砂浆和混凝土的耐久性。

因此，加强对石灰石机制砂水泥混凝土的抗压抗折强度和耐磨性能的研究，开发新型石灰石机制砂混凝土改性剂具有很好的市场前景。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中的缺陷，提供一种石灰石机制砂混凝土改性剂及含其的混凝土，本发明的石灰石机制砂混凝土改性剂是一种新型石灰石机制砂混凝土改性剂，能提高石灰石机制砂水泥混凝土的抗压抗折强度和耐磨性，为新型改性剂应用于道路路面提供了参考。

本发明所述的一种石灰石机制砂混凝土改性剂，由以下质量份数的原材料制成：

固含量为15-50％的纳米胶体二氧化硅5-7份、疏水剂4-7份；

所述疏水剂选自荷叶型疏水剂、水性蜡基型疏水剂中的一种。

优选的，本发明所述的纳米胶体二氧化硅为纳米无机材料。

优选的，本发明所述的一种石灰石机制砂混凝土改性剂，由以下质量份数的原材料制成：固含量为50％的纳米胶体二氧化硅5-7份、荷叶型疏水剂4-6份。

优选的，本发明所述的一种石灰石机制砂混凝土改性剂，由以下质量份数的原材料制成：固含量为50％的纳米胶体二氧化硅6份、水性蜡基型疏水剂7份。

优选的，本发明所述的一种石灰石机制砂混凝土改性剂，由以下质量份数的原材料制成：固含量为15％的纳米胶体二氧化硅7份、荷叶型疏水剂7份。

本发明还涉及一种混凝土，所述混凝土中石灰石机制砂混凝土改性剂的质量为混凝土中水泥质量的5-7％。

本发明还涉及上述一种混凝土的施工方法，包括如下步骤：

1)按照配比称取以下组分：普通硅酸盐水泥、石灰石机制砂、石灰石碎石、水、上述石灰石机制砂混凝土改性剂；

2)将上述石灰石机制砂混凝土改性剂加入到称取的水中搅拌均匀形成混合溶液，然后与其他材料加入混凝土搅拌机中，得到所述的混凝土。

和现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明得到的石灰石机制砂混凝土改性剂，添加到混凝土中，可以提高混凝土的抗压抗折强度，耐磨性和抗滑性能。而且，本发明的石灰石机制砂混凝土改性剂，其原材料为绿色环保材料，相比于硅灰、硅粉等粉状材料，降低了在施工中对人的危害性，减少了空气中微颗粒尘的污染。含有本发明石灰石机制砂混凝土改性剂的混凝土制备工艺简单，成本低廉，应用范围广泛。

2、本发明所用纳米胶体二氧化硅的固含量控制在15～50％，如果固含量低于15％，将增加水泥混凝土的单位用水量，不利于提高混凝土的抗压抗折强度；如果固含量高于50％，所用纳米胶体二氧化硅的稠度高，不易于纳米胶体二氧化硅在混凝土中均匀分散。本发明所用荷叶型疏水剂、水性蜡基型疏水剂的产品成熟，价格低廉，技术性能稳定。

3、本发明在混凝土中掺入纳米胶体二氧化硅，不仅改善了水泥颗粒级配填充效应，即利用纳米二氧化硅本身纳米级微尺度颗粒填充水泥颗粒之间的孔隙；同时纳米胶体二氧化硅能吸附硅酸三钙水化释放的钙离子，促进二氧化硅颗粒周围形成氢氧化钙晶核，加快水泥矿物中硅酸三钙的水化速率，且与氢氧化钙发生二次水化反应，生产更多的水化硅酸盐凝胶，减少氢氧化钙含量；而且纳米二氧化硅颗粒可填充到水化硅酸钙凝胶中，使得混凝土更为致密，减少混凝土的微孔隙，减小微孔隙尺寸，进而提高水泥混凝土强度、抗渗性，延长混凝土的使用寿命。

4、在生产中，溶解了化学物质的水进入会对水泥混凝土材料的性能产生不利影响，本发明所使用的疏水剂(荷叶型疏水剂、水性蜡基型疏水剂)可通过在碱性环境中释放氢离子，产生三维体积的疏水化作用，继而对水和某些其他液体具有超疏水作用，对混凝土结构保持干燥，起到防潮防水作用，减少水及溶于水中的化学物质与钢筋接触的几率，减少混凝土电通量，防止钢筋锈蚀。纳米胶体二氧化硅和疏水剂，与水化硅酸盐凝胶共同形成类玻璃结构，该类玻璃结构具有疏水作用，可以排除普通水，盐水和水溶性酸或碱，具有良好的防腐蚀作用。

【附图说明】

图1是实施例1中添加石灰石机制砂混凝土改性剂后的混凝土水化机理示意图。

图2是对比例1中没有添加石灰石机制砂混凝土改性剂后的混凝土水化机理示意图。

附图标记：1、水泥；2、sio2；3、碎石；4、氢氧化钙；5、水化硅酸钙凝胶。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

实施例1：

一种石灰石机制砂混凝土改性剂，由以下质量份数的原材料制成：

固含量为50％的纳米胶体二氧化硅5份、荷叶型疏水剂6份。

一种混凝土，所述混凝土中石灰石机制砂混凝土改性剂的质量为混凝土中水泥质量的5％，混合均匀即可。

上述一种混凝土的施工方法，包括如下步骤：

1)按照配比称取以下组分：普通硅酸盐水泥、石灰石机制砂、石灰石碎石、水、上述石灰石机制砂混凝土改性剂；

2)将上述石灰石机制砂混凝土改性剂加入到称取的水中搅拌均匀形成混合溶液，然后与其他材料加入混凝土搅拌机中，得到所述的混凝土。(下述实施例和对比例的混凝土的施工方法同本实施例)

实施例2：

一种石灰石机制砂混凝土改性剂，由以下质量份数的原材料制成：

固含量为50％的纳米胶体二氧化硅6份、水性蜡基型疏水剂7份。

一种混凝土，所述混凝土中石灰石机制砂混凝土改性剂的质量为混凝土中水泥质量的6％。

实施例3：

一种石灰石机制砂混凝土改性剂，由以下质量份数的原材料制成：

固含量为50％的纳米胶体二氧化硅7份、荷叶型疏水剂4份。

一种混凝土，所述混凝土中石灰石机制砂混凝土改性剂的质量为混凝土中水泥质量的7％。

实施例4：

一种石灰石机制砂混凝土改性剂，由以下质量份数的原材料制成：

固含量为15％的纳米胶体二氧化硅7份、荷叶型疏水剂4份。

一种混凝土，所述混凝土中石灰石机制砂混凝土改性剂的质量为混凝土中水泥质量的7％。

实施例5：

一种石灰石机制砂混凝土改性剂，由以下质量份数的原材料制成：

固含量为50％的纳米胶体二氧化硅4份、水性蜡基型疏水剂7份。

一种混凝土，所述混凝土中石灰石机制砂混凝土改性剂的质量为混凝土中水泥质量的4％。

实施例6：

一种石灰石机制砂混凝土改性剂，由以下质量份数的原材料制成：

固含量为30％的纳米胶体二氧化硅5份、水性蜡基型疏水剂7份。

一种混凝土，所述混凝土中石灰石机制砂混凝土改性剂的质量为混凝土中水泥质量的5％。

实施例7：

一种石灰石机制砂混凝土改性剂，由以下质量份数的原材料制成：

固含量为15％的纳米胶体二氧化硅6份、水性蜡基型疏水剂7份。

一种混凝土，所述混凝土中石灰石机制砂混凝土改性剂的质量为混凝土中水泥质量的5％。

对比例1：

没有添加实施例1的石灰石机制砂混凝土改性剂的混凝土。

对比例2：

混凝土改性剂，由固含量为50％的纳米胶体二氧化硅组成，其他操作同实施例1。

对比例3：

混凝土改性剂，由荷叶型疏水剂组成，其他操作同实施例1。

对比例4：

和实施例1相比，疏水剂替换为硅氧烷型疏水剂，其他操作同实施例1。

实验例：

利用混凝土抗压抗折试验机对得到的混凝土进行抗折强度、抗压强度测试；利用混凝土磨耗试验机对得到的混凝土进行磨损量测试。

结果分析：

1、由混凝土的抗折强度、抗压强度、磨损量的技术指标数据说明，实施例的石灰石机制砂混凝土改性剂中加入了固含量为15-50％的纳米胶体二氧化硅、荷叶型疏水剂或水性蜡基型疏水剂，可以看出(图1)水泥水化后产生的氢氧化钙使得本就呈碱性的混凝土碱性更大，其与纳米胶体二氧化硅发生化学反应生成水化硅酸钙凝胶，利用纳米胶体二氧化硅的二次水化反应，晶核效应以及微集料填充效应提高其混凝土抗压抗折强度以及耐磨性能。

2、对比例1中未添加水泥改性剂，由图2可以看出，和实施例相比未发生二次水化反应状态，胶体颗粒粒径小、表面积大，表面存在大量羟基基团，呈极性，亲水性强，颗粒相互作用成链状分布在水泥和粗细集料的孔隙之间。

3、对比例2中仅添加纳米胶体二氧化硅，增加了混凝土的稠度，影响混凝土的流动度，影响水泥的充分水化，进而约降低了混凝土强度和耐磨性。

4、对比例3中仅添加荷叶型疏水剂，稍降低了混凝土强度，增大了混凝土的磨损量。

5、对比例4中在混凝土仅添加硅氧烷疏水剂，对混凝土强度增强有限，增大了混凝土的磨损量。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。

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