本發(fā)明涉及建筑材料，特別涉及一種改性高吸水樹脂冰晶、摻雜改性高吸水樹脂冰晶的輕質(zhì)海工混凝土及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著我國港口工程建設(shè)的持續(xù)發(fā)展，海港的規(guī)模不斷擴(kuò)大，外海化、深水化趨勢不斷增強(qiáng)，對結(jié)構(gòu)耐久性的要求不斷提高，高性能海工混凝土的使用量也逐年遞增。

2、在各工程建設(shè)過程中，這些設(shè)施通常處于海水環(huán)境中，海水中的氯離子侵蝕、海水凍融等作用會引起混凝土中的鋼筋銹蝕，導(dǎo)致混凝土開裂、剝落和鋼筋斷裂，降低結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，且大多數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)重量高達(dá)數(shù)萬噸，導(dǎo)致運(yùn)輸及安裝等步驟難度增大。因此要求海工混凝土應(yīng)具有高強(qiáng)度、防腐蝕性強(qiáng)、耐久性好、輕量化等特點(diǎn)，且同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)性的要求。

3、為解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)中通過摻加引氣劑的方式來減少混凝土容重，并提高抗氯離子滲透性能與抗凍性能，且成本低，但引氣劑會引起混凝土強(qiáng)度下降，含氣量超過10%時(shí)，對混凝土強(qiáng)度的影響將超過50%。因此，如何在降低海工混凝土容重的同時(shí)還能保證其抗壓強(qiáng)度、耐久性滿足海港工程要求，仍是本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決如何在降低海工混凝土容重的同時(shí)還能保證其抗壓強(qiáng)度、耐久性滿足海港工程要求的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種改性高吸水樹脂冰晶，由高吸水樹脂顆粒吸水膨脹后冷凍形成冰晶，再經(jīng)改性劑吸附改性制得；

2、所述高吸水樹脂、去離子水和改性劑按重量份數(shù)計(jì)的比例為（2~5）：（500~1200）：（5~12），其中，去離子水和改性劑僅計(jì)算其被高吸水樹脂吸收與吸附的重量；

3、所述改性劑為陰離子表面活性劑、界面增強(qiáng)劑以及納米二氧化硅按重量份數(shù)比（0.1~0.5）：（100~300）：（1~10）的比例混合所得；

4、將所述改性高吸水樹脂冰晶摻雜入混凝土中，通過在混凝土內(nèi)部構(gòu)建封閉孔洞，能夠達(dá)到降低海工混凝土容重的效果，同時(shí)，所述改性高吸水樹脂冰晶表面還附著有改性劑，能夠作用于混凝土孔壁，增強(qiáng)孔壁強(qiáng)度，從而保證了海工混凝土抗壓強(qiáng)度、耐久性滿足海港工程要求。

5、在一實(shí)施例中，所述高吸水樹脂顆粒粒徑為0.01~1?mm；所述陰離子表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基聚氧乙烯醚硫酸鈉和α-烯基磺酸鈉中的任意一種，含固量為0.2%~0.7%；所述界面增強(qiáng)劑為乳液型界面增強(qiáng)劑或者溶液型界面增強(qiáng)劑；所述納米二氧化硅粒徑為50~100?nm，純度≥98%。

6、在一實(shí)施例中，所述改性高吸水樹脂冰晶制備過程為：

7、s100、將所述高吸水樹脂顆粒倒入去離子水中并充分?jǐn)嚢瑁怪浞治蛎洠玫綆z的溶液，將溶液中的剩余的去離子水分離去除，得到高吸水樹脂凝膠；

8、s101、在室溫為-5~0℃的低溫實(shí)驗(yàn)室中，將所述高吸水樹脂凝膠均勻鋪覆于細(xì)網(wǎng)格表面，放入冷凍裝置中冷凍6~10?h，冷凍結(jié)束后進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)分散，得到高吸水樹脂冰晶；

9、s102、在室溫為-5~0℃的低溫實(shí)驗(yàn)室中，將所述高吸水樹脂冰晶倒入改性劑中，旋轉(zhuǎn)攪拌2~10?min，過濾，即得所述改性高吸水樹脂冰晶。

10、進(jìn)一步的，步驟s100中，所述高吸水樹脂顆粒與去離子水的添加量按重量份數(shù)計(jì)的比例為（2~5）：（1200~2000）；步驟s102中，所述高吸水樹脂冰晶與改性劑的添加量按重量份數(shù)計(jì)的比例為（1~5）：（3~10）。

11、本發(fā)明還提供一種采用了如上任一項(xiàng)所述的改性高吸水樹脂冰晶的摻雜改性高吸水樹脂冰晶的輕質(zhì)海工混凝土的制備方法，包括以下步驟：

12、s200、在室溫為-5~0℃的低溫實(shí)驗(yàn)室中，按重量份數(shù)計(jì)，將水泥、超細(xì)粉和石粉混合均勻，得到混合物a，將粗骨料和細(xì)骨料混合均勻，得到混合物b，將高性能減水劑、高性能引氣劑和水混合均勻，得到混合液c，稱取改性高吸水樹脂冰晶；

13、s201、在室溫為-5~0℃的低溫實(shí)驗(yàn)室中，將混合物a和混合物b混合，攪拌10~30?s，再倒入混合液c，攪拌180~240?s，最后倒入改性高吸水樹脂冰晶，攪拌20~40?s，得到擴(kuò)展度在450~500?mm范圍的拌合物；

14、s202、在室溫為-5~0℃的低溫實(shí)驗(yàn)室中，將所述拌合物倒入固定模具中，振動(dòng)成型并輥壓，上層用薄膜密封，硬化后帶模放入80~90℃的蒸汽養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)0.5~1?d，再放于自然環(huán)境中養(yǎng)護(hù)，即得所述摻雜改性高吸水樹脂冰晶的輕質(zhì)海工混凝土。

15、在一實(shí)施例中，各組分配比按照重量份數(shù)為：

16、水泥270~350份

17、改性高吸水樹脂冰晶45~70份

18、超細(xì)粉150~200份

19、石粉20~30份

20、粗骨料700~800份

21、細(xì)骨料700~800份

22、高性能減水劑5~11份

23、高性能引氣劑0.6~2份

24、水125~140份。

25、在一實(shí)施例中，所述水泥為p·o?42.5r水泥、p·o?52.5水泥和p·ii?52.5水泥中的任意一種；所述超細(xì)粉為多種礦物摻合料研磨后的混合細(xì)化產(chǎn)物，粒徑為0.1~30?μm，所述礦物摻合料為粉煤灰、礦渣粉、硅灰和微珠中的任意兩種或者任意幾種的組合；所述石粉為石灰石粉、大理石粉、花崗石粉和陶瓷拋光粉中的任意一種或者任意幾種的組合，且所述石粉碳酸鈣含量為82%~87%，細(xì)度為8%~13%，28d活性指數(shù)為80%~95%，流動(dòng)度比為97%~103%；所述粗骨料為粒徑為5~10?mm的碎石、5~16?mm的碎石、5~20?mm的碎石、10~20?mm的碎石中的任意一種或者任意幾種的組合，且所述粗骨料表觀密度為2650~2670?kg/m3，空隙率為39%~42%，壓碎值為2%~4%；所述細(xì)骨料為機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)為2.5~2.8，表觀密度為2590~2630?kg/m3，空隙率為40%~44%，壓碎值為20%~25%。

26、在一實(shí)施例中，所述高性能減水劑由聚羧酸降粘型減水母液、保坍劑、纖維素、促凝劑、調(diào)節(jié)劑和水復(fù)配而成，含固量為12%~15%，減水率為25%~30%，28d抗壓強(qiáng)度比為140%~150%。

27、在一實(shí)施例中，所述高性能引氣劑為陰離子型引氣劑、陽離子型引氣劑、非離子型引氣劑和兩性型引氣劑中的任意一種或者任意幾種的組合。

28、本發(fā)明還提供一種摻雜改性高吸水樹脂冰晶的輕質(zhì)海工混凝土，由如上任一項(xiàng)所述的摻雜改性高吸水樹脂冰晶的輕質(zhì)海工混凝土的制備方法制得。

29、本發(fā)明提供的改性高吸水樹脂冰晶，通過將高吸水樹脂顆粒制成冰晶結(jié)構(gòu)，摻雜入混凝土中，能夠在混凝土內(nèi)部均勻分布并形成封閉孔洞，且所述冰晶結(jié)構(gòu)能夠緩慢釋放水分，使得混凝土內(nèi)部漿體結(jié)構(gòu)充分水化，卻不會因強(qiáng)堿性的水泥漿體體系而大量失水，維持了混凝土內(nèi)部水膠比保持在穩(wěn)定的較低水平，達(dá)到降低混凝土容重的效果，有效解決了混凝土表觀密度大的問題。

30、本發(fā)明提供的改性高吸水樹脂冰晶，在冰晶表面附著有改性材料，所述改性材料包括陰離子表面活性劑、界面增強(qiáng)劑和納米二氧化硅；其中，界面增強(qiáng)劑具有較強(qiáng)界面滲透性，能與混凝土孔壁結(jié)合，形成堅(jiān)硬的結(jié)晶薄膜，從而增強(qiáng)混凝土界面強(qiáng)度；納米二氧化硅的比表面積通常為水泥顆粒的成百上千倍，因此在較低的用量時(shí)就可以提供數(shù)量巨大的晶核，能夠大幅加速水泥水化產(chǎn)物的結(jié)晶及生長速率，增加了水化產(chǎn)物的均勻性和密實(shí)性；而陰離子表面活性劑則作為分散劑，分散納米二氧化硅，減少其在界面增強(qiáng)劑中的團(tuán)聚，使之均勻分散；以上三者協(xié)同作用，附著于改性高吸水樹脂冰晶表面與孔洞表面相接觸，綜合增強(qiáng)孔壁強(qiáng)度，從而提高混凝土的力學(xué)性能和耐久性能。

31、本發(fā)明提供的摻雜改性高吸水樹脂冰晶的輕質(zhì)海工混凝土，通過摻入改性高吸水樹脂冰晶、高性能引氣劑在混凝土內(nèi)部共同構(gòu)建封閉孔洞，以達(dá)到降低混凝土容重的效果，解決混凝土表觀密度大的問題；進(jìn)一步的，冰晶化的高吸水樹脂較之普通僅經(jīng)預(yù)吸水處理的高吸水樹脂，能夠更長時(shí)間地存在于混凝土內(nèi)部，不易受混凝土內(nèi)部強(qiáng)堿性水泥漿體影響而過早、過快釋水，而是依據(jù)其內(nèi)部水化熱緩慢釋水，其所構(gòu)建的孔結(jié)構(gòu)尺寸大于普通預(yù)吸水處理的高吸水樹脂所能構(gòu)建的孔洞尺寸，降低混凝土容重效果更為顯著；此外，由于本發(fā)明特別采用的是表面附著有改性劑的改性高吸水樹脂冰晶，所述改性劑能夠作用于微孔孔壁，增強(qiáng)孔壁強(qiáng)度，從而有效降低了以造孔的方式降低海工混凝土容重時(shí)難以避免的抗壓強(qiáng)度、耐久性性能的損失，使之仍舊能夠滿足海港工程的要求。

32、本發(fā)明提供的摻雜改性高吸水樹脂冰晶的輕質(zhì)海工混凝土，特別采用了高性能減水劑作為原料組成之一，所述高性能減水劑對膠凝材料具有強(qiáng)烈的分散作用，可顯著降低漿體粘度，特別適用于水膠比低的混凝土；此外，還特別采用了高性能引氣劑，所述高性能引氣劑可在混凝土中引入細(xì)膩氣泡，而在聚羧酸減水劑中攪拌起泡少，便于兩者混合使用，進(jìn)一步的，由于其在混凝土中引入的氣泡細(xì)膩且均勻，因而不易形成連通大孔，從而能夠控制引氣造孔對混凝土性能的影響。

33、本發(fā)明提供的摻雜改性高吸水樹脂冰晶的輕質(zhì)海工混凝土的制備方法，采用振動(dòng)輥壓成型配合蒸汽養(yǎng)護(hù)優(yōu)化制備工藝，其中，振動(dòng)輥壓成型能夠確保內(nèi)部材料連接緊密，而蒸汽養(yǎng)護(hù)則能夠加快漿體內(nèi)部硬化，使改性高吸水樹脂冰晶更早地形成微小孔洞，并達(dá)到活化各膠凝材料的效果，提升混凝土性能。

34、綜合上述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的改性高吸水樹脂冰晶、摻雜改性高吸水樹脂冰晶的輕質(zhì)海工混凝土及其制備方法，在海工混凝土中摻入改性高吸水樹脂冰晶與高性能引氣劑，在混凝土內(nèi)部均勻造孔，有效解決了混凝土表觀密度大的問題，降低了混凝土容重，且所述改性高吸水樹脂冰晶不僅能對孔壁進(jìn)行強(qiáng)化作用，減少因造孔引氣而伴隨的抗壓強(qiáng)度、耐久性性能損失，還能夠在較長時(shí)間內(nèi)持續(xù)為混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供充足的水分養(yǎng)護(hù)，配合短期蒸汽養(yǎng)護(hù)即可保證混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求，縮短了制備工期。