[发明专利]一种环保节能型混凝土抗冻剂

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种用于提高混凝土抗冻性的抗冻剂，特别是一种以废旧橡胶粉为主要成分的混凝土抗冻剂，属建筑材料技术领域。

背景技术

废旧橡胶主要来源于废轮胎、废胶鞋、废胶管以及胶带等橡胶制品，其次来源于橡胶生产过程中产生的边角料及废品，属于工业固体废料。废橡胶属于热固性聚合物材料，自然条件下很难降解。若露天存放，不仅占用土地、恶化自然环境、破坏植物生长，而且经过日晒雨淋后极易滋生蚊虫、传播疾病、危及生态环境。目前，全世界废旧橡胶的年产量约2000万吨，我国废旧橡胶的年产量估计已达150万吨，其中汽车轮胎全世界年报废量有10亿条以上，据统计，我国2002年废旧轮胎达到8000万条，2005年达到1.12亿条。随着汽车工业的飞速发展，我国废旧轮胎的产生量也以每年两位数的速度增长，预计到2010年废旧橡胶的年产量将达到2亿条。如此大量的废橡胶带来很大的环境压力，因而废旧轮胎的处理已迫在眉睫。由于再生胶在生产过程中容易产生二次污染，生产橡胶粉已成为废旧橡胶回收利用的主要途径。另外，我国生胶资源相对紧缺，几乎生胶年消费量的45％需要进口。因此，开展废橡胶粉的综合利用，对保护环境、节约资源具有重要的理论和现实意义。

自19世纪20年代波特兰水泥问世以来，混凝土材料及其应用技术不断得到发展。混凝土现已成为现代土木工程中用量最大、用途最广的建筑材料。如果能根据使用环境对混凝土正确地设计，同时按要求进行施工和养护，混凝土将是一种很耐久的结构材料，其使用寿命可达百年甚至更久。然而，冻融循环作用是世界寒冷地区，特别是严寒地区混凝土破坏的主要原因之一，大多发生在大坝、道路、水池、发电站冷却塔等与水接触的建筑物。过去由于对混凝土冻融破坏问题重视不够，国内外都出现了相当多的混凝土结构因受冻融循环作用而过早破坏的实例。随着混凝土技术的不断发展，人们通过研究发现，在混凝土中掺入引气剂可有效改善混凝土的抗冻性。目前，用于提高混凝土抗冻性的引气剂类型主要有木质树脂盐类、松香早和松香热聚物、皂素类和烷基芳基磺酸盐类。上述引气型抗冻剂虽然可有效提高混凝土的抗冻性，但它们引入的微小气泡在搅拌、运输和浇筑的过程中均不可避免地会出现损失，即通常所说的含气量损伤问题。含气量损失问题使得硬化后混凝土的真实含气量难以设计或控制，混凝土的真实含气量过高，会降低混凝土的强度；含气量过低，难以达到预期的抗冻性。

综上所述，一方面废橡胶给我们带来了严重的环境压力和资源浪费，另一方面，北方寒冷地区的水泥混凝土面临着严重的冻融破坏问题。因此，如果能用橡胶粉来解决混凝土的冻融破坏问题，不但保护环境、节约资源，而且能提高我国寒冷地区混凝土的抗冻性，具有重要的环保效益和经济效益。

发明内容

本发明要解决的技术问题是废橡胶所造成的环境污染问题、混凝土的冻融破坏问题以及在混凝土中添加引气型抗冻剂所产生含气量损失问题。

按照现有的混凝土冻害理论，在混凝土处于冰点以下时，首先是靠近表面的孔隙中的游离水分开始结冰，发生9％左右的体积膨胀。在混凝土内部产生了冻胀应力，从而使未冻结的水分受压后向混凝土内部迁移。当迁移受约束时就产生了静水压力，反复的静水压力使混凝土内部薄弱部分的微裂缝逐渐扩展、连通直至破坏。混凝土中掺入引气剂后，由于引入大量微细气泡，均匀分布在混凝土内部，就可以容纳自由水分的迁移，从而大大地缓和了静水压力，这就可以显著地提高混凝土承受反复冻融循环的能力。申请人通过研究发现，橡胶是高分子弹性体，将橡胶粉掺入混凝土中同样可缓和静水压力，改善混凝土的抗冻性，且橡胶粉作为抗冻剂不存在引气型抗冻剂的含气量损失问题。

根据混凝土的冻融破坏机理可知，水是混凝土产生冻融破坏的必要条件之一。因此，提高混凝土的抗渗性，阻止水分进入混凝土内部也是提高混凝土抗冻性的重要措施之一。已有研究表明，混凝土在承受荷载或外应力之前，由于化学收缩、干燥收缩、碳化、水化产物的再结晶以及浆体与集料热膨胀系数之间的差别等作用，混凝土内部弥散着大量随机分布的微裂纹或孔洞，这些微裂纹或孔洞为水分渗入混凝土内部提供了通道。因此，降低混凝土的收缩，减少混凝土内部微裂纹的数量对提高混凝土的抗冻性也很关键。目前降低混凝土收缩的有效措施是在混凝土中掺入膨胀剂。申请人经过研究，有以下发现：硬石膏与明矾石粉按一定比例复配具有补偿混凝土早期收缩的作用，但其膨胀行为主要产生在28d以前，对混凝土后期(28d龄期以后)收缩的补偿作用不明显。而MgO也可作为混凝土的膨胀剂，其对混凝土收缩的补偿作用主要在体现在28d以后，与硬石膏与明矾石粉的膨胀作用具有互补性。