本发明专利技术提供一种温敏水凝胶在提高混凝土抗冻融性能中的应用，混凝土制备原料包括温敏水凝胶、水泥、集料和水，本发明专利技术在混凝土中掺入温敏水凝胶，可在不影响混凝土力学性能的前提下，明显降低混凝土的质量损失，提高混凝土的抗破坏强度。通过温敏水凝胶释水而促进混凝土内水泥颗粒的水化进程，增大混凝土密实度，从而提高混凝土抗冻性。在混凝土中掺入温敏水凝胶，通过温敏水凝胶的高低温相变产生的体积膨胀和收缩，抵抗混凝土的体积收缩和膨胀，实现混凝土抗冻性能的改善。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于道路材料领域，涉及水泥混凝土材料，具体涉及一种水泥混凝土中掺入温敏水凝胶使其具有抵抗冻融损伤性能的应用。
技术介绍
混凝土冻融破坏是在水和冻融循环共同作用下的混凝土破坏形式，主要表现为内部微裂纹和表面剥蚀。通常情况下，混凝土在低温时体积收缩，高温时体积膨胀，这种冻害作用在多次累积之后，最终会使得混凝土结构物膨胀、开裂、剥蚀和溃散，造成结构失效。冻融破坏是我国东北、西北和华北地区混凝土结构工程中最常见的破坏，在寒冷地区经常与水接触的混凝土结构物，几乎100％的工程局部或大面积地遭受不同程度的冻融破坏，有的工程在施工过程中或竣工后不久即发生严重的冻害，会加快混凝土结构性能劣化，严重威胁结构物的安全和服役寿命，导致国民财产和经济的巨大损失。因此，分析混凝土冻融破的原因，考虑引起混凝土冻融破坏的各种影响因素，改善混凝土在冻融环境下的耐久性能是非常有必要的。目前，针对改善混凝土抗冻性的主要措施有以下几种：降低混凝土水胶比、掺加引气剂、严格控制集料质量。降低水胶比可在一定程度上降低混凝土饱水度，但降低水胶比对开孔体积的影响是非常有限的，这种方法的有效性并不高。掺加引气剂是在混凝土中有目的地引入大量微小的气泡以提高混凝土中含气量和减小平均气泡间距，从而提高混凝土抗冻性，但含气量越大，混凝土抗压强度越低，通常每单位含气量使得混凝土抗压强度损失3～6％，因此在提高抗冻性的同时会大大损失结构的承载力。由此可见，研发一种新型的具有抗冻融性能的混凝土，来有效改善我国寒冷地区混凝土易发生冻融破坏这一现象，是亟待解决的重要问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种温敏水凝胶，用于提高混凝土抗冻融性能，解决现有技术用于水泥混凝土抗冻融效果不佳，影响水泥混凝土力学性能的技术问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：温敏水凝胶在提高混凝土抗冻融性能中的应用，温敏水凝胶为N-异丙基丙烯酰胺基水凝胶。温敏水凝胶的制备原料包括N-异丙基丙烯酰胺单体、去离子水、引发剂和交联剂。引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠中的一种或多种。交联剂为四甲基乙二胺、过氧化二异丙苯和丙烯酸中的一种或多种。N-异丙基丙烯酰胺单体、去离子水、引发剂和交联剂的加入量按质量比为9.9％～11.2％：88.8％～90％：0.0041％～0.0043％：0.0055％～0.0057％。混凝土以质量百分数计，由以下原料组成：温敏水凝胶为2％～5％，水泥为14.2％～16％，集料为73％～75％，水为6.8％～8％，原料的质量百分数之和为100％。混凝土以质量百分数计，由以下原料组成：温敏水凝胶为4％，水泥为15％，集料为74％，水为7％。集料包括粒径范围小于5mm的细集料以及粒径范围为10～31.5mm的粗集料。本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：(Ⅰ)本专利技术在混凝土中掺入温敏水凝胶，可在不影响混凝土力学性能的前提下，明显降低混凝土的质量损失，提高混凝土的抗破坏强度。(Ⅱ)本专利技术通过温敏水凝胶释水而促进混凝土内水泥颗粒的水化进程，增大混凝土密实度，从而提高混凝土抗冻性。在混凝土中掺入温敏水凝胶，通过温敏水凝胶的高低温相变产生的体积膨胀和收缩，抵抗混凝土的体积收缩和膨胀，实现混凝土抗冻性能的改善。附图说明图1为温敏水凝胶相变前后示意图。图2为水泥水化放热前后温敏水凝胶在砂浆中的存在状态示意图，(a)为水化时温敏水凝胶存在形态，(b)为水化结束后温敏水凝胶存在形态。以下给出本专利技术的具体实施例，需要说明的是本专利技术并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本专利技术的保护范围。具体实施方式本专利技术中掺入的温敏水凝胶，其体积随着温度的变化而变化，大分子侧链上同时含有亲水性的酰胺基-CONH-和疏水性的异丙基-CH(CH3)2，由于外界温度的变化影响了基团的疏水作用、大分子链之间的氢键作用以及亲水基团之间的氢键作用，使水凝胶在其低临界溶解温度32℃温度时发生相转变，由透明的溶胀状态变成不透明的退溶胀状态。当外界温度低于32℃时，亲水基团与水分子之间存在较强的氢键作用，使高分子链具有良好的亲水性，体积膨胀，被水分子溶剂化但却不溶于水；当外界温度高于32℃时，亲水基团与水分子间的氢键作用逐渐减弱，而疏水基团间的相互作用加强，高分子链通过疏水作用相互聚集，体积收缩。混凝土中的水泥颗粒与水接触后，进行水泥水化过程，生成水化产物，随着水化产物的不断增加，水泥颗粒之间的毛细孔不断被填充，混凝土不断变得密实，但实际上，水泥的水化进程并不彻底，较粗水泥颗粒的内部很难达到完全水化，因此混凝土不能完全达到密实状态。在水泥水化过程初期，同时会放出大部分的水化热，此时混凝土内部温度可高达50～60℃，超过温敏水凝胶相转变温度，如图1所示，温敏水凝胶大分子侧链上的亲水基团酰胺基-CONH-与水分子间的氢键作用大大减弱，高分子链相互聚集，体积收缩，从而将温敏水凝胶中的水分释放出来。释放出的水分与未水化的水泥颗粒接触，可进一步进行水化反应，增加水化产物，毛细孔不断被填充，使得混凝土更加密实，内部孔隙的饱水程度降低，水分不宜渗入，静水压力减小，混凝土抗冻性提高。本专利技术中，温敏水凝胶并不是简单地以一定比例掺入混凝土中，而是温敏水凝胶利用水泥水化过程放热产生的温度进行自身的相变(低温时温敏水凝胶吸水体积膨胀抵抗混凝土的体积收缩，高温时温敏水凝胶体积收缩可抵抗混凝土的体积膨胀)。同时，温敏水凝胶在水泥水化时释水聚合成膜，一方面，释放出的水分子可继续与未水化的水泥颗粒发生水化反应，生成水化产物，增加的水化产物使毛细孔不断被填充，最终使得混凝土更加密实。另一方面，温敏水凝胶聚合成膜后将部分水泥颗粒包裹在其中，当试件受冻时，温敏水凝胶中的自由水结冰产生冻胀压力，破坏薄膜结构，水泥颗粒得以释放；当试件融化时，水泥颗粒继续与水反应，生成水化产物。在这些因素的共同作用下，混凝土的热稳定性能得以提高，混凝土的抗冻性能得到改善。水泥颗粒与凝胶释放的水分子反应可用如下方程式表示：3CaO·SiO2+6H2O＝3CaO·SiO2·3H2O+3Ca(OH)22(2CaO·SiO2)+4H2O＝3CaO·SiO2·3H2O+Ca(OH)23CaO·Al2O3+6H2O＝3CaO·Al2O3·6H2O如图2所示，混凝土水化反应发生前，砂浆之间会有孔隙，以固态凝胶形式存在，水泥水化时温敏水凝胶释水聚合成膜，释放出的水分子可继续与未水化的水泥颗粒发生水化反应，生成水化产物，增加的水化产物使毛细孔不断被填充，胶质凝胶填满砂浆之间的孔隙，最终使得混凝土更加密实。另外，在温敏水凝胶发生体积收缩、相转变的同时，也会伴有吸热现象。此吸热现象对大体积混凝土工程由于水化热积聚在内部不宜散发而造成的内外温差过大的问题有一定的缓解作用，可减小混凝土内的温度应力，降低混凝土产生温度裂缝的可能性，从而有效阻止外界水的侵入，提高混凝土抗冻融破坏的能力。以下给出本专利技术的具体实施例，需要说明的是本专利技术并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本专利技术的保护范围。实施例1：本实施例给出一种混凝土，以质量百分数计，由以下原料组成：温敏水凝胶为4％，水泥为15％，集料为本文档来自技高网...
【技术保护点】
温敏水凝胶在提高混凝土抗冻融性能中的应用，所述温敏水凝胶为N‑异丙基丙烯酰胺基水凝胶。
【技术特征摘要】
1.温敏水凝胶在提高混凝土抗冻融性能中的应用，所述温敏水凝胶为N-异丙基丙烯酰胺基水凝胶。2.如权利要求1所述温敏水凝胶在提高混凝土抗冻融性能中的应用，其特征在于，所述温敏水凝胶的制备原料包括N-异丙基丙烯酰胺单体、去离子水、引发剂和交联剂。3.如权利要求2所述温敏水凝胶在提高混凝土抗冻融性能中的应用，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠中的一种或多种组合物。4.如权利要求2所述温敏水凝胶在提高混凝土抗冻融性能中的应用，其特征在于，所述交联剂为四甲基乙二胺、过氧化二异丙苯和丙烯酸中的一种或多种组合物。5.如权利要求2所述温敏水凝胶在提高混凝土抗冻融性能中的应用，其特征在于，所述N-异丙基丙烯酰胺单体、去离子水、引发剂和交联剂的加入量按质量比为9...
【专利技术属性】
技术研发人员：白敏，赵鹏，王振军，吴佳育，刘加平，缪昌文，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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