CN100336765C - 抗硫酸盐侵蚀的自密实混凝土及其制备方法 - Google Patents

抗硫酸盐侵蚀的自密实混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种抗硫酸盐侵蚀的自密实混凝土及其制备方法。采用粉煤灰，矿渣，硅灰这三种矿物掺合料和水泥作为混凝土胶结料，并添加减水剂和增稠剂，配制出具有高流动性的自密实混凝土。由于矿物掺合料的高掺量掺入，混凝土中受硫酸盐侵蚀的成分显著减少，降低了混凝土受侵蚀的可能性，同时自密实混凝土不需要人工振捣，大大减少人工振捣不均匀所形成的缺陷，同时减少人力耗费。本发明的混凝土具有较高的流动性，坍落度在25cm以上，扩展度在60cm以上，阻滞率在0.8以上；本发明经过10%硫酸钠溶液9个月以上的侵蚀试验，抗压比在0.8以上，表面完整无损。本发明制备方法简单、成本低廉、应用广泛。

Description

抗硫酸盐侵蚀的自密实混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种抗硫酸盐侵蚀的自密实混凝土及其制备方法。
背景技术
近年来，我国相关部门对盐渍土地区的构筑物防腐蚀技术进行了多方位的研究，提出了一些工程处治方法，取得了一定成果。下面是抗硫酸盐混凝土目前应用的几种技术：一是应用抗硫酸盐水泥，抗硫酸盐水泥在成分上相对普硅水泥而言，降低了铝酸三钙(C3A)的含量，所以减低了混凝土受侵蚀的可能性；二是矿物掺合料的应用。应用矿物掺合料来降低混凝土中水泥水化产物中C3A的含量，同时发挥矿物掺合料的火山灰效应和填充效应，增强混凝土的密实性，增强混凝土的抗硫酸盐性能；三是应用涂料涂层保护，防止对混凝土有侵蚀作用的成分渗入混凝土内部造成混凝土的破坏。
但是，由于我国的盐渍土分布区域广、组成成分复杂，但抗硫酸盐水泥产地和产量都很少，这就给盐渍土地区混凝土的防腐处治带来困难。总体来看，目前工程界对盐渍土地区防腐蚀混凝土技术研究不够彻底，没有从根本上解决，国内尚未找到十分合理的方法。
发明内容
本发明的目的在于提出一种具有优良施工性能和耐久性能的抗硫酸盐侵蚀的自密实混凝土及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的混凝土组成采用较高的砂率(0.4～0.5)、较高的胶结料含量(500kg/m3以上)、较高的减水剂含量来获取较高的流动性，达到自密实混凝土对流动性的要求，同时为了使混凝土不离析，在混凝土中加入增稠剂防止混凝土离析。
本发明提出的抗硫酸盐侵蚀的自密实混凝土，由矿物掺合料和普硅水泥作为混凝土胶结料、黄砂、石子、减水剂和增稠剂组成，其组成配比如下：
组分                                      kg/m3
混凝土胶结料                              520～550
水                                        216
黄砂(粒径5mm，细度模数2.17)    815～835
石子(碎石，粒径5mm～15mm)      825～845
减水剂                         3.78～7.32
增稠剂                         0.81～1.08；
其中：混凝土的胶结料可以为下述组成之一种：
(1)矿物掺合料采用粉煤灰，混凝土胶结料由粉煤灰和水泥组成，粉煤灰的加入量为混凝土胶结料重量的30％～50％；
(2)矿物掺合料采用硅灰，混凝土胶结料由硅灰和水泥组成，硅灰的加入量为混凝土胶结料重量的5％～10％；
(3)矿物掺合料采用粉煤灰和硅灰，混凝土胶结料由粉煤灰、硅灰、水泥组成，粉煤灰的加入量为混凝土胶结料重量的40％～50％，硅灰的加入量为混凝土胶结料重量的3％～8％；
(4)矿物掺合料采用粉煤灰、硅灰和矿渣，混凝土胶结料由粉煤灰、硅灰、矿渣、水泥组成，粉煤灰的加入量为混凝土胶结料重量的30％～35％，硅灰的加入量为混凝土胶结料重量的4％～7％，矿渣的加入量混凝土胶结料重量的28％～32％。
本发明中，所述减水剂为聚羧酸盐减水剂。
本发明中，所述增稠剂为纤维素醚类的增稠剂。其黏度(2％水溶液，20℃)为300～600mPas。
自密实混凝土(self-compacting concrete简称SCC)也称免振捣混凝土，它是一种高性能的混凝土，之所以称为高性能，是因为该混凝土拌和物将塑性、黏性、流动性、抗离析性达到了协调的统一。自密实则是指其具有高流动度，即很高的施工性能，在不振捣或必要时也可少振捣的情况下能密实地充满模型，不离析、不沁水、不会产生普通混凝土那样由于振捣不当而造成的蜂窝、麻面和内部空洞等质量缺陷，并兼有良好的力学性能和耐久性能。
自密实混凝土是混凝土的发展方向，自密实混凝土有着非常优良的施工性能，可以有效地减少由于人工振捣不密实所带来的缺陷，从而减少了有害盐向混凝土内部侵蚀的几率，还可以提高工作效率。
胶结料中的各种矿物掺和料的单掺或者复掺，降低了胶结料中C3A的百分比，从而减少了混凝土有害成分水化铝酸钙的数量，起到了一定的抗硫酸盐的作用。硅灰的加入对混凝土密实程度的提高有着很明显的作用，可以有效地抵抗有害离子对混凝土的渗透。矿物掺和料还可以和水泥水化生成的CH反应生成抵抗硫酸盐侵蚀的C-S-H，进一步起到了抗硫酸盐的作用。
本发明提出抗硫酸盐侵蚀的自密实混凝土制备方法，其具体步骤如下：
按上述配比称取原料，将黄砂和石子加入搅拌机中搅拌1-3分钟，然后加入增稠剂和胶结料的混合料，干粉搅拌1-1.5分钟，最后将掺有减水剂的水加入到搅拌机内，搅拌2～4分钟，即得所需产品。
本发明中，可以加入聚合物乳液改性自密实混凝土，聚合物乳液的加入量(以聚合物固体计)为混凝土胶结料重量的7％～15％，所加入的聚合物乳液为苯丙乳液、丁苯乳液等，在加水和乳液时要注意先加水，搅拌均匀后之后再加入乳液，并搅拌均匀。
本发明由于矿物掺合料的高掺量掺入，混凝土中的受硫酸盐侵蚀成分的含量显著减少，降低了混凝土受侵蚀的可能性。同时自密实混凝土不需要人工的振捣，大大减少了由于人工振捣不均匀所形成的缺陷，而且也大大减少了人力的耗费。此种抗硫酸盐自密实混凝土具有以下特殊性能：具有较高的流动性，坍落度在25cm以上，扩展度在60cm以上，阻滞率(blocking ratio)在0.8以上；在10％的硫酸钠溶液中浸泡长达一年以上，抗压比仍然在0.8以上，表面完整无损。本发明制备工艺十分简单、成本低廉、可达到广泛应用的目的。
本发明具有如下的优点：
1、由于本发明的自密实混凝土具有较高的流动性，无需振捣，可直接浇注成型，所以施工工艺非常简单，而且与普通振捣成型的混凝土相比，减少了由于振捣不密实所带来的有害缺陷。
2、由于本发明采用了三种矿物掺合料来替代部分水泥(高掺量30％～65％)，增加了混凝土的密实性，降低了硫酸盐向混凝土内部渗透的可能性，同时也降低了混凝土的成本。
3、由于本发明的原材料全部采用市售的成品，所以原材料易得，适合于广泛应用。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例1：硅灰单掺抗硫酸盐自密实混凝土，所用材料规格及生产厂家见表1，水泥成分分析见表2，硅灰技术指标见表3。
                                  表1
  材料   规格或牌号   来源
  水泥   PO42.5普硅水泥   上海海豹水泥集团
  硅灰   EM920U   埃肯国际贸易上海有限公司
  砂子   细度模数为2.17，表观密度2.25(g/cm3)   普通黄砂
  石子   粒径范围为5mm～15mm，表观密度2.09(g/cm3)
  增稠剂   MHPC500PF   美国赫克力士公司
  减水剂   PC新型混凝土高效减水剂；pH值中性；固含量40％；粘度(涂-4杯)40s   上海澳申建筑化学科技有限公司
表1  水泥成分分析表
  烧失量   SiO2   CaO   MgO   Al2O3   Fe2O3   SO3   TiO2   K2O   Na2O
  3.88   23.97   55.19   30.16   7.92   2.84   2.14   0.10   0.58   0.22
表2  硅灰技术指标
SiO2/％   含水量/％   烧失量(975℃)/％   45μm筛余/％   堆积密度/(kg/m3)
  92.25   1.21   1.36   1.02   280
硅灰自密实混凝土组分与比较例组分见表4，该组分中水灰比为0.4左右，砂率为0.5，按照前述的混凝土配制方法配制出自密实混凝土。硅灰自密实混凝土与比较例性能比较见表5。
表4  硅灰自密实抗硫酸盐混凝土组分及其比较例组分
  材料用量(kg/m3)   SF5   SF10   比较例1   比较例2
  水泥   513   495   533.3   524
  硅灰   27   55   6.7   16
  砂子   825   825   825   825
  石子   825   825   825   825
  减水剂   3.78   5.4   3.78   3.78
  增稠剂   0.54   0.81   0.81   0.81
表5  硅灰自密实混凝土与比较例性能比较
  性能   SF5   SF10   比较例1   比较例2
 坍落度(cm)   26   27   27   26
 扩展度(cm)   59   67   67   66
 阻滞率(blockingratio)   0.85   0.87   0.95   0.96
 28d抗压强度(MPa)   62.4   60.7   58.9   41.8
 受侵蚀9个月后的抗压比   0.98   0.98   0.35   0.45
实施例2：粉煤灰单掺抗硫酸盐自密实混凝土，所用材料规格及生产厂家见表6，水泥成分分析见表2。
表6
  材料   规格或牌号   来源
  水泥   PO42.5普硅水泥   上海海豹水泥集团
  粉煤灰   II级灰，45μm筛余15.28％   上海海笠工贸有限公司
  砂子   细度模数为2.17，表观密度2.25(g/cm3)   普通黄砂
  石子   粒径范围为5mm～15mm，表观密度2.09(g/cm3)
  增稠剂   MHPC500PF   美国赫克力士公司
  减水剂   GLENIUM SP-8CN   上海麦斯特建材有限公司
粉煤灰单掺抗硫酸盐自密实混凝土组分见表7，该配方中水灰比为0.4左右，砂率为0.5，按照前述的混凝土配制方法配制出自密实混凝土。粉煤灰单掺抗硫酸盐自密实混凝土组成与比较例组成见表8，粉煤灰单掺抗硫酸盐自密实混凝土及其比较例性能比较见表9。
表3  粉煤灰单掺抗硫酸盐自密实混凝土组成与比较例组成
  材料用量(kg/m3)   FA3   FA4   FA5   比较例1   比较例2
  水泥   265   385   270   486   432
  粉煤灰   265   165   270   54   108
  水   216   216   216   216   216
  砂子   825   815   825   825   825
  石子   825   825   825   825   825
  减水剂   5.67   6.48   8.10   5.67   5.67
  增稠剂   0.81   0.81   1.08   0.81   0.81
表4  粉煤灰单掺抗硫酸盐自密实混凝土及其比较例性能
 性能   FA3   FA4   FA5   比较例1   比较例2
 坍落度(cm)   26   27   27   26   26
 扩展度(cm)   70   68   69   70   70
 阻滞率(blockingratio)   0.90   0.90   0.89   0.93   0.92
 28d抗压强度(MPa)   39.2   37.7   35.8   45.7   42.6
 受侵蚀9个月后的抗压比   0.96   1.06   1.09   0.78   0.81
实施例3：粉煤灰、硅灰双掺自密实混凝土，所用材料规格及生产厂家见表10。
表10
  材料   规格或牌号   来源
  水泥   PO42.5普硅水泥   上海海螺水泥有限责任公司
  粉煤灰   II级灰，45μm筛余15.28％   上海海笠工贸有限公司
  硅灰   EM920U   埃肯国际贸易上海有限公司
  砂子   细度模数为2.17，表观密度2.25(g/cm3)   普通黄砂
  石子   粒径范围为5mm～15mm，表观密度2.09(g/cm3)
  增粘剂   Tylose H 300 G4   德国科莱恩公司
  减水剂   GLENIUM SP-8CR   上海麦斯特建材有限公司
  苯丙乳液(SAE)   Acronal S400，固含量57％   巴斯夫中国有限公司生产
粉煤灰、硅灰双掺抗硫酸盐自密实混凝土组成与比较例组成见表11，该组分中水灰比为0.4左右，砂率为0.5，按照前述的混凝土配制方法配制出自密实混凝土。粉煤灰和硅灰双掺抗硫酸盐自密实混凝土与其比较例性能比较见表12。
表11
  材料用量(kg/m3)   FASF1   FASF2   比较例1   比较例2
  水泥   260   243   459   405
  粉煤灰   244.4   270   54   108
  硅灰   15.6   27   27   27
  水   181   176   216   216
  砂子   825   835   825   825
  石子   825   845   825   825
  减水剂   7.32   7.32   7.32   7.32
  增稠剂   0.81   0.81   0.81   0.81
  苯丙乳液   63.9   95
表12
 性能   FASF4   FASF5   比较例1   比较例2
 坍落度(cm)   26   26   27   26
 扩展度(cm)   65   62   67   66
 阻滞率(blockingratio)   0.88   0.87   0.91   0.91
 28d抗压强度(MPa)   33.9   27.4   45.2   50.7
 受侵蚀9个月后的抗压比   0.99   1.01   0.74   0.77
实施例4：粉煤灰、硅灰、矿渣三掺抗硫酸盐自密实混凝土，所用材料规格及生产厂家见表13。
  材料   规格或牌号   来源
  水泥   PO42.5普硅水泥   上海水泥厂
  粉煤灰   II级灰，45μm筛余   上海海笠工贸有限公司
  15.28％
  硅灰   EM920U   埃肯国际贸易上海有限公司
  矿渣   S-95，细度为430m2/kg   上海宝田新兴建材有限公司生产
  砂子   细度模数为2.17，表观密度2.25(g/cm3)   普通黄砂
  石子   粒径范围为5mm～15mm，表观密度2.09(g/cm3)
  增粘剂   CELLOSIZE QP 300   美国陶氏化学公司
  减水剂   PC新型混凝土高效减水剂；pH值中性；固含量40％；粘度(涂-4杯)40s   上海澳申建筑化学科技有限公司
粉煤灰、硅灰、矿渣三掺抗硫酸盐自密实混凝土及其比较例的组成见表14，该组成中水灰比为0.4左右，砂率为0.5，按照前述的混凝土配制方法配制出自密实混凝土。粉煤灰、硅灰、矿渣三掺抗硫酸盐自密实混凝土与其比较例性能比较见表15。
表14
  材料用量(kg/m3)   FSS   比较例1   比较例2   比较例3
  水泥   189   378   378   378
  粉煤灰   162   162   162
  硅灰   27
  矿渣   162   162   162
  水   216   216   216   216
  砂子   825   825   825   825
  石子   825   825   825   825
  减水剂   3.78   3.78   3.78   3.78
  增稠剂   1.0   1.0   1.0   1.0
表15
 性能   FSS3   比较例1   比较例2   比较例3
 坍落度(cm)   26.5   26   26   26
 扩展度(cm)   64   70   62   68
 阻滞率(blocking   0.92   0.94   0.95   0.91
 ratio)
 28d抗压强度(MPa)   45.4   39.2   53.1   44.2
 受侵蚀9个月后的抗压比   1.01   0.66   已溃坏   0.88
从实施例1-实施例4可以看出，本发明具有较高的流动性，坍落度在25cm以上，扩展度在60cm以上，阻滞率(blocking ratio)在0.8以上。而且本发明的混凝土试样经过10％硫酸钠溶液9个月的侵蚀试验，抗压比仍然在0.8以上，表面完整无损。

Claims (5)

1、一种抗硫酸盐侵蚀的自密实混凝土，其特征在于由矿物掺合料和水泥作为混凝土胶结料、黄砂、石子、减水剂和增稠剂组成，其组成配比如下：
组分                            kg/m3
混凝土胶结料                    520～550
水                              216
粒径5mm，细度模数2.17的黄砂     815～835
粒径5mm～15mm的石子             825～845
减水剂                          3.78～7.32
增稠剂                          0.81～1.08；
其中：混凝土胶结料为下述组成之一种：
(1)矿物掺合料采用粉煤灰，混凝土胶结料由粉煤灰和水泥组成，粉煤灰的加入量为混凝土胶结料重量的30％～50％；
(2)矿物掺合料采用硅灰，混凝土胶结料由硅灰和水泥组成，硅灰的加入量为混凝土胶结料重量的5％～10％；
(3)矿物掺合料采用粉煤灰和硅灰，混凝土胶结料由粉煤灰、硅灰、水泥组成，粉煤灰的加入量为混凝土胶结料重量的40％～50％，硅灰的加入量为混凝土胶结料重量的3％～8％；
(4)矿物掺合料采用粉煤灰、硅灰和矿渣，混凝土胶结料由粉煤灰、硅灰、矿渣、水泥组成，粉煤灰的加入量为混凝土胶结料重量的30％～35％，硅灰的加入量为混凝土胶结料重量的4％～7％，矿渣的加入量混凝土胶结料重量的28％～32％。
2、根据权利要求1所述的抗硫酸盐侵蚀的自密实混凝土，其特征在于所述减水剂为聚羧酸盐减水剂。
3、根据权利要求1所述的抗硫酸盐侵蚀的自密实混凝土，其特征在于所述增稠剂为纤维素醚类的增稠剂。
4、根据权利要求1所述的抗硫酸盐侵蚀的自密实混凝土，其特征在于加入聚合物乳液改性自密实混凝土，以聚合物固体计，聚合物乳液的加入量为混凝土胶结料重量的7％～15％，所述聚合物乳液为苯丙乳液、丁苯乳液之一种。
5、一种如权利要求1所述的抗硫酸盐侵蚀的自密实混凝土制备方法，其特征在于具体步骤如下：按配比称取原料，将黄砂和石子加入搅拌机中搅拌1-3分钟，然后加入增稠剂和胶结料的混合料，干粉搅拌1-1.5分钟，最后将掺有减水剂的水加入到搅拌机内，搅拌2～4分钟，即得所需产品。
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