CN100515973C - 一种海港工程混凝土抗氯离子渗透增强剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种海港工程混凝土抗氯离子渗透增强剂，其配方如下，重量百分比：超细硅微粉15-20%，水洗及煅烧高岭土20-25%，优质粉煤灰20-25%，磨细高炉矿渣20-25%，超细纳米纤维5-10%，高效减水剂6%，保坍剂0.09%，引气剂0.09%，有机活性激发剂0.12%。本发明以无机功能材料为主，复合多种功能性外加剂，其无机成分均匀分布于混凝土胶凝材料中，能有效改善混凝土内部的微观结构和水化产物的组成，提高致密性，降低孔隙率，同时能有效吸附固化氯离子，降低氯离子在硬化混凝土中的渗透速度，从而改善硬化混凝土的抗氯离子渗透能力。

Description

一种海港工程混凝土抗氯离子渗透增强剂
技术领域
本发明涉及一种海港工程混凝土抗氯离子渗透增強剂。
背景技术
随着人类文明的进步和生存空间的拓展，现代建筑技术的不断发展，人类开发建设的领域已经从陆地延伸到占地球面积70％的海洋，而海洋环境对用于建造基础设施和建筑物的混凝土材料来说是极为恶劣的。随着时间的推移，近来却发现越来越多的钢筋混凝土结构，尤其是处于腐蚀性介质环境中的结构，在其设计使用年限内常常出现因钢筋锈蚀而引起混凝土结构开裂破坏，甚至崩溃。
目前，国内外提高混凝土耐腐蚀能力、防止钢筋腐蚀的技术措施可分为两大类：一类是采用混凝土外涂层、特种钢筋(如环氧涂层钢筋、不锈钢钢筋等)、阴极保护及钢筋阻锈剂等附加措施的技术方法；第二类是重视混凝土质量，提高混凝土自身的防护能力，如采用高抗氯离子渗透混凝土等。
在第一类措施中，早期曾使用亚硝酸钠作为阻锈剂，现在大都用亚硝酸钙作为阳极型阻锈成分。这些亚硝酸盐类大多具有毒性，不利用施工人员的使用，存在安全隐患，而且容易造成施工当地的环境污染。
其实要达到防腐蚀的目的，这些亚硝酸根必须有足够的量，否则能刺激局部腐蚀(深孔腐蚀)，这种局部腐蚀类型，有可能对钢筋力学性能造成更大的影响。这正是阳极型钢筋阻锈剂的缺点与不足之处。因此，阳极型又称作“危险性”阻锈剂。
第二类措施能从根本上提高钢筋混凝土的抗氯离子渗透能力和抗腐蚀能力。虽然近年来国内外在这方面取得了许多进展。但在许多实际设计和施工过程中，仍出现了不少对耐久性破坏研究不够完善，对耐久性认识不足等问题。
目前在国内外研究中，基本没有研究四种以上无机功能材料的相互复合和叠加效果。这些有机无机组分的有效复合与叠加，性能互补和优化以及与高强混凝土的差异的研究明显不足，尤其对耐久性要求更高，使用寿命长达数百年的混凝土工程，这方面的研究及相关产品不足。
发明内容
本发明的目的，是要提供一种海港工程混凝土抗氯离子渗透增強剂，以无机功能材料为主，复合多种功能性外加剂，其无机成分均匀分布于混凝土胶凝材料中，能有效改善混凝土内部的微观结构和水化产物的组成，提高致密性，降低孔隙率，同时能有效吸附固化氯离子，降低氯离子在硬化混凝土中的渗透速度，从而改善硬化混凝土的抗氯离子渗透能力。
本发明在深入研究混凝土中氯离子扩散机理的基础上，从氯离子在混凝土中引起钢筋锈蚀的作用机理入手，研究并吸收了目前国内外最先进的混凝土抗氯离子渗透试验方法及抗氯离子渗透手段，通过大量的试验室研究及现场模拟试验，通过优化、复合手段将各种有机、无机功能活性组分进行有效叠加，研制而成具有高效减水、高效增强、抗氯离子渗透能力强、施工性能优异的海港工程混凝土抗氯离子渗透增強剂。
本发明所述的一种海港工程混凝土抗氯离子渗透增強剂的配方如下，重量百分比：超细硅微粉15-20％，水洗及煅烧高岭土20-25％，优质粉煤灰20-25％，磨细高炉矿渣20-25％，超细纳米纤维5-10％，高效减水剂6％，保坍剂0.09％，引气剂0.09％，有机活性激发剂0.12％。
本发明的有益效果是，(一)抗氯离子渗透能力强：海港工程混凝土抗氯离子渗透增強剂的无机成分均匀分布于混凝土胶凝材料中能有效改善混凝土内部的微观结构和水化产物的组成，提高致密性，降低孔隙率，同时它能有效吸附固化氯离子，降低氯离子在硬化混凝土中的渗透速度，从而改善硬化混凝土的抗氯离子渗透能力。
(二)大减水：海港工程混凝土抗氯离子渗透增強剂具有较高减水性能，按国家标准GB8076-1997《混凝土外加剂》检测，其减水率可达20％以上。在相同强度等级的前提下，可节约20％以上的水泥用量。
(三)高效增强：掺海港工程混凝土抗氯离子渗透增強剂的硬化混凝土的强度增强效果显著，按GB8076-1997《混凝土外加剂》检测，其3天的抗压强度比达165～190％，7天抗压强度比可达140～160％，28天抗压强度比为130～150％，且后期强度增长稳定。
(四)施工性能好：海港工程混凝土抗氯离子渗透增強剂能有效改善新拌混凝土的和易性，能很好抑制泌水、离析现象的出现，流动性能好。同时能有效降低混凝土坍落度经时损失，施工性能极佳。
(五)增强钢筋握裹力：海港工程混凝土抗氯离子渗透增強剂能改善混凝土的内部结构，提高混凝土密实度，减少初始损伤与缺陷，增大了混凝土对钢筋的握裹力。
(六)具有一定的抗冻能力：掺海港工程混凝土抗氯离子渗透增強剂的混凝土能有效降低孔隙率，故一定程度上提高了混凝土的抗冻性，一般在气温-5℃以上，无需再用其它抗冻剂。
附图说明
图1为不同配比对混凝土坍落度损失的影响。
图2为不同配比对氯离子渗透电量的影响。
图3为不同配比对混凝土抗压强度的影响。
图1中：横坐标为试验编号，纵坐标为坍落度，浅色柱为初始坍落度，深色柱为30分钟坍落度。
图2中：横坐标为试验编号，纵坐标为氯离子渗透电量(C)，-◆-为7d渗透电量，-■-为28d渗透电量。
图3中：横坐标为试验编号，纵坐标为抗压强度(MPa)，-▲-为28d强度，-■-为7d强度，-◆-为3d强度。
具体实施方式
本发明的研制步骤如下：
(1)分析各种无机功能组分(IPM)对砼抗氯离子渗透性能的影响：无机功能组分按其作用功能分，包括纳米级高效密实组分、抗裂防渗组分、早期体积稳定组分、结晶组分等，主要有优质粉煤灰(FA)、优质磨细矿渣(SL)、超细优质硅微粉(SF)、水洗及煅烧高岭土(AL-1、AL-2)、超细纳米纤维(AL-3)等；
(2)分析各种有机功能组分(SPM)对混凝土抗氯离子渗透性能的影响：有机功能组分主要有高效塑化组分(SP-1、JM-B型高浓高效减水剂)、高效保坍组分(SP-2、Point系列高效保坍剂)、有机活性激发组分(SP-3)、高效引气组分(SP-4、有机三萜皂甙混凝土引气剂)；
(3)运用多元复配技术筛选无机功能组分及其改性材料；首先研究了各种无机功能组分单独使用时对混凝土抗氯离子渗透性的影响，然后考察无机功能组分进行多元优化配比后对混凝土和易性、抗氯离子渗透性能和力学性能三方面的影响，从而确定了本发明产品中无机功能组分(IPM)的最佳配比；
(4)通过混凝土试验优化无机功能组分与有机功能组分之间的配比，确定最终配比：SPM与IPM的比例决定了本发明产品对混凝土的分散效果，即保水增塑效果，对改善新拌混凝土的和易性具有重要的作用，为此需要通过混凝土试验试配确定最终的配比，达到最佳效果；
(5)应用混凝土试验验证本发明产品的综合性能：主要进行以下几方面的验证：(a)测试不同水胶比下本发明产品对混凝土性能的影响，水胶比从0.55～0.3共六个水胶比；(b)测试本发明产品的掺量对混凝土性能的影响，掺量从10％到20％；(c)本发明产品和掺合料的复合使用效果，测试了在0.45和0.35两个水胶比下，本发明产品与粉煤灰、磨细矿渣双掺使用效果。
本发明在研制过程中的具体过程及内容如下：
(1)最佳无机功能组分配比的确定：
通过考察混凝土和易性、抗氯离子渗透性能和力学性能三方面研究，确定了海港工程混凝土抗氯离子渗透增强剂中无机功能组分(IPM)的最佳配比。
调整IPM中的各种无机功能组分的比例，试验中采用了高效减水剂。高效减水剂的用量控制在水泥和无机功能组分总重量的2.5％。在进行混凝土试验时，原始配合比采用表1所示的配合比，具体的水泥单方用量及无机功能组分配比如表2所示：
表1空白混凝士配合比
Figure C20061006866400081
表2混凝土试验所用无机功能组分配比
Figure C20061006866400082
以下从三方面对表2配比进行总结分析：
(a)不同配比与新拌混凝土的坍落度损失的关系
从图1可以看出，不论是二元、三元、四元、五元和六元复配，在掺入超细硅微粉后，由于超细硅微粉的需水量较大，混凝土的初始坍落度有所降低，并随着超细硅微粉掺量的增加，混凝土的初始坍落度减小，但由于其保水性较好，因此对混凝土的坍落度经时损失影响很小。同样，掺入适当比例的AL-1、AL-2后，不会影响混凝土的初始坍落度及30min后的混凝土坍落度。从图2可以看出，K1、K2、K5、K12、K16其混凝土初始坍落度及其经时损失表现较好。
(b)不同配比与硬化混凝土的抗氯离子渗透性能的关系
从图2可知，多元(五元、六元)复配效果也明显好于二元复配效果。掺入超细硅微粉后，可以明显提高硬化混凝土抗氯离子性能。在单掺试验中，对混凝土抗氯离子性能几乎没有改善效果的AL-1、AL-2在与超细硅微粉、粉煤灰、磨细矿渣进行四元复配后，其硬化混凝土的氯离子渗透电量明显降低，调整到适当的比例后，使四种无机功能组分具有更好的兼容性和互补性，这样有利于提高硬化混凝土的密实性，达到增强混凝土抗氯离子性能的效果。由图3可明显看出，7d硬化混凝土中，K3、K5、K6、K12、K15这五个试验编号中的配比，其氯离子渗透电量最小，28d硬化混凝土中，K3、K12、K15这三个试验编号中的配比，其氯离子渗透电量最小，相应的抗氯离子渗透性能也最好。
c)不同配比与硬化混凝土抗压强度的关系
从图3同样可以看出，掺入超细硅微粉、AL-2、AL-3后，对混凝土早期(3d)强度和后期(28d)都有明显提高，其中超细硅微粉掺量最高时，强度提高最为明显。但在其他配比中，28d强度均能完全满足设计指标。
(d)最佳配比的确定
综合分析不同配比对混凝土和易性、抗氯离子渗透性能和抗压强度的试验结果可知，K12试验编号的配比，其抗氯离子渗透性能最好，新拌混凝土和易性相对较好，硬化混凝土的早期强度、后期强度均高于硬化混凝土空白试块(空白试块的3d抗压强度为25.8MPa，28d抗压强度为54.5MPa)。因此，综合考虑后，无机功能组分的最佳配比应为K12的配比，即粉煤灰、磨细矿渣、超细硅微粉、AL-1、AL-2、AL-3的对应比例为3∶3∶2∶1∶2∶1。
(2)无机功能组分与有机功能组分的配比确定；
选择了表3中的三个配比进行混凝土的试验确认。SPM与IPM两组份复配后的Point-AC的掺量控制在16％。从表3可以看出，当SPM与IPM的配比为8∶92时，混凝土的初始坍落度较大，但其混凝土拌合物和易性较差，泌水率较高，且易沉降板结；当SPM与IPM的配比为6∶94时，其初始坍落度较低，且坍落度损失过快，当SPM与IPM的配比为7∶93时，其初始坍落度适中，新拌混凝土的和易性良好，无板结泌水，由上所述，SPM与IPM的最佳配比为7∶93。
表3不同SPM与IPM配比对混凝土性能的影响
Figure C20061006866400101
至此，我们可以确定本发明产品的最佳配比：
超细硅微粉：15.7％，水洗及煅烧高岭土：23.4％，优质粉煤灰：23.4％，磨细高炉矿渣：23.4％，超细纳米纤维：7.8％，JM-B萘系高效减水剂：6％，高效保坍剂：0.09％，高效引气剂：0.09％，有机活性激发剂0.12％。
本发明产品的工业化生产过程如下：
(1)各种原材料的各方面性能的检测：如超细硅微粉的比表面积(23000m2/kg-氮吸附法)、需水量比(120％)；磨细矿渣的比表面积(480m2/kg-勃氏法)、活性指数(101％)；超细纳米纤维的长径比(10)等；
(2)检验生产设备的运作情况：包括高效放大设备及进料、搅拌设备等；
(3)对于投料比例较小的组分需进行高效放大：准确称量30kgJM-B高效减水剂、4.5kg高效保坍剂、4.5kg高效引气剂、6kg活性有机激发剂，采用高效离心混合机进行；
(4)开启总电源，启动空压机，达0.4MPa时自动停止，打开除尘风机，开动高速搅拌机，指示灯电源开启；
(5)开启配料仓及成品仓电源，依次下料优质粉煤灰117kg、磨细矿渣117kg、超细硅微粉78.5kg、水洗及煅烧高岭土117kg、超细纳米纤维39kg；
(6)下料完毕后，加入前面所配制的放大样45kg，高速搅拌5min；
(7)将半成品提升至成品仓，检验产品；
检验合格后，将产品输送至定量称漏斗，精确称量后，封包。

Claims (1)

1、一种海港工程混凝土抗氯离子渗透增强剂，其特征是配方如下，重量百分比：超细硅微粉15-20％，水洗及煅烧高岭土20-25％，优质粉煤灰20-25％，磨细高炉矿渣20-25％，超细纳米纤维5-10％，高效减水剂6％，保坍剂0.09％，引气剂0.09％，有机活性激发剂0.12％。
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Patentee after: Kezhijie New Material Group Co., Ltd.

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