CN101224968A - 海工耐久水泥混凝土 - Google Patents

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田军祯
范效滨
王书明
孙建全
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Abstract

本发明涉及一种耐久性的海工水泥混凝土。本发明由水与胶凝材料、骨料、减水剂、外加剂拌合而成,所述外加剂包括松香或石蜡的一种以上,以及阻锈剂和松香热聚物,其中松香、石蜡或其混合物的掺量以所述胶凝材料的总重量计为2~8%,阻锈剂为1~5%,松香热聚物为0.01~0.04%。所述胶凝材料由水泥和掺合料组成,其中掺合料包括矿粉和粉煤灰,水泥的掺量以所述胶凝材料的总重量计为25~35%,矿粉为45~55%,粉煤灰为15~20%。所述减水剂掺量与胶凝材料的总重量计为0.80~0.99%。骨料的掺量以胶凝材料的总重量计为74~76.4%。水的掺量与胶凝材料的总重量比例为0.30~0.40。本发明从根本上提高了海工水泥混凝土的耐久性,尤其对碱骨料反应,氯离子侵蚀有较强的抗蚀能力。

Description

海工耐久水泥混凝土(一) 技术领域本发明涉及一种海工水泥混凝土,具体涉及一种耐久性的海工水泥混 凝土。(二) 背景技术普通混凝土主要是依据立方体抗压强度进行配制,碎石起骨架作用, 砂填充碎石的空隙,水泥浆填充骨料空隙并将骨料结合在一起。但普通混 凝土没有充分考虑结构物所接触的大气、土体和水体等对混凝土结构材料 性能的劣化作用,尤其是海水中氯离子对混凝土结构物的侵蚀作用。混凝土作为目前建筑领域主要的结构材料,其耐久性的重要性不亚于 强度性能和其他性能。不少混凝土建筑物因材质劣化引起开裂破坏,甚至 会崩塌,这种情况在海港工程与桥梁工程尤为多见,它们破坏的原因往往 不是强度不足,而是耐久性不够。众所周知,影响混凝土耐久性的因素较多,其中海洋环境中氯离子渗 透是主要因素。冻融循环是海工/水工混凝土又一破坏因素,碱骨料反应会 导致结构物膨胀开裂,加速氯离子渗透和钢筋腐蚀。因此,应从多方面考 虑,对混凝土进行综合性分析。海工混凝土不仅要满足传统混凝土的力学性能,还要切实提高混凝土 的抗渗性,降低混凝土的收縮开裂的趋势。提高混凝土结构的抗渗性,需 要使用高性能混凝土,增加保护层厚度,使用外覆涂层。为了降低混凝土 材料开裂趋势,应当优选材料,合理配合比,改进施工工艺,加强养护。 海工耐久性混凝土已经成为目前土木工程研究的一个热点,中国专利局2005年12月28日公开了一种海工混凝土,名称为抗侵蚀高性能海工混凝 土及其制造方法,申请号为200510025690. 7,公开号为CN1712383A。该发 明公开了一种由水泥混合料和水配制而成的海工混凝土,所述水泥混合料 包括水泥、掺合料、骨料和减水剂,其中掺合料与水泥重量比例为掺合料 的掺量以水泥和掺合料的总重量计为65、70%,水泥为30~35%;减水剂掺量 与水泥和掺合料的重量比例为掺合料以水泥和掺合料的总重量计为 l.(H.4%,骨料的掺量以水泥和掺合料的总重量计为70~76%。该方案虽然 有效减小了混凝土空隙率,有效的解决了优选水胶比下保证海工混凝土强度情况下的耐久性问题,但单凭骨料级配以及矿粉、粉煤灰等掺合料只能 降低有限的空隙率。并且通常为减小水胶比和混凝土早期防裂需要加减水 剂,该方案通过掺加减水剂,有效减小了水胶比,但该方案减水剂加入量 较大,加入过多的减水剂势必要增加成本。 (三)发明内容本发明针对目前混凝土空隙率比较大,且有管型空隙的缺陷,提供了 一种耐蚀、强度高的海工水泥混凝土。 本发明采用以下技术方案:本发明海工耐久水泥混凝土,由水与胶凝材料、骨料、减水剂、外加 剂拌合而成,所述外加剂包括松香或石蜡的一种以上,以及阻锈剂和松香 热聚物,其中松香、石蜡或其混合物的掺量以所述胶凝材料的总重量计为2〜8%,阻锈剂为1~5%,松香热聚物为0. 014). 04%。所述胶凝材料由水泥和掺合料组成,其中掺合料包括矿粉和粉煤灰, 水泥的掺量以所述胶凝材料的总重量计为25~35%,矿粉为45~55%,粉煤灰 为15~20%。所述减水剂掺量与胶凝材料的总重量计为0. 8(H). 99%。骨料的 掺量以胶凝材料的总重量计为7176. 4%。水的掺量与胶凝材料的总重量比 例为O. 3CK). 40。上述海工耐久水泥混凝土,所述松香、石蜡或其混合物的掺量以所述 胶凝材料的总重量计为5〜7%。上述海工耐久水泥混凝土,所述骨料由细骨料和粗骨料组成,骨料针 片状颗粒含量不大于8. 0%,含泥量不大于0.5%,泥块含量不大于0. 25%, 压碎值不大于14%。上述海工耐久水泥混凝土,所述细骨料采用河砂,细度模数为2. 6~2. 9, 含泥量不大于2. 0%,泥块含量不大于0. 5%。上述海工耐久水泥混凝土,所述矿粉烧失量不大于3%,比面积为 350-440m7kg,流动度比不小于95%;粉煤灰烧失量不大于5%,需水量比 不大于95%。本发明海工耐久水泥混凝土掺加适量的松香或石蜡等低软化点,不溶 于水,不与碱反应的高聚物,通过塑性流动填充混凝土空隙,形成一种无 机和有机的互穿网络,有效减小了混凝土的空隙率,也就减小海水渗透的 几率。同时也增加了结构强度,某种程度上来讲能增加水胶比,节省水泥 等胶凝组分的用量。并且松香和石蜡属于一种价格便宜的高聚物,成本低。高聚物掺量以胶凝材料的总重量计为2、8%为宜。过少起不到有效减小混凝 土空隙的作用,而太多,高于水泥最大空隙率,则不仅不会提高混凝土的 强度,还会影响胶凝材料的粘结力。本发明海工混凝土中高聚物的掺量更 佳的用量以所述胶凝材料的总重量计为4乇%。同时本发明海工耐久混凝土掺加适量松香热聚物作为引气剂构建气泡间距小于0.25mm的微孔群,容纳结冰引起的迁移水分,确保满足冻融循 环次数要求。引气剂的另一个作用就是消除管型空隙,减小海水渗透的几 率。再加上高聚物的作用,进一步减小了空隙,且其不与碱反应,有效抑 制长期浸泡在海水环境中的混凝土碱骨料反应。涉及到冻融循环对海工混凝土的影响,本发明海工耐久水泥混凝土掺 加减水剂掺量与胶凝材料的总重量计为0. 800. 99%,减小单方混凝土水的 用量,对于本发明应优先选用减水率较高的聚羧酸型减水剂。水胶比的高 低对耐久性有很大的影响,并且也影响混凝土的强度,但过小的水胶比也 影响混凝土的拌合和胶凝组分的水化反应,并且由于海工混凝土使用粉煤 灰等掺合料比较大,过小的水胶比,会使得海工混凝土出现早期开裂现象。 混凝土一旦开裂,其耐久性就无从谈起。本发明掺加减水剂的量少于现有 混凝土的掺加量,但在合适水胶比的情况下,也能达到所需要的效果。本发明海工耐久水泥混凝土使用了一种新型混凝土外加剂一一阻锈 剂,用以改善混凝土的耐久性(阻止钢筋腐蚀),适用于含氯盐环境的钢筋 混凝土工程。本发明采用的是亚钙类/有机类阻锈剂,其掺量为1°/『5%,阻 锈剂可采用干掺,也可以配成水溶液掺入。采用干掺时应相对延长搅拌时 间。钢筋阻锈剂满足如下要求:(1) 能有效抑制钢筋脱钝,防止钢筋锈蚀;(2) 对混凝土强度及其他耐久性能无不利影响。 对本发明来说原材料要求也很重要,其中对于骨料选用坚固性好、级配合理、粒形良好的洁净骨料。其中,针片状含量不宜大于8. 0%;含泥量 不应大于0. 5%,泥块含量不应大于0. 25%;压碎值不宜大于14%;其他质 量指标应符合现行《建筑用碎石、卵石》(GB/T14685 — 2001)的规定。细骨 料采用河砂,级配合理、细度模数以2. 6〜2. 9为宜,含泥量不应大于2. 0%, 泥块含量不应大于0. 5%。其他质量指标也应符合现行标准规定。选择适当的水泥强度等级和优质的矿物掺合料,混凝土矿物掺合料宜使用磨细粒化高炉矿粉、粉煤灰等。高细度矿粉可以改善混凝土内部孔隙 结构,提高混凝土的强度。粉煤灰的水化热低,有利于混凝土表面温度裂 缝的控制。两种掺合料复合使用后能增强混凝土抵抗氯离子侵蚀的能力,有利于改善混凝土的耐久性能。本发明分别使用P. 152.5水泥、S75级高炉磨细矿粉和I级粉煤灰。对其要求如下:(1) 在水泥强度、凝结时间、安定性、3d和28d抗折抗压强度等满 足现行《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB/175 — 1999)规范要求的基础 上,还应重点考査其碱含量、水泥细度及S03等影响混凝土耐久性能的指 标。(2) S75级高炉磨细矿粉烧失量不应大于3%,比表面积宜在350-440 m7kg,流动度比应不小于95%。其他质量指标应符合《用于水泥和混凝土 中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T18046—2000)的规定。(3) 粉煤灰应选用细度适中、烧失量小、流动度大的I级粉煤灰,烧 失量不应大于5%,需水量比不应大于95%。其他质量指标应符合《用于水 泥和混凝土中的粉煤灰》(GB1596 — 1991)的规定。(四)具体实施方式实施例部分组分配比,表格中各组分用量单位均为kg/m3 :<table>table see original document page 6</column></row> <table>基于上表组分,具体实施例如下:实施例1-9:其中外加剂为松香和松香热聚物,并加防锈剂,表格中各组分用量单位均为kg/m3 。编 松香 松香 热聚 物 防锈 剂 7d抗压 强度 (MPa) 28d抗压 强度 (MPa) 28d氯离子 扩散系数(x 1012nf/s) 28d电通量 (C)1 7. 6 0.038 3. 8 30. 7 35. 5 1. 69 8292 8.0 0. 04 4 37. 6 44. 8 1. 58 7923 16 0. 08 8 43, 7 49. 2 1. 74 9234 16. 8 0. 082 8. 2 45. 6 50. 8 1. 42 6785 26. 4 0. 132 13. 2 48. 6 56 1.48 7296 27. 6 0. 138 13. 8 52. 2 58. 6 1. 19 5297 28. 8 0. 144 14. 4 53. 7 62. 3 1. 21 6118 40 0.2 25 56. 8 65. 7 1. 22 6049 41. 6 0, 208 26 58. 6 66. 6 1. 18 517本发明强度海共混凝土相对于现有混凝土强度略有提高,氯离子扩散 系数小,另外加上松香这种高聚物,使得混凝土微观结构发生改变,内部 组成有机和无机网络,松香不与碱反应,增加了混凝土的抗蚀性。实施例1-9实施例10-17:其中外加剂为石蜡和松香热聚物,并加防锈剂,表格中各组分用量单位均为kg/m3:编 号 石蜡 松香 热聚 物 防锈 剂 7d抗压 强度 (MPa) 28d抗压 强度 (MPa) 28d氯离子 扩散系数(x 10—12 mVs) 28d电通量 (C)1 7. 6 0. 038 3. 8 30. 2 34. 7 1. 70 8282 8.0 0. 04 4 37. 1 44. 1 1. 58 7903 16 0. 08 8 43. 3 48, 4 1. 72 9244 16.8 0. 082 8. 2 44. 9 50. 1 1. 41 6775 26,4 0. 132 13. 2 48. 0 55. 2 1. 44 7336 27. 6 0. 138 13. 8 51. 2 56. 8 1. 20 525<table>table see original document page 8</column></row> <table>石蜡和松香是性质相似的两种聚合物,且两者不会产生反应,本发明 外掺这两种物质或者其混合物,性能差别不大。此外,松香热聚物,作为 引气剂,其用量越大,混凝土含气量越大,空隙率对混凝土的强度影响比 较大,控制其用量实际是控制混凝土的空隙率,实验证明,混凝土空隙率每增加1%,其强度会下降3、5%,控制空隙率在3.5〜7%比较合适。实际高 聚物的填充作用,加上引气剂对微孔群的优化作用,混凝土强度比普通硅 酸盐水泥略有提高。

Claims (5)

1.一种海工水泥混凝土,由水与胶凝材料、骨料、减水剂、外加剂拌合而成,其特征在于:所述外加剂包括松香或石蜡的一种以上,以及阻锈剂和松香热聚物,其中松香、石蜡或其混合物的掺量以所述胶凝材料的总重量计为2~8%,阻锈剂为1~5%,松香热聚物为0.01-0.04%; 所述胶凝材料由水泥和掺合料组成,其中掺合料包括矿粉和粉煤灰,水泥的掺量以所述胶凝材料的总重量计为25~35%,矿粉为45~55%,粉煤灰为15~20%; 所述减水剂掺量与胶凝材料的总重量计为0.80~0.99%; 骨料的掺量以胶凝材料的总重量计为74~76.4%; 水的掺量与胶凝材料的总重量比例为0.30~0.40。
2. 根据权利要求1所述的海工混凝土,其特征在于:所述松香、石 蜡或其混合物的掺量以所述胶凝材料的总重量计为4~6%。
3. 根据权利要求1或2所述的海工混凝土,其特征在于:所述骨料 由细骨料和粗骨料组成,骨料针片状颗粒含量不大于8.0%,含泥量不大 于0.5%,泥块含量不大于0.25%,压碎值不大于14%。
4. 根据权利要求3所述的海工混凝土,其特征在于:所述细骨料采 用河砂,细度模数为2.6~2.9,含泥量不大于2.0%,泥块含量不大于0.5%。
5. 根据权利要求1所述的海工混凝土,其特征在于:所述矿粉烧失 量不大于3%,比面积为350-440m2/kg,流动度比不小于95%;粉煤灰烧 失量不大于5%,需水量比不大于95%。
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