CN101462843B - 海工混凝土耐腐蚀外加剂及其制备方法 - Google Patents

海工混凝土耐腐蚀外加剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种海工混凝土耐腐蚀外加剂。本发明所述的海工混凝土耐腐蚀外加剂，由硫铝酸钙膨胀剂、甲基萘磺酸钠减水剂、有机硅憎水粉剂、新戊二醇、磨细矿渣粉、聚丙烯纤维、硅灰、超细粉煤灰和石英砂组成。本发明的海工混凝土耐腐蚀外加剂能够减少混凝土拌合用水量，改善保水性和粘聚性，提高混凝土的抗海水的侵蚀能力和耐久性。

Description

海工混凝土耐腐蚀外加剂及其制备方法 
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及海工混凝土耐腐蚀外加剂及其制备方法。 
背景技术
海洋工程所用的混凝土(海工混凝土)，也称海洋混凝土。海洋工程包括海岸工程(如商港、渔港、军港、入海河口整治、挡潮闸、工业引水、跨海桥梁、海岸防护、潮汐发电站等)和离岸工程(也称近海工程，如大型深水码头和海洋平台等)，凡是在海水影响下施工的构筑物(如临近河口的内河港、桥梁等)以及虽在岸上，但经常受到浪花溅击的结构所用混凝土，都属海工混凝土。海工混凝土由于经常地或周期性地与海水接触，受到海水或海洋大气(含有氯离子)的物理化学作用，或受波浪、流水的冲击、磨损等作用，而遭受损害，缩短耐用年限，故海工混凝土除强度和拌合物的和易性应满足设计、施工要求外，尚应具有所需的抗渗性、抗冻性、抗蚀性、防止钢筋锈蚀和抵抗冰凌撞击的性能。随着我国近海工程的大量建设，大幅度提高海工混凝土的耐久性具有重要的意义。 
调查研究表明，在海洋环境下，混凝土结构破坏的主要破坏原因是钢筋锈蚀作用和硫酸盐类侵蚀作用，而钢筋锈蚀的主导诱因是海水中Cl-。因此，开发高性能的海工混凝土或合适的外加剂添加到海工混凝土中，大幅度提高混凝土的抗渗透性，降低收缩开裂，减少混凝土内部液相中的有害离子成分，阻止Cl-在混凝土孔相中的迁移，是改善海工钢筋混凝土抗海水和其它有害介质侵蚀、大幅度延长海工混凝土结构使用寿命的技术关键。 
目前，海工混凝土的配制思路主要是采用大掺量复合高活性矿物掺合料和高性能减水剂等综合技术手段。但在实际应用中，多种活性矿物掺合料和数种外加剂在内的多组分的混凝土配合比设计思想难以在实际工程中贯彻，原材料的复杂多样性更增加了现场搅拌或集中搅拌时原材料储存、品质控制、称量和搅拌、质量控制时的实际困难。因此，从海工混凝土耐腐蚀性能需求出发，开发一种具有多功能、多组分的高性能海工混凝土耐腐蚀外加剂，对应用到海工混凝土中具有重要的实际意义。 
发明内容 
本发明的目的是提供一种海工混凝土耐腐蚀外加剂及其制备方法。 
本发明的海工混凝土耐腐蚀外加剂，主要由高效减水组分、复合颗粒匹配矿物相、抗裂、微孔填充组分、微膨胀组分和减缩组分、憎水组分组成，具体组成成分的质量百分比为： 
硫铝酸钙膨胀剂        5～30％ 
甲基萘磺酸钠减水剂    0.5～2％ 
引气剂                0.005～0.1％ 
有机硅憎水粉剂        0.2～1％ 
新戊二醇              0.5～1％ 
聚丙烯纤维            0～1.2％ 
磨细矿渣粉            20～40％ 
硅灰                  25～50％ 
超细粉煤灰            10～25％ 
石英砂                5～38％ 
本发明所述的海工混凝土耐腐蚀外加剂，优选的各部分的质量百分比为： 
硫铝酸钙膨胀剂        5～25％ 
甲基萘磺酸钠减水剂    0.5～1％ 
引气剂                0.01～0.05％ 
有机硅憎水粉剂              0.2～0.5％ 
新戊二醇              0.5～0.8％ 
聚丙烯纤维            0.1～0.5％ 
磨细矿渣粉            20～40％ 
硅灰                  25～40％ 
超细粉煤灰            15～25％ 
石英砂                5～30％ 
优选的，所说的硫铝酸钙膨胀剂为低碱UEA膨胀剂。 
优选的，所说的引气剂为十二烷基硫酸钠。 
优选的，所说的有机硅憎水粉剂为粉剂粒径在100～200微米之间的硅烷基粉末。 
优选的，所说的新戊二醇为粒径≤500微米的工业级粉剂。 
优选的，所说的微细合成纤维为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维、尼龙纤维或不同单丝长度的相同品种或不同品种的混杂纤维；优选的，上述聚丙烯纤维的单丝长度为6mm，混杂纤维的单丝长度≤9mm。 
优选的，所说的磨细矿渣粉为S95级或以上，比表面积≥4000cm2/g。 
优选的，所说的硅灰为凝聚态硅灰或普通硅灰，比表面积≥190000cm2/g。 
优选的，所说的超细粉煤灰为I级粉煤灰，比表面积≥7000cm2/g。 
优选的，所说的石英砂的粒径范围为70～100目。 
优选的，所说的硫铝酸钙膨胀剂的质量百分比为30％。 
本发明所述的海工混凝土耐腐蚀外加剂可以广泛应用于土木、水利和海洋等领域的混凝土结构中，也可以用于工程修补与加固用高性能水泥基灌浆材料。 
本发明所述的海工混凝土耐腐蚀外加剂的制备方法如下： 
1)按照上述的组分重量百分比称量出各原材料； 
2)将称量好的各组分倒入搅拌机，聚丙烯纤维最后加入，搅拌至混合均匀。 
本发明所述的海工混凝土耐腐蚀外加剂在应用时，按常规掺量掺入海工混凝土中即可。一般而言，海工混凝土耐腐蚀外加剂的掺量为海工混凝土中水泥质量的5-20％。 
本发明的有益效果： 
1、加入甲基萘磺酸钠减水剂，通过塑化减水使得混凝土在所要求的流动性情况下，水灰比降低，从而减小孔隙率、细化孔径、减小硬化体收缩。 
2、加入硫铝酸钙膨胀剂，通过参与水泥的水化过程，产生一定量的膨胀性水化产物，在混凝土强度增长的过程中，使混凝土的体积稳定性，可防止收缩裂缝，提高混凝土的抗裂防水性。 
3、加入聚丙烯纤维，提高了混凝土早期抗塑性收缩开裂的能力，增强了硬化混凝土的阻裂抗裂作用。 
4、硅灰可以填充于水泥颗粒堆积后的孔隙内，参与水泥水化反应，产生二次火山灰效应，形成水化产物，填充毛细管，阻塞毛细管渗水通道，大幅度改善混凝土的抗渗性和抗化学侵蚀性。 
5、本发明的海工混凝土耐腐蚀外加剂能够降低毛细孔表面张力，减小收缩开裂应力；大幅度减少混凝土拌合用水量，改善保水性和粘聚性；降低孔隙率，细化孔径，改善混凝土孔结构，堵塞渗水通道；微膨胀补偿后期收缩作用；提高抗硫酸盐等侵蚀 能力；同时与其他外加剂具有良好的适应性。且与现有的海工混凝土耐腐蚀外加剂相比，其在合适的掺量下可完全替代海工混凝土中各类矿物掺合料，大大提高了海工混凝土的抗海水的侵蚀性与耐久性。 
具体实施方式
高性能海工混凝土耐腐蚀外加剂，由硫铝酸钙膨胀剂、甲基萘磺酸钠减水剂、有机硅憎水粉剂、新戊二醇、磨细矿渣粉、聚丙烯纤维、硅灰、超细粉煤灰、石英砂组成。根据性能需求，通过调整发明的配方，可以获得所需要的性能。 
实施例1 
硫铝酸钙膨胀剂        10％ 
甲基萘磺酸钠减水剂    0.5％ 
引气剂                0.01％ 
有机硅憎水粉剂              0.5％ 
新戊二醇              0.8％ 
聚丙烯纤维            0.5％ 
磨细矿渣粉            20％ 
硅灰                  30％ 
超细粉煤灰            25％ 
石英砂                12.69％ 
上述配比制备的海工混凝土耐腐蚀外加剂，按海工混凝土中水泥质量的10％掺入C40海工混凝土中。该海工混凝土的28d电通量小于1000C、28天抗压强度与基准混凝土相比，提高10％。 
实施例2 
硫铝酸钙膨胀剂        25％ 
甲基萘磺酸钠减水剂    1％ 
引气剂                0.05％ 
有机硅憎水粉剂              0.5％ 
新戊二醇              0.2％ 
聚丙烯纤维            0.3％ 
磨细矿渣粉    20.5％ 
硅灰          25％ 
超细粉煤灰    20％ 
石英砂        7.45％ 
上述配比制备的海工混凝土耐腐蚀外加剂，按海工混凝土中胶凝材料用量的10％掺入C40海工混凝土中。该海工混凝土的28d电通量小于900C、28天抗压强度与基准混凝土相比，提高15％。 
实施例3 
硫铝酸钙膨胀剂        10％ 
甲基萘磺酸钠减水剂    1％ 
引气剂                0.01％ 
有机硅憎水粉剂              0.5％ 
新戊二醇              0.5％ 
聚丙烯纤维            0.3％ 
磨细矿渣粉            25％ 
硅灰                  40％ 
超细粉煤灰            10％ 
石英砂                12.69％ 
上述配比制备的海工混凝土耐腐蚀外加剂，按海工混凝土中胶凝材料用量的10％掺入C40海工混凝土中。该海工混凝土的28d电通量小于900C、28天抗压强度与基准混凝土相比，提高18％。 
实施例4 
硫铝酸钙膨胀剂        5％ 
甲基萘磺酸钠减水剂    2％ 
引气剂                0.005％ 
有机硅憎水粉剂              1％ 
新戊二醇              0.5％ 
聚丙烯纤维    0％ 
磨细矿渣粉    40％ 
硅灰          31.495％ 
超细粉煤灰    15％ 
石英砂        5％ 
上述配比制备的海工混凝土耐腐蚀外加剂，按海工混凝土中胶凝材料用量的10％掺入C40海工混凝土中。该海工混凝土的28d电通量小于1000C、28天抗压强度与基准混凝土相比，提高23％。 
实施例5 
硫铝酸钙膨胀剂        5％ 
甲基萘磺酸钠减水剂    1.2％ 
引气剂                0.1％ 
有机硅憎水粉剂              0.2％ 
新戊二醇              1％ 
聚丙烯纤维            0.5％ 
磨细矿渣粉            19％ 
硅灰                  25％ 
超细粉煤灰            10％ 
石英砂                38％ 
上述配比制备的海工混凝土耐腐蚀外加剂，按海工混凝土中胶凝材料用量的10％掺入C40海工混凝土中。该海工混凝土的28d电通量小于900C、28天抗压强度与基准混凝土相比，提高15％。 
实施例6 
硫铝酸钙膨胀剂        10％ 
甲基萘磺酸钠减水剂    2％ 
引气剂                0.03％ 
有机硅憎水粉剂              0.5％ 
新戊二醇      1％ 
聚丙烯纤维    1.2％ 
磨细矿渣粉    30.27％ 
硅灰          25％ 
超细粉煤灰    20％ 
石英砂        10％ 
上述配比制备的海工混凝土耐腐蚀外加剂，按海工混凝土中胶凝材料用量的10％掺入C40海工混凝土中。该海工混凝土的28d电通量小于650C、28天抗压强度与基准混凝土相比，提高30％。 

Claims (8)

1.一种海工混凝土耐腐蚀外加剂，其组成成分的质量百分比为：
硫铝酸钙膨胀剂            5～30％；
甲基萘磺酸钠减水剂        0.5～2％；
引气剂                    0.005～0.1％；
有机硅憎水粉剂            0.2～1％；
新戊二醇                  0.5～1％；
微细合成纤维              0～1.2％；所说的微细合成纤维为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维、尼龙纤维或不同单丝长度的相同品种或不同品种的混杂纤维；且所述聚丙烯纤维的单丝长度为6mm，混杂纤维的单丝长度≤9mm；
磨细矿渣粉                20～40％；所说的磨细矿渣粉为S95级或以上，比表面积≥4000cm2/g；
硅灰                      25～50％；
超细粉煤灰                10～25％；所说的超细粉煤灰为I级粉煤灰，比表面积≥7000cm2/g；
石英砂                    5～38％。
2.如权利要求1所述的海工混凝土耐腐蚀外加剂，其特征在于，组成成分的质量百分比为：
硫铝酸钙膨胀剂            5～25％；
甲基萘磺酸钠减水剂        0.5～1％；
引气剂                    0.01～0.05％；
有机硅憎水粉剂            0.2～0.5％；
新戊二醇                  0.5～0.8％；
微细合成纤维              0.1～0.5％；
磨细矿渣粉                20～40％；
硅灰                      25～40％；
超细粉煤灰                15～25％；
石英砂                    5～30％。
3.如权利要求1或2所述的海工混凝土耐腐蚀外加剂，其特征在于，所述引气剂为十二烷基硫酸钠。
4.如权利要求1或2所述的海工混凝土耐腐蚀外加剂，其特征在于，所述有机硅憎水粉剂为粉剂粒径在100～200微米之间的硅烷基粉末。 
5.如权利要求1或2所述的海工混凝土耐腐蚀外加剂，其特征在于，所述新戊二醇为粒径≤500微米的工业级粉剂。
6.如权利要求1或2所述的海工混凝土耐腐蚀外加剂，其特征在于，所述硅灰为凝聚态硅灰或普通硅灰，比表面积≥190000cm2/g。
7.如权利要求1或2所述的海工混凝土耐腐蚀外加剂，其特征在于，所述石英砂的粒径范围为70～100目。
8.如权利要求1-7中任一权利要求所述的海工混凝土耐腐蚀外加剂的制备方法，该方法包括如下步骤：
1)按照组分重量百分比称量出各原材料；
2)将称量好的各组分倒入搅拌机，聚丙烯纤维最后加入，搅拌至混合均匀。 
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