CN103693926B - 一种耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片,其特征在于，由钢筋骨架和耐腐蚀混凝土组成；其中，钢筋骨架由国标螺纹钢筋加工，外涂环氧树脂、热塑性树脂或镀锌工艺或根据环境条件不进行涂层处理的钢筋。耐腐蚀混凝土由复合水泥、活性胶凝材料、缓凝剂、天然砂、碎石、减水剂和水组成。本发明提供耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片适合于地铁管片周围有水环境对管片混凝土产生的溶蚀作用，减少酸性水环境的对管片的侵蚀作用，抵抗氯盐、硫酸盐对地铁管片的腐蚀作用，延长管片的使用寿命。

Description

一种耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片

技术领域

本发明涉及地铁盾构法施工技术领域，特别是一种耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片。

背景技术

目前，公知的城市地铁大多数是采用盾构法掘进施工。盾构法施工是利用机械在地下钻取一个圆形空间，然后在盾构机械的尾部用钢筋混凝土管片拼装形成一个圆形空间，这个圆形空间就是地铁轨道的运行空间。

众所周知，地铁是公众建筑，安全高于一切，然而，由于地下结构是复杂性，地下土壤、水不可避免地会对地铁管片的结构寿命产生影响，特别是地下水中的Cl^-离子、SO₃ ^-2离子的长期侵蚀会使普通钢筋混凝土产生体积膨胀，从而失去结构强度。

从已经报道的国内外技术发展情况看，设计上一般对腐蚀地段采用提高混凝土强度等级，增大钢筋直径、使用防腐涂层钢筋、使用混凝土防腐剂、增大钢筋混凝土保护层厚度的办法解决耐久性的问题。

实验证明，这些方法不能从根本上解决混凝土遭受侵蚀的问题，延长管片的耐久性需要从材料抗腐蚀的能力上做起。

虽然，在本领域中，硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石膏三元体系复合胶凝材料的试验研究为干混快凝水泥砂浆提供了一种实现方法。但是，由于硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥复合后凝聚时间较快，加入石膏后会形成大量的钙矾石使混凝土体积产生微膨胀，从而降低了其早期强度。

发明内容

本发明的发明目的在于，针对上述存在的问题，提供一种防腐性能佳、耐久性好的地铁钢筋混凝土管片。

本发明提供的耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片,具有这样的技术特征，由钢筋骨架和耐腐蚀混凝土组成，其外形由设计单位确定，产品通过模注加工成型。

此外，在本发明提供的耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片中,钢筋骨架由国标螺纹钢筋加工，外层采用涂环氧树脂、热塑性树脂或镀锌的工艺，以此来提高钢筋的耐腐蚀能力。根据环境条件，也可以不采用涂层钢筋；

上述加工的具体工艺要求为：对国标螺纹钢筋进行预先防腐蚀涂层加工，弯制节点进行防腐补漏，骨架绑扎完毕按排进行电阻检测，再进行绝缘处理的生产工艺。

另外，在本发明提供的耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片中,耐腐蚀混凝土由复合水泥、活性掺合材料、缓凝剂、天然砂、碎石、减水剂和水组成。

其中，复合水泥与活性掺合材料组成胶凝材料；

地铁钢筋混凝土管片中复合水泥的掺加量为380kg/m³-500kg/m³，一般其总量不超过480kg/m³，优选为380kg/m³-410kg/m³；

此外，活性胶凝材料的掺加量为胶凝材料总量的5%-10%，优选为8%，其水胶比不大于0.30。

在本发明中，为进一步提高管片的耐腐蚀性能，所采用的复合水泥由硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥组成。其配合比中普通硅酸盐水泥掺加量为90%-95%，硫铝酸盐水泥掺加量为为5%-10%。优选硫铝酸盐水泥掺加量为硅酸盐水泥的5%-10%。

这种设计的优势在于，利用硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥这两种材料本身的性能，将其按规定的配比进行混合后，使矿物结构发生改变，从而能在不添加防腐蚀剂的情况下，就能达到良好的防腐蚀效果；另一方面，硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥这两种材料配合使用后较之常规工艺中添加防腐剂的水泥，还兼备良好的耐久性。

在本发明中，活性掺合材料为矿粉及偏高岭土的混合物，其可根据目标管片的性能要求进行任一比例的调配。优选使用1：1的配比。

这种设计的优势在于，处于介稳状态的偏高岭土无定形硅铝化合物,经复合水泥中碱性激活剂作用,硅铝化合物由解聚到再聚合后,会形成类似于地壳中一些天然矿物的铝硅酸盐凝胶的网络状结构。使其混凝土更加密实，增强其后期强度和抗腐蚀的能力，因而具有更优越的性能。

根据这一矿物特征,本发明中的硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥混合时，硅酸盐水泥中的硅酸三钙和硫铝酸盐水泥中的硫铝酸三钙相互作用会加速水化进程，得到较高的早期强度，再配合矿粉，激发矿粉中的硅酸二钙成分，得到后期强度持续增长的混凝土。因此，该混凝土具有早期强度高，后期强度也高的特点,而且具有较强的耐腐蚀性和良好的耐久性,在5%酸性条件下,其强度损失原低于常规混凝土。

本发明中，为了使混凝土在浇筑成型阶段具有较好的工作性能，需要延长混凝土的凝聚时间，添加了缓凝剂。上述缓凝剂可选自市售的硼酸盐、硼酸盐与硫酸盐的混合物。优选使用硼砂为缓凝剂。

其掺加量为硫铝酸盐水泥掺加量的0.2%-0.5%。

在本发明中，天然砂的细度模数为2.3-2.8，含泥量小于2%；其在地铁管片钢筋混凝土中的总掺加量为25%-30%，优选为27.5%。

在本发明中，碎石由5mm-10mm和10mm-25mm两种单粒级的颗粒组成；

此外，5mm-10mm的碎石颗粒与10mm-25mm的碎石颗粒的掺加量比为1:1-2，优选为1：1.5；

其在地铁管片钢筋混凝土中的总掺加量45%-50%，优选为47.5%。

在本发明中，选用特定等级和规格的天然砂及碎石，一方面可降低成本，另一方面，此类特定的物理粒径天然砂及碎石，在填充的过程中，能有效的配合本发明所涉及的活性掺合材料和复合水泥等，形成较传统工艺更为紧密的密实体。从而进一步提高产品耐久性和强度。

在本发明中，减水剂选用减水率大于25%的减水剂，可选自市售的多环芳香族盐类、水溶性树脂磺酸盐类、萘磺酸盐减水剂、密胺系减水剂、粉末聚羧酸酯、干酪素和聚羧酸系高性能减水剂。

其用量为胶凝材料总量的0.6%-1%，优选为0.8%。

在本发明中，选用减水率大于25%的减水剂可进一步起到提高产品强度的作用。

水的用量为余量，一般为5%-7%，优选为5.8%。

本发明中，耐腐蚀混凝土的加工工艺为：

步骤一、将硫铝酸盐水泥、矿粉、偏高岭土共同搅拌组成复合掺合料；

步骤二、将水泥、复合掺合料组成胶凝材料，复合掺合料优选占胶凝材料总量的20%-25%；

步骤三、将水泥、砂、石、缓凝剂、减水剂、复合掺合料和水等材料通过精确计量搅拌站搅拌后组成适合于工程施工的混凝土。

在本发明中，混凝土强度等级为C50或大于C50。

本发明的作用和效果：

本发明提供的耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片能有效运用于领域为大体积混凝土或者早期强度要求较高、环境为有腐蚀的工程领域中，通过特定组分间的有效配合，解决了现有产品中凝结过快，后期强度倒缩的问题。

本发明提供的耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片，通过对管片结构钢筋预先涂镀一层防腐材料，使结构钢筋表层对化学侵蚀的能力提高，这种涂层可以环氧树脂涂层，热塑性涂层、镀锌涂层等。

本发明提供的耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片，其复合水泥由硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥按照一定比例组成，为延长混凝土的凝聚时间，需要在搅拌水中添加缓凝剂（如：硼砂等），由于两种水泥的水化产物不同，可以达到互相弥补的作用，从而大幅度提高混凝土的抗硫酸盐性能和抗氯盐侵蚀的性能。

此外，本发明在混凝土中添加掺合材料主要是矿粉和偏高岭土材料，两种材料在碱性环境下激发其活性，提高混凝土的早期强度和后期强度和解决倒缩的问题。

具体实施方式

实施例一、

1#耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片

钢筋骨架的加工：用环氧树脂对国标螺纹钢筋进行预先防腐蚀涂层加工，弯制节点进行防腐补漏，骨架绑扎完毕按排进行电阻检测，其电阻值用500V摇表测试电阻，要求其电阻值大于2MΩ。

耐腐蚀混凝土的加工：根据下列配比进行混合加工得到混凝土；

地铁钢筋混凝土管片中复合水泥的掺加量为380kg/m³（水泥中硅酸盐水泥为95%；硫铝酸盐水泥为5%），

活性掺合材料（矿粉：偏高岭土=1：1）的掺加量为胶凝材料总量的8%，其水胶比不大于0.30；

缓凝剂硼砂或硼砂与硫酸铝的混合物，其掺加量为硫铝酸盐水泥掺加量的0.2%；

天然砂（细度模数为2.3-2.8，含泥量小于2%）在地铁钢筋混凝土中的总掺加量为27.5%；

碎石（5mm-10mm：10mm-25mm=1:1.5)在地铁钢筋混凝土中的总掺加量47.5%；

减水剂(市售减水率大于25%的萘系类减水剂)为胶凝材料总量的0.8%；

水的用量为余量。

耐腐蚀地铁管片通过模型将钢筋骨架、混凝土组合浇筑成型。

实施例二、

2#耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片

钢筋骨架的加工：用热塑性树脂对国标螺纹钢筋进行预先防腐蚀涂层加工，弯制节点进行防腐补漏，骨架绑扎完毕按排进行电阻检测，其电阻值用500V摇表测试电阻，要求其电阻值大于2MΩ。

耐腐蚀混凝土的加工：根据下列配比进行混合加工得到混凝土；

地铁钢筋混凝土管片中复合水泥的掺加量为410kg/m³（水泥中硅酸盐水泥为90%；硫铝酸盐水泥为10%），

活性掺合材料（矿粉：偏高岭土=1：1.5）的掺加量为胶凝材料总量的5%；

缓凝剂硼砂或硼砂与硫酸铝的混合物，其掺加量为硫铝酸盐水泥掺加量的0.5%；

天然砂（细度模数为2.3-2.8，含泥量小于2%）在地铁钢筋混凝土中的总掺加量为25%；

碎石（5mm-10mm：10mm-25mm=1:1)在地铁钢筋混凝土中的总掺加量50%；

减水剂(市售减水率大于25%的聚羧酸系高性能减水剂）为胶凝材料总量的1%；

水的用量为余量。

耐腐蚀地铁管片通过模型将钢筋骨架、混凝土组合浇筑成型。

实施例三、

3#耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片

钢筋骨架的加工：采用镀锌工艺对国标螺纹钢筋进行预先防腐蚀涂层加工，弯制节点进行防腐补漏，骨架绑扎完毕按排进行电阻检测，其电阻值用500V摇表测试电阻，要求其电阻值大于2MΩ。

耐腐蚀混凝土的加工：根据下列配比进行混合加工得到混凝土；

地铁钢筋混凝土管片中复合水泥的掺加量为400kg/m³（水泥中硅酸盐水泥为93%；硫铝酸盐水泥为7%），

活性掺合材料（矿粉：偏高岭土=2：1）的掺加量为胶凝材料总量的10%；

缓凝剂硼砂或硼砂与硫酸铝的混合物，其掺加量为硫铝酸盐水泥掺加量的0.4%；

天然砂（细度模数为2.3-2.8）在地铁钢筋混凝土中的总掺加量为30%；

碎石（5mm-10mm：10mm-25mm=1:2)在地铁钢筋混凝土中的总掺加量48%；

减水剂(市售减水率大于25%的粉末聚羧酸酯减水剂）为胶凝材料总量的0.6%；

水的用量为余量。

耐腐蚀地铁管片通过模型将钢筋骨架、混凝土组合浇筑成型。

实施例四、

4#耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片

钢筋骨架的加工：用国标螺纹钢筋进行加工骨架。

耐腐蚀混凝土的加工：根据下列配比进行混合加工得到混凝土；

地铁钢筋混凝土管片中复合水泥的掺加量为480kg/m³（水泥中硅酸盐水泥为92%；硫铝酸盐水泥为8%），

活性胶凝材料（矿粉：偏高岭土=1：2）的掺加量为胶凝材料总量的6%；

缓凝剂高糖木质素磺酸盐掺加量为硫铝酸盐水泥掺加量的0.3%；

天然砂（细度模数为2.3-2.8，含泥量小于2%）在地铁钢筋混凝土中的总掺加量为27.5%；

碎石（5mm-10mm：10mm-25mm=1:1.5)在地铁钢筋混凝土中的总掺加量45%；

减水剂(市售减水率大于25%的密胺系减水剂）为胶凝材料总量的0.7%；

水的用量为余量。

耐腐蚀地铁管片通过模型将钢筋骨架、混凝土组合浇筑成型。

研发发现，在本发明的实施例1-4中，当活性胶凝材料中矿粉和偏高岭土为其他比例关系时、当缓凝剂被替换为其他本领域常用的缓凝剂（如：市售的硼酸盐、硼酸盐与硫铝酸盐的混合物、高糖木质素磺酸盐中的一种或几种得混合物）时、当减水剂被替换为其他本领域常用的减水剂（如：市售的多环芳香族盐类、水溶性树脂磺酸盐类、萘磺酸盐减水剂、密胺系减水剂、粉末聚羧酸酯、干酪素和聚羧酸系高性能减水剂）时也能实现本发明的目的。

Claims (8)

1.一种耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片,其特征在于，由钢筋骨架和耐腐蚀混凝土组成；

其中，所述耐腐蚀混凝土由复合水泥、活性胶凝材料、缓凝剂、天然砂、碎石、减水剂和水组成；

所述复合水泥由硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥组成；

所述活性胶凝材料为矿粉及偏高岭土的混合物；

所述复合水泥与活性胶凝材料组成胶凝材料；

所述地铁钢筋混凝土管片中复合水泥的掺加量为380kg/m³-500kg/m³，所述活性胶凝材料的掺加量为胶凝材料总量的5％-10％，其水胶比不大于0.30；

所述缓凝剂掺加量为所述硫铝酸盐水泥掺加量的0.2％-0.5％；

所述天然砂在所述地铁钢筋混凝土中的总掺加量为25％-30％；

所述碎石在所述地铁钢筋混凝土中的总掺加量45％-50％；

所述减水剂为所述胶凝材料总量的0.6％-1％；

所述水的用量为单位立方米混凝土重量的5.5％-6.0％。

2.如权利要求1所述的一种耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片,其特征在于：所述钢筋骨架由国标螺纹钢筋加工，外涂环氧树脂、热塑性树脂或镀锌工艺,或根据环境条件，采用不涂层的钢筋。

3.如权利要求2所述的一种耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片,其特征在于：对国标螺纹钢筋进行预先防腐蚀涂层加工，弯制节点进行防腐补漏，骨架绑扎完毕，进行电阻检测，再进行绝缘处理的生产工艺。

4.如权利要求1-3任一所述的一种耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片,其特征在于，所述复合水泥由占水泥总质量的质量百分比含量如下的物质组成：

硅酸盐水泥90％-95％；

硫铝酸盐水泥5％-10％。

5.如权利要求1-3任一所述的一种耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片,其特征在于：所述缓凝剂选自硼酸盐、硼酸盐与硫酸盐的复合物、高糖木质素磺酸盐。

6.如权利要求1-3任一所述的一种耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片,其特征在于：所述天然砂的细度模数为2.3-2.8。

7.如权利要求1-3任一所述的一种耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片,其特征在于：所述碎石由5mm-10mm和10mm-25mm两种单粒级的颗粒组成；

其中，5mm-10mm的碎石颗粒与10mm-25mm的碎石颗粒的掺加量比为1:1-2。

8.如权利要求1-3任一所述的一种耐腐蚀地铁钢筋混凝土管片,其特征在于：所述减水剂的减水率大于25％。