CN104150837A - 一种用于灌注桩的抗腐蚀混凝土配方及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于灌注桩的抗腐蚀混凝土配方及其制备方法。采用普通硅酸盐水泥和Ⅱ级粉煤灰作为混凝土的胶结料，加入适量高分子材料聚丙烯酸酯和亚硝酸钠作为混凝土的改性材料，配制出具有抗硫酸盐和氯离子侵蚀的灌注桩用混凝土。粉煤灰的掺加量采用计算的方法给出，使得配合比设计更加合理。本发明的混凝土具有较好的和易性，保证了灌注桩用混凝土的工作性能。氯离子渗透试验证明，电通量达到很低的水平，说明混凝土具有较高的密实性。特别是混凝土在10%的硫酸钠溶液中，经过150次的干湿循环，抗压比仍在0.92，混凝土试块表面完整，基本无损。本发明材料易得，制备方法简单，成本低廉，对环境保护具有积极意义。

Description

一种用于灌注桩的抗腐蚀混凝土配方及其制备方法

技术领域

 本发明涉及一种混凝土配方，特别是一种用于灌注桩的抗腐蚀混凝土配方及其制备方法，属于土木工程技术领域。 

背景技术

在土木工程技术领域，混凝土结构的抗腐蚀问题一直是工程建设主要问题，特别是我国的沿海地区和西部地区混凝土结构的腐蚀问题更为突出。而沿海地区是我国经济发达地区，西部则是发展地区，都同样居于我国经济发展的重要地位。在混凝土结构的腐蚀中，建构（筑）物首当其中，建筑基础则是首先且腐蚀严重的结构，而灌注桩则是主要的基础形式之一，因此，灌注桩基础的抗腐蚀问题尤为重要。关于混凝土的抗腐蚀技术国内外已有很多研究成果，主要包括采用抗硫酸盐水泥，掺加抗腐蚀外加剂，涂料涂层保护等。前两种方法无疑会大大增加混凝土的成本，而后一种方法无法用于灌注桩基础。此外考虑到灌注桩用混凝土的特殊性。也有文献将粉煤灰、矿粉等掺加料用于抗腐蚀混凝土，但通常都是根据试验结果确定掺加量，是一种很不准确的掺加方法，导致的结果有可能掺加量过大，影响混凝土性能，或掺加量不足，降低抗腐蚀性能。因此，研究既能满足灌注桩混凝土的工作性能，又能满足混凝土的抗腐蚀性能的抗腐蚀混凝土配方具有重要经济和现实意义。

本发明的目的是提供一种用于灌注桩的抗腐蚀混凝土配方，其既能满足灌注桩混凝土的工作性能，又具有良好抗腐蚀性能，且成本低，材料易得。 

发明内容

本发明的目的是这样实现的。本发明利用水泥和Ⅱ级粉煤灰作为混凝土的主要胶结材料，并掺加适量高分子材料—聚丙烯酸酯和适量亚硝酸钠作为混凝土的改性材料。掺加Ⅱ级粉煤灰是利用了其中的活性物质（二氧化硅），能与水泥水化反应后的易受腐蚀的产物-氢氧化钙（CH）产生二次水化反应并生成与水泥结石类似的产物，从而消耗了易受腐蚀的物质--氢氧化钙，达到抗腐蚀的目的。此外，粉煤灰作为胶凝材料，可大大提高混凝土的密实程度，改善混凝土的工作性能，并代替部分水泥，从而节约了混凝土成本。高分子材料—聚丙烯酸酯具有减水效果，可改善混凝土的工作性能，使其满足灌注桩混凝土的特殊要求。亚硝酸钠则具有早强性，可提高混凝土的早期强度，从而减少由于大量掺加粉煤灰可能造成的混凝土早期强度低的弊端，还可利用其具有的可钝化金属得性能，阻止氯离子对混凝土中的钢筋的腐蚀。

本发明的提出是基于水泥中C₃S（硅酸三钙）和C₂S（硅酸二钙）水化反应所产生的CH（氢氧化钙）能与粉煤灰中的S(SiO₂，二氧化硅)发生火山灰反应而消耗掉，从而根据理论计算确定粉煤灰的掺加量，改变了通常大致估计粉煤灰用量的做法，使抗腐蚀混凝土的配合比更加合理。

计算原理如下：

已知条件：C₃S和C₂S的水化反应如下式：

                   （式1）

                    （式2）

CH与S发生的火山灰反应如下式：

                      （式3）

由上述反应可以得出，粉煤灰中的SiO₂可以跟C₃S（硅酸三钙）和C₂S（硅酸二钙）水化反应所产生的CH（氢氧化钙）发生火山灰反应，生成具有强度的水泥结石，从而消耗了容易受到腐蚀的物质CH。

已知化合物C₃S、C₂S、CH和S的分子量如下表1：

表1化合物分子量表

如果取100克水泥，则其中含有C₃S和C₂S分别为100a和100b克。C₃S和C₂S完全发生水化反应后生成摩尔的CH。而这些CH发生火山灰反应需要摩尔的S，即克S。如果粉煤灰中S 的含量是c，则需要克粉煤灰。即100克水泥产生的CH可以被克粉煤灰中的S发生火山灰反应而消耗掉。或者说1克水泥水化产生的CH可以刚好被克粉煤灰中的S发生火山灰反应而消耗掉。

假设混凝土中粉煤灰的最大掺量为x，则水泥含量为 1-x，需要克粉煤灰消耗CH。

于是：                   

解此方程得到:      ，         （公式A）

x即为粉煤灰的最大掺量（占水泥质量百分比）。

式中：a-水泥中C₃S的含量；b-水泥中C₂S的含量；c-粉煤灰中SiO₂的含量。

本发明提出的用于灌注桩的抗腐蚀混凝土，主要由普通硅酸盐水泥和Ⅱ级粉煤灰作为胶结材料，普通碎石和中砂作为骨架材料，聚丙烯酸酯和亚硝酸钠作为改性材料，加水制成。配方组成按质量比表示如下：

普通硅酸盐水泥                        250-280

   Ⅱ级粉煤灰                            90-100

水                                    162

 中砂（细度模数2.5）                   900-950

   碎石（粒径1.0-31.5mm）                910-960

   聚丙烯酸酯                            2.7-3.04

   亚硝酸钠                              1.1-1.15

其中，作为胶结材料和抗腐蚀掺加料Ⅱ级粉煤灰的最大掺加量，占水泥质量百分比计算，是根据水泥和粉煤灰的化学组成按公式计算得出的：

        （公式A）。

本发明用于灌注桩的抗腐蚀混凝土的制备方法如下：

（1）选取合格的混凝土组成材料，碎石、中砂，普通硅酸盐水泥，Ⅱ

级粉煤灰，聚丙烯酸酯和亚硝酸钠。

（2）对水泥和粉煤灰的化学组成进行分析，主要是水泥中的C₃S（硅酸三

钙）和C₂S（硅酸二钙）含量a和b，粉煤灰中的S(即二氧化硅 )的含量c；（a、b、c的单位均是质量百分比）。

（3）利用公式（A）计算混凝土中所需的粉煤灰最大掺量（占水泥质量百分比）；

（4）按规范和技术要求进行混凝土配合比设计，计算各材料用量；

（5）根据步骤（4）计算胶结材料用量，按步骤（3 ）计算出水泥和粉煤灰的用量；

（6）按确定的各原材料配比量，取各原材料加入搅拌机搅拌90-120秒，即为具有抗腐蚀性能的灌注桩用混凝土。

本发明取得的有益效果是：

本发明属自密实混凝土，具有较高的流动性，可用于钻孔灌注桩水下浇筑混凝土。通过理论计算所需的粉煤灰掺加量，使得混凝土配合比设计更合理，更精确，避免了传统大概估计做法的弊端，既保证了桩身混凝土的工作性能，又保证了混凝土的抗腐蚀性能。本发明将Ⅱ级粉煤灰用于混凝土的主要掺加料，可减少粉煤灰造成的环境污染，对环境保护具有积极意义，材料易得，降低工程成本。

 具体实施方式

以下实施例用于说明本发明。

实施例

沿海某钻孔灌注桩工程，地下水对混凝土及混凝土中的钢筋具有强腐蚀作用，混凝土设计桩身混凝土强度等级C30，混凝土坍落度200mm,混凝土配合比设计过程如下：

1、选取合格的混凝土原材料，其规格如下:

水泥：P.S42.5 普通硅酸盐水泥，

中砂：细度模数3.2 ，表观密度2.25g/cm³, 含泥量2.0%，

碎石：粒径范围1.0—31.5mm ,表观密度2.09 g/cm³，含泥量3.0%，

粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰，

聚丙烯酸酯：按胶结材料（水泥和粉煤灰的总量）0.05%-0.1%掺加，

亚硝酸钠：按胶结材料（水泥和粉煤灰的总量）0.2%-0.4%掺加，

2、分析水泥、粉煤灰的化学成分。其成分组成及含量如下表2和表3；

表2水泥的化合物含量

表3粉煤灰化学成分及含量

3、根据公式(A)和表2、表3分析结果，计算出的粉煤灰最大掺量为水

泥质量的37%。

4、根据步骤（3）、步骤（4）和步骤（5），掺加粉煤灰后的混凝土配合比如表4；

表4 混凝土配比

5、根据表4，取各原材料加入搅拌机搅拌90-120秒，即为具有抗腐蚀

性能的灌注桩用混凝土。制作混凝土试块进行标准养护。完成包括氯离子渗透试验、耐久性膨胀试验和强度试验。试验结果见表5：

表5 混凝土性能试验结果

由表5可以看出，按本发明配制的混凝土，具有较好的和易性，氯离子渗透试验结果，电通量达到很低的水平，说明混凝土具有较高的密实性。特别是混凝土在10%的硫酸钠溶液中，经过150次的干湿循环，抗压比仍在0.92，且混凝土表面完整，基本无损。

Claims (3)

1.一种用于灌注桩的抗腐蚀混凝土配方，其特征在于由普通硅酸盐水泥和                                                级粉煤灰作为混凝土的胶结料，并加入适量高分子材料聚丙烯酸酯和亚硝酸钠作为混凝土的改性材料，以及普通碎石、中砂和水组成，按质量比表示为：

普通硅酸盐水泥                        250-280

Ⅱ级粉煤灰                            90-100

水                                    162

中砂（细度模数2.5）                   900-950

碎石（粒径1.0-31.5mm）                910-960

聚丙烯酸酯                            2.7-3.04

亚硝酸钠                              1.1-1.15。

2.一种用于灌注桩的抗腐蚀混凝土配方，其特征在于Ⅱ级粉煤灰的最大

掺加量占水泥的质量百分比按照下列公式计算：

 。

3.如权利要求1所述的用于灌注桩的抗腐蚀混凝土的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）选取合格的混凝土组成材料，碎石、中砂，普通硅酸盐水泥，Ⅱ级粉煤灰，聚丙烯酸酯和亚硝酸钠；

（2）分析水泥和粉煤灰的化学组成，包括水泥中的硅酸三钙和硅酸二钙含量a和b，粉煤灰中的二氧化硅的含量c；

（3）利用以下公式：

计算出混凝土中所需的粉煤灰最大掺量占水泥的质量百分比；

（4）按规范和技术要求进行混凝土配合比设计，确定各材料用量；

（5）按步骤（3）和步骤（4）确定水泥和粉煤灰用量；

（6）按确定的各原材料配比量，取各原材料加入搅拌机搅拌90-120秒，即为具有抗腐蚀性能的灌注桩用混凝土。