CN105084837B - 一种海砂粉末混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海砂粉末混凝土，包括如下重量份原料：水泥450~750份；矿物活性掺合料250~450份；惰性掺合料50~150份；海砂850~1400份；早强型高效减水剂24~32份；海水145~220份；有机纤维2~4份；0.08mm~0.35mm镀铜钢纤维78~250份。该混凝土原理采用的致密堆积结构原理,通过颗粒级配的优化使得内部混凝土内部基本没有连通通道空隙，活性矿物掺和料的二次水化进一步消除了内部离子介质迁移的通道，从而使用海水和海砂搅拌粉末混凝土具有高耐久性、抗腐蚀性、高力学性能的超高性能混凝土。

Description

一种海砂粉末混凝土

发明领域

本发明涉及混凝土材料领域，尤其是一种采用海水和海砂制备的海砂粉末混凝土。

背景技术

随着我国经济的快速发展，在建筑工程中对混凝土的需求日益增大。在混凝土制造行业中，一般会在混凝土加入大量的河砂，以使最终的混凝土结构得到理想的强度。然而，混凝土产品的大量生产使有限的河砂资源日益枯竭，进而危及河道防洪和城市供水。

与河砂相比，海砂资源比较丰富。利用海砂制备混凝土是解决河砂资源过度开采的问题的理想选择。但是，由于海砂中含有一定量的氯离子、硫酸根离子阴及金属阳离子离子，会导致采用海砂混凝土建造的建筑结构中的钢筋结构容易被腐蚀，不利于建筑结构的安全。为了解决这一问题，可以采用在混凝土中添加外加剂的方法，如专利号为CN201010116341名为“外加剂的海砂混凝土构件及制备方法”的中国发明专利公开了一种外加剂的海砂混凝土构件,包括作为混凝土骨料的海砂、水泥、水及能释放二氧化碳的外加剂,将海砂、水泥、水及能释放二氧化碳的外加剂按比例搅拌混和形成海砂混凝土,还包括容纳所述海砂混凝土的柱状基体,将所述海砂混凝土灌入所述柱状基体中成形后形成海砂混凝土构件。本发明的海砂混凝土构件,将海砂、水泥、水及能释放二氧化碳的外加剂按比例搅拌混和形成海砂混凝土,海砂混凝土中的氢氧化钙与二氧化碳气体进行反应生成碳酸钙。在混凝土中加入能释放二氧化碳的外加剂一方面能解决混凝土结构中氢氧化钙腐蚀的问题，另一方面，反应生成的碳酸钙能改善海砂与水泥浆的接触界面，增强海砂混凝土的强度。海砂混凝土中的孔隙虽然会因为二氧化碳与氢氧化钙的反应而导致孔径减少，但是，海砂中小粒径的氯离子仍能从孔径通过，腐蚀钢筋结构，导致混凝土结构耐久性能下降。

另外，可以采用淡化海砂的方法制备混凝土，如申请号为200910025342.8 名为“高性能的海砂混凝土材料”中国发明专利申请公开了一种高性能化海砂混凝土材料是以经过淡化处理的海砂和矿物掺合料为主要成分,加水、水泥、石子搅拌制成,各原料的重量份为:水泥100份,矿物掺合料50-300份,水50-600份,海砂100-1600份,石子250-2000份。其中，所采用的海砂的规格为细度模数2.2~3.0，含泥量小于1.5%，泥块含量小于0.8%，氯离子含量小于0.05%，贝壳含量小于5%。该方案虽能解决海砂中氯离子腐蚀钢筋的问题，混凝土结构的强度和耐久性得到增强，但是，方案中采用的海砂需要经过淡化，而该淡化过程成本高，而且生产效率低，不适合海砂混凝土的大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种耐腐蚀性好、耐久性能好、自密实性能好、扩展度大、水化热低、工作扩展度调整范围大、早期强度快，能采用直接海水和海砂制备的海砂粉末混凝土。

本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：

一种海砂粉末混凝土，其特征在于，包括如下重量份原料：

普通硅酸盐水泥450~750份；

矿物活性掺合料；250~450份；

惰性掺合料50~150份；

海砂850~1400份；

早强型高效减水剂24~32份；

海水145~220份；

有机纤维2~4份；

0.08mm~0.35mm镀铜钢纤维78~250份。

该混凝土引入级配纳米级惰性掺和料组分，提高混凝土结构自密实性，同时引入上述配比的矿物活性掺和料，增强混凝土结构的强度、耐久性等性能，矿物活性掺和料二次反应不断吸收内部反应生成氢氧化钙，一方面消除了氢氧化钙对混凝土结构的影响，另一方面，进一步也消除了内部离子介质迁移的通道。在这种混凝土中，不但可以直接添加不经淡化的海水、海砂，而且海水、海沙中含有低浓度的氯盐和硫酸盐盐类，能够作为早强剂作用，被混凝土中水化产物吸收，进一步增加了混凝土结构的填充，提高了其力学性能指标。

进一步地，所述的海砂粉末混凝土包括如下重量份原料：

普通硅酸盐水泥550~650份；

矿物活性掺合料330~400份；

惰性掺合料80~120份；

海砂950~1200份；

早强型高效减水剂26~31份；

海水165~200份；

有机纤维2~4份；

0.08mm~0.35mm镀铜钢纤维100~170份。

其中，所述水泥的平均粒径为小于60μm；所述矿物活性掺和料粒径范围为0.10~60μm；所述惰性掺合料平均粒径为0.01~80μm；所述海砂平均粒径为4.75mm以下，颗粒为连续级配的中砂及细沙，泥含量小于0.5%；所述有机纤维为高强弹模的PVA纤维，其长度为6~12mm；所述镀铜纤维抗拉强度大于2000兆帕。所述水泥的级别为不低于42.5等级强度；高效减水剂减水率不小于20%，所述矿物掺合料为活性指数7天不低于120%，其组分为硅粉、矿粉、粉煤灰、陶瓷抛光粉、钢渣份中一种或多种，惰性掺合料其组分为石灰石粉、纳米碳酸钙粉、石英石粉中一种或多种。

矿粉、硅灰、粉煤灰、陶瓷抛光粉、钢渣在制备混凝土的过程中，矿物活性掺合料进行二次水化，吸收混凝土内部的氢氧化钙，使内部结构孔隙进一步减小，基本消除了内部离子介质迁移的通道。纳米级碳酸钙粉、石灰石粉、石英石粉等组分，其主要起颗粒致密结构堆积作用，同时其颗粒表面能较大，促进水泥水化反应，起到晶核反应作用，同时由于惰性掺和料的颗粒级配对内部结构产生致密挤压排水作用，可以有效降低水用量，从而减少了海水、海沙中游离状态离子的在微毛细孔通道迁移，对实现海砂粉末混凝土效果比较重要。本发明整体结构利用致密堆积结构原理，添加含纳米级碳酸钙粉、磨细石英石粉等惰性掺合料，通过颗粒级配的优化使得内部混凝土内部没有连通通道空隙，使内部离子介质不容易发生迁移。

进一步地，所述矿物活性掺合料包括如下重量百分比原料：硅灰0~100%、矿粉0~50%、粉煤灰0~50%、陶瓷抛光粉0~100%、钢渣0~30%；所述惰性掺合料包括如下重量百分比原料：石灰石粉0~100%、纳米碳酸钙0~100%、石英石粉0~100%。

矿粉、硅灰、粉煤灰、陶瓷抛光粉、钢渣在制备混凝土的过程中，矿物活性掺合料进行二次水化，吸收混凝土内部的氢氧化钙，使内部结构孔隙进一步减小，基本消除了内部离子介质迁移的通道。

优选地，所述海砂粉末混凝土包括如下重量份原料：

普通硅酸盐水泥600份；

矿物活性掺合料350份；

惰性掺合料100份；

海砂1050份；

早强型高效减水剂30份；

海水175份；

有机纤维3份；

0.08mm~0.35mm镀铜钢纤维165份。

一种海砂粉末混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、将配方限定的有机纤维、镀铜纤维和海砂加入搅拌机搅拌至分散均匀；

S2、向步骤S1搅拌好的材料中依次加入配方限定的水泥、矿物活性掺合料、惰性掺和料进行搅拌至得到均匀的混合料；

S3、向步骤S2中均匀混合料依次加入配方限定的早强型高效减水剂、海水搅拌至形成均匀海砂粉末混凝土。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

（1）本发明技术方案利用的致密堆积结构原理，在海砂混凝土中加入含纳米级碳酸钙粉、陶瓷抛光粉纳米级掺合料，通过颗粒级配的优化使得内部混凝土内部基本没有连通通道空隙，通过添加矿物活性掺合料并且进行二次水化反应，消除了混凝土结构内部离子介质迁移的通道，因此可不经过淡化过程，直接在混凝土制备时添加海水和海砂替代淡水和河砂，节约河砂和淡水资源。而且混凝土自身海水、海沙中含有低浓度的氯盐和硫酸盐盐类，能够起到早强剂的作用，通过水化反应进一步增加了混凝土结构内部填充，提高了混凝土结构的力学性能指标。

（2）该种海砂混凝土综合成本造价低，材料来源广泛、大掺量工业废料，并且耐腐蚀性好，耐久性能好，自密实性能好，扩展度大，水化热低、工作扩展度调整范围大，早期强度快，一天大于50兆帕，28天大于120兆帕，56天强度不低于130兆帕，适合各类别建筑工程要求使用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。

实施例1

一种自密实海砂混凝土，包括如下重量份原料：

普通硅酸盐水泥450份；

矿物活性掺合料；250份；

惰性掺合料50份；

海砂850份；

早强型高效减水剂24份；

海水145份；

有机纤维2份；

0.08mm~0.35mm镀铜钢纤维78份。

其中，所述水泥的平均粒径为小于60μm，级别为不低于42.5等级强度；所述矿物活性掺和料粒径范围为0.10~60μm；所述惰性掺合料平均粒径为0.01~80μm；所述海砂平均粒径为4.75mm以下，颗粒为连续级配的中砂及细沙，泥含量小于0.5%；所述有机纤维为高强弹模的PVA纤维，其长度为6~12mm；所述镀铜纤维抗拉强度大于2000兆帕；所述高效减水剂减水率不小于20%；所述矿物掺合料为活性指数7天不低于120%。

所述矿物活性掺合料包括如下重量百分比原料：硅灰30%、矿粉15%、粉煤灰15%、陶瓷抛光粉30%、钢渣10%；所述惰性掺合料包括如下重量百分比原料：石灰石粉35%、纳米碳酸钙35%、石英石粉30%。

一种海砂粉末混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、将配方限定的有机纤维、镀铜纤维和海砂加入搅拌机搅拌2分钟至分散均匀；

S2、向步骤S1搅拌好的材料中依次加入配方限定的水泥、矿物活性掺合料、惰性掺和料进行搅拌4分钟至得到均匀的混合料；

S3、向步骤S2中均匀混合料依次加入配方限定的早强型高效减水剂、海水搅拌4分钟至形成均匀海砂粉末混凝土。

实施例2

除海砂粉末混凝土的配方及惰性掺合料和矿物活性掺合料的配方不同外，其他条件同实施例1；

一种自密实海砂混凝土，包括如下重量份原料：

普通硅酸盐水泥750份；

矿物活性掺合料450份；

惰性掺合料150份；

海砂1400份；

早强型高效减水剂32份；

海水220份；

有机纤维4份；

0.08mm~0.35mm镀铜钢纤维250份。

其中，所述矿物活性掺合料包括如下重量百分比原料：硅灰20%、矿粉30%、粉煤灰25%、陶瓷抛光粉20%、钢渣5%；所述惰性掺合料包括如下重量百分比原料：石灰石粉10%、纳米碳酸钙80%、石英石粉10%。

实施例3

除海砂粉末混凝土的配方不同外，其他条件同实施例1；

一种自密实海砂混凝土，包括如下重量份原料：

普通硅酸盐水泥550份；

矿物活性掺合料330份；

惰性掺合料80份

海砂950份；

早强型高效减水剂26份；

海水165份；

有机纤维2份；

0.08mm~0.35mm镀铜钢纤维100份。

实施例4

除自密实海砂混凝土的配方不同外，其他条件同实施例2。

一种自密实海砂混凝土，包括如下重量份原料：

普通硅酸盐水泥650份；

矿物活性掺合料400份；

惰性掺合料120份

海砂1200份；

早强型高效减水剂31份；

海水200份；

有机纤维4份；

0.08mm~0.35mm镀铜钢纤维170份。

实施例5

除自密实海砂混凝土的配方不同外，其他条件同实施例2。

所述自密实海砂混凝土，包括如下重量份原料：

普通硅酸盐水泥600份；

矿物活性掺合料350份；

惰性掺合料100份；

海砂1050份；

早强型高效减水剂30份；

海水175份；

有机纤维3份；

0.08mm~0.35mm镀铜钢纤维165份。

对比例1

除了不添加惰性掺合料外，其他条件同实施例5。

对比例2

除了所述不添加矿物活性掺合料，其他条件同实施例5。

对比例3

除自密实海砂混凝土中矿物活性掺合料的添加量为245份，惰性掺合料的添加量为45份外，其他条件同实施例1。

对比例4

除自密实海砂混凝土中矿物活性掺合料的添加量为455份，惰性掺合料的添加量为155份外，其他条件同实施例2。

使用实施例1~3、对比例1~4所述混凝土制备混凝土结构，对混凝土结构的结构强度、氯离子迁移系数、电通量、抗渗性能进行测试；并把混凝土结构分别在自来水、海水、PH=2HCL溶液和5%NaOH溶液中浸泡3个月，观察混凝土结构的腐蚀情况，测试项目及相应的实验数据如下表：

对比例1不添加惰性掺合料，对比例2不添加矿物活性掺合料，对比例1、2分别与实施例5对比，虽然浸泡3个月后的腐蚀情况相近，但是从强度、氯离子迁移系数、电通量和抗渗等性能来看，均不如实施例5，可见，添加惰性掺合料可提高混凝土结构自密实性，从而体现在性能的提高上；对比例2中氯离子迁移系数和电通量明显比实施例5大很多，标明矿物活性掺合料进行二次水化，吸收混凝土内部的氢氧化钙，使内部结构孔隙进一步减小，基本消除了内部离子介质迁移的通道；对比例3、4与实施例1、2对比，对比例3、4的矿物活性掺合料和惰性掺合料的添加量均在本发明所限定的范围之外，从上表来看，各种性能均不如实施例1、2，可见，在经过大量试验后，本发明的申请人得出本发明限定的范围是最优的。

Claims (8)

1.一种海砂粉末混凝土，其特征在于，包括如下重量份原料：

普通硅酸盐水泥450~750份；

矿物活性掺合料250~450份；

惰性掺合料50~150份；

海砂850~1400份；

早强型高效减水剂24~32份；

海水145~220份；

有机纤维2~4份；

0.08mm~0.35mm 镀铜钢纤维78~250份；

所述普通硅酸盐水泥的平均粒径为小于60μm；所述矿物活性掺和料粒径范围为0.10~60μm；所述惰性掺合料平均粒径为0.01~80μm；所述海砂平均粒径为4.75mm以下，颗粒为连续级配的中砂及细沙，泥含量小于0.5%；所述有机纤维为高强弹模的PVA纤维，其长度为 6~12mm；所述镀铜纤维抗拉强度大于2000兆帕。

2.根据权利要求1所述的海砂粉末混凝土，其特征在于，包括如下重量份原料：

普通硅酸盐水泥550~650份；

矿物活性掺合料330~400份；

惰性掺合料80~120份；

海砂950~1200份；

早强型高效减水剂26~31份；

海水165~200份；

有机纤维2~4份；

0.08mm~0.35mm镀铜钢纤维100~170份。

3.根据权利要求1或2所述的海砂粉末混凝土，其特征在于，所述矿物掺合料为硅灰、矿粉、粉煤灰、陶瓷抛光粉、钢渣份中一种或多种组成。

4.根据权利要求1或2所述的海砂粉末混凝土，其特征在于，所述惰性掺合料为石灰石粉、纳米碳酸钙粉、石英石粉中一种或多种组成。

5.根据权利要求1或2所述的海砂粉末混凝土，其特征在于，所述矿物活性掺合料包括如下重量百分比原料：硅灰0~100%、矿粉0~50%、粉煤灰0~50%、陶瓷抛光粉0~100%、钢渣0~30%。

6.根据权利要求1或2所述的海砂粉末混凝土，所述惰性掺合料包括如下重量百分比原料：石灰石粉0~100%、纳米碳酸钙0~100%、石英石粉0~100%。

7.根据权利要求1所述的海砂粉末混凝土，其特征在于，包括如下重量份原料：

普通硅酸盐水泥600份；

矿物活性掺合料350份；

惰性掺合料100份；

海砂1050份；

早强型高效减水剂30份；

海水175份；

有机纤维3份；

0.08mm~0.35mm镀铜钢纤维165份。

8.根据权利要求1~7任一项所述海砂粉末混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将配方限定的有机纤维、镀铜纤维和海砂加入搅拌机搅拌至分散均匀；

S2、向步骤S1搅拌好的材料中依次加入配方限定的普通硅酸盐水泥、矿物活性掺合料、惰性掺和料进行搅拌至得到均匀的混合料；

S3、向步骤S2中均匀混合料依次加入配方限定的早强型高效减水剂、海水搅拌至形成均匀海砂粉末混凝土。