CN105541236B - 一种海水海砂混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海水海砂混凝土，属于建筑材料领域，所述海水海砂混凝土的原料按质量份计，包括以下组分：水泥10‑25份、海水4‑9份、海砂25‑40份、石35‑55份、减水剂0.1‑0.8份、缓凝剂0.005‑0.02份、引气剂0.01‑0.05份、牺牲剂0.001‑0.01份。本发明解决了海水、海砂难以直接利用的技术难题，利用本发明制备的海水海砂混凝土具有工作性能优异，不同生产批次的混凝土工作性能稳定，适合大规模连续生产且成本低廉。

Description

一种海水海砂混凝土

技术领域

本发明涉及一种海水海砂混凝土，具体涉及一种利用海水海砂制作混凝土材料和产品的技术，属于建筑材料领域。

背景技术

十八大报告中提出“提高海洋资源开发能力，坚决维护国家海洋权益，建设海洋强国”的战略，开发海洋是经济建设、社会发展、国家安全、促进能源结构调整和科技发展的重大需求。

我国海洋面积300万平方公里，岛屿总数达5000多个，海岸线总长度3.2万公里，其中大陆海岸线1.8万公里，岛屿海岸线1.4万公里，对于沿海和近海地区，混凝土生产可以利用大陆上的砂、石和淡水等原材料。然而，对于远海和深海中的海岛建设，目前面临着原材料长距离运输、淡水和河砂缺乏难题。我国南海上的岛屿离岸距离最远超过1500km，东海上的岛屿离岸距离最远约为530km，如果从陆地上运送淡水、河砂等材料，或者在建设点进行海水淡化、海砂和粗骨料的无氯化处理，将耗费大量成本。

此外，由于钢筋混凝土中限制使用海水和海砂，因此海水海砂只能在素混凝土中使用。

诸如扭王字块、护坡混凝土等一般为素混凝土，不使用钢筋，不存在钢筋锈蚀问题。但因未经处理的海砂含泥量高、海水中化学物质复杂，直接利用海水、海砂生产素混凝土，会导致减水剂被海水中化学物质或杂质等吸附，使新拌混凝土工作性能不稳定，当海水、海砂的成本变动较大，这种工作性能的不稳定性，可能导致无法施工，严重时可能导致工程事故。

另外，由于海水、海砂中主要成分为氯化钠、氯化钙和氯化镁等氯盐，这些氯化物是混凝土的早强剂，会缩短混凝土的凝结时间，使混凝土早凝，严重缩短混凝土的施工时间。

最后，同样是由于氯盐物质的存在，混凝土内相当于人工掺加了除冰盐等物质，因而混凝土的抗冻耐久性能较差，不利于混凝土长期稳定服役。

发明内容

本发明解决的技术问题是显著提高海水海砂素混凝土的工作稳定性，使目前不能用来制备混凝土的海水和海砂，实现就地利用，并制备出性能不低于淡水河砂的混凝土。

本发明的技术方案是，提供一种海水海砂混凝土，所述海水海砂混凝土的原料按质量份计，包括以下组分：水泥10-25份、海水4-9份、海砂25-40份、石35-55份、减水剂0.1-0.8份、缓凝剂0.005-0.02份、引气剂0.01-0.05份、牺牲剂0.001-0.01份。

进一步地，所述牺牲剂的质量为海砂和海水总质量的0.01-0.015％。

水泥主要作用是水化后将海砂和石胶结在一起形成强度，水泥可选择硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥以及特种水泥等。

进一步地，所述海水海砂混凝土的原料中还添加辅助胶凝材料2-10份。辅助胶凝材料主要作用是降低水化热，降低水泥用量，增强耐久性和混凝土长期强度。所述辅助胶凝材料为粉煤灰、矿渣、石灰石粉、钢渣、硅灰、煤矸石、稻壳灰中的一种或几种混合，包含但不限于上述组分。

进一步地，所述海砂的细度模数不超过3.7，海砂主要用于填充石子间的空隙，为海岛就近区域采集未经处理的海砂；海水主要用于拌和混凝土，提供水泥水化的水分，为海岛就近区域采集未经处理的海水；石主要作用为降低混凝土的收缩和变形，是混凝土的骨架，主要包含大块岩石经过破碎后形成的碎石和水流冲刷后形成的卵石，其中碎石压碎指标小于30、卵石的压碎指标小于16。

进一步地，缓凝剂主要作用是延长水泥混凝土的初、凝结时间，留有足够的施工时间；所述缓凝剂为碳水化合物、羟基羧酸及其盐类、糖类及其化合物、多元醇及其衍生物中的一种或几种缓凝剂。减水剂主要作用是降低用水量，减小水泥用量，提高混凝土的工作性能，包含但不仅限于聚羧酸系减水剂、萘系减水剂、蒽系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂以及木质素磺酸盐系减水剂等。

进一步地，所述引气剂为松香类引气剂或/和皂苷类引气剂，包含但不限于上述组分。所述引气剂主要作用是在混凝土中引入微小的、封闭的、互不连通的气泡，利用微气泡的滚珠和浮托作用，改善了混凝土的工作性能和新拌性能，同时明显增加海水海砂混凝土抗冻性和长期耐久性能。

进一步地，所述牺牲剂为阳离子表面活性剂或/和非离子表面活性剂，如聚乙二醇，氯化胆碱等，包含但不限于上述组分。所述牺牲剂主要作用是与掺入的减水剂形成竞争吸附，牺牲剂率先吸附在海砂、海水所带入的来源不明的复杂的盐类或其它杂质表面，显著降低海水海砂中盐类其他化学杂质吸附减水剂的量，从而使掺入的减水剂正常发挥作用，提高新拌混凝土工作性能的稳定性，为连续生产和施工提供方便。

进一步地，所述海水海砂混凝土中还包括加筋纤维。对于钢筋混凝土，由于氯盐的存在，钢筋极易腐蚀，现有的国家规范中不允许在钢筋混凝土中使用海水、海砂和珊瑚礁石等含盐量高的原材料。所以加筋纤维应使用不易被腐蚀的材料。

进一步地，所述加筋纤维为玄武岩纤维筋。玄武岩纤维筋是玄武岩石料熔融后，经拉丝漏板工艺高速拉制成连续纤维后，再加工形成的带有螺纹的加强筋，在混凝土中主要承受拉应力。

本发明的海水海砂混凝土与现有技术中的混凝土相比具有以下优点：

1)成本低，具有显著的经济效益。由于解决了海水、海砂应用于混凝土中的现有主要技术难题，直接利用海水和海砂免去了海水淡化、海砂淡化等工序，解决了长距离运输陆砂、河砂、淡水的高成本问题，具有巨大的社会经济效益。

2)混凝土工作性能好。混凝土中加入引气剂通常的目的是为了提高混凝土的抗冻性。本发明采用引气剂，则主要是利用引气剂引入的微气泡的滚动和浮托作用，改善了混凝土的工作性能。

3)混凝土工作性能稳定。加入牺牲剂，利用竞争吸附方法，显著降低了海砂和石子中粘土和其它杂质对减水剂的吸附，能够保障混凝土工作性能的稳定，方便连续生产和施工。

4)耐久性好。由于使用了引气剂，使混凝土毛细管变得细小、曲折、分散，渗透通道减小，显著提高混凝土的抗冻性和耐久性。

5)保护陆地生态。直接使用海水海砂，缓解了陆砂、河砂资源的开采压力，有助于保护矿山和林业资源，有利于促进生态环境保护。

具体实施方式

下面结合实施例与对比例对本发明作进一步详细的说明，本发明可以通过其他的不脱离其本质特征的实施方案来实现。因此，以下所列方案只是举例说明，本发明的实施方式并不局限于此。

实施例1

本实施例提供一种海水海砂混凝土，其原料组分以质量份计分别为：水泥12.5kg、海水6.5kg，海砂32.5kg，石43kg，粉煤灰4.5kg，减水剂0.4kg，引气剂0.002kg，缓凝剂0.01kg，牺牲剂0.005kg。

将上述原材料准确称量后，投入双卧轴强制搅拌机中均匀拌合2min，然后进行新拌性能测试，并成型150*150*150mm³的立方体试件用于强度测试。测试得到的结果如表1所示：

表1实施例1的混凝土物理性能

测试结果表明，混凝土的坍落度达到130mm，施工性能良好，初、终凝时间合理，不影响施工，早期强度增长较快，28d强度达到C50混凝土要求。完全满足扭王字块的技术要求。

对比例1

本对比例提供一种海水海砂混凝土，其原料组分与实施例1相同，区别在于不添加缓凝剂。将上述原材料准确称量后，投入双卧轴强制搅拌机中均匀拌合2min，然后进行新拌性能测试。最终的测试结果如表2所示：

表2对比例1与实施例1的新拌性能比较

可以发现，不使用缓凝剂的混凝土初凝时间只有3.8h左右，终凝时间只有4.6h，虽然仍留有可以施工时间，但对于炎热的南方地区和长途远距离施工区域，对比例1的混凝土施工时间偏短，可能造成堵管或混凝土在罐车内凝固的事故。充分证明加入适量缓凝剂，提高了海水、海砂素混凝土的施工时间。

实施例2

本实施例提供一种海水海砂混凝土，其原料组分以质量份计：水泥15kg、海水7kg，海砂33kg，石42.4kg，粉煤灰1.5kg，矿渣粉4kg，减水剂0.6kg，引气剂0.02kg，缓凝剂0.01kg，还包括牺牲剂；进行5批实验，区别在于牺牲剂的添加量不同，分别为0.003kg、0.004、0.005kg、0.006kg、0.007kg。在将上述原材料进行拌和前，准确称取牺牲剂，加入牺牲剂后进行拌和2min，然后选取不同地区和海水、海砂进行试验，测试不同批次混凝土的新拌性能和早期性能，测得结果如表3所示。其中，第一批至第五批对应牺牲剂的添加量为0.003kg、0.004、0.005kg、0.006kg、0.007kg的海水海砂混凝土。

对比例2

本对比例提供一种海水海砂混凝土，各原料组分与实施例2相同，区别在于不添加牺牲剂，进行空白试验，测得的结果如表3所示。

表3实施例2和对比例2的混凝土物理性能对比

测试结果表明，对于未经处理的、具有不同化学成分的、不同地区的海水和海砂，使用牺牲剂后，五个批次混凝土的工作性能基本稳定，坍落度变化范围在125mm-140mm之间，30min后的坍落度仍都在90mm以上，混凝土具有良好的施工性能。不使用牺牲剂的混凝土，同样的配比出机坍落度相差很大，30min后的坍落度损失殆尽，混凝土发干、发硬，凝结时间减小，虽然抗压强度变化不大，但新拌混凝土无法正常施工，更不能用于长途运输后施工。可见，使用了牺牲剂后大大提高了混凝土新拌性能的稳定性，而且进一步地发现第二批到第四批的海水海砂混凝土的性能较好，由于海水海砂中含有大量的有害物质，所以牺牲剂的含量以海水海砂为参照，掺量最好为海水海砂总质量的0.01-0.015％。

实施例3

本实施例提供一种海水海砂混凝土，其原料组分以质量份计：水泥21kg、海水8kg，海砂36kg，石42kg，粉煤灰4kg，矿渣粉3kg，减水剂0.8kg，引气剂0.04kg，缓凝剂0.01％，牺牲剂0.006kg。将上述原材料准确称量后，投入双卧轴强制搅拌机中均匀拌合2min，然后进行新拌性能测试，并成型150*150*150mm³的立方体试件用于强度测试。测试得到的结果如表4所示：

表4实施例3的混凝土物理性能

测试结果表明，适当增加引起气用量、增大水泥用量、减小水灰比后混凝土的抗冻性能(冻融300次后质量损失率2.2％，相对动弹性模量94％)满足国家标准要求，混凝土抗渗性能优异，抗水渗等级达到最高等级P20，氯离子扩散系数仅为1*10^-12m²/S，可见混凝土具有较好的耐久性能。

Claims (9)

1.一种海水海砂混凝土，其特征在于，所述海水海砂混凝土的原料按质量份计，包括以下组分：水泥10-25份、海水4-9份、海砂25-40份、石35-55份、减水剂0.1-0.8份、缓凝剂0.005-0.02份、引气剂0.01-0.05份、牺牲剂0.001-0.01份；所述牺牲剂为聚乙二醇。

2.如权利要求1所述的海水海砂混凝土，其特征在于，所述牺牲剂的质量为海砂和海水总质量的0.01-0.015%。

3.如权利要求1所述的海水海砂混凝土，其特征在于，所述海水海砂混凝土的原料中还添加辅助胶凝材料2-10份。

4.如权利要求3所述的海水海砂混凝土，其特征在于，所述辅助胶凝材料为粉煤灰、矿渣、石灰石粉、钢渣、硅灰、煤矸石、稻壳灰中的一种或几种混合。

5.如权利要求1所述的海水海砂混凝土，其特征在于，所述海砂的细度模数不超过3.7。

6.如权利要求1所述的海水海砂混凝土，其特征在于，所述缓凝剂为多羟基碳水化合物类、羟基羧酸及其盐类、糖类及其化合物、多元醇及其衍生物中的一种或几种缓凝剂。

7.如权利要求1所述的海水海砂混凝土，其特征在于，所述引气剂为松香类引气剂或/和皂苷类引气剂。

8.如权利要求1所述的海水海砂混凝土，其特征在于，所述海水海砂混凝土中还包括加筋纤维。

9.如权利要求8所述的海水海砂混凝土，其特征在于，所述加筋纤维为玄武岩纤维筋。