CN107572992A - 一种适用海洋环境的混凝土修补材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用海洋环境的混凝土修补材料及其制备方法,修补材料由以下组分制成:按质量份数计,包括硅酸盐水泥:100~230份,铝酸盐水泥:20~47份,二水石膏:10~25份,矿粉:0~110份,减水剂:3.0~4.5份,早强剂:0~2份,引气剂:0.01~0.02份,聚酯纤维:5~20份,消泡剂:0.10~0.15份,石英砂:300~500份。本发明使用硅酸盐水泥和铝酸盐水泥复配,保证了早期强度及后期强度,提高砂浆对海洋环境中氯盐,硫酸盐及镁盐的抵抗能力。特别适用于海洋侵蚀后的混凝土修补工程,市场空间大,实用性强。
Description
技术领域
本发明属于水泥混凝土应用技术领域,涉及一种适用海洋环境的混凝土修补材料及其制备方法。
背景技术
随着经济的发展,海洋资源日益得到人们的开发、利用,海洋环境下的混凝土建筑物也越来越多,混凝土被腐蚀现象也越来越普遍。尤其是沿海、跨海的钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土结构物,如海港、挡潮闸、桥梁、隧道、采油平台等。由于海洋环境中有害离子(Cl-、SO4 2-、Mg2+等)的侵蚀,会引发混凝土保护层开裂,严重时甚至破坏混凝土构件,从而缩短混凝土工程的使用寿命,不仅影响了混凝土结构的功能,而且重建和维修会导致相当可观的经济损失。
当前应对海洋环境中混凝土使用寿命较短的问题,实际工程中采取了一系列的措施来保证混凝土结构的服役年限,主要有混凝土表面喷涂一层防护涂料,或者降低水胶比,掺入矿物掺合料等,水泥多采用硅酸盐水泥,矿渣水泥和硫铝酸盐水泥,缺乏对复合水泥(硅酸盐水泥和铝酸盐水泥)和多种侵蚀离子环境下的研究。
专利CN1792982提出了一种抗氯盐侵蚀的硅酸盐水泥,其组分按质量份数包括:硅酸盐水泥熟料:14~94份,混合材料:5~85份,石膏:1~10份,助剂:0~15份。其配制的混凝土的抗氯离子性能要优于普通硅酸盐水泥。其配制的混凝土的抗氯离子性能要优于普通硅酸盐水泥。但前期抗压强度增长缓慢,孔隙率较大。
专利CN106278059A公开了一种抗氯盐侵蚀砂浆,其组分按质量份数包括:水泥:18.9~21份,砂子:55.4~61份,水:12.7~13.9份,海泡石纤维:3.1~8.3份。经测试具有良好的抗氯盐侵蚀性能。但掺入的纤维不易拌和均匀,影响试件整体的密实性。若长期浸泡在氯盐环境中,会影响结构的耐久性。
专利CN101913841A提出了一种混凝土抗硫酸盐侵蚀防腐剂,其组成按质量百分比为:超细矿粉:15%~80%,硫铝酸盐水泥熟料:0%~55%,硬石膏:0%~30%,成分组成简单,工艺简易。但是高掺量的矿粉会延长混凝土的凝结时间。
专利CN102173687A公开了一种抗硫酸盐侵蚀的混凝土外加剂,其组成按质量百分比为:硅酸盐水泥熟料:15%~50%,矿渣粉:40%~80%,沸石粉:1%~5%,硝酸钡:1%~3%,聚氧乙烯醚:0.5%~2%,乙烯基树脂:0.5%~2%。其发明能够显著提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力,但原材料存在少许污染。
专利CN104829170A制备出一种高性能防腐蚀修补砂浆,其组分按质量份数包括:水泥:150~250份,石英砂:280~725份,矿粉:50~200份,粉煤灰50~150份,硅灰:0~50份,硝酸钡:5~10份,早强剂:0.1~1份,PP纤维:1~4份等,该发明制备出的修补砂浆能够修补破损混凝土表面,并形成一层保护膜,阻止混凝土再次被侵蚀。但是缺乏对单一离子和复合离子的侵蚀性实验研究。
专利CN106608721A配置出一种输电线路杆塔基础用防腐砂浆,其组成按质量百分比为:胶凝材料:92~128份,细骨料:112~138份,水:24~30份,减水剂:1~1.4份,减缩剂:0.18~0.33份,填料:11.4125~17.745份。该防腐砂浆虽然抗硫酸盐和氯盐侵蚀效果好,涂覆于混凝土杆塔基础表面,可提高盐渍土地区输电线路杆塔基础的服役寿命,但是发明中添加的桐油酸和2BaO·SiO2会影响凝结和钙矾石的生成。
大量的现有混凝土遭到海洋环境的侵蚀,需要修补的混凝土数量远远大于修建的数量。现有技术中,还没有一种用于海洋侵蚀环境下的修补材料,海水侵蚀后用普通砂浆修补往往修补后不久便剥落,钢筋锈蚀加重,造成了大量人力、物力的损失。
发明内容
本发明旨在延长海工混凝土的服役寿命,针对硅酸盐水泥和铝酸盐水泥在海水中的侵蚀特点以及修补砂浆的性能需求,提出一种适用海洋环境的混凝土修补材料及其制备方法,该修补材料既能够满足修补材料早强、快硬和微膨胀的性能,又能够有效的抵抗海水中有害离子的侵蚀,而且本发明的修补材料具有施工性能好、制备工艺简单、与基础混凝土粘结良好、抗压强度高、抗氯离子渗透性好等特点,特别适用于被海水侵蚀后的混凝土修补工程。
本发明所采用的技术方案是:
一种适用海洋环境的混凝土修补材料,由以下组分制成:
按质量份数计,硅酸盐水泥:100~230份,铝酸盐水泥:20~47份,二水石膏:10~25份,矿粉:0~110份,减水剂:3.0~4.5份,早强剂:0~2份,引气剂:0.01~0.02份,聚酯纤维:5~20份,消泡剂:0.10~0.15份,石英砂:300~500份。
所述的早强剂为非硫酸盐早强剂与非氯盐早强剂。
所述的早强剂为碳酸锂、甲酸钙或硝酸钠。
所述的引气剂为十二烷基苯磺酸钠引气剂或松香引气剂。
所述的减水剂为萘系减水剂、氨基磺酸盐减水剂或聚羧酸减水剂,减水率15%~35%。
所述的聚酯纤维的直径为5~40μm,长度为3~50.0mm,拉伸强度≥630MPa,弹性模量≥4.0GPa。
所述聚酯纤维为聚丙烯纤维,聚丙烯纤维直径为10~30μm,长度为5~30mm。
所述的消泡剂为有机硅粉剂消泡剂。
所述的硅酸盐水泥为SO3含量小于5%的P·O 42.5水泥,铝酸盐水泥类型为CA-50,矿粉为S95级粒化高炉矿渣粉。
一种制备本发明的适用海洋环境的混凝土修补材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤(1),按照配比要求将硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、二水石膏、矿粉、减水剂、早强剂、引气剂、消泡剂和石英砂在搅拌机中均匀混合制成干粉料,搅拌速度为300~600rpm,搅拌时间为5~10分钟;
步骤(2),然后将步骤(1)制得的干粉料与已预分散处理的聚酯纤维在搅拌机中拌和均匀,搅拌速率为300~600rpm,搅拌时间为2~3分钟,便得到适用于海洋环境的混凝土修补材料。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明的混凝土修补材料以硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和二水石膏为基体组成,水化早期可以生成大量的钙矾石和水化铝酸钙,因此能够获得较高的早起强度,且钙矾石含有大量结晶水,对体系而言具有一定的膨胀性能,可以和基础混凝土形成很好的粘接;
掺入的矿粉不但可以细化孔结构,也可以和水泥中的氢氧化钙等物质发生反应,生成水化硅酸钙凝胶(火山灰效应),进一步提高砂浆的密实度和抗离子侵蚀性能,在海水中浸泡3个月,抗压强度达70~90MPa;
通过添加引气剂,使得混凝土修补材料在使用时内部会产生空隙,产生的细微空隙结构能够阻断硬化浆体中的连通孔,提高体系的抗渗性能;
通过减水剂提高了浆体的流动度,易于现场施工。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明的适用海洋环境的混凝土修补材料,由以下组分制成:
按质量份数计包括,SO3含量小于5%的P·O 42.5水泥:100~230份,CA-50型铝酸盐水泥:20~47份,二水石膏:10~25份,S95级粒化高炉矿渣粉:0~110份,减水剂:3.0~4.5份,早强剂:0~2份,引气剂:0.01~0.02份,聚酯纤维:5~20份,机硅粉剂消泡剂:0.10~0.15份,石英砂:300~500份。
本发明的混凝土修补材料中,早强剂为非硫酸盐早强剂与非氯盐早强剂,选用早强剂为碳酸锂、甲酸钙或硝酸钠;引气剂为十二烷基苯磺酸钠引气剂或松香引气剂;减水剂为萘系减水剂、氨基磺酸盐减水剂或聚羧酸减水剂,减水率15%~35%;聚酯纤维的直径为5~40μm,长度为3~50.0mm,拉伸强度≥630MPa,弹性模量≥4.0GPa,优选聚丙烯纤维,聚丙烯纤维直径为10~30μm,长度为5~30mm。
本发明使用硅酸盐水泥和铝酸盐水泥复配,保证了早期强度及后期强度,提高砂浆对海洋环境中氯盐,硫酸盐及镁盐的抵抗能力。特别适用于海洋侵蚀后的混凝土修补工程,市场空间大,实用性强。
本发明的适用于海洋环境的混凝土修补材料通过以下步骤制备:
(1)按照配比要求分别称量硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、二水石膏、矿粉、减水剂、早强剂、引气剂、消泡剂、石英砂和聚酯纤维;
(2)将称取好的硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、二水石膏、矿粉、减水剂、早强剂、引气剂、消泡剂和石英砂在搅拌机中均匀混合制成干粉料,搅拌速度为300~600rpm,搅拌时间为5~10分钟;
(3)对聚酯纤维进行预分散处理,然后将步骤(2)制得的干粉料与已预分散处理的聚酯纤维在搅拌机中拌和均匀,其中,搅拌速率为300~600rpm,搅拌时间为2~3分钟,便得到适用于海洋环境的混凝土修补材料。
本发明制备的适用于海洋环境的混凝土修补材料在修复使用时,向混凝土修补材料中添加适量水搅拌均匀即可涂抹在破损的混凝土结构上进行修复,拌和时,以质量比计,混凝土修补材料与水的比值为(438-939):(90-150)。
实施例1:
本实施例的适用于海洋环境的混凝土修补材料,其组成为:硅酸盐水泥230份,铝酸盐水泥47份,二水石膏25份,萘系高效减水剂4.5份,碳酸锂1.5份,松香引气剂0.015份,聚酯纤维20份,有机硅粉剂消泡剂0.15份,石英砂450份。
在修复使用时,向再混凝土修补材料中添加150份水搅拌均匀即可涂抹在破损的混凝土结构上进行修复。
修复完成的混凝土结构在自来水中浸泡1d、3d和28d的抗压强度分别为:38MPa、41MPa和52MPa。28天后在海水中浸泡一个月、三个月和六个月的抗压强度分别为:68MPa、68MPa和52MPa,孔隙率分别为:2.78%、0.85%和0.60%。在海水中浸泡182天,较浸泡前质量增长1.21%。在海水中浸泡一个月、三个月和六个月的自由氯离子含量分别为:0.06%、0.16%和0.17%。总氯离子含量分别为:0.10%、0.21%和0.23%。
实施例2:
本实施例的适用于海洋环境的混凝土修补材料,其组成为:硅酸盐水泥217.5份,铝酸盐水泥46.4份,二水石膏22.6份,矿粉15.3份,萘系高效减水剂4.5份,碳酸锂1.5份,松香引气剂0.015份,聚酯纤维18份,有机硅粉剂消泡剂0.12份,石英砂450份。
在修复使用时,向再混凝土修补材料中添加130份水搅拌均匀即可涂抹在破损的混凝土结构上进行修复。
修复完成的混凝土结构在自来水中浸泡1d、3d和28d的抗压强度分别为:50MPa、55MPa和62MPa。28天后在海水中浸泡一个月、三个月和六个月的抗压强度分别为:70MPa、74MPa和72MPa。孔隙率分别为:3.46%、2.44%和0.89%。在海水中浸泡182天,较浸泡前质量增长1.21%。在海水中浸泡一个月、三个月和六个月的自由氯离子含量分别为:0.06%、0.16%和0.17%。总氯离子含量分别为:0.10%、0.21%和0.23%。
实施例3:
本实施例的适用于海洋环境的混凝土修补材料,其组成为:硅酸盐水泥194.3份,铝酸盐水泥41.5份,二水石膏20.8份,矿粉45.5份,萘系高效减水剂4.5份,碳酸锂1.5份,松香引气剂0.015份,聚酯纤维18份,有机硅粉剂消泡剂0.15份,石英砂500份。
在修复使用时,向再混凝土修补材料中添加125份水搅拌均匀即可涂抹在破损的混凝土结构上进行修复。
修复完成的混凝土结构在自来水中浸泡1d、3d和28d的抗压强度分别为:50MPa、56MPa和60MPa。28天后在海水中浸泡一个月、三个月和六个月的抗压强度分别为:78MPa、79MPa和73MPa。孔隙率分别为:2.46%、1.79%和0.97%。在海水中浸泡182天,较浸泡前质量增长1.00%。在海水中浸泡一个月、三个月和六个月的自由氯离子含量分别为:0.06%、0.11%和0.14%。总氯离子含量分别为:0.09%、0.15%和0.22%。
实施例4:
本实施例的适用于海洋环境的混凝土修补材料,其组成为:硅酸盐水泥171.3份,铝酸盐水泥36.2份,二水石膏18.4份,矿粉75.9份,氨基磺酸盐减水剂4.5份,十二烷基苯磺酸钠0.015份,聚酯纤维18份,有机硅粉剂消泡剂0.1份,石英砂500份。
在修复使用时,向再混凝土修补材料中添加100份水搅拌均匀即可涂抹在破损的混凝土结构上进行修复。
修复完成的混凝土结构在自来水中浸泡1d、3d和28d的抗压强度分别为:45MPa、58MPa和62MPa。28天后在海水中浸泡一个月、三个月和六个月的抗压强度分别为:84MPa、88MPa和85MPa。孔隙率分别为:2.99%、1.08%和0.78%。在海水中浸泡182天,较浸泡前质量增长0.93%。在海水中浸泡一个月、三个月和六个月的自由氯离子含量分别为:0.06%、0.19%和0.11%。总氯离子含量分别为:0.09%、0.13%和0.21%。
实施例5:
本实施例的适用于海洋环境的混凝土修补材料,其组成为:硅酸盐水泥149.7份,铝酸盐水泥32.4份,二水石膏16.5份,矿粉110份,氨基磺酸盐减水剂4.5份,十二烷基苯磺酸钠0.018份,聚酯纤维15份,有机硅粉剂消泡剂0.12份,石英砂450份。
在修复使用时,向再混凝土修补材料中添加90份水搅拌均匀即可涂抹在破损的混凝土结构上进行修复。
修复完成的混凝土结构在自来水中浸泡1d、3d和28d的抗压强度分别为:37MPa、49MPa和58MPa。28天后在海水中浸泡一个月、三个月和六个月的抗压强度分别为:80MPa、85MPa和75MPa。孔隙率分别为:3.25%、0.86%和0.65%。在海水中浸泡182天,较浸泡前质量增长0.87%。在海水中浸泡一个月、三个月和六个月的自由氯离子含量分别为:0.06%、0.08%和0.11%。总氯离子含量分别为:0.10%、0.11%和0.17%。
实施例6:
本实施例的适用于海洋环境的混凝土修补材料,其组成为:硅酸盐水泥152.3份,铝酸盐水泥32.7份,二水石膏16.8份,萘系高效减水剂3.5份,甲酸钙1.0份,十二烷基苯磺酸钠0.015份,聚酯纤维20份,有机硅粉剂消泡剂0.15份,石英砂500份。
在修复使用时,向再混凝土修补材料中添加140份水搅拌均匀即可涂抹在破损的混凝土结构上进行修复。
修复完成的混凝土结构在自来水中浸泡1d、3d和28d的抗压强度分别为:35MPa、38MPa和49MPa。28天后在海水中浸泡一个月、三个月和六个月的抗压强度分别为:65MPa、66MPa和50MPa,孔隙率分别为:2.56%、0.75%和0.57%。在海水中浸泡182天,较浸泡前质量增长2.17%。在海水中浸泡一个月、三个月和六个月的自由氯离子含量分别为:0.06%、0.17%和0.19%。总氯离子含量分别为:0.10%、0.23%和0.25%。
实施例7:
本实施例的适用于海洋环境的混凝土修补材料,其组成为:硅酸盐水泥144.8份,铝酸盐水泥30.4份,二水石膏15.4份,矿粉10.7份,氨基磺酸盐减水剂3.5份,甲酸钙1.0份,十二烷基苯磺酸钠0.010份,聚酯纤维18份,有机硅粉剂消泡剂0.10份,石英砂500份。
在修复使用时,向再混凝土修补材料中添加120份水搅拌均匀即可涂抹在破损的混凝土结构上进行修复。
修复完成的混凝土结构在自来水中浸泡1d、3d和28d的抗压强度分别为:49MPa、53MPa和60MPa。28天后在海水中浸泡一个月、三个月和六个月的抗压强度分别为:72MPa、74MPa和72MPa。孔隙率分别为:3.35%、2.21%和0.78%。在海水中浸泡182天,较浸泡前质量增长1.19%。在海水中浸泡一个月、三个月和六个月的自由氯离子含量分别为:0.05%、0.14%和0.17%。总氯离子含量分别为:0.11%、0.23%和0.25%。
实施例8:
本实施例的适用于海洋环境的混凝土修补材料,其组成为:硅酸盐水泥129.5份,铝酸盐水泥27.4份,二水石膏14.3份,矿粉30.6份,聚羧酸减水剂3.0份,硝酸钠2份,十二烷基苯磺酸钠0.015份,聚酯纤维16份,有机硅粉剂消泡剂0.15份,石英砂450份。
在修复使用时,向再混凝土修补材料中添加100份水搅拌均匀即可涂抹在破损的混凝土结构上进行修复。
修复完成的混凝土结构在自来水中浸泡1d、3d和28d的抗压强度分别为:52MPa、56MPa和62MPa。28天后在海水中浸泡一个月、三个月和六个月的抗压强度分别为:76MPa、80MPa和76MPa。孔隙率分别为:2.49%、1.74%和0.10%。在海水中浸泡182天,较浸泡前质量增长1.02%。在海水中浸泡一个月、三个月和六个月的自由氯离子含量分别为:0.04%、0.09%和0.14%。总氯离子含量分别为:0.09%、0.12%和0.21%。
实施例9:
本实施例的适用于海洋环境的混凝土修补材料,其组成为:硅酸盐水泥114.3份,铝酸盐水泥24.4份,二水石膏12.6份,矿粉50.4份,萘系高效减水剂3.5份,硝酸钠1.5份,松香引气剂0.017份,聚酯纤维10份,有机硅粉剂消泡剂0.12份,石英砂450份。
在修复使用时,向再混凝土修补材料中添加90份水搅拌均匀即可涂抹在破损的混凝土结构上进行修复。
修复完成的混凝土结构在自来水中浸泡1d、3d和28d的抗压强度分别为:43MPa、60MPa和62MPa。28天后在海水中浸泡一个月、三个月和六个月的抗压强度分别为:86MPa、90MPa和88MPa。孔隙率分别为:2.79%、1.12%和0.86%。在海水中浸泡182天,较浸泡前质量增长0.95%。在海水中浸泡一个月、三个月和六个月的自由氯离子含量分别为:0.08%、0.14%和0.16%。总氯离子含量分别为:0.11%、0.18%和0.21%。
实施例10:
本实施例的适用于海洋环境的混凝土修补材料,其组成为:硅酸盐水泥100份,铝酸盐水泥20份,二水石膏10份,矿粉70.2份,聚羧酸减水剂3.0份,硝酸钠2份,松香引气剂0.02份,聚酯纤维5份,有机硅粉剂消泡剂0.15份,石英砂300份。
在修复使用时,向再混凝土修补材料中添加90份水搅拌均匀即可涂抹在破损的混凝土结构上进行修复。
修复完成的混凝土结构在自来水中浸泡1d、3d和28d的抗压强度分别为:35MPa、45MPa和58MPa。28天后在海水中浸泡一个月、三个月和六个月的抗压强度分别为:75MPa、80MPa和76MPa。孔隙率分别为:3.13%、0.84%和0.54%。在海水中浸泡182天,较浸泡前质量增长0.75%。在海水中浸泡一个月、三个月和六个月的自由氯离子含量分别为:0.04%、0.09%和0.12%。总氯离子含量分别为:0.11%、0.13%和0.19%。
Claims (10)
1.一种适用海洋环境的混凝土修补材料,其特征在于,按质量份数计,由以下组分制成:
硅酸盐水泥:100~230份,铝酸盐水泥:20~47份,二水石膏:10~25份,矿粉:0~110份,减水剂:3.0~4.5份,早强剂:0~2份,引气剂:0.01~0.02份,聚酯纤维:5~20份,消泡剂:0.10~0.15份,石英砂:300~500份。
2.根据权利要求1所述的混凝土修补材料,其特征在于,所述的早强剂为非硫酸盐早强剂与非氯盐早强剂。
3.根据权利要求2所述的混凝土修补材料,其特征在于,所述的早强剂为碳酸锂、甲酸钙或硝酸钠。
4.根据权利要求1所述的混凝土修补材料,其特征在于,所述的引气剂为十二烷基苯磺酸钠引气剂或松香引气剂。
5.根据权利要求1所述的混凝土修补材料,其特征在于,所述的减水剂为萘系减水剂、氨基磺酸盐减水剂或聚羧酸减水剂,减水率15%~35%。
6.根据权利要求1所述的混凝土修补材料,其特征在于,所述的聚酯纤维的直径为5~40μm,长度为3~50.0mm,拉伸强度≥630MPa,弹性模量≥4.0GPa。
7.根据权利要求6所述的混凝土修补材料,其特征在于,所述聚酯纤维为聚丙烯纤维,聚丙烯纤维直径为10~30μm,长度为5~30mm。
8.根据权利要求1所述的混凝土修补材料,其特征在于,所述的消泡剂为有机硅粉剂消泡剂。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的混凝土修补材料,其特征在于,所述的硅酸盐水泥为SO3含量小于5%的P·O 42.5水泥,铝酸盐水泥类型为CA-50,矿粉为S95级粒化高炉矿渣粉。
10.一种制备权利要求1-9任意一项所述的适用海洋环境的混凝土修补材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤(1),按照配比要求将硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、二水石膏、矿粉、减水剂、早强剂、引气剂、消泡剂和石英砂在搅拌机中均匀混合制成干粉料,搅拌速度为300~600rpm,搅拌时间为5~10分钟;
步骤(2),将步骤(1)制得的干粉料与已预分散处理的聚酯纤维在搅拌机中拌和均匀,搅拌速率为300~600rpm,搅拌时间为2~3分钟,便得到适用于海洋环境的混凝土修补材料。
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