CN108341604A - 一种矿物基海工混凝土用防腐剂及其制备与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿物基海工混凝土用防腐剂，由以下重量份的矿物粉体材料制成：5～10份蒙脱石、40～60份硅藻土、10～20份海泡石和5～15份硅灰石。本发明还包括制备方法和应用。本发明可以实现快硬、早强性能，同时能够改善Cl‑和SO4 2‑及碳化并存的复杂海水环境侵蚀，不开裂，制备工艺简单，操作方便，且成本低廉，适合大规模推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种矿物基海工混凝土用防腐剂及其制备与应用。
背景技术
我国海工混凝土结构腐蚀破坏情况相当严重，耐久性及服役寿命不足的问题十分突出，随着全球对海洋资源的大规模开发利用，关注不同海况条件下海工混凝土耐久性十分必要。综观国内外研究发展趋势，海水环境下传统混凝土的阴离子腐蚀现象较为明显，针对混凝土常见的侵蚀介质，海水中导致混凝土氯离子侵蚀的Cl-含量最高，引起硫酸盐侵蚀的SO4 2-含量也较高，此外还存在使混凝土中性化的CO3 2-。因此迫切需要发展海水严苛环境阴离子侵蚀提升新技术，寻求和探索能够有效抑制混凝土材料氯离子侵蚀、硫酸盐侵蚀及碳化的新材料是解决上述问题的有效途径。
通常用于海工混凝土防腐的主要是涂料，包括有机涂层材料外防护；以有机物质为主的抗腐蚀剂；以及常见混凝土掺和料与有机外加剂复合类型防腐剂；少数还涉及纳米组分。
以上用于海工混凝土防腐材料存在以下问题：大掺量掺和料的使用会降低水泥浆体中碱性物质的数量和C-S-H凝胶的Ca/Si比，削弱其抗碳化能力。再如纳米材料，成本高，自身需水量较大，影响工作性能，导致在实际工程中的应用受限。有机涂层易老化，耐酸碱腐蚀能力低，且涂料与混凝土基体之间附着力的问题导致其使用周期短。而且很多方法是针对单一耐久性因素提出，同时能够改善Cl-和SO4 2-及碳化并存的复杂海水环境侵蚀性能的反腐材料尚未见详细报道。
基于目前海工混凝土防腐材料发展现状及需求，目前市场上急需一种低成本、高抗蚀的海工专用防腐剂。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种可以实现快硬、早强性能，同时能够改善Cl-和SO4 2-及碳化并存的复杂海水环境侵蚀，不开裂，制备工艺简单，操作方便，且成本低廉，适合大规模推广应用的矿物基海工混凝土用防腐剂及其制备与应用。
本发明的实施例提供一种矿物基海工混凝土用防腐剂，由以下重量份的矿物粉体材料制成：5～10份蒙脱石、40～60份硅藻土、10～20份海泡石和5～15份硅灰石。
一种矿物基海工混凝土用防腐剂的制备方法，包括以下步骤：
S101.分别取蒙脱石、硅藻土、海泡石、硅灰石各5～10份，40～60份，10～20份和5～15份；
S102.启动水泥净浆搅拌机慢速混合上述粉体材料3min至均匀混合，备用。
一种矿物基海工混凝土用防腐剂的应用，应用于制备矿物基海工混凝土，包括以下步骤：
S101.按海工混凝土中胶凝材料的质量百分数5～20％称取防腐剂，备用；
S102.按照常规海工混凝土配合比，将砂、石料在混凝土搅拌机中搅拌2min，得到骨料；
S103.在混凝土搅拌机中加入胶凝材料和防腐剂混合搅拌3min，得到海工混凝土干混料；
S104.搅拌海工混凝土干混料，同时将拌合水的四分之三在30s内加入海工混凝土干混料中，继续搅拌2min；
S105.将减水剂融入剩余四分之一的拌合水中，得到混合液体；
S106.搅拌海工混凝土干混料，同时将步骤S106制备的混合液体在10s内加入海工混凝土干混料，继续搅拌2min；
S107.浇筑于模具中，将模具放置在振动台上震动10s；
S108.放置在混凝土标准箱中养护24h，脱模，即得到掺有防腐剂的矿物基海工混凝土。
蒙脱石、海泡石、硅灰石、硅藻土都是廉价易得的矿物材料，将其以适当比例混合得到的混合材料，以一定比例加入混凝土中可以实现快硬、早强性能，同时能够改善Cl-和SO4 2-及碳化并存的复杂海水环境侵蚀，不开裂，制备工艺简单，操作方便，且成本低廉，适合大规模推广应用，对于促进海洋环境基础设施建设具有重要应用价值。
利用蒙脱石吸水特性降低海工混凝土胶凝材料的有效水胶比，加速反应，促进凝结硬化。利用硅藻土较大的比表面积，其丰富的孔道结构可以提供快速的传质通道，基于其高含量无定形SiO2高活性，与混凝土中胶凝材料相互作用，改变Si/Al、Ca/Si，生产高稳定性、高强度的C-S-H凝胶，影响水化产物的形成与转变，降低胶凝体系孔隙率，优化孔结构，促进密实度。利用海泡石、硅灰石的微纤维形态，可与水泥水化产物相互搭接有效促进密实度，改善微裂纹形成与发展，形成无规律的网状结构，从而使结构更密实，可有效阻止裂纹扩展，提高抗折强度。基于上述矿物材料的协同作用，实现快凝、早强、不开裂、抗渗透，阻止Cl-、SO4 2-、CO3 2-的传输与扩散，改善混凝土海水服役条件下抗蚀性能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.氯离子电通量测试结果小于200C；
2.硫酸盐干湿循环28次后强度损失小于1％；
3.28天碳化深度小于1mm；
4.1天龄期抗折和抗压强度分别提高1MPa～3MPa和5MPa～15MPa；
5.无收缩，无开裂；
6.无需采用特殊手段进行养护；
7.制备工艺简单，无污染。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地描述。
本发明的实施例提供了一种矿物基海工混凝土用防腐剂，由以下重量份的矿物粉体材料制成：5～10份蒙脱石、40～60份硅藻土、10～20份海泡石和5～15份硅灰石。
一种矿物基海工混凝土用防腐剂的制备方法，包括以下步骤：
S101.分别取蒙脱石、硅藻土、海泡石、硅灰石各5～10份，40～60份，10～20份和5～15份；
S102.启动水泥净浆搅拌机慢速混合上述粉体材料3min至均匀混合，备用。
一种矿物基海工混凝土用防腐剂的应用，应用于制备矿物基海工混凝土，包括以下步骤：
S101.按海工混凝土中胶凝材料的质量百分数5～20％称取防腐剂，备用；
S102.按照常规海工混凝土配合比，将砂、石料在混凝土搅拌机中搅拌2min，得到骨料；
S103.在混凝土搅拌机中加入胶凝材料和防腐剂混合搅拌3min，得到海工混凝土干混料；
S104.搅拌海工混凝土干混料，同时将拌合水的四分之三在30s内加入海工混凝土干混料中，继续搅拌2min；
S105.将减水剂融入剩余四分之一的拌合水中，得到混合液体；
S106.搅拌海工混凝土干混料，同时将步骤S106制备的混合液体在10s内加入海工混凝土干混料，继续搅拌2min；
S107.浇筑于模具中，将模具放置在振动台上震动10s；
S108.放置在混凝土标准箱中养护24h，脱模，即得到掺有防腐剂的矿物基海工混凝土。
与此同时，重复上述步骤，制备不添加本发明所述防腐剂的混凝土作为空白对照组。
下面给出本发明的矿物基海工混凝土用防腐剂的使用方法的几个实施例，结合实施例对上述方法进行举例说明。
实施例1
分别取蒙脱石、硅藻土、海泡石、硅灰石各5份，60份，20份和15份。
启动水泥净浆搅拌机慢速混合上述粉体材料3min至均匀混合，备用。将上述混合均匀备用的防腐剂，按海工混凝土中胶凝材料的质量百分数10％称重备用。按照常规海工混凝土配合比，将砂、石料在混凝土搅拌机中搅拌2min，得到骨料，然后在混凝土搅拌机中加入胶凝材料和防腐剂混合搅拌3min，得到海工混凝土干混料。搅拌干混料，同时将拌合水的四分之三在30s内加入完，继续搅拌2min。将减水剂融入剩余四分之一拌合水中，得到混合液体，同时将混合液体在10s内加入完毕，最后搅拌混凝土混合物2min。将混凝土混合物浇筑于模具中，然后将模具放置在振动台上震动10s。将完成震动的混凝土混合物放置在混凝土标准箱中养护24h，脱模后得到添加了本发明所述防腐剂的混凝土。与此同时，重复上述步骤，制备不添加本发明所述防腐剂的混凝土作为空白对照组。
本发明将实施例1制得的混凝土进行测试，结果表明：氯离子电通量测试结果为125C；硫酸盐干湿循环28次后强度损失为0.65％；28天碳化深度为0；与空白对照组相比，1天龄期抗折和抗压强度分别提高3MPa和15MPa。
实施例2
分别取蒙脱石、硅藻土、海泡石、硅灰石各10份，60份，15份和15份。启动水泥净浆搅拌机慢速混合上述粉体材料3min至均匀混合，备用。将上述混合均匀备用的防腐剂，按海工混凝土中胶凝材料的质量百分数20％称重备用。按照常规海工混凝土配合比，将砂、石料在混凝土搅拌机中搅拌2min，得到骨料，然后在混凝土搅拌机中加入胶凝材料和防腐剂混合搅拌3min，得到海工混凝土干混料。搅拌干混料，同时将拌合水的四分之三在30s内加入完，继续搅拌2min。将减水剂融入剩余四分之一拌合水中，得到混合液体，同时将混合液体在10s内加入完毕，最后搅拌混凝土混合物2min。将混凝土混合物浇筑于模具中，然后将模具放置在振动台上震动10s。将完成震动的混凝土混合物放置在混凝土标准箱中养护24h，脱模后得到添加了本发明所述防腐剂的混凝土。与此同时，重复上述步骤，制备不添加本发明所述防腐剂的混凝土作为空白对照组。
本发明将实施例2制得的混凝土进行测试，结果表明：氯离子电通量测试结果为109C；硫酸盐干湿循环28次后强度损失为0.36％；28天碳化深度为0；与空白对照组相比，1天龄期抗折和抗压强度分别提高2.8MPa和12.9MPa。
实施例3
分别取蒙脱石、硅藻土、海泡石、硅灰石各5份，40份，10份和5份。启动水泥净浆搅拌机慢速混合上述粉体材料3min至均匀混合，备用。将上述混合均匀备用的防腐剂，按海工混凝土中胶凝材料的质量百分数5％称重备用。按照常规海工混凝土配合比，将砂、石料在混凝土搅拌机中搅拌2min，得到骨料，然后在混凝土搅拌机中加入胶凝材料和防腐剂混合搅拌3min，得到海工混凝土干混料。搅拌干混料，同时将拌合水的四分之三在30s内加入完，继续搅拌2min。将减水剂融入剩余四分之一拌合水中，得到混合液体，同时将混合液体在10s内加入完毕，最后搅拌混凝土混合物2min。将混凝土混合物浇筑于模具中，然后将模具放置在振动台上震动10s。将完成震动的混凝土混合物放置在混凝土标准箱中养护24h，脱模后得到添加了本发明所述防腐剂的混凝土。与此同时，重复上述步骤，制备不添加本发明所述防腐剂的混凝土作为空白对照组。
本发明将实施例3制得的混凝土进行测试，结果表明：氯离子电通量测试结果为195C；硫酸盐干湿循环28次后强度损失为0.96％；28天碳化深度为1mm；与空白对照组相比，1天龄期抗折和抗压强度分别提高1.1MPa和5.6MPa。
实施例4
分别取蒙脱石、硅藻土、海泡石、硅灰石各8份，50份，15份和10份。启动水泥净浆搅拌机慢速混合上述粉体材料3min至均匀混合，备用。将上述混合均匀备用的防腐剂，按海工混凝土中胶凝材料的质量百分数15％称重备用。按照常规海工混凝土配合比，将砂、石料在混凝土搅拌机中搅拌2min，得到骨料，然后在混凝土搅拌机中加入胶凝材料和防腐剂混合搅拌3min，得到海工混凝土干混料。搅拌干混料，同时将拌合水的四分之三在30s内加入完，继续搅拌2min。将减水剂融入剩余四分之一拌合水中，得到混合液体，同时将混合液体在10s内加入完毕，最后搅拌混凝土混合物2min。将混凝土混合物浇筑于模具中，然后将模具放置在振动台上震动10s。将完成震动的混凝土混合物放置在混凝土标准箱中养护24h，脱模后得到添加了本发明所述防腐剂的混凝土。与此同时，重复上述步骤，制备不添加本发明所述防腐剂的混凝土作为空白对照组。
本发明将实施例4制得的混凝土进行测试，结果表明：氯离子电通量测试结果为135C；硫酸盐矿物干湿循环28次后强度损失为0.75％；28天碳化深度为0.6mm；与空白对照组相比，1天龄期抗折和抗压强度分别提高2.0MPa和9.6MPa。
本发明提供的矿物基海工混凝土用防腐剂利用蒙脱石吸水特性、硅藻土反应活性、海泡石与硅灰石的微纤维形态的协同作用，实现快凝、早强、不开裂、抗渗透，有效阻止Cl-、SO4 2-、CO3 2-的传输与扩散，改善混凝土海水服役条件下抗蚀性能。氯离子电通量测试结果小于200C；硫酸盐干湿循环28次后强度损失小于1％；28天碳化深度小于1mm；与空白样相比，1天龄期抗折和抗压强度分别提高1MPa～3MPa和5MPa～15MPa；无收缩，无开裂；无需采用特殊手段进行养护；制备工艺简单，无污染。具有重要的推广应用价值。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种矿物基海工混凝土用防腐剂，其特征在于，由以下重量份的矿物粉体材料制成：5～10份蒙脱石、40～60份硅藻土、10～20份海泡石和5～15份硅灰石。
2.一种如权利要求1所述的矿物基海工混凝土用防腐剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101.分别取蒙脱石、硅藻土、海泡石、硅灰石各5～10份，40～60份，10～20份和5～15份；
S102.启动水泥净浆搅拌机慢速混合上述粉体材料3min至均匀混合，备用。
3.一种如权利要求1所述的矿物基海工混凝土用防腐剂的应用，应用于制备矿物基海工混凝土，其特征在于，包括以下步骤：
S101.按海工混凝土中胶凝材料的质量百分数5～20％称取防腐剂，备用；
S102.按照常规海工混凝土配合比，将砂、石料在混凝土搅拌机中搅拌2min，得到骨料；
S103.在混凝土搅拌机中加入胶凝材料和防腐剂混合搅拌3min，得到海工混凝土干混料；
S104.搅拌海工混凝土干混料，同时将拌合水的四分之三在30s内加入海工混凝土干混料中，继续搅拌2min；
S105.将减水剂融入剩余四分之一的拌合水中，得到混合液体；
S106.搅拌海工混凝土干混料，同时将步骤S106制备的混合液体在10s内加入海工混凝土干混料，继续搅拌2min；
S107.浇筑于模具中，将模具放置在振动台上震动10s；
S108.放置在混凝土标准箱中养护24h，脱模，即得到掺有防腐剂的矿物基海工混凝土。
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