CN108455926A - 气密性混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气密性混凝土，属于混凝土材料技术领域，由包括以重量份数计的水175‑185份、水泥400‑420份、粉煤灰130‑140份、砂子500‑550份、石子1000‑1100份、减水剂10‑15份、膨胀剂40‑45份、气密防腐剂30‑35份的原料混合而成。其可增强硬化混凝土的抗压强度和气密性，可以抵抗可燃气体对混凝土的穿透。

Description

气密性混凝土
技术领域
本发明涉及混凝土材料技术领域，更具体的说，它涉及一种气密性混凝土。
背景技术
随着我国现代化建设的发展，对于混凝土性能方面提出了许多新的要求，产生了许多新型混凝土，如混凝土抗气体透过能力，即气密性混凝土就是其中的一种。
气密性混凝土最初是为了解决混凝土碳化(中性化)后钢筋的锈蚀问题及混凝土在各种侵蚀环境中的抗侵蚀问题等而提出，因而混凝土气密性是作为考察混凝土耐久性的重要指标之一。
近年来，随着科技的进步，混凝土作为核反应堆压力容器、海水淡化装置的罐体、下水处理槽、瓦斯净化装置、高瓦斯地段隧道的衬砌等，均对混凝土的气密性提出了更高的要求。例如：当公路、铁路隧道穿越的山体为含有瓦斯气体的煤层岩体时，隧道内的混凝土应具有很好的气密性，如果隧道初砌不密实，煤层中的瓦斯以及其它有害气体将透过隧道衬砌而泄漏于洞内，当瓦斯气体聚集到一定浓度时，将会引起爆炸，给隧道施工、车辆运行和旅客的生命财产造成极大的危害。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气密性混凝土，其可增强硬化混凝土的抗压强度和气密性，可以抵抗可燃气体对混凝土的穿透。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
气密性混凝土，由包括以重量份数计的水175-185份、水泥400-420份、粉煤灰130-140份、砂子500-550份、石子1000-1100份、减水剂10-15份、膨胀剂40-45份、气密防腐剂30-35份的原料混合而成。
较优选地，所述气密防腐剂包括式I共聚物，所述式I共聚物的结构通式为其中，a、b、c为所述式I共聚物重复单元的链节数，a:b:c为2-3:5-10:1-2，所述式I共聚物的平均分子量为100万-200万。
较优选地，所述膨胀剂是由包括以重量份数计的生石膏30-35份、偏高岭土40-45份、二水石膏份100-105份、氟石粉4-6份、式II共聚物1-10份的原料混合而成，所述式II共聚物的结构通式为其中，d、e、f为所述式II共聚物重复单元的链节数，d:e:f为1-2:5-10:1-2，所述式II共聚物的平均分子量为20万-100万。
较优选地，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
较优选地，所述水泥为P.O42.5硅酸盐水泥。
较优选地，所述粉煤灰为F类II级粉煤灰，细度为17-19μm，需水量比100-102％，烧失量为1.5-3.0％，含水量为0.1-0.2％。
较优选地，所述砂子为II区中砂，细度模数为2.6-2.8，表观密度为2750-3000Kg/m3，松散堆积密度为1550-1750Kg/m3。
较优选地，所述石子的平均粒径为5-25mm，含泥量为0.1-0.2％，表观密度为2650-2750Kg/m3，松散堆积密度为1500-1600Kg/m3，碱集料反应-14d膨胀率为0.04-0.05％。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、本发明提供的气密性混凝土浇筑成型后，具有较高的抗压强度和气密性，可以抵抗可燃气体(如甲烷、乙炔等)对混凝土的穿透。
第二、采用本发明提供的气密防腐剂可增强混凝土的抗压强度和气密性，而2,3,4,5,6-五羟基-2-己烯酸-4-内酯单体、1,4-丁烯二醇单体和3,4,5-三羟基-1-环己烯-1-甲酸单体对于提升气密防腐剂的性能发挥着协同效应。
第三、相比于现有技术的膨胀剂而言，采用本发明制得的膨胀剂可进一步地增强本发明提供的气密性混凝土的抗压强度和气密性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。应该理解的是，本发明实施例所述制备方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。
实施例1
制备气密防腐剂：将1.72Kg的2-甲基-3-丁烯-2-醇单体、8.81Kg的1,4-丁烯二醇单体、1.74Kg的丙烯三羧酸单体、1Kg甲醛和20Kg甲醇加入到反应釜中，加入0.1Kg过硫酸铵作为引发剂，在压力为0.5MPa、温度为105℃条件下反应3小时，提纯干燥，得平均分子量为150万的式I共聚物。
制备膨胀剂：将1.76Kg的2,3,4,5,6-五羟基-2-己烯酸-4-内酯单体、8.81Kg的1,4-丁烯二醇单体、1.74Kg的3,4,5-三羟基-1-环己烯-1-甲酸单体、1Kg甲醛和20Kg甲醇加入到反应釜中，加入0.1Kg过硫酸铵作为引发剂，在压力为0.5MPa、温度为110℃条件下反应3小时，提纯干燥，得平均分子量为20万的式II共聚物。将包括30Kg生石膏、45Kg偏高岭土、100Kg二水石膏份、4Kg氟石粉、10Kg式II共聚物的原料混合均匀，即得膨胀剂。
制备气密性混凝土：将包括175Kg水、420Kg水泥、130Kg粉煤灰、525Kg砂子、1000Kg石子、15Kg聚羧酸系高性能减水剂、40Kg膨胀剂、32.5Kg气密防腐剂的原料混合均匀，即得气密性混凝土。
实施例2
制备气密防腐剂：将2.15Kg的2-甲基-3-丁烯-2-醇单体、60.08Kg的1,4-丁烯二醇单体、2.61Kg的丙烯三羧酸单体、1Kg甲醛和20Kg甲醇加入到反应釜中，加入0.1Kg过硫酸铵作为引发剂，在压力为0.5MPa、温度为105℃条件下反应3.5小时，提纯干燥，得平均分子量为200万的式I共聚物。
制备膨胀剂：将2.64Kg的2,3,4,5,6-五羟基-2-己烯酸-4-内酯单体、4.41Kg的1,4-丁烯二醇单体、3.48Kg的3,4,5-三羟基-1-环己烯-1-甲酸单体、1Kg甲醛和20Kg甲醇加入到反应釜中，加入0.1Kg过硫酸铵作为引发剂，在压力为0.5MPa、温度为110℃条件下反应3.5小时，提纯干燥，得平均分子量为60万的式II共聚物。将包括32.5Kg生石膏、42.5Kg偏高岭土、105Kg二水石膏份、6Kg氟石粉、1Kg式II共聚物的原料混合均匀，即得膨胀剂。
制备气密性混凝土：将包括180Kg水、410Kg水泥、135Kg粉煤灰、550Kg砂子、1050Kg石子、12.5Kg聚羧酸系高性能减水剂、42.5Kg膨胀剂、30Kg气密防腐剂的原料混合均匀，即得气密性混凝土。
实施例3
制备气密防腐剂：将25.8Kg的2-甲基-3-丁烯-2-醇单体、44.06Kg的1,4-丁烯二醇单体、3.48Kg的丙烯三羧酸单体、1Kg甲醛和20Kg甲醇加入到反应釜中，加入0.1Kg过硫酸铵作为引发剂，在压力为0.5MPa、温度为105℃条件下反应2.5小时，提纯干燥，得平均分子量为100万的式I共聚物。
制备膨胀剂：将3.52Kg的2,3,4,5,6-五羟基-2-己烯酸-4-内酯单体、6.61Kg的1,4-丁烯二醇单体、2.61Kg的3,4,5-三羟基-1-环己烯-1-甲酸单体、1Kg甲醛和20Kg甲醇加入到反应釜中，加入0.1Kg过硫酸铵作为引发剂，在压力为0.5MPa、温度为110℃条件下反应4小时，提纯干燥，得平均分子量为100万的式II共聚物。将包括35Kg生石膏、40Kg偏高岭土、102.5Kg二水石膏份、5Kg氟石粉、5.5Kg式II共聚物的原料混合均匀，即得膨胀剂。
制备气密性混凝土：将包括185Kg水、400Kg水泥、130Kg粉煤灰、500Kg砂子、1100Kg石子、10Kg聚羧酸系高性能减水剂、45Kg膨胀剂、35Kg气密防腐剂的原料混合均匀，即得气密性混凝土。
实施例4
制备气密防腐剂：同实施例1。
制备气密性混凝土：将包括180Kg水、410Kg水泥、135Kg粉煤灰、550Kg砂子、1050Kg石子、12.5Kg聚羧酸系高性能减水剂、42.5Kg膨胀剂、30Kg气密防腐剂的原料混合均匀，即得气密性混凝土。其中，膨胀剂为购自成都安泰建材有限公司的硫铝酸钙类混凝土膨胀剂。
对比例1
制备气密防腐剂：将8.81Kg的1,4-丁烯二醇单体、1.74Kg的丙烯三羧酸单体、1Kg甲醛和20Kg甲醇加入到反应釜中，加入0.1Kg过硫酸铵作为引发剂，在压力为0.5MPa、温度为105℃条件下反应3小时，提纯干燥，得气密防腐剂。
制备膨胀剂：同实施例1。
制备气密性混凝土：同实施例1。
对比例2
制备气密防腐剂：将1.72Kg的2-甲基-3-丁烯-2-醇单体、1.74Kg的丙烯三羧酸单体、1Kg甲醛和20Kg甲醇加入到反应釜中，加入0.1Kg过硫酸铵作为引发剂，在压力为0.5MPa、温度为105℃条件下反应3小时，提纯干燥，得气密防腐剂。
制备膨胀剂：同实施例1。
制备气密性混凝土：同实施例1。
对比例3
制备气密防腐剂：将1.72Kg的2-甲基-3-丁烯-2-醇单体、8.81Kg的1,4-丁烯二醇单体、1Kg甲醛和20Kg甲醇加入到反应釜中，加入0.1Kg过硫酸铵作为引发剂，在压力为0.5MPa、温度为105℃条件下反应3小时，提纯干燥，得气密防腐剂。
制备膨胀剂：同实施例1。
制备气密性混凝土：同实施例1。
对比例4
制备膨胀剂：同实施例1。
制备气密性混凝土：同实施例1相比未添加气密防腐剂。
对于实施例1-4和对比例1-4制得的气密性混凝土进行透气系数测试，测试结果见表1。
试件制作：试件为上口直径175mm、下口直径185mm、高150mm的截头圆锥形试件，成型方法及使用试模均同抗渗混凝土试件。一组试件为6个。试件成型静置24h后拆模，用钢丝刷将上下端面的水泥膜刷除干净，移至标准养护室养护至28d龄期，然后在室内自然气干14～28d，使试件湿度与大气充分平衡。
测试装置：气密性试验采用的是下进气法测试，测试装置由天津建筑仪器厂生产的HP4.0型自动加压抗渗仪改装而成。即在原抗渗仪基础上增加空压机和气压计，将抗渗仪的储水罐改为储气罐，气压计用带有刻度的“U”形透明玻璃管装入适量的水，空压机、储气罐和抗渗仪之间用高压风管连接，抗渗仪和气压计之间用软胶管连接。
测试试件：在测试之前，先将试件侧面杂物清除干净，再裹上加热后的石蜡。然后将试件放到预热至55℃左右的试模中，将试件带模一起小头朝下迅速放到压力试验机的承载板上，并在试件上放一个Φ175mm事先准备好的承压钢板，缓慢加压至25kN稳压4min后将压力慢慢降低至零，如试件已基本稳定，将试件连同试模一起取下。检查试件与试模之间的密封质量，方法是将试件(模)安装到测试仪上，在试件与试模间涂抹少量的肥皂水，然后开气阀加压到0.6MPa，检查是否有气泡从试件四周冒出。检验合格后，即可进行试验。
测试步骤：(1)在抗渗仪上安装好测试试件；(2)打开气阀，将气压控制在0.3MPa，稳压6小时；(3)将气压计的软管与顶盖的出气管连通，开始测读透气量，然后每间隔30分钟测读一次，直至连续两次的透气量读数差不大于平均值的10％时为止，取两次透气量平均值作为该试件的0.5小时透气量。若透气量很大，也可以按透气量达到某一固定值时所需要的时间控制，连续两次的时间差也应控制在平均值的10％以内，取其平均值作为该试件的透气时间，计算出该测试压力下单位时间的透气量。然后继续提高压力，稳压6h后，继续测试；(4)在测试过程中如发现透气量突然增大时，应卸压后重新检查密封情况，必要时需重新测定。
透气系数计算：以混凝土在一定压力、一定时间内的透气总量计算其透气系数K，以K来评定混凝土的气密性，在每组试件的透气量Q的结果中舍去最大和最小值，按下式计算透气系数K值：
K＝[2LP2γa/(P1 2-P2 2)](Q/A)×10-2
式中，P1为施压一侧气体压力(MPa)；P 2为透气压力(MPa)；Q为单位时间透气量(cm3/s)，Q＝[(L1-L2)/ΔT]×(пd2/4)，ΔT为测试时间差，d为气压计玻璃管直径；γa为空气重度，取1.025×10-5N/cm3；A为透气面积(cm2)；L为试件厚度(cm)。
对于实施例1-4和对比例1-4制得的气密性混凝土，依据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》的标准规定测定混凝土的工作性和力学性能，测定结果见表1。
表1
从表1可以看出，采用本发明提供的气密防腐剂可增强混凝土的抗压强度和气密性，而2,3,4,5,6-五羟基-2-己烯酸-4-内酯单体、1,4-丁烯二醇单体和3,4,5-三羟基-1-环己烯-1-甲酸单体对于提升气密防腐剂的性能发挥着协同效应。相比于现有技术的膨胀剂而言，采用本发明制得的膨胀剂可进一步地增强本发明提供的气密性混凝土的抗压强度和气密性。因此，本发明提供的气密性混凝土浇筑成型后，可以抵抗可燃气体(如甲烷、乙炔等)对混凝土的穿透。

Claims (8)

1.气密性混凝土，其特征在于，由包括以重量份数计的水175-185份、水泥400-420份、粉煤灰130-140份、砂子500-550份、石子1000-1100份、减水剂10-15份、膨胀剂40-45份、气密防腐剂30-35份的原料混合而成。
2.根据权利要求1所述的气密性混凝土，其特征在于，所述气密防腐剂包括式I共聚物，所述式I共聚物的结构通式为其中，a、b、c为所述式I共聚物重复单元的链节数，a:b:c为2-3:5-10:1-2，所述式I共聚物的平均分子量为100万-200万。
3.根据权利要求1所述的气密性混凝土，其特征在于，所述膨胀剂是由包括以重量份数计的生石膏30-35份、偏高岭土40-45份、二水石膏份100-105份、氟石粉4-6份、式II共聚物1-10份的原料混合而成，所述式II共聚物的结构通式为其中，d、e、f为所述式II共聚物重复单元的链节数，d:e:f为1-2:5-10:1-2，所述式II共聚物的平均分子量为20万-100万。
4.根据权利要求1所述的气密性混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
5.根据权利要求1所述的气密性混凝土，其特征在于，所述水泥为P.O42.5硅酸盐水泥。
6.根据权利要求1所述的气密性混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为F类II级粉煤灰，细度为17-19μm，需水量比100-102％，烧失量为1.5-3.0％，含水量为0.1-0.2％。
7.根据权利要求1所述的气密性混凝土，其特征在于，所述砂子为II区中砂，细度模数为2.6-2.8，表观密度为2750-3000Kg/m3，松散堆积密度为1550-1750Kg/m3。
8.根据权利要求1所述的气密性混凝土，其特征在于，所述石子的平均粒径为5-25mm，含泥量为0.1-0.2％，表观密度为2650-2750Kg/m3，松散堆积密度为1500-1600Kg/m3，碱集料反应-14d膨胀率为0.04-0.05％。
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