CN108609934A - 一种高密实抗硫酸盐侵蚀混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高密实抗硫酸盐侵蚀混凝土，包括以下重量份的原料制成：水0.3‑0.34份，水化铝酸三钙粉0.01‑0.22份，改性轮胎粉0.016‑0.032份，水泥1份，砂1.2‑1.4份，石子2.6‑2.8份；所述改性轮胎粉为异戊橡胶轮胎粉浸泡氢氧化钠后进行亲水改性获得的。本发明原料易得，工艺简单，所得高密实抗硫酸盐侵蚀混凝土密实度高、耐腐蚀。

Description

一种高密实抗硫酸盐侵蚀混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种高密实抗硫酸盐侵蚀混凝土及其制备方法。
背景技术
上世纪70年代发达国家建成和使用的以跨海大桥工程为代表的重大海洋基础设施已逐渐出现过早破坏和失效迹象，甚至日本太平洋沿岸的港口建筑等在使用不到10年，混凝土表面出现开裂、剥落等被侵蚀现象。海工工程混凝土主要发生硫酸盐侵蚀，环境中的硫酸根离子与混凝土水泥石中氢氧化钙反应生成石膏，进而与水化铝酸钙反应生成大量体积膨胀的钙矾石，造成混凝土膨胀开裂。目前，抑制混凝土硫酸盐侵蚀的主要措施是降低铝酸三钙含量，控制硅酸三钙含量，使用大量的矿渣、粉煤灰等矿物掺和料，但会导致混凝土强度明显降低，无法满足工程设计要求。目前，有研究者尝试掺加废弃橡胶轮胎粉来提高混凝土抵抗硫酸盐侵蚀的能力，并发现该方法能有效提高混凝土的体积稳定性，减少混凝土开裂，但轮胎粉表面憎水，与水泥浆体的相容性差，导致混凝土易分层和粘接强度低。同时，混凝土水泥硬化浆体中存在大量水化毛细孔，为硫酸盐侵蚀提供了通道，但其尺寸低于轮胎粉，从而轮胎粉的加入对该部分毛细孔抗侵蚀性能没有帮助。因此，提高废弃橡胶轮胎粉亲水性和改善水泥硬化浆体的抗侵蚀性能是提高混凝土抗侵蚀性能的关键并急需解决的问题。
发明内容
针对现有技术中废弃橡胶轮胎粉亲水性低，水泥硬化浆体的抗侵蚀性差，在海洋工程服役时易发生侵蚀等问题，本发明提供一种高密实抗硫酸盐侵蚀混凝土的制备方法，原材料易得，方法简单，实施便利。
本发明的另一目的是提供一种上述制备方法获得的高密实抗硫酸盐侵蚀混凝土，密实度高，抗侵蚀能力强。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种高密实抗硫酸盐侵蚀混凝土，包括以下重量份的原料制成：水0.3-0.34份，水化铝酸三钙粉0.01-0.22份，改性轮胎粉0.016-0.032份，水泥1份，砂1.2-1.4份，石子2.6-2.8份；
所述改性轮胎粉为异戊橡胶轮胎粉浸泡氢氧化钠后进行亲水改性获得的。
所述改性轮胎粉粒径为5-25µm。
所述水化铝酸三钙粉细度为8-40nm。
上述高密实抗硫酸盐侵蚀混凝土的制备方法，包括以下步骤：
（1）将异戊橡胶轮胎粉碎成颗粒状，过筛去除杂质，再研磨得到异戊橡胶轮胎粉；
（2）将步骤（1）得到的轮胎粉先浸泡于质量浓度为30%-60%的双氧水溶液30-240分钟，再反复清洗干净，晾干；再次浸泡于质量浓度为25%-35%的氢氧化钠溶液60-120分钟，并反复清洗干净，晾干后进行亲水改性，得到改性轮胎粉；
（3）将铝酸三钙浸泡于20-45℃水中，并每隔20-40分钟搅拌3-7分钟，直到产生絮状体但未见晶状体；将絮状体捞出并迅速用无水乙醇冲洗，然后在50-75℃下烘干并粉磨，得到水化铝酸三钙粉；
（4）先将20%水与步骤（3）得到的水化铝酸三钙粉搅拌10-30分钟，在搅拌过程中同时将80%水和步骤（2）得到的改性轮胎粉加入，再依次加入水泥、砂和石子，间隔时间为10-35秒，搅拌均匀；
（5）将混凝土养护后得到高密实抗硫酸盐侵蚀混凝土。
所述步骤（2）中亲水改性步骤为：按质量份数将10-20份山梨醇、1-5份乙基纤维素、10-20份白炭黑和15-25份水搅拌均匀，将轮胎粉浸泡于该溶液20-40分钟，反复清洗干净，晾干，得到改性轮胎粉。
作为优选，步骤（5）中，所述养护条件为40-60℃、40-60%相对湿度；养护时间为10天。
本发明具有以下优点：
本发明中所用异戊橡胶为异戊二烯的聚合物，经氢氧化钠侵蚀和双氧水氧化后表层粗糙度增加，并形成大量活性畸形基团或断枝。山梨醇表面带有6个羟基和白炭黑（组成为SiO2·nH2O，其中nH2O是以表面羟基的形式存在）的表面羟基和多孔结构，在乙基纤维素的偶联作用下，改善其表面极性，提高与水泥浆体的相容性，提高混凝土密实度。
本发明通过不连续搅拌，既保证水化铝酸三钙的生成，又能控制其颗粒尺寸在8-40nm，防止在混凝土水化硬化过程中与外界的硫酸盐侵蚀离子发生反应生成钙矾石尺寸过大，在混凝土内部造成内应力。
本发明所制备的水化铝酸三钙粉尺寸在8-40纳米，能随着拌合水进入水泥浆体的毛细孔。在混凝土水化硬化过程中，水化铝酸钙粉也将继续水化成片状晶体C4AH13和C3AH6，二者会堵塞毛细孔或使毛细孔变窄，这相当于延长了硫酸盐的侵蚀通道，从而提高混凝土的抗侵蚀性能。同时与外界的硫酸盐侵蚀离子发生反应生成钙矾石，填充毛细孔，及时阻断硫酸盐离子的侵蚀通道。
本发明原料易得，工艺简单，所得高密实抗硫酸盐侵蚀混凝土密实度高、耐腐蚀。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受下述实施例的限制。
实施例1
（1）将废弃异戊橡胶轮胎粉碎成颗粒状，过筛去除杂质，再研磨得到废弃异戊橡胶轮胎粉，备用。将轮胎粉浸泡于质量浓度为30%的双氧水溶液30分钟，再反复清洗干净，晾干。再次浸泡于质量浓度为35%的氢氧化钠溶液120分钟，并反复清洗干净，晾干。按质量份数将10份山梨醇、1份乙基纤维素、10份白炭黑和15份水搅拌均匀，将轮胎粉浸泡于该溶液40分钟，反复清洗干净，晾干，得到改性轮胎粉；
（2）将铝酸三钙浸泡20℃水中，并每隔40分钟搅拌7分钟，直到产生絮状体但未见晶状体。将絮状体捞出并迅速用无水乙醇冲洗，然后在50℃下烘干并粉磨，得到水化铝酸三钙粉；
（3）混凝土各组分的质量比为：水:水化铝酸三钙粉:改性轮胎粉:水泥:砂:石子=0.3:0.01: 0.032:1:1.2: 2.8；
（4）在混凝土制备时，先将20%水与水化铝酸三钙粉搅拌10分钟，在搅拌过程中同时将80%水和改性轮胎粉加入，再依次加入水泥、砂和石子，间隔时间在10秒，将混凝土在40℃和60%相对湿度下养护10天，得到高密实抗硫酸盐侵蚀混凝土。
实施例2
（1）将废弃异戊橡胶轮胎粉碎成颗粒状，过筛去除杂质，再研磨得到废弃异戊橡胶轮胎粉，备用。将轮胎粉浸泡于质量浓度为60%的双氧水溶液240分钟，再反复清洗干净，晾干。再次浸泡于质量浓度为25%的氢氧化钠溶液60分钟，并反复清洗干净，晾干。按质量份数将20份山梨醇、5份乙基纤维素、20份白炭黑和25份水搅拌均匀，将轮胎粉浸泡于该溶液20分钟，反复清洗干净，晾干，得到改性轮胎粉；
（2）将铝酸三钙浸泡45℃水中，并每隔20分钟搅拌3分钟，直到产生絮状体但未见晶状体。将絮状体捞出并迅速用无水乙醇冲洗，然后在75℃下烘干并粉磨，得到水化铝酸三钙粉；
（3）混凝土各组分的质量比为：水:水化铝酸三钙粉:改性轮胎粉:水泥:砂:石子=0.34:0.22:0.016:1: 1.4:2.6；
（4）在混凝土制备时，先将20%水与水化铝酸三钙粉搅拌30分钟，在搅拌过程中同时将80%水和改性轮胎粉加入，再依次加入水泥、砂和石子，间隔时间在35秒，将混凝土在60℃和40%相对湿度下养护10天，得到高密实抗硫酸盐侵蚀混凝土。
实施例3
（1）将废弃异戊橡胶轮胎粉碎成颗粒状，过筛去除杂质，再研磨得到废弃异戊橡胶轮胎粉，备用。将轮胎粉浸泡于质量浓度为40%的双氧水溶液140分钟，再反复清洗干净，晾干。再次浸泡于质量浓度为30%的氢氧化钠溶液100分钟，并反复清洗干净，晾干。按质量份数将15份山梨醇、2份乙基纤维素、15份白炭黑和20份水搅拌均匀，将轮胎粉浸泡于该溶液30分钟，反复清洗干净，晾干，得到改性轮胎粉；
（2）将铝酸三钙浸泡30℃水中，并每隔30分钟搅拌5分钟，直到产生絮状体但未见晶状体。将絮状体捞出并迅速用无水乙醇冲洗，然后在60℃下烘干并粉磨，得到水化铝酸三钙粉；
（3）混凝土各组分的质量比为：水:水化铝酸三钙粉:改性轮胎粉:水泥:砂:石子=0.32:0.11:0.022:1:1.3:2.7；
（4）在混凝土制备时，先将20%水与水化铝酸三钙粉搅拌20分钟，在搅拌过程中同时将80%水和改性轮胎粉加入，再依次加入水泥、砂和石子，间隔时间在15秒，将混凝土在50℃和50%相对湿度下养护10天，得到高密实抗硫酸盐侵蚀混凝土。
对比例
混凝土各组分的质量比为：水:水泥:砂:石子=0.32:1:1.3:2.7。将各组分搅拌30分钟，在在50℃和50%相对湿度下养护10天，得到对比混凝土。
实施例4
按《混凝土强度检验评定标准》（GB/T 50107—2010）和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》（GB/T50082-2009）检测实施例1-3和对比例所得混凝土，检测结果如下表，由表中数据可知，实施例1-3所得混凝土28天抗压强度（MPa）、孔隙率、90天水渗透系数、90天膨胀率指标均优于对比例。
28天抗压强度（MPa） 孔隙率（%） 90天水渗透系数×10-12（m/s） 90天膨胀率（%）
参照例 40 11.5 1.32 0
实施例1 45 7.6 1.02 0.06
实施例2 48 5.1 0.89 0.04
实施例3 49.5 4.2 0.68 0.03

Claims (6)

1.一种高密实抗硫酸盐侵蚀混凝土，其特征在于，包括以下重量份的原料制成：水0.3-0.34份，水化铝酸三钙粉0.01-0.22份，改性轮胎粉0.016-0.032份，水泥1份，砂1.2-1.4份，石子2.6-2.8份；
所述改性轮胎粉为异戊橡胶轮胎粉浸泡氢氧化钠后进行亲水改性获得的。
2.根据权利要求1所述的高密实抗硫酸盐侵蚀混凝土，其特征在于，所述改性轮胎粉粒径为5-25µm。
3.根据权利要求1所述的高密实抗硫酸盐侵蚀混凝土，其特征在于，所述水化铝酸三钙粉细度为8-40nm。
4.一种如权利要求1-3任一所述的高密实抗硫酸盐侵蚀混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将异戊橡胶轮胎粉碎成颗粒状，过筛去除杂质，再研磨得到异戊橡胶轮胎粉；
（2）将步骤（1）得到的轮胎粉先浸泡于质量浓度为30%-60%的双氧水溶液30-240分钟，再反复清洗干净，晾干；再次浸泡于质量浓度为25%-35%的氢氧化钠溶液60-120分钟，并反复清洗干净，晾干后进行亲水改性，得到改性轮胎粉；
（3）将铝酸三钙浸泡于20-45℃水中，并每隔20-40分钟搅拌3-7分钟，直到产生絮状体但未见晶状体；将絮状体捞出并迅速用无水乙醇冲洗，然后在50-75℃下烘干并粉磨，得到水化铝酸三钙粉；
（4）先将20%水与步骤（3）得到的水化铝酸三钙粉搅拌10-30分钟，在搅拌过程中同时将80%水和步骤（2）得到的改性轮胎粉加入，再依次加入水泥、砂和石子，间隔时间为10-35秒，搅拌均匀；
（5）将混凝土养护后得到高密实抗硫酸盐侵蚀混凝土。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述亲水改性步骤为：按质量份数将10-20份山梨醇、1-5份乙基纤维素、10-20份白炭黑和15-25份水搅拌均匀，将轮胎粉浸泡于该溶液20-40分钟，反复清洗干净，晾干，得到改性轮胎粉。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，所述养护条件为40-60℃、40-60%相对湿度；养护时间为10天。
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