CN108947412A - 一种生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土及其制备方法，该混凝土的原料包括：水泥、硅灰、粉煤灰微珠、高炉矿渣粉、侵蚀性离子抑制剂、海砂、钢纤维、减水剂和海水。其制备方法是将水泥、硅灰、粉煤灰微珠、高炉矿渣粉、侵蚀性离子抑制剂、钢纤维混配并用搅拌机搅拌均匀，加入海砂继续搅拌均匀，再加入海水和减水剂，机械搅拌直至搅拌均匀，得到混凝土浆体，浇注后拆模置于80℃、湿度95%养护48h，即得。本发明的混凝土具有氯离子固化率高、工作性能良好、耐久性较好，且成本较低、原材料就地获取、施工周期短，适合推广应用。

Description

一种生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土及其制备方法。
背景技术
海洋环境中缺乏充足的淡水，大量的运送水源进行混凝土拌合成本昂贵。建筑用砂的主要来源是河砂，但河砂的供应受资源和环境影响等因素的限制，无法完全满足建设的需求。目前我国诸多跨海、沿海大型基础设施建设正在进行中，建筑业对建筑用砂需求量不断增加，河砂资源日益医乏，使得人们将注意力转移到储量丰富的海砂上。针对沿海地区的潮湿高温环境下的钢筋混凝土结构，常年遭受海水冲刷、浪溅并长期受到侵蚀性离子的侵蚀。混凝土在多因素藕合作用下，其内部结构破坏、胶凝力退化、钢筋锈蚀速率增大，使工程结构过早失效，服役寿命达不到设计使用年限，造成巨大的经济损失。
目前，利用丰富的海水海砂制备耐蚀海工混凝土是一种新颖的思路，但是这其中面临如下问题：海水海砂中含有大量的氯盐，氯盐的存在，在钢筋的电化学腐蚀过程中起催化剂的作用，会减薄混凝土钢筋表面的碱性钝化膜，而促使钢筋发生锈蚀，导致混凝土耐久性降低。沿海地区的大型基础设施建设服役于海洋严酷环境，由于长期处于干湿与盐雾藕合作用下，海水中的侵蚀离子扩散速率加快，加速了钢筋的锈蚀，混凝土的胶结能力退化。针对以上海水海砂制备混凝土出现的问题，迫切的需要提供一种新型海水海砂耐蚀海工混凝土的制备方法，使建筑物的寿命得以延长，更好地服役于海洋严酷环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土及其制备方法，所述混凝土具有氯离子固化率高、工作性能良好、耐久性较好，且成本较低、原材料就地获取、施工周期短，适合推广应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土，以重量份计包括以下原料：水泥40～50份，硅灰10～15份，粉煤灰微珠20～25份，高炉矿渣粉10～15份，侵蚀性离子抑制剂1～5份，海砂110～130份，钢纤维10～15份，减水剂2～5份，海水10～15份；
其中，所述侵蚀性离子抑制剂为烟酸。
进一步地，所述水泥为P.O 42.5水泥。
进一步地，所述硅灰为超细二氧化硅微粉，比表面积≥20000m2/kg，SiO2的质量含量≥95％，28d活性指数≥120％，烧失量≤5％。
硅灰为高温冶炼产生的SiO2与Si气体与空气中的氧气迅速氧化并冷凝形成的具有火山灰性质无定形超细活性硅灰，是一种工业副产品，可显著提高抗压、抗折、抗渗、防腐以及耐磨性。
进一步地，所述粉煤灰微珠为空心微珠，烧失量≤3.5％，需水量比≥85％，球形颗粒的质量含量≥96％。
粉煤灰微珠为火力发电厂从煤燃烧后的烟气中收捕下的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废料，可以改善水泥基材料吸水率，提高抗压强度和抗渗性。
进一步地，所述高炉矿渣粉为S95级矿粉，Al2O3的质量含量≥15％，比表面积≥440m2/kg，28天活性指数≥95％。
进一步地，所述海砂细度模数为2.3-2.8，含泥量小于1.0％，云母含量小于1.0％。
进一步地，所述钢纤维为平直型镀铜钢纤维，纤维长度13mm，纤维直径0.2mm，纤维长径比65，抗拉强度≥2850MPa。
进一步地，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
聚羧酸减水剂是一种新型环保高效减水剂，液体为淡黄色透明液体，主要成分是分子量为5000～50000的聚羧酸聚合物系列产品，掺量为2％左右时减水率达到35～40％。
进一步地，所述海水为人工配制海水，配制方法为将1份的粗海盐与20份的蒸馏水混合，搅拌至粗海盐完全溶解，所得人工配制海水的氯离子含量为3.5％。
上述海工混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，称取原料备用；
步骤2，将水泥、硅灰、粉煤灰微珠、高炉矿渣粉、侵蚀性离子抑制剂、钢纤维混配并用搅拌机搅拌均匀，加入海砂继续搅拌均匀，再加入海水和减水剂，机械搅拌8～10min直至搅拌均匀，得到生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土浆体；
步骤3，将步骤2得到的混凝土浆体浇注24h后拆模然后置于80℃、湿度95％养护48h，制备出生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土。
本发明采用的原理为：
1、以水泥搭配混合掺和料(硅灰、粉煤灰微珠和高炉矿渣粉)作为混合胶凝材料。硅灰和高炉矿渣粉作为高含铝相的矿物掺合料反应后的水化产物，因其较大的比表面积，可提供更多的离子吸附位点，增大了对自由氯离子以及外部侵蚀性离子的物理吸附，含铝相矿物可以与自由氯离子化学固结，实现了氯离子的化学吸附，进而有效防止钢筋的锈蚀。粉煤灰微珠一方面具有球体形状，其滚珠效应提高了混凝土的流动性，改善混凝土的和易性；另一方面具有潜在的水硬胶凝性能，其后期的二次火山灰效应，可以降低Ca(OH)2的浓度，有效防止在水泥石与集料界面过渡区的富集，提高混凝土的界面粘结强度。
2、烟酸作为侵蚀性离子抑制剂，能防止碳钢材料及其钢筋制品在混凝土环境中或相应的碱性条件下，与海水或氯化钠溶液中氯盐接触时所发生的腐蚀电化学反应局部腐蚀和全面腐蚀。
3、低水胶比以及高效减水剂，低水胶比使水泥基材料更加密实且不易发生离析，减少单方用水量，降低水胶比，提高混凝土的抗渗性能，有效抑制离子的侵蚀，高效减水剂的使用能保证浆体具有一定的塌落度，减少用水量的同时便于施工。
4、80℃蒸汽养护，促进水泥水化，加快火山灰反应速率，使混凝土快速达到预定的力学及工作性。
本发明通过调整胶凝材料的比例，实现了水泥、矿粉、硅灰和粉煤灰微珠的均匀分布，提高了混凝土胶凝浆体的密实性。本发明所制得的生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土可有效解决河砂资源医乏，实现了海砂的资源化应用，更好的服役于海洋严酷环境，具有重要的工程应用价值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)混合胶凝材料，充分合理利用各种矿产资源以及生产废料，节约资源。
2)侵蚀性离子抑制剂的使用，防止碳钢材料及其钢筋制品在混凝土环境中或相应的碱性条件下，与海水或氯化钠溶液中氯盐接触时所发生的腐蚀电化学反应局部腐蚀和全面腐蚀，提高了混凝土的抗氯离子侵蚀能力。
3)低水胶比以及高效减水剂，使水泥基材料更加密实且不易发生离析，减少单方用水量，提高混凝土的抗渗性能，有效抑制离子的侵蚀，高效减水剂的使用能保证浆体具有一定的塌落度，减少用水量的同时便于施工。
4)80℃蒸汽养护，促进水泥水化，加快火山灰反应速率，使混凝土快速达到预定的力学及工作性。
附图说明
图1为生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土500次冻融循环后外观形貌图；
图2为保护层45mm海水环境钢筋混凝土快速腐蚀试验4次腐蚀循环后钢筋外观形貌图；
图3为生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土加速碳化3d、7d以及28d后碳化深度图，(a)为加速碳化3d，(b)为加速碳化7d，(c)为加速碳化28d；
图4为生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土SEM放大2000倍微观形貌图。
具体实施方式
实施例1
一种生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土材料，采用以下方法制备得到：
步骤1，按重量份称取以下原料备用：水泥50份、硅灰15份、粉煤灰微珠20份、高炉矿渣粉15份、侵蚀性离子抑制剂烟酸1份、海砂110份、钢纤维10份、减水剂2份、海水12份。
步骤2，将水泥、硅灰、粉煤灰微珠、高炉矿渣粉、烟酸、钢纤维按比例混配并用搅拌机搅拌均匀，加入海砂继续搅拌均匀，再加入海水以及减水剂机械搅拌8～10min直至搅拌均匀制成生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土浆体。
步骤3，浇注24h后拆模然后置于80℃，湿度95％养护48h，制备出生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土。
混凝土抗压强度、抗折强度以及轴心抗压强度根据GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，混凝土碳化、冻融、抗硫酸盐侵蚀干湿循环、抗氯离子渗透能力电通量以及RCM法根据GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行，测得的相关力学及耐久性能实验数据如下：
生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土500次冻融循环后外观形貌如图1所示，混凝土未发生任何破损，外观完整；保护层45mm海水环境钢筋混凝土快速腐蚀试验4次腐蚀循环后钢筋外观形貌图片如图2所示，锈点用黑色马克笔标出，钢筋几乎未发生锈蚀；生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土加速碳化3d、7d以及28d后碳化深度如图3所示，断面用酒精酚酞试剂进行测试，碳化深度为零；生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土SEM放大2000倍微观形貌如图4所示，微观结构致密，水化产物丰富且均匀分布。
实施例2
一种生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土材料，采用以下方法制备得到：
步骤1，按重量份称取以下原料备用：水泥40份、硅灰10份、粉煤灰微珠25份、高炉矿渣粉10份、侵蚀性离子抑制剂烟酸5份、海砂130份、钢纤维15份、减水剂5份、海水15份。
步骤2，将水泥、硅灰、粉煤灰微珠、高炉矿渣粉、烟酸、钢纤维按比例混配并用搅拌机搅拌均匀，加入海砂继续搅拌均匀，再加入海水以及减水剂机械搅拌8～10min直至搅拌均匀制成生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土浆体。
步骤3，浇注24h后拆模然后置于80℃，湿度95％养护48h，制备出生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土。
混凝土抗压强度、抗折强度以及轴心抗压强度根据GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，混凝土碳化、冻融、抗硫酸盐侵蚀干湿循环、抗氯离子渗透能力电通量以及RCM法根据GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行，测得的相关力学及耐久性能实验数据如下：
实施例3
一种生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土材料，采用以下方法制备得到：
步骤1，按重量份称取以下原料备用：水泥46份、硅灰13份、粉煤灰微珠22份、高炉矿渣粉14份、侵蚀性离子抑制剂烟酸3份、海砂117份、钢纤维12份、减水剂3份、海水10份。
步骤2，将水泥、硅灰、粉煤灰微珠、高炉矿渣粉、烟酸、钢纤维按比例混配并用搅拌机搅拌均匀，加入海砂继续搅拌均匀，再加入海水以及减水剂机械搅拌8～10min直至搅拌均匀制成生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土浆体。
步骤3，浇注24h后拆模然后置于80℃，湿度95％养护48h，制备出生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土。
混凝土抗压强度、抗折强度以及轴心抗压强度根据GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，混凝土碳化、冻融、抗硫酸盐侵蚀干湿循环、抗氯离子渗透能力电通量以及RCM法根据GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行，测得的相关力学及耐久性能实验数据如下：
实施例4
一种生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土材料，采用以下方法制备得到：
步骤1，按重量份称取以下原料备用：水泥48份、硅灰14份、粉煤灰微珠24份、高炉矿渣粉12份、侵蚀性离子抑制剂烟酸4份、海砂125份、钢纤维13份、减水剂4份、海水13份。
步骤2，将水泥、硅灰、粉煤灰微珠、高炉矿渣粉、烟酸、钢纤维按比例混配并用搅拌机搅拌均匀，加入海砂继续搅拌均匀，再加入海水以及减水剂机械搅拌8～10min直至搅拌均匀制成生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土浆体。
步骤3，浇注24h后拆模然后置于80℃，湿度95％养护48h，制备出生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土。
混凝土抗压强度、抗折强度以及轴心抗压强度根据GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，混凝土碳化、冻融、抗硫酸盐侵蚀干湿循环、抗氯离子渗透能力电通量以及RCM法根据GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行，测得的相关力学及耐久性能实验数据如下：
综合以上结果可知，快速养护48小时后生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土抗压强度可达到131MPa以上，其耐久性及各项工作性能远高于传统高性能混凝土。

Claims (10)

1.一种生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土，其特征在于：以重量份计包括以下原料：水泥40~50份，硅灰10~15份，粉煤灰微珠20~25份，高炉矿渣粉10~15份，侵蚀性离子抑制剂1~5份，海砂110~130份，钢纤维10~15份，减水剂2~5份，海水10~15份；
其中，所述侵蚀性离子抑制剂为烟酸。
2.根据权利要求1所述的生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土，其特征在于：所述水泥为P.O 42.5水泥。
3.根据权利要求1所述的生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土，其特征在于：所述硅灰为超细二氧化硅微粉，比表面积≥20000m2/kg，SiO2的质量含量≥95%，28d活性指数≥120%，烧失量≤5%。
4.根据权利要求1所述的生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土，其特征在于：所述粉煤灰微珠为空心微珠，烧失量≤3.5%，需水量比≥85%，球形颗粒的质量含量≥96%。
5.根据权利要求1所述的生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土，其特征在于：所述高炉矿渣粉为S95级矿粉，Al2O3的质量含量≥15%，比表面积≥440m2/kg，28天活性指数≥95%。
6.根据权利要求1所述的生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土，其特征在于：所述海砂细度模数为2.3-2.8，含泥量小于1.0%，云母含量小于1.0%。
7.根据权利要求1所述的生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土，其特征在于：所述钢纤维为平直型镀铜钢纤维，纤维长度13mm，纤维直径0.2mm，纤维长径比65，抗拉强度≥2850MPa。
8.根据权利要求1所述的生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸减水剂。
9.根据权利要求1所述的生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土，其特征在于：所述海水为人工配制海水，配制方法为将1份的粗海盐与20份的蒸馏水混合，搅拌至粗海盐完全溶解，所得人工配制海水的氯离子含量为3.5%。
10.权利要求1所述的海工混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，称取原料备用；
步骤2，将水泥、硅灰、粉煤灰微珠、高炉矿渣粉、侵蚀性离子抑制剂、钢纤维混配并用搅拌机搅拌均匀，加入海砂继续搅拌均匀，再加入海水和减水剂，机械搅拌8~10min直至搅拌均匀，得到生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土浆体；
步骤3，将步骤2得到的混凝土浆体浇注24h后拆模然后置于80℃、湿度95%养护48h，制备出生态阻锈型海水海砂耐蚀海工混凝土。
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