CN109279846B - 一种高抗渗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抗渗混凝土，由以下质量份数的原料制得：改性水泥220‑270份、改性钢渣粉180‑230份、吸水树脂30‑50份、粗骨料600‑900份、细骨料900‑1300份和水100‑160份。所述的改性水泥由硫铝酸盐水泥400‑450份、吸水树脂20‑50份和纳米二氧化硅5‑10份组成。通过提高密实度、降低孔的连通率、调整材料的稳定性，达到提高混凝土的抗渗透性的目的。
Description
技术领域
本发明属于混凝土领域，特别涉及一种高抗渗混凝土及其制备方法。
背景技术
硫铝酸盐水泥混凝土因其抗硫酸盐侵蚀性能高、原材料来源广泛和适应性强等特点，已广泛应用于码头、跨海大桥和岛礁工程等海洋工程。但是混凝土本身是气液固三相的多孔结构，在海洋工程服役时不可避免发生侵蚀和冻融破坏，因此需要提高混凝土自身的密实度来改善其抗渗性从而提高耐久性。目前，众多科研人员利用数学模型研究粒径分布对固体颗粒的堆积密度及其硬化浆体性能的影响，例如颗粒微级配即胶凝材料之间的粒径分布优化及其对水泥硬化浆体性能的影响、集料级配对混凝土性能的影响及粗集料、细集料和水泥之间的优化配合比等方面，但忽略了水泥水化过程中水化相的体积变化，因此混凝土的密实度提高程度有限。而且硫铝酸盐水泥的主要矿物为硫铝酸钙，其与石膏发生水化生成含有32个结晶水的钙矾石体积明显膨胀，会严重破坏干燥固体颗粒的紧密堆积，因此，有必要考虑颗粒水化体积变化对紧密堆积的影响效果。
发明内容
针对混凝土抗渗透差的问题，本发明提供一种高抗渗混凝土，通过提高密实度、降低孔的连通率、调整材料的稳定性，提高混凝土的抗渗透性。
一种高抗渗混凝土，由以下质量份数的原料制得：改性水泥220-270份、改性钢渣粉180-230份、吸水树脂30-50份、粗骨料600-900份、细骨料900-1300份和水100-160份。
所述的改性水泥由硫铝酸盐水泥400-450份、吸水树脂20-50份和纳米二氧化硅5-10份组成。
所述的硫铝酸盐水泥粒径为30-40μm，吸水树脂粒径为2-8μm。
所述的改性钢渣粉的制备方法：将钢渣粉磨至细度为200-250m2/kg，浸泡在25-35%氢氧化钠溶液2-3小时，在60-80℃和0.8-1.6MP下压蒸0.5-1.5小时，冲洗、晾干；然后在400-450℃的CO2气氛中煅烧2-4小时，得到改性钢渣。
所述的粗骨料为：19-26.5mm骨料300-420份、9.5-16.0mm骨料200-320份和2.36-4.75mm骨料100-160份。
所述的细骨料为：1.18-2.36mm细骨料400-560份、0.30-0.60mm细骨料300-450份和0.075-0.15mm细骨料200-290份。
上述混凝土的制备方法，包括以下步骤：
（1）将30-50份吸水树脂与50-80份水搅拌1-5分钟，并静置至树脂吸水饱和；
（2）再先后加入900-1300份细骨料、600-900份粗骨料，搅拌均匀；
（3）再依次加入220-270份改性水泥、180-230份改性钢渣粉和50-80份水，搅拌均匀，得到高抗渗混凝土。
所述的改性水泥制备方法为：将吸水树脂20-50份和纳米二氧化硅5-10份混合，搅拌5-10分钟过程中同时采用微波分散以消除团聚，再与硫铝酸盐水泥400-450份混合搅拌10-20分钟。
所述的改性钢渣份制备方法为：将钢渣粉磨至细度为200-250m2/kg，浸泡在25-35%氢氧化钠溶液2-3小时，在60-80℃和0.8-1.6MP下压蒸0.5-1.5小时，冲洗、晾干；然后在400-450℃的CO2气氛中煅烧2-4小时，得到改性钢渣。
有益效果：
1. 密实度高
采用改性水泥中硫铝酸盐水泥、吸水树脂和纳米二氧化硅三种物料粒径的不连续分布，粗、细骨料中骨料级配的不连续分布，实现小颗粒填充大颗粒堆积而形成的孔隙，从而提高混凝土的密实度；在混凝土制备初始使吸水树脂吸水饱和体积达到最大，随着硫铝酸盐水泥水化体积增大，对吸水树脂形成挤压，吸水树脂含水量降低，体积变小，最终形成体积互补，不但提高了混凝土中浆体的密实度，而且不影响骨料的堆积密实度。
2. 孔的连通率低
混凝土抗渗性差的主要原因在于拌合水在混凝土中留下的连通孔，而且这对常规混凝土是无法避免的。本发明的分拌合水储存于吸水树脂，降低了拌合水在混凝土中所占有的孔隙率，同时吸水树脂以粉状存在于混凝土中，降低了孔的连通率。
3、改性水泥水化体积稳定高
改性水泥中的吸水树脂在混凝土加水搅拌初期快速吸水膨胀，随着硫铝酸盐水泥水化体积增大，对吸水树脂的压力也增大，吸水树脂逐渐放出水，体积变小，最终硫铝酸盐水泥水化相与吸水树脂形成体积互补，改性水泥水化体积稳定。
4. 改性钢渣体积稳定性高
钢渣中的过烧氧化镁遇水会生成氢氧化镁体积膨胀，造成由其制备的水泥基材料体积安定性不良而限制了其应用。而且在钢渣在冷却过程中氧化镁经常被包裹在玻璃态矿物内部，因此，本发明用氢氧化钠破坏玻璃体结构使其内部的氧化镁暴露，再在压蒸条件下使氧化镁转变为氢氧化镁。但是氢氧化镁在混凝土服役期间有可能受酸、水的侵蚀而发生转变，危害混凝土的抗渗性。本发明的钢渣在400-450℃的CO2气氛中煅烧，使氢氧化镁转变为碳酸镁，从而长期稳定存在。
具体实施方式
实施例1
一种高抗渗混凝土由以下质量份数的原料制得：改性水泥220份、改性钢渣粉230份、吸水树脂30份、粗骨料900份、细骨料900份和水100份。
改性水泥由硫铝酸盐水泥400份、吸水树脂20份和纳米二氧化硅10份组。改性水泥制备方法：将吸水树脂和纳米二氧化硅混合，搅拌5分钟过程中同时采用微波分散以消除团聚，再与硫铝酸盐水泥混合搅拌10分钟。
改性钢渣粉的制备方法：将钢渣粉磨至细度为200-250m2/kg，浸泡在30%氢氧化钠溶液2小时，在60℃和1.6MP下压蒸0.5小时，冲洗、晾干。然后在400℃的CO2气氛中煅烧4小时。
粗骨料为：19-26.5mm骨料420份、9.5-16.0mm骨料320份和2.36-4.75mm骨料160份。
细骨料为：1.18-2.36mm细骨料400份、0.30-0.60mm细骨料300份和0.075-0.15mm细骨料200份。
混凝土的制备方法：将30份吸水树脂与50份水搅拌1分钟并静置至树脂吸水饱和，再先后加入900份细骨料、900份粗骨料并搅拌2分钟，再依次加入220份改性水泥、230份改性钢渣粉和50份水并搅拌4分钟，得到高抗渗混凝土。
实施例2
一种高抗渗混凝土由以下质量份数的原料制得：改性水泥270份、改性钢渣粉180份、吸水树脂50份、粗骨料600份、细骨料1300份和水160份。
改性水泥由硫铝酸盐水泥450份、吸水树脂50份和纳米二氧化硅5份组成。改性水泥制备方法：将吸水树脂和纳米二氧化硅混合，搅拌10分钟过程中同时采用微波分散以消除团聚，再与硫铝酸盐水泥混合搅拌20分钟。
改性钢渣粉的制备方法：将钢渣粉磨至细度为200-250m2/kg，浸泡在30%氢氧化钠溶液3小时，在80℃和0.8MP下压蒸1.5小时，冲洗、晾干。然后在450℃的CO2气氛中煅烧2小时。
粗骨料为：19-26.5mm骨料300份、9.5-16.0mm骨料200份和2.36-4.75mm骨料100份。
细骨料为：1.18-2.36mm细骨料560份、0.30-0.60mm细骨料450份和0.075-0.15mm细骨料290份。
混凝土的制备方法：将50份吸水树脂与80份水搅拌2分钟并静置至树脂吸水饱和，再先后加入1300份细骨料、600份粗骨料并搅拌2分钟，再依次加入270份改性水泥、180份改性钢渣粉和80份水并搅拌7分钟，得到高抗渗混凝土。
实施例3
一种高抗渗混凝土由以下质量份数的原料制得：改性水泥240份、改性钢渣粉200份、吸水树脂40份、粗骨料720份、细骨料1200份和水120份。
改性水泥由硫铝酸盐水泥420份、吸水树脂30份和纳米二氧化硅8份组成。改性水泥制备方法：将吸水树脂和纳米二氧化硅混合，搅拌7分钟过程中同时采用微波分散以消除团聚，再与硫铝酸盐水泥混合搅拌12分钟。
改性钢渣粉的制备方法：将钢渣粉磨至细度为200-250m2/kg，浸泡在30%氢氧化钠溶液2.2小时，在70℃和1.0MP下压蒸0.8小时，冲洗、晾干。然后在410℃的CO2气氛中煅烧2.5小时。
粗骨料为：19-26.5mm骨料340份、9.5-16.0mm骨料260份和2.36-4.75mm骨料120份。
细骨料为：1.18-2.36mm细骨料540份、0.30-0.60mm细骨料400份和0.075-0.15mm细骨料260份。
混凝土的制备方法：将40份吸水树脂与60份水搅拌1.2分钟并静置至树脂吸水饱和，再先后加入1200份细骨料、700份粗骨料并搅拌1.8分钟，再依次加入240份改性水泥、200份改性钢渣粉和60份水并搅拌5分钟，得到高抗渗混凝土。
实施例4
一种高抗渗混凝土由以下质量份数的原料制得：改性水泥260份、改性钢渣粉220份、吸水树脂45份、粗骨料800份、细骨料1100份和水140份。
改性水泥由硫铝酸盐水泥440份、吸水树脂40份和纳米二氧化硅6份组成。改性水泥制备方法：将吸水树脂和纳米二氧化硅混合，搅拌8分钟过程中同时采用微波分散以消除团聚，再与硫铝酸盐水泥混合搅拌18分钟。
改性钢渣粉的制备方法：将钢渣粉磨至细度为200-250m2/kg，浸泡在30%氢氧化钠溶液2.8小时，在75℃和1.4MP下压蒸1.2小时，冲洗、晾干。然后在440℃的CO2气氛中煅烧3.5小时。
粗骨料为：19-26.5mm骨料400份、9.5-16.0mm骨料280份和2.36-4.75mm骨料120份。
细骨料为：1.18-2.36mm细骨料450份、0.30-0.60mm细骨料380份和0.075-0.15mm细骨料270份。
混凝土的制备方法：将45份吸水树脂与70份水搅拌1.6分钟并静置至树脂吸水饱和，再先后加入1100份细骨料、800份粗骨料并搅拌1.4分钟，再依次加入260份改性水泥、220份改性钢渣粉和70份水并搅拌6分钟，得到高抗渗混凝土。
对比例1
一种高抗渗混凝土由以下质量份数的原料制得：改性水泥260份、改性钢渣粉220份、吸水树脂45份、普通骨料1900份和水140份。
改性水泥由硫铝酸盐水泥440份、吸水树脂40份和纳米二氧化硅6份组成。改性水泥制备方法：将吸水树脂和纳米二氧化硅混合，搅拌8分钟过程中同时采用微波分散以消除团聚，再与硫铝酸盐水泥混合搅拌18分钟。
改性钢渣粉的制备方法：将钢渣粉磨至细度为200-250m2/kg，浸泡在30%氢氧化钠溶液2.8小时，在75℃和1.4MP下压蒸1.2小时，冲洗、晾干。然后在440℃的CO2气氛中煅烧3.5小时。
混凝土的制备方法：将45份吸水树脂与70份水搅拌1.6分钟并静置至树脂吸水饱和，再先后加入1900份骨料并搅拌1.4分钟，再依次加入260份改性水泥、220份改性钢渣粉和70份水并搅拌6分钟，得到高抗渗混凝土。
对比例2
一种高抗渗混凝土由以下质量份数的原料制得：普通硫铝酸盐水泥260份、改性钢渣粉220份、吸水树脂45份、粗骨料800份、细骨料1100份和水140份。
改性钢渣粉的制备方法：将钢渣粉磨至细度为200-250m2/kg，浸泡在30%氢氧化钠溶液2.8小时，在75℃和1.4MP下压蒸1.2小时，冲洗、晾干。然后在440℃的CO2气氛中煅烧3.5小时。
粗骨料为：19-26.5mm骨料400份、9.5-16.0mm骨料280份和2.36-4.75mm骨料120份。
细骨料为：1.18-2.36mm细骨料450份、0.30-0.60mm细骨料380份和0.075-0.15mm细骨料270份。
混凝土的制备方法：将45份吸水树脂与70份水搅拌1.6分钟并静置至树脂吸水饱和，再先后加入1100份细骨料、800份粗骨料并搅拌1.4分钟，再依次加入260份普通硫铝酸盐水泥、220份改性钢渣粉和70份水并搅拌6分钟，得到高抗渗混凝土。
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1-4及对比例1、2所得混凝土，检测结果如下表。
Claims (5)
1.一种高抗渗混凝土，其特征在于，由以下质量份数的原料制得：改性水泥220-270份、改性钢渣粉180-230份、吸水树脂30-50份、粗骨料600-900份、细骨料900-1300份和水100-160份；
所述的改性水泥由硫铝酸盐水泥400-450份、吸水树脂20-50份和纳米二氧化硅5-10份组成；
所述的改性水泥制备方法为：将吸水树脂20-50份和纳米二氧化硅5-10份混合，搅拌5-10分钟过程中同时采用微波分散以消除团聚，再与硫铝酸盐水泥400-450份混合搅拌10-20分钟；
所述的改性钢渣粉的制备方法：将钢渣粉磨至细度为200-250m2/kg，浸泡在25-35%氢氧化钠溶液2-3小时，在60-80℃和0.8-1.6MP下压蒸0.5-1.5小时，冲洗、晾干；然后在400-450℃的CO2气氛中煅烧2-4小时，得到改性钢渣。
2.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述的硫铝酸盐水泥粒径为30-40μm，吸水树脂粒径为2-8μm。
3.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述的粗骨料为：19-26.5mm骨料300-420份、9.5-16.0mm骨料200-320份和2.36-4.75mm骨料100-160份。
4.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述的细骨料为：1.18-2.36mm细骨料400-560份、0.30-0.60mm细骨料300-450份和0.075-0.15mm细骨料200-290份。
5.一种权利要求1所述的混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将30-50份吸水树脂与50-80份水搅拌1-5分钟，并静置至树脂吸水饱和；
（2）再先后加入900-1300份细骨料、600-900份粗骨料，搅拌均匀；
（3）再依次加入220-270份改性水泥、180-230份改性钢渣粉和50-80份水，搅拌均匀，得到高抗渗混凝土。
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