CN109574593A - 一种抗杂散电流的混凝土材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种抗杂散电流的混凝土材料及其制备方法，属于土木工程材料领域，该混凝土材料包含的组分以及每立方米混凝土中各组分的含量为：水泥240‑440份；粗骨料1000‑1200份；细骨料660‑740份、橡胶粉15‑30份；粉煤灰100‑150份；自然燃煤矸石粉15‑30份；玻璃粉30‑100份；拌合水180‑220份；外加剂2‑4份。制备方法为：首先，将粗骨料、细骨料和橡胶粉搅拌均匀后，加入水泥、粉煤灰、自燃煤矸石粉和玻璃粉，继续搅拌均匀，再加入减水剂和水，继续搅拌均匀，获得具有抗杂散电流性能的混凝土材料。其次，将其装入立方体试模中，在混凝土振动台上振捣后，进行养护、拆模。本发明能够降低成本，同时在保证混凝土强度等级的基础上，对抗杂散电流具有较好效果，具有显著的创新意义和潜在的工程应用前景。

Description

一种抗杂散电流的混凝土材料及其制备方法

技术领域

本发明属于土木工程材料领域，提供一种抗杂散电流的混凝土材料。

背景技术

随着我国经济的不断发展、城市建设的稳步推进，人口密集、交通堵塞等城市问题日益突出。为了解决大中型城市的公共交通问题和促进城市的可持续性发展，发展城市轨道交通系统势在必行。现代城市交通运输体系中，地下铁道与城市轻轨以其不受气候条件的影响和安全、快捷、高效等运输特点，不仅缓解了地面交通运输的压力，而且给城市居民的生活带来了方便。目前国内外的城市轨道交通普遍采用直流牵引供电系统，列车直流牵引系统采用正极接触网(轨)，走行轨兼作负极回流线，在列车启动时的牵引电流可达数千安培。在运营期间，走行轨对地的绝缘装置可能会受损、地下水渗入地铁轨道道床内等都会导致走行轨对地的绝缘水平降低。由于走行轨对地的绝缘不良或失效而泄漏到道床及其周围土壤介质中的电流便形成杂散电流(也称“迷流”)。地铁在运营过程中易产生杂散电流，而且电流相对较大，这对隧道主体结构中的钢筋及附近埋地金属管、线造成严重腐蚀，极大威胁地铁工程安全运营状况及附近金属管线的基础设施的耐久性。世界多地发生杂散电流腐蚀引起的事故。

地铁结构是典型地下结构，与大气环境下的工业与民用建筑相比，地铁结构所处环境更为复杂。地铁工程的主体结构往往处于距地表较深、地下水丰富、透水性强的地层中，而多数地下水又富含氯离子、硫酸根离子等侵蚀性介质。例如，在对广州地铁3号线地下水的调查分析中发现，个别地段的氯离子浓度高达7200mg/L，硫酸根离子含量高达2800mg/L，这些侵蚀离子渗透到混凝土内部极易引发钢筋或混凝土的腐蚀，进而导致钢筋混凝土结构承载力下降，进而引发耐久性破坏。因此，地铁工程的混凝土结构往往处于杂散电流与含腐蚀性离子的地下水共同侵蚀环境中，而且杂散电流存在时，其产生的电场力作用会加速外界腐蚀性离子进入混凝土结构中，加速混凝土结构劣化。如果能够有效提高地铁混凝土抗杂散电流的性能，对于提高地铁混凝土结构的耐久性具有重要作用，研制一种能有效抑制杂散电流的混凝土材料具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种适用于地铁等轨道交通工程的具有抗杂散电流的混凝土材料，目的是有效改善混凝土材料的抗渗性，显著提高混凝土的电阻率，以此来提高混凝土抗杂散电流性能。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种抗杂散电流的混凝土材料，所述的混凝土材料具有抗杂散电流特性，包含的组分为硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、橡胶粉、粉煤灰、自燃煤矸石粉、玻璃粉、外加剂和拌合水。

所述的硅酸盐水泥为P·Ⅰ型或P·Ⅱ型硅酸盐水泥。

所述的粉煤灰为Ⅰ级、Ⅱ级粉煤灰。

所述的粗骨料为粒径5-30mm的连续级配碎石。

所述的细骨料为细度模数2.3-2.8的河砂。

所述的橡胶粉粒度为80-150目。

所述的自燃煤矸石粉为自燃煤矸石经过长期自燃后，内部的碳和硫含量较少，进过破碎粉磨后粒度为2000-5000目的粉末。

所述的玻璃粉废弃的普通玻璃经破碎粉磨后粒度为200-400目的粉末。

所述的外加剂为聚羧酸系高性能减水剂。

所述的拌合水为普通自来水，主要性能指标应符合行业标准《混凝土用水标准》JGJ63的规定。

结合其试验性能指标，每立方米混凝土中原材料各组分的重量份如下：

水泥 240-440份；

粗骨料 1000-1200份；

细骨料 660-740份；

橡胶粉 15-30份；

粉煤灰 100-150份；

自燃煤矸石粉 15-30份；

玻璃粉 30-100份；

拌合水 180-220份；

外加剂 2-4份。

上述原材料的质量允许误差：水泥：±1％；碎石：±1％；河砂：±1％；橡胶粉：±0.5％；粉煤灰：±1％；自燃煤矸石粉：±0.5％；玻璃粉；±1％；拌合水：±1％；外加剂：±0.5％。

一种抗杂散电流的混凝土材料的制备方法包括以下步骤：

第一步，将粗骨料、细骨料和橡胶粉一起搅拌60-120s，再加入水泥、粉煤灰、自燃煤矸石粉和玻璃粉，继续搅拌90-150s，再加入减水剂和水，继续搅拌120-180s；得到抗杂散电流的混凝土材料拌合物。

第二步，将第一步制备的这种抗杂散电流的混凝土材料拌合物装入100*100*100的立方体试模中，放在混凝土振动台上振捣60-120s，然后放在标准养护条件下养护；

第二步，将第二步制备的试样标准养护1天后拆模，继续在标准环境下养护至相应龄期(28天)后进行相关性能测试，其中养护温度为：20±2℃，相对湿度为：≥95％。

本发明是在普通混凝土的基础上，再添加一定的辅助材料，其中掺入固体废弃物粉煤灰和自燃煤矸石粉，粉煤灰和自燃煤矸石粉都具有较高的火山灰活性，能够与水泥水化反应产物反应生成具有胶凝作用的物质，使混凝土材料内部变得更密实，从而有效提高混凝土抗渗性和电阻率等，同时能减少水泥用量节约成本。橡胶粉同样是一种固体废弃物，并且其绝缘性好，掺入混凝土中能显著提高混凝土的电阻率，而且橡胶粉具有“固体引气剂”的作用，从而能提高混凝土的抗渗性。掺入废弃的玻璃粉同样具有良好的绝缘性，并且具有良好的抗化学腐蚀性能，而且能有效提高混凝土的抗渗性，因此上述几种材料掺入混凝土中能有效提高混凝土的抗杂散电流的性能。

本发明提供的一种抗杂散电流的混凝土材料及制备方法，固体废物粉煤灰、橡胶粉、自燃煤矸石粉和玻璃粉应用于混凝土材料中，获得一种成本较低，且具有较高抗杂散电流和硫酸盐腐蚀的混凝土材料，标准养护28天混凝土的各项性能指标均符合轨道交通工程所需的力学性能和耐久性能要求的混凝土材料。本发明制备的混凝土抗杂散电流的能力为普通混凝土的4～6倍。本发明在保证混凝土强度等级的基础上，对抗杂散电流具有较好效果，具有显著的创新意义和潜在的工程应用前景。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明：

实施例1

按每立方米混凝土的用量取以下的组分：水泥240kg、粗骨料1025kg、细骨料660kg、橡胶粉15kg、粉煤灰150kg、自燃煤矸石粉30kg、玻璃粉30kg、拌合水180kg、外加剂2.0kg。水泥为P·Ⅰ型42.5级硅酸盐水泥；粗骨料为粒径5～30mm的连续级配碎石；细骨料为细度模数为2.3的河砂；橡胶粉粒径为80目；粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；自燃煤矸石粉粒径为2000目；玻璃粉粒径为200目；外加剂为聚羧酸系高效减水剂。

制备步骤如下：

将粗骨料、细骨料和橡胶粉一起搅拌60s，再加入水泥、粉煤灰、自燃煤矸石粉和玻璃粉，继续搅拌90s，再加入减水剂和水，继续搅拌120s；得到抗杂散电流的混凝土。然后放在标准养护条件下养护，试样标准养护1天后拆模，继续在标准环境下养护至28天进行相关性能测试，其中养护温度为：20±2℃，相对湿度为：≥95％。

本实施例中掺入大量的废弃物外掺材料，可有效降低混凝土成本，同时还能有效提高混凝土的电阻率和抗渗性，制备出具有抗杂散电流性能的混凝土材料，强度能够达到设计强度；混凝土抗杂散电流能力为普通混凝土的4.2倍。

实施例2

按每立方米混凝土的用量取以下的组分：水泥440kg、粗骨料1200kg、细骨料740kg、橡胶粉20kg、粉煤灰100kg、自燃煤矸石粉20kg、玻璃粉70kg、拌合水220kg、外加剂4.0kg。水泥为P·Ⅰ型42.5级硅酸盐水泥；粗骨料为粒径5～30mm的连续级配碎石；细骨料为细度模数为2.8的河砂；橡胶粉粒径为150目；粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰；自燃煤矸石粉粒径为5000目；玻璃粉粒径为350目；外加剂为聚羧酸系高效减水剂。

制备步骤如下：

将粗骨料、细骨料和橡胶粉一起搅拌120s，再加入水泥、粉煤灰、自燃煤矸石粉和玻璃粉，继续搅拌150s，再加入减水剂和水，继续搅拌180s；得到抗杂散电流的混凝土。然后放在标准养护条件下养护，试样标准养护1天后拆模，继续在标准环境下养护至28天进行相关性能测试，其中养护温度为：20±2℃，相对湿度为：≥95％。

本实施例中掺入大量的废弃物外掺材料，可有效降低混凝土成本，同时还能有效提高混凝土的电阻率和抗渗性，制备出具有抗杂散电流性能的混凝土材料，强度能够达到设计强度；混凝土抗杂散电流能力为普通混凝土的5.1倍。

实施例3

按每立方米混凝土的用量取以下的组分：水泥300kg、粗骨料1100kg、细骨料700kg、橡胶粉30kg、粉煤灰125kg、自燃煤矸石粉15kg、玻璃粉100kg、拌合水200kg、外加剂3.0kg。水泥为P·Ⅰ型42.5级硅酸盐水泥；粗骨料为粒径5～30mm的连续级配碎石；细骨料为细度模数为2.6的河砂；橡胶粉粒径为100目；粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；自燃煤矸石粉粒径为3000目；玻璃粉粒径为300目；外加剂为聚羧酸系高效减水剂。

制备步骤如下：

将粗骨料、细骨料和橡胶粉一起搅拌100s，再加入水泥、粉煤灰、自燃煤矸石粉和玻璃粉，继续搅拌120s，再加入减水剂和水，继续搅拌150s；得到抗杂散电流的混凝土。然后放在标准养护条件下养护，试样标准养护1天后拆模，继续在标准环境下养护至28天进行相关性能测试，其中养护温度为：20±2℃，相对湿度为：≥95％。

本实施例中掺入大量的废弃物外掺材料，可有效降低混凝土成本，同时还能有效提高混凝土的电阻率和抗渗性，制备出具有抗杂散电流性能的混凝土材料，强度能够达到设计强度；混凝土抗杂散电流能力为普通混凝土的6.0倍。

以上所述的实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，只是基于本发明整体构思下的某种实现方式，并不用来限定本发明的保护范围。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明展现的技术范围内做出的的任何修改、改进或替换，均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗杂散电流的混凝土材料及其制备方法，其特征在于，所述的混凝土材料具有抗杂散电流特性，每立方米混凝土中各组分及各组分的含量如下：

水泥240-440份；

粗骨料1000-1200份；

细骨料660-740份；

橡胶粉15-30份；

粉煤灰100-150份；

自燃煤矸石粉15-30份；

玻璃粉30-100份；

拌合水180-220份；

外加剂2-4份，其中，外加剂为聚羧酸系高效减水剂；

上述原材料的质量允许误差：水泥：±1％；碎石：±1％；河砂：±1％；橡胶粉：±0.5％；粉煤灰：±1％；自燃煤矸石粉：±0.5％；玻璃粉；±1％；拌合水：±1％；外加剂：±0.5％。

2.根据权利要求1所述的抗杂散电流的混凝土材料，其特征在于，所述水泥为P·Ⅰ型或P·Ⅱ型硅酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的抗杂散电流的混凝土材料，其特征在于，所述粗骨料为5-30mm连续级配碎石。

4.根据权利要求1所述的抗杂散电流的混凝土材料，其特征在于，所述细骨料为细度模数2.3-2.8的河砂。

5.根据权利要求1所述的抗杂散电流的混凝土材料，其特征在于，所述橡胶粉的粒径为80-150目。

6.根据权利要求1所述的抗杂散电流的混凝土材料，其特征在于，所述粉煤灰为I级、Ⅱ级粉煤灰。

7.根据权利要求1所述的抗杂散电流的混凝土材料，其特征在于，所述自燃煤矸石粉粒度为2000-5000目。

8.根据权利要求1所述的抗杂散电流的混凝土材料，其特征在于，所述玻璃粉粒度为200-400目。

9.根据权利要求1所述的抗杂散电流的混凝土材料，其特征在于，所述拌合水为自来水。

10.权利要求1-9任一所述的一种抗杂散电流的混凝土材料的制备方法，其特征在于以下步骤：

第一步，将粗骨料、细骨料和橡胶粉混合搅拌60-120s，再加入水泥、粉煤灰、自燃煤矸石粉和玻璃粉，继续搅拌90-150s，再加入减水剂和水，继续搅拌120-180s；得到抗杂散电流的混凝土材料拌合物；

第二步，将第一步制备的这种抗杂散电流的混凝土材料拌合物装入立方体试模中，放在混凝土振动台上振捣60-120s，然后放在标准养护条件下养护；

第三步，将第二步制备的试样标准养护1天后拆模，继续在标准环境下养护至相应龄期得到具有抗杂散电流的混凝土材料，其中养护温度为：20±2℃，相对湿度为：≥95％。