CN109608141A - 一种抗盐侵蚀混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种抗盐侵蚀混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种抗盐侵蚀混凝土及其制备方法，属于混凝土领域。本发明提供的抗盐侵蚀混凝土，以质量份计，包括以下组分：水泥570～600份、石子1100～1106份、砂子640～665份、纳米粘土25.5～26份、减水剂0.32～0.35份、增稠剂0.02～0.04份、消泡剂0.23～0.27份、引气剂0.35～0.42份、水185～240份。本发明通过添加纳米粘土，有效改善了混凝土内部的孔隙结构，所述纳米粘土的掺入降低了混凝土对氯盐和硫酸盐的侵蚀，延长了混凝土的使用寿命。实施例结果表明，本发明提供的抗盐侵蚀混凝土能够有效抵抗氯盐和硫酸盐的侵蚀。

Description

一种抗盐侵蚀混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土领域，尤其涉及一种抗盐侵蚀混凝土及其制备方法。
背景技术
盐渍土、盐湖中具有腐蚀性的离子主要包括氯离子、硫酸根离子、镁离子等。由于一些基础设施需要建设在盐渍土和盐湖等腐蚀性环境中，由此引发的混凝土耐腐蚀性问题受到广泛关注。
另外，在混凝土实际应用过程中，还可能受到风蚀、冻融等破裂，并且实际工程构件在服役过程中由于荷载作用往往伴随有裂缝，增加腐蚀盐进入混凝土内部的通道，各种因素的叠加作用对混凝土结构的破坏更为严重。因此，如何确保混凝土结构的抗盐侵蚀性，具有重要的现实意义。
发明内容
本发明提供了一种抗盐侵蚀混凝土及其制备方法，本发明提供的抗盐侵蚀混凝土能够有效抵抗氯盐和硫酸盐的侵蚀。
本发明提供了一种抗盐侵蚀混凝土，以质量份计，包括以下组分：
优选的，所述纳米粘土的相对密度为2.5～2.6，pH值为7～8。
优选的，所述纳米粘土包括纳米高岭土、纳米蒙脱土、纳米膨润土和活化的纳米凹凸棒土，所述纳米高岭土、纳米蒙脱土、纳米膨润土和活化的纳米凹凸棒土的质量比为5～6:4～5:6～7:8～9。
优选的，所述纳米高岭土的细度为50～80nm；所述纳米蒙脱土的细度为100～200nm；所述纳米膨润土的细度为100～200nm；所述活化的纳米凹凸棒土的直径为10～20nm。
优选的，所述活化的纳米凹凸棒土由纳米凹凸棒土经过800～900℃煅烧2.5～3.5h得到。
优选的，所述水泥为P.O42.5R普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5。
优选的，所述石子的粒径为5～25mm；所述砂子的细度模数为2.3～3.0。
优选的，所述减水剂为聚羧酸盐减水剂；所述增稠剂为羟丙基甲基纤维；所述消泡剂为聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚；所述引气剂为烷基苯磺酸钠引气剂。
本发明还提供了上述技术方案所述抗盐侵蚀混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将石子、砂子、水泥、纳米粘土、减水剂、增稠剂、消泡剂、引气剂和水混合后，依次进行成型、脱模和养护处理，得到抗盐侵蚀混凝土。
优选的，所述养护处理的温度为18～22℃，湿度为95％以上，时间为28～35天。
本发明提供了一种抗盐侵蚀混凝土，以质量份计，包括以下组分：水泥347～600份、石子1100～1156份、砂子559～665份、纳米粘土25.5～26份、减水剂0.32～0.35份、增稠剂0.02～0.04份、消泡剂0.23～0.27份、引气剂0.35～0.42份、水185～240份。
本发明通过添加纳米粘土，纳米粘土不仅可以促进水泥的水化反应而且可以填充混凝土内部的微孔使得混凝土更加密实，有效改善了混凝土内部的孔隙结构，所述纳米粘土的掺入降低了混凝土对氯盐和硫酸盐的侵蚀，延长了混凝土的使用寿命。在本发明中，所述水泥作为胶凝材料加水搅拌形成水泥浆，所述石子和砂子作为骨料具有骨架作用，所述减水剂可以提高混凝土的流动性降低混凝土的早期水化热，所述增稠剂可以控制混凝土在施工过程的流变性，所述消泡剂可以有效控制混凝土体系内泡沫产生，使混凝土更加致密，所述引气剂可以改善混凝土的耐久性和流变性。
在本发明中，水泥浆包裹在骨料表面并填充骨料的孔隙，减水剂、增稠剂和引气剂有效提高了水泥浆和骨料的流动性，使水泥浆和骨料之间能够充分结合，同时消泡剂有效消除了水泥浆和骨料混合过程中产生的气泡，纳米粘土的加入，进一步改善了水泥浆和骨料的孔结构。本发明在水泥浆、砂子、石子、纳米粘土、减水剂、增稠剂、引气剂和消泡剂的协同作用下，有效提高了混凝土的致密性，进而使得本发明提供的混凝土同时具有较好的抗渗性和抗盐侵蚀性。实施例结果表明，本发明提供的抗盐侵蚀混凝土能够有效抵抗氯盐和硫酸盐的侵蚀。
具体实施方式
本发明提供了一种抗盐侵蚀混凝土，以质量份计，包括以下组分：
以质量份计，本发明提供的抗盐侵蚀混凝土包括347～600份水泥，优选为430～550份。在本发明中，所述水泥优选为P.O42.5R普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5。
以水泥的质量份数为基准，本发明提供的抗盐侵蚀混凝土包括1100～1156份石子，优选为1106～1118份。在本发明中，所述石子的粒径优选为5～25mm，进一步优选为10～20mm；所述石子优选经过粗碎、中碎和筛分分级得到。
以水泥的质量份数为基准，本发明提供的抗盐侵蚀混凝土包括559～665份砂子，优选为640～660份。在本发明中，所述砂子的细度模数优选为2.3～3.0。
以水泥的质量份数为基准，本发明提供的抗盐侵蚀混凝土包括25.5～26份纳米粘土，优选为25.8份。在本发明中，所述纳米粘土的相对密度优选为2.5～2.6，进一步优选为2.52，所述纳米粘土的pH值优选为7～8，进一步优选为7.8。在本发明中，所述纳米粘土优选包括纳米高岭土、纳米蒙脱土、纳米膨润土和活化的纳米凹凸棒土，所述纳米高岭土、纳米蒙脱土、纳米膨润土和活化的纳米凹凸棒土的质量比为5～6:4～5:6～7:8～9。在本发明中，所述纳米高岭土的细度优选为50～80nm；所述纳米蒙脱土的细度优选为100～200nm；所述纳米膨润土的细度优选为100～200nm；所述活化的纳米凹凸棒土的直径优选为10～20nm。在本发明中，所述活化的纳米凹凸棒土优选由纳米凹凸棒土经过800～900℃煅烧2.5～3.5h得到。本发明优选将纳米粘土控制为上述四种物质的混合物，充分利用了上述四种物质的微观性质，使纳米粘土能够有效改善混凝土的内部孔隙结构，进而有利于提高混凝土的致密性和抗盐侵蚀性。
本发明通过添加纳米粘土，有效改善了混凝土内部的孔隙结构，使混凝土的致密性提高，进而提高了混凝土的抗渗性；而且，在本发明中，所述纳米粘土的掺入降低了混凝土对氯盐和硫酸盐的侵蚀，延长了混凝土的使用寿命。
以水泥的质量份数为基准，本发明提供的抗盐侵蚀混凝土包括0.32～0.35份减水剂，优选为0.34份；所述减水剂优选为聚羧酸盐减水剂，进一步优选为改性聚羧酸盐类Sika-III型高效减水剂。
以水泥的质量份数为基准，本发明提供的抗盐侵蚀混凝土包括0.02～0.04份增稠剂，优选为0.03份；所述增稠剂优选为羟丙基甲基纤维，进一步优选为MK-100000S羟丙基甲基纤维。
以水泥的质量份数为基准，本发明提供的抗盐侵蚀混凝土包括0.23～0.27份消泡剂，优选为0.26份；所述消泡剂优选为聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚，进一步优选为JXPT-1206高效消泡剂。
以水泥的质量份数为基准，本发明提供的抗盐侵蚀混凝土包括0.35～0.42份引气剂，优选为0.39份；所述引气剂优选为烷基苯磺酸钠引气剂，进一步优选为AH-1烷基苯磺酸钠引气剂。
以水泥的质量份数为基准，本发明提供的抗盐侵蚀混凝土包括185～240份水，优选为228～234份。
在本发明中，水泥浆包裹在骨料表面并填充骨料的孔隙，减水剂、增稠剂和引气剂有效提高了水泥浆和骨料的流动性，使水泥浆和骨料之间能够充分结合，同时消泡剂有效消除了水泥浆和骨料混合过程中产生的气泡，纳米粘土的加入，进一步改善了水泥浆和骨料的孔结构。本发明在水泥浆、砂子、石子、纳米粘土、减水剂、增稠剂、引气剂和消泡剂的协同作用下，有效提高了混凝土的致密性，进而使得本发明提供的混凝土同时具有较好的抗渗性和抗盐侵蚀性。
本发明还提供了上述技术方案所述抗盐侵蚀混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将石子、砂子、水泥、纳米粘土、减水剂、增稠剂、消泡剂、引气剂和水混合后，依次进行成型、脱模和养护处理，得到抗盐侵蚀混凝土。
在本发明中，所述混合优选为：
将砂子、石子和第一部分水混合后，再与水泥混合，使砂子、石子表面包裹一层水泥浆膜，形成砂石水泥混合物；
将纳米粘土与第二部分水混合，形成纳米粘土分散液；
将砂石水泥混合物、纳米粘土分散液、减水剂、增稠剂、消泡剂、引气剂和剩余的水混合，形成混合物料。
在本发明中，所述第一部分水优选为所有水质量的1/2，所述第二部分水优选为所有水质量的1/6，本发明优选采用上述混合方式，有利于使砂子、石子、水泥、纳米粘土、减水剂、增稠剂、消泡剂和引气剂之间充分混合。
得到混合物料后，本发明对混合物料进行成型处理。在本发明中，所述成型处理的具体过程优选为：将混合物料浇筑至模具中，振捣成型后，得到带模试件。
得到带模试件后，本发明对带模试件进行脱模处理，得到混凝土试件。
本发明优选在成型处理完成后进行静置，然后进行脱模处理。在本发明中，所述静置的时间优选为24～25h。本发明优选通过静置处理，使混凝土试件成型。本发明对脱模处理的具体实施方式没有特别要求，采用本领域技术人员所熟知的方式即可。
脱模完成后，本发明对混凝土试件进行养护处理，得到抗盐侵蚀混凝土。在本发明中，所述养护处理的温度优选为18～22℃，湿度优选为95％以上，时间优选为28～35天。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种抗盐侵蚀混凝土，各组分的配合比如下：
水泥570kg/m3，P.O42.5R普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5R；
石子1104kg/m3，产自内蒙通辽地区优质的机碎石，粒径为5～25mm；
砂子660kg/m3，产自内蒙古鄂而多斯地区优质中砂，细度模数为2.3～3.0；
水228kg/m3；
纳米高岭土5.7kg/m3，产自高原矿产品加工厂，细度为50～80nm；
纳米蒙脱土4.9kg/m3，纳米膨润土6.8kg/m3，纳米蒙脱土和纳米膨润土产自高原矿产品加工厂，细度为100～200nm；
活化的纳米凹凸棒土8.4kg/m3，采用常州矿产品科技有限公司生产原矿和高粘矿，矿源地为江苏盱眙县，经过850℃高温煅烧3h得到，高温煅烧处理能够显著增强纳米凹凸棒土的化学活性，有利于促进水泥的水化反应，提高混凝土的密实性；本发明中活化的纳米凹凸棒土为直径10～20nm的棒状晶体；
减水剂0.34kg/m3，为改性聚羧酸盐类Sika-III型高效减水剂；
增稠剂0.03kg/m3，为MK-100000S羟丙基甲基纤维；
消泡剂0.26kg/m3，为JXPT-1206高效消泡剂；
引气剂0.39kg/m3，为AH-1烷基苯磺酸钠引气剂。
上述抗盐侵蚀混凝土的制备方法包括以下步骤：
将纳米高岭土、纳米蒙脱土、纳米膨润土、活化的纳米凹凸棒土在水中超声分散20分钟，形成纳米粘土分散液；
将砂子经砂处理机，使砂子达到饱和面干状态，再将处理好的砂子，石子投入到混凝土搅拌机，干拌30s，加入部分拌合水，搅拌60s，加入水泥，在砂石表面裹一层水泥浆膜，再将纳米粘土分散液加入搅拌机搅拌60s，然后加入减水剂、增稠剂搅拌30s，最后将剩余的水、消泡剂、引气剂加入，搅拌90s，拌合成均匀混凝土拌合料；
成型：将拌合料浇筑至预先准备好的模具中，振捣成型后，得带模试件；
脱模：将带模试件静置24h后，进行脱模，得到混凝土试件；
养护：将混凝土试件在标准条件(温度20±2℃，相对湿度95％以上)养护28天，得到抗盐侵蚀混凝土。
实施例2
一种抗盐侵蚀混凝土，各组分的配合比如下：
水泥347kg/m3，P.O42.5R普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5R；
石子1156kg/m3，产自内蒙通辽地区优质的机碎石，粒径为5～25mm；
砂子580kg/m3，产自内蒙古鄂而多斯地区优质中砂，细度模数为2.3～3.0；
水234kg/m3；
纳米高岭土5.7kg/m3，产自高原矿产品加工厂，细度为50～80nm；
纳米蒙脱土4.9kg/m3，
纳米膨润土6.8kg/m3，纳米蒙脱土和纳米膨润土产自高原矿产品加工厂，细度为100～200nm；
活化的纳米凹凸棒土8.4kg/m3，采用常州矿产品科技有限公司生产原矿和高粘矿，矿源地为江苏盱眙县，经过850℃高温煅烧3h得到，高温煅烧处理能够显著增强纳米凹凸棒土的化学活性，有利于促进水泥的水化反应，提高混凝土的密实性；本发明中活化的纳米凹凸棒土为直径10～20nm的棒状晶体；
减水剂0.34kg/m3，为改性聚羧酸盐类Sika-III型高效减水剂；
增稠剂0.03kg/m3，为MK-100000S羟丙基甲基纤维；
消泡剂0.26kg/m3，为JXPT-1206高效消泡剂；
引气剂0.39kg/m3，为AH-1烷基苯磺酸钠引气剂。
上述抗盐侵蚀混凝土的制备方法包括以下步骤：
将纳米高岭土、纳米蒙脱土、纳米膨润土、活化的纳米凹凸棒土在水中超声分散20分钟，形成纳米粘土分散液；
将砂子经砂处理机，使砂子达到饱和面干状态，再将处理好的砂子，石子投入到混凝土搅拌机，干拌30s，加入部分拌合水，搅拌60s，加入水泥，在砂石表面裹一层水泥浆膜，再将纳米粘土分散液加入搅拌机搅拌60s，然后加入减水剂、增稠剂搅拌30s，最后将剩余的水、消泡剂、引气剂加入，搅拌90s，拌合成均匀混凝土拌合料；
成型：将拌合料浇筑至预先准备好的模具中，振捣成型后，得带模试件；
脱模：将带模试件静置24h后，进行脱模，得到混凝土试件；
养护：将混凝土试件在标准条件(温度20±2℃，相对湿度95％以上)养护28天，得到抗盐侵蚀混凝土。
实施例3
一种抗盐侵蚀混凝土，各组分的配合比如下：
水泥430kg/m3，P.O42.5R普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5R；
石子1118kg/m3，产自内蒙通辽地区优质的机碎石，粒径为5～25mm；
砂子559kg/m3，产自内蒙古鄂而多斯地区优质中砂，细度模数为2.3～3.0；
水185kg/m3；
纳米高岭土5.7kg/m3，产自高原矿产品加工厂，细度为50～80nm；
纳米蒙脱土4.9kg/m3，
纳米膨润土6.8kg/m3，纳米蒙脱土和纳米膨润土产自高原矿产品加工厂，细度为100～200nm；
活化的纳米凹凸棒土8.4kg/m3，采用常州矿产品科技有限公司生产原矿和高粘矿，矿源地为江苏盱眙县，经过850℃高温煅烧3h得到，高温煅烧处理能够显著增强纳米凹凸棒土的化学活性，有利于促进水泥的水化反应，提高混凝土的密实性；本发明中活化的纳米凹凸棒土为直径10～20nm的棒状晶体；
减水剂0.34kg/m3，为改性聚羧酸盐类Sika-III型高效减水剂；
增稠剂0.03kg/m3，为MK-100000S羟丙基甲基纤维；
消泡剂0.26kg/m3，为JXPT-1206高效消泡剂；
引气剂0.39kg/m3，为AH-1烷基苯磺酸钠引气剂。
上述抗盐侵蚀混凝土的制备方法包括以下步骤：
将纳米高岭土、纳米蒙脱土、纳米膨润土、活化的纳米凹凸棒土在水中超声分散20分钟，形成纳米粘土分散液；
将砂子经砂处理机，使砂子达到饱和面干状态，再将处理好的砂子，石子投入到混凝土搅拌机，干拌30s，加入部分拌合水，搅拌60s，加入水泥，在砂石表面裹一层水泥浆膜，再将纳米粘土分散液加入搅拌机搅拌60s，然后加入减水剂、增稠剂搅拌30s，最后将剩余的水、消泡剂、引气剂加入，搅拌90s，拌合成均匀混凝土拌合料；
成型：将拌合料浇筑至预先准备好的模具中，振捣成型后，得带模试件；
脱模：将带模试件静置24h后，进行脱模，得到混凝土试件；
养护：将混凝土试件在标准条件(温度20±2℃，相对湿度95％以上)养护28天，得到抗盐侵蚀混凝土。
对比例1
按照实施例1的方法进行试验，区别在于纳米粘土仅包括纳米高岭土。
对比例2
按照实施例1的方法进行试验，区别在于纳米粘土仅包括纳米凹凸棒土。
对比例3
按照实施例1的方法进行试验，区别在于纳米粘土仅包括纳米蒙脱土。
对比例4
按照实施例1的方法进行试验，区别在于纳米粘土仅包括纳米膨润土。
抗渗性能测试
1、测试方法为：在干湿循环氯盐硫酸盐耦合作用下，对普通混凝土、实施例1～3制备得到的混凝土以及对比例1～4制备得到的混凝土养护28天进行侵蚀。
普通混凝土的成分为水泥570kg/m3，石子1104kg/m3，砂子660kg/m3，水228kg/m3。
测试方法：采用氯离子扩散系数测定仪(RCM)对混凝土抗氯离子渗透系数的测定。测试结果如表1所示：
表1不同混凝土的氯离子扩散系数
由表1测试结果可知，本发明实施例1提供的混凝土与对比例1混凝土相比，抗渗性提高了27.7％，与对比例2混凝土相比，抗渗性提高了69.8％，与对比例3混凝土相比，抗渗性提高了52.9％，与对比例4混凝土相比，抗渗性提高了59.1％。
另外，采用核磁共振质谱仪对上述养护28得到的混凝土的有害孔径和多害孔径进行测试，测试结果为：在同等条件下，普通混凝土的有害孔径(100～200nm)数量为74，多害孔径(>200nm)数量为129；而本发明实施例1混凝土的有害孔径(100～200nm)数量为66，多害孔径(>200nm)数量为98。通过对比可以得知，本发明提供的混凝土的有害孔径数量降低大约10％，多害孔数量降低约24％。
抗氯离子侵蚀性能测试
将普通混凝土和本发明实施例1制备的混凝土在质量浓度为10％的氯化钠和硫酸钠水溶液中浸泡15天，然后在60℃烘箱放置15天为一个循环，对普通混凝土和本发明实施例1制备的混凝土重复进行浸泡和烘干处理，循环次数为30次，对处理后的混凝土强度进行测试。
测试结果为：普通混凝土的强度为38.4MP；本发明实施例1制备得到的混凝土强度为44.2MP。通过对比可知，与同条件侵蚀下的混凝土相比，本发明提供的混凝土强度提高约15.1％，由此说明本发明提供的混凝土抗氯离子侵蚀性能较好。
综上，本发明提供的抗盐侵蚀混凝土能够有效抵抗氯盐和硫酸盐的侵蚀，抗盐侵蚀效果较好；而且本发明提供的混凝土抗渗性较好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种抗盐侵蚀混凝土，以质量份计，包括以下组分：
2.根据权利要求1所述的抗盐侵蚀混凝土，其特征在于，所述纳米粘土的相对密度为2.5～2.6，pH值为7～8。
3.根据权利要求1或2所述的抗盐侵蚀混凝土，其特征在于，所述纳米粘土包括纳米高岭土、纳米蒙脱土、纳米膨润土和活化的纳米凹凸棒土，所述纳米高岭土、纳米蒙脱土、纳米膨润土和活化的纳米凹凸棒土的质量比为5～6:4～5:6～7:8～9。
4.根据权利要求3所述的抗盐侵蚀混凝土，其特征在于，所述纳米高岭土的细度为50～80nm；所述纳米蒙脱土的细度为100～200nm；所述纳米膨润土的细度为100～200nm；所述活化的纳米凹凸棒土的直径为10～20nm。
5.根据权利要求4所述的准备方法，其特征在于，所述活化的纳米凹凸棒土由纳米凹凸棒土经过800～900℃煅烧2.5～3.5h得到。
6.根据权利要求1所述的抗盐侵蚀混凝土，其特征在于，所述水泥为P.O42.5R普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5。
7.根据权利要求1所述的抗盐侵蚀混凝土，其特征在于，所述石子的粒径为5～25mm；所述砂子的细度模数为2.3～3.0。
8.根据权利要求1所述的抗盐侵蚀混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸盐减水剂；所述增稠剂为羟丙基甲基纤维；所述消泡剂为聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚；所述引气剂为烷基苯磺酸钠。
9.权利要求1～8任一项所述抗盐侵蚀混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将石子、砂子、水泥、纳米粘土、减水剂、增稠剂、消泡剂、引气剂和水混合后，依次进行成型、脱模和养护处理，得到抗盐侵蚀混凝土。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述养护处理的温度为18～22℃，湿度为95％以上，时间为28～35天。
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