CN110467378A - 一种结构与腐蚀控制功能于一体的新型混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结构与腐蚀控制功能于一体的新型混凝土，在混凝土结构中对钢筋具有牺牲阳极的阴极腐蚀控制功能。其原材料为水泥、粉煤灰、矿粉、沙、石子、水、聚羧酸高效减水剂、短切碳纤维、锌粉。按照一定配比，经搅拌、振捣、成型，然后养护一定周期制备而成。由于碳纤维具有良好的导电性、锌粉的活性比铁更高，制备混凝土过程将碳纤维和锌粉添加到其中，从而赋予混凝土牺牲阳极阴极保护功能，实现对钢筋腐蚀的抑制或减缓，同时满足结构对其力学性能的要求。

Description

一种结构与腐蚀控制功能于一体的新型混凝土

技术领域

本发明属于土木工程材料领域，涉及一种结构与腐蚀控制功能于一体的新型混凝土，具体涉及一种可减缓或降低埋置钢筋发生腐蚀的新型混凝土。

背景技术

我国已处于并将长期处于大规模基础设施建设阶段。当前，我国大量投资上百亿、甚至上千亿的混凝土工程已建成、在建或酝酿规划之中，如已通车的港珠澳跨海大桥、规划之中的琼州海峡跨海大桥、渤海跨海大桥等，这些超级工程对结构的耐久性能要求极高，然而其所处的服役环境较为恶劣。据估计，因耐久性下降而造成的钢筋混凝土结构早期失效的事故中，约70％-90％为腐蚀所引起的。

国内外近年来针对新建和既有建筑发展了系列腐蚀防护与控制技术，常用的方法包括：提高混凝土的抗侵蚀性、改善钢筋的抗腐蚀性、增设涂覆材料层、应用缓蚀剂、阴极保护、电化学除氯和电化学再碱化等，其中阴极保护被认为是最直接、有效的途径。因此，本发明提供了一种可减缓或降低钢筋腐蚀发生的牺牲阳极阴极保护功能与结构一体化的新型混凝土。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了结构与腐蚀控制功能于一体的新型混凝土，在应用到混凝土结构中对钢筋具有牺牲阳极的阴极保护功能，同时混凝土力学性能不会随着其长期进行腐蚀控制而出现降低，为钢筋混凝土结构腐蚀控制提供新的方法。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

本发明公开一种结构与腐蚀控制功能于一体的新型混凝土，该混凝土的制备原料中包括碳纤维以及锌粉，碳纤维用于在混凝土内形成导电网络，锌粉作为阳极，混凝土孔隙液作为电解质溶液，钢筋作为阴极。碳纤维与锌粉、混凝土内的孔隙液以及钢筋发生电性连接形成牺牲阳极的阴极保护回路。

优选的，所述的带有阴极保护功能的混凝土，其制备原料中还包括水泥、粉煤灰、矿粉、水、沙、石子、减水剂、碳纤维和锌粉。

更优选的，所述的带有阴极保护功能的混凝土，其制备原料按照质量份数包括：水泥300-400份、粉煤灰0-100份、矿粉0-75份、沙600-700份、石子1000-1100份、水150-250份、聚羧酸减水剂1.5-6.0份、碳纤维3-15份、锌粉3-25份。

具体的，上述的结构与腐蚀控制功能于一体钢筋混凝土，其制备步骤为：

(1)将既定配比的制备原料按照沙、石、水泥、粉煤灰、矿粉、碳纤维、锌粉的先后顺序添加到搅拌机中进行搅拌；

(2)待搅拌均匀后，继续搅拌并逐渐添加水和减水剂；

(3)完成添加后，浇筑成型，进行拆模、养护。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

本发明提供了一种结构与腐蚀控制功能于一体的新型混凝土，为钢筋混凝土结构腐蚀控制提供新的思路和方法，在混凝土结构中对钢筋具有牺牲阳极的阴极保护功能，同时混凝土的力学性能不会随着其长期进行腐蚀控制而出现降低，具有显著的工程实用价值以及广阔的应用前景。

附图说明

图1为5％NaCl溶液侵蚀下作用87天时普通和新型混凝土对Q235钢板进行牺牲阳极阴极保护的状况：(a)普通混凝土；(b)新型混凝土。

图2为5％NaCl溶液侵蚀下普通混凝土对Q235钢板进行牺牲阳极阴极保护时保护电流。

图3为5％NaCl溶液侵蚀下本发明的结构与腐蚀控制功能于一体的新型混凝土对Q235钢板进行牺牲阳极阴极保护时保护电流。

图4为普通和新型混凝土试件(100*100*100mm³)抗压强度随养护龄期的变化规律。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明对混凝土结构中钢筋的腐蚀控制原理如下：将一定量的碳纤维加入混凝土，通过搅拌使其分散并在混凝土内形成导电网络，与钢筋形成电接触。将活性比铁更高的锌粉添加到混凝土中，通过搅拌使其分散在混凝土内作为阳极，与碳纤维形成电接触。一旦发生腐蚀，混凝土结构中钢筋、碳纤维、锌粉、混凝土孔隙液形成阴极保护的回路。回路中，钢筋、碳纤维、锌粉、混凝土孔隙液分别充当阴极、导线、阳极、电解质溶液。由于锌的活性比铁高，所以当混凝土结构中钢筋发生腐蚀时，与钢筋形成电接触的锌粉将优先腐蚀，从而达到牺牲阳极锌粉而保护阴极钢筋的效果。

本发明的一种结构与腐蚀控制功能于一体的新型混凝土，原材料配比按重量份数为：水泥300-400份、粉煤灰0-100份、矿粉0-75份、沙600-700份、石子1000-1100份、水150-250份、聚羧酸高效减水剂1.5-6.0份、碳纤维3-15份、锌粉3-25份。按照如下方法制备：

(1)将一定配比原材料按照沙、石、水泥、粉煤灰、矿粉、碳纤维、锌粉先后顺序添加到混凝土搅拌机中搅拌2分钟左右，视拌合料分散情况适当延长或者缩减搅拌时间；

(2)待拌合料分散均匀后，在搅拌过程中逐渐添加水和减水剂；完成添加后，搅拌2分钟左右，视拌合物搅拌的情况适当延长或者缩减搅拌时间；

(3)浇筑成型后24小时拆模，然后对成型的混凝土进行养护。

实施例1：

本实施例提供一种结构与腐蚀控制功能于一体的新型混凝土，按照表1所示的配合比，采用如下方法制备：

(1)先后将沙、石、水泥、粉煤灰、矿粉、碳纤维、锌粉添加到混凝土搅拌机中搅拌2分钟；

(2)待拌合料搅拌均匀后，搅拌的同时逐渐添加水和减水剂；

(3)完成添加后，搅拌2分钟；浇筑试件、成型后24小时拆模，对成型后的混凝土试件进行标准养护。

表1新型混凝土的配比

对本发明的结构与腐蚀控制功能于一体的新型混凝土性能进行测试：

(1)牺牲阳极阴极保护的功能

为了便于直接观察新型混凝土的阴极保护效果和测试其保护电流密度，同时为了缩短试验周期，这里将养护28天后试件尺寸为100*100*100mm³普通与新型混凝土分别置于5％NaCl侵蚀溶液中，同时将其与Q235钢板进行电连接，定期对比观察普通混凝土与新型混凝土对Q235钢板的腐蚀控制效果。其中，普通混凝土与新型混凝土区别在于普通混凝土为不含有碳纤维和锌粉，其它原材料组分完全一样。图1给出了侵蚀溶液作用87天时，普通和新型混凝土对钢板进行牺牲阳极阴极保护的状况。很明显，图1(a)中普通混凝土所在的试验槽出现了大量的铁锈，而图1(b)新型混凝土所在的试验槽溶液较为清澈，锈迹并不明显。这表明，新型混凝土具有较好的牺牲阳极阴极保护功能。

图2、3给出了采用零电阻电流表监测普通和新型混凝土对Q235钢板进行阴极保护时的保护电流。很明显，在图2中，对于普通混凝土，所产生的电流为正值，这表明钢板发生腐蚀。在图3中，对于新型混凝土，所产生的电流均为负值，这表明新型混凝土对Q235钢板正在产生阴极保护的电流，保护电流的大小大多在-10nA左右。

(2)抗压强度

图4为100*100*100mm³普通混凝土与新型混凝土试件的抗压强度随龄期的变化规律。图4中的结果表明，随着龄期增加，二者的抗压强度逐渐增长，新型混凝土抗压强度的变化规律基本同普通混凝土抗压强度的变化规律。虽然新型混凝土的强度明显低于普通混凝土，但是新型混凝土在28天龄期时其强度等级已超过40MPa。此外，并未出现由于长期进行牺牲阳极的阴极保护致使混凝土抗压强度出现下降的情况。这些结果皆表明，该新型混凝土的强度等级可满足大部分工程的需求。

实施例2：

本实施例提供一种结构与腐蚀控制功能于一体的新型混凝土，按照如下所示的配合比，采用同实施例1的方法制备：水泥400份、矿粉75份、沙700份、石子1000份、水150份、聚羧酸高效减水剂1.5份、碳纤维15份、锌粉3份。

按照同实施例1的检测方法进行性能测试，结果表明，在达到抑制或减缓钢筋腐蚀的效果同时，仍能满足结构对其力学性能的要求。

Claims (7)

1.一种结构与腐蚀控制功能于一体的新型混凝土，其特征在于，该混凝土的制备原料中包括碳纤维以及锌粉，碳纤维用于在混凝土内形成导电网络，锌粉作为阳极，混凝土孔隙液作为电解质溶液。

2.权利要求1所述的结构与腐蚀控制功能于一体的新型混凝土在减缓或降低混凝土结构内钢筋锈蚀的应用。

3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，在实际工程应用中钢筋与结构与腐蚀控制功能于一体的混凝土浇筑成一体化结构，钢筋作为阴极，碳纤维与锌粉、混凝土内的孔隙液以及钢筋发生电性连接形成牺牲阳极的阴极保护回路。

4.如权利要求1所述的结构与腐蚀控制功能于一体的新型混凝土，其特征在于该新型混凝土在应用到混凝土结构中对钢筋具有牺牲阳极的阴极保护功能，同时混凝土的力学性能不会随着其因长期进行腐蚀控制而降低。

5.如权利要求1或4所述的结构与腐蚀控制功能于一体的新型混凝土，其特征在于，所述的新型混凝土，其制备原料中还包括水泥、粉煤灰、矿粉、水、沙、石子、减水剂、碳纤维和锌粉。

6.如权利要求5所述的结构与腐蚀控制功能于一体的新型混凝土，其特征在于，该混凝土的制备原料按照质量份数包括：水泥300-400份、粉煤灰0-100份、矿粉0-75份、沙600-700份、石子1000-1100份、水150-250份、聚羧酸减水剂1.5-6.0份、碳纤维3-15份、锌粉3-25份。

7.如权利要求6所述的结构与腐蚀控制功能于一体的新型混凝土，其特征在于，所述的结构与腐蚀控制功能于一体的新型混凝土制备步骤为：

(1)将既定配比的制备原料按照沙、石、水泥、粉煤灰、矿粉、碳纤维、锌粉的先后顺序添加到搅拌机中进行搅拌；

(2)待搅拌均匀后，继续搅拌并逐渐添加水和减水剂；

(3)完成添加后，浇筑成型，进行拆模、养护。