CN110655355A - 一种铁砂混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁砂混凝土及其制备方法，涉及混凝土的技术领域，包括以下重量份数的原料：胶凝材料460‑680份、粗集料1100‑1600份、铁砂600‑700份、防锈剂3‑8份、吸附材料200‑300份、聚羧酸减水剂8‑12份、水180‑200份；所述粗集料包括20%‑30%的天然碎石和70%‑80%的废弃混凝土骨料。本发明的制备方法具有保护铁砂混凝土并提高铁砂混凝土的强度优点。

Description

一种铁砂混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土的技术领域，尤其是涉及一种铁砂混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大。混凝土不仅在各种土木工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等，混凝土也是重要的材料。

现有的混凝土加入铁砂增强了骨料与水泥浆的粘结力,提高了混凝土的抗压强度,提高耐磨性能。而在靠近海边的一些地理环境中通常含有较多的腐蚀介质，比如氯离子等的影响，会使得混凝土中铁砂骨料受到一定的腐蚀影响，使得铁砂混凝土的强度受到一定影响。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种铁砂混凝土及其制备方法，通过在铁砂混凝土中添加防锈剂和吸附材料使得铁砂混凝土中铁砂骨料得到保护，提高铁砂混凝土的强度。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种铁砂混凝土，包括以下重量份数的原料：

所述粗集料包括20％-30％的天然碎石和70％-80％的预处理后的废弃混凝土骨料。

通过采用上述技术方案，粗集料和铁砂作为混凝土的骨架，粉煤灰和矿粉可以改善混凝土拌和料的和易性，由于二次水化作用，混凝土的密实度提高，界面结构得到改善，同时由于二次反应使得易受腐蚀的氢氧化钙数量降低，因此掺加粉煤灰后可提高混凝土的抗渗性和抗硫酸盐腐蚀性和抗镁盐腐蚀性。而且掺加粉煤灰在等强度等级的条件下，可以减少水泥用量约10％～15％，因而可降低混凝土的成本。防锈外加剂可以与混凝土中的氯离子结合，减少游离的氯离子，从而降低混凝土中被包裹的钢筋等金属材料与氯离子接触的概率，延长铁砂等材料的使用寿命。吸附材料可以与混凝土中游离的氯离子进行结合，使得氯离子被吸附固定，进一步降低混凝土中游离氯离子量，降低铁砂被腐蚀的概率。其他外加剂用于提高混凝土的早期强度、流动性以及光亮程度。

本发明进一步设置为：所述防锈剂包括以下重量百分比的组分：

通过采用上述技术方案，氯离子会侵蚀混凝土内的钢筋等金属结构并且加速腐蚀的发生，而苯扎溴铵为阳离子表面活性剂，由于水泥水化时，孔隙溶液中游离着Ca²⁺、Mg²⁺等阳离子，使得水化的水泥硅酸钙凝胶表面带有负电荷，而阳离子表面活性剂吸附后，可以使得水化硅酸钙凝胶表面的电荷变正，从而通过静电作用吸附更多的氯离子。十二烷基苯磺酸三乙醇胺、脂肪酸甲酯乙氧基化磺酸钠和醇醚羧酸盐是阴离子表面活性剂，与苯扎溴铵复配可以提高苯扎溴铵在水泥表面的分散性和吸附牢度，从而提高苯扎溴铵阳离子表面活性剂对氯离子的静电吸附。磷酸可以与混凝土骨架中的碎石以及黄砂等材料中的碳酸钙反应，增加其比表面积，一方面增加对表面活性剂的吸附，从而提高对氯离子的静电吸附，另一方面提高其本身对氯离子的物理吸附作用。

本发明进一步设置为：吸附材料中包括以下重量百分比的组分：

焙烧镁铝碳酸根水滑石 40-60％；

纳米水化硅酸钙 余量。

通过采用上述技术方案，焙烧镁铝碳酸根水滑石具有层状结构，对氯离子起到物理吸附作用将氯离子吸附，并且通过结构记忆效应将氯离子吸附到层间，使得氯离子更加容易与焙烧镁铝碳酸根水滑石中的碳酸根离子发生交换，从而提高对氯离子的吸附作用。现有研究表明水泥水化物对氯离子的吸附作用能够降低混凝土中自由氯离子的含量，减小氯离子的渗透扩散速率，从而能够有效减缓铁砂表面自由氯离子的积聚，降低铁砂锈蚀的风险。混凝土中还存在一定量的氢氧化钙，而其中钙离子的存在可以促进水化硅酸钙结构中多聚物比例的增加，多聚物比例的增加可以促进水化硅酸钙在相同的氯离子浓度下吸附更多的氯离子。

本发明进一步设置为：所述铁砂混凝土中还添加有3～5份的超缓凝剂，所述超缓凝剂包括以下重量百分比的组分：

通过采用上述技术方案，超缓凝剂采用缓凝材料与减水剂进行复配，复配得到的超缓凝剂较一般的缓凝剂功能更多、稳定性更高。其中，己糖二酸钙属于糖蜜类缓凝减水剂，具有较强的固液表面活性，可以吸附在未水化的水泥颗粒表面，形成一层屏蔽膜，阻碍水泥的水化过程，而产生缓凝效果。氟硅酸钠是一种无机缓凝剂，其在水泥水化过程中也会与水泥中的钙离子结合而固化，固化后的沉淀会积蓄在未水化的水泥颗粒表面，从而也起到阻碍水泥水化的效果，起到缓凝的作用。衣康酸和葡萄糖酸钠都是葡萄糖的衍生物，其加入可以在水泥水化的过程中，会吸附在水化过程中产生的氢氧化钙晶核上，从而抑制其继续增长，达到缓凝的效果。乳化剂主要用于提高有机缓凝剂的分散效果，使得缓凝剂在水泥中分散更均匀，起到的混凝效果更好。木质素磺酸钠减水剂是典型的阴离子表面活性剂，分子量较高而且带有一定的引气效果，可以提高混凝土的流动性，减少水的用量。超缓凝剂中多种不同类型的缓凝剂进行复配，可以起到一定的协同增效的效果，而且扩大了适用范围。

本发明进一步设置为：所述乳化剂选自OP-40乳化剂、十二烷基磺酸钠和GR-200石蜡乳化剂中的一种或多种。

本发明进一步设置为：所述废弃混凝土骨料先经过预处理，预处理时添加的预处理助剂包括以下重量份数的组分：

丙烯酰胺接枝共聚淀粉 40-60份；

邻苯二甲酸二乙酯 10-20份；

水 100-120份。

通过采用上述技术方案，由于废弃骨料表面附着大量硬化砂浆且骨料在破碎过程中产生大量细部裂缝，导致废弃骨料孔隙率、吸水率以及压碎指标远高于天然骨料，物理力学性能指标较差，而预处理后的废弃混凝土骨料缝隙减少，使得使用废弃骨料进行制备的混凝土的耐久性以及强度都得到提高。

而且当废弃混凝土骨料中的毛细孔内被丙烯酰胺接枝共聚淀粉水溶液充盈时，可溶性树脂作为有机高分子，增大了毛细孔溶液的粘度，增加毛细孔溶液沿毛细孔迁移的阻力，阻碍了水溶液及侵蚀介质离子沿毛细孔向骨料内部的迁移，提高了混凝土抗离子迁移能力，改善了混凝土的耐久性。另外丙烯酰胺接枝共聚淀粉分子还有堵塞与其分子尺寸相当的毛细孔的作用，这也提高了混凝土抗离子迁能力。当部分毛细孔内部没有被水溶液充盈时，由于溶液丙烯酰胺接枝共聚淀粉浓度较大，可能在混凝土毛细孔内部形成一层丙烯酰胺接枝共聚淀粉溶液膜，高浓度的丙烯酰胺接枝共聚淀粉溶液膜不仅可在一定程度上阻碍水与侵蚀介质离子向混凝土内部的迁移，而且由于该膜与毛细孔壁结合较紧密，使得在混凝土内部可供侵蚀介质离子与水化产物反应场所和向更深部迁移的空间减少，从而也在一定程度上增强了混凝土的抗离子迁移能力，提高了混凝土耐久性。

本发明进一步设置为：所述废弃骨料的预处理过程包括以下工艺步骤：

步骤1：将废弃骨料打碎成粒径为5-7mm的骨料；

步骤2：将打碎后的废弃骨料进行筛分得到；

步骤3：将步骤2处理后的废弃骨料浸泡在预处理助剂预处理中8-12h；

步骤3：将骨料捞出清洗烘干得到预处理后的骨料。

一种铁砂混凝土的制备方法，包括以下工艺步骤；

S1：先将粗集料和铁砂按比例混合，并加入40％～50％的原料中的水润湿；

S2：加入胶凝材料与粗集料混合搅拌60～80s；

S3：加入助剂和原料中剩余的水进行搅拌100～150s；

S4：将步骤S3中搅拌好的料进行浇筑成型；

S5：在步骤S4中的混凝土初凝后，在其表面覆盖一层塑料膜进行养护。

通过采用上述技术方案，废弃骨料通过被打碎，将表面的水泥浆料剥离，而在打碎的过程中骨料内部会由于机械作用力而在内部产生裂缝，接着经过筛分出所需粒径的骨料，再通过预处理助剂进行浸泡处理，使得骨料内部的裂缝部分得到修复，从而使得废弃混凝土骨料的强度得到提升。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过在混凝土中添加防锈剂和吸附材料中和氯离子，从而对混凝土起到保护作用；

2、通过在混凝土中添加超缓凝剂，使得混凝土的初凝时间得到极大的延长，从而使得混凝土可以适应初凝时间较长的工况进行施工。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：

本发明公开的一种铁砂混凝土，包括以下重量份数的原料：

其中，超缓凝剂包括以下重量百分比的组分：

超缓凝剂中的乳化剂为OP-40乳化剂。

其中，粗集料为质量百分比为30％的天然碎石和70％的预处理后的废弃混凝土骨料混合物。

铁砂混凝土通过以下步骤进行制备：

废弃混凝土骨料进行预处理：

步骤1：将废弃骨料打碎成粒径为5-7mm的骨料；

步骤2：将打碎后的废弃骨料进行筛分去除大颗粒杂质；

步骤3：将步骤2处理后的废弃骨料浸泡在预处理助剂预处理中8h；

步骤3：将骨料捞出清洗烘干得到预处理后的废弃混凝土骨料骨料。

其中，按重量份数计，预处理助剂中包括丙烯酰胺接枝共聚淀粉60份、邻苯二甲酸二乙酯20份、水120份。

混凝土拌制：

S1：先将粗集料、吸附材料和铁砂按比例混合，然后加入50％重量百分比的原料中的水进行润湿；

S2：按比例加入水泥和粉煤灰搅拌60s；

S3：按比例加入增强剂、聚羧酸减水剂、防锈剂和原料中剩余的水进行搅拌100s；

S4：将步骤S3中搅拌好的料进行浇筑成型；

S5：在步骤S4中的混凝土初凝后，在其表面覆盖一层塑料膜进行养护。

实施例2～5与实施例1的区别在于铁砂混凝土中各原料按重量份数计为下表

实施例6～8与实施例1的区别在于粗集料中各组分按重量百分比计为下表。

实施例9～12与实施例1的区别在于超缓凝剂中各组分按重量百分比计为下表。

实施例13～17与实施例1的区别在于超缓凝剂中乳化剂中各组分按重量百分比计为下表。

实施例18-24与实施例1的区别在于防锈外加剂中各组分按重量百分比计为下表。

实施例24-27与实施例1的区别在于吸附材料中各组分按重量百分比计为下表。

实施例28～31与实施例1的区别在于预处理剂中各组分按重量百分比计为下表。

实施例32～35与实施例1的区别在于废弃混凝土骨料预处理剂预处理时间计为下表。

实施例	实施例32	实施例33	实施例34	实施例35
					时间(h)	9	10	11	12

对比例

对比例1与实施例1的区别在于混凝土中未添加有防锈剂；

对比例2与实施例1的区别在于混凝土中未添加有超缓凝剂；

对比例3与实施例1的区别在于废弃混凝土骨料中未使用预处理剂进行预处理。

检测方法

混凝土腐蚀试验

试验方法：将混凝土试样放入盐雾箱中，进行中性盐雾试验。试验温度选取为35℃。PH值调在中性范围(6.5～7.2)，盐雾的沉降率在1～3ml/80cm²·h之间，沉降量在1～2ml/80cm²·h之间。盐雾试验时间为72h。盐雾试验结束后测试混凝土中的钢筋的腐蚀程度。测试结果如下表。(其中腐蚀程度由轻到重分为1-10级)

组别	腐蚀程度
		实施例1	2
对比例1	6
		对比例2	3
对比例3	2

初凝时间测试

使用混凝土贯入阻力仪对混凝土的凝结时间进行测试，测得混凝土的初凝时间计为下表。

组别	初凝时间(h)
		实施例1	48
对比例1	8
		对比例2	47
对比例3	46

采用《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》JGJ/T23—2001J115—2001对实施例1、对比例1和对比例2的混凝土进行测试，结果如下表。

通过上述测试可得出如下结论：

1、通过混凝土腐蚀测试的测试结果之间的对比可以看出，实施例1中的混凝土在盐雾箱中的腐蚀程度明显低于对比例1中的混凝土的腐蚀程度，说明防锈剂的添加对于混凝土中的铁砂具有较好的保护作用。

2、通过混凝土的初凝时间的测试结果之间的对比可以看出，实施例1中混凝土的初凝时间明显长于对比例2中的初凝时间，说明超缓凝剂的添加对于混凝土初凝时间的延长具有较好的效果；

3、最后通过混凝土的强度测试，可以看出实施例1中的混凝土的强度也高于对比例1-3中的混凝土，尤其的，实施例1中的混凝土测试强度远高于对比例3，说明废弃混凝土骨料的预处理对于混凝土的强度的提高具有明显的影响。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种铁砂混凝土，其特征在于，包括以下重量份数的原料：

所述粗集料包括20％-30％的天然碎石和70％-80％的预处理后的废弃混凝土骨料。

2.根据权利要求1所述的一种铁砂混凝土，其特征在于：所述防锈剂包括以下重量百分比的组分：

3.根据权利要求1所述的一种铁砂混凝土，其特征在于：吸附材料中包括以下重量百分比的组分：

焙烧镁铝碳酸根水滑石 40-60％；

纳米水化硅酸钙 余量。

4.根据权利要求1所述的一种铁砂混凝土，其特征在于，所述铁砂混凝土中还添加有3～5份的超缓凝剂，所述超缓凝剂包括以下重量百分比的组分：

5.根据权利要求4所述的一种铁砂混凝土，其特征在于：所述乳化剂选自OP-40乳化剂、十二烷基磺酸钠和GR-200石蜡乳化剂中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种铁砂混凝土，其特征在于：所述废弃混凝土骨料先经过预处理，预处理时添加的预处理助剂包括以下重量份数的组分：

丙烯酰胺接枝共聚淀粉 40-60份；

邻苯二甲酸二乙酯 10-20份；

水 100-120份。

7.根据权利要求6所述的一种铁砂混凝土，其特征在于：所述废弃骨料的预处理过程包括以下工艺步骤：

步骤1：将废弃骨料打碎成粒径为5-7mm的骨料；

步骤2：将打碎后的废弃骨料进行筛分得到；

步骤3：将步骤2处理后的废弃骨料浸泡在预处理助剂预处理中8-12h；

步骤3：将骨料捞出清洗烘干得到预处理后的骨料。

8.一种根据权利要求1中所述的铁砂混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤；

S1：先将粗集料和铁砂按比例混合，并加入40％～50％的原料中的水润湿；

S2：加入胶凝材料与粗集料混合搅拌60～80s；

S3：加入助剂和原料中剩余的水进行搅拌100～150s；

S4：将步骤S3中搅拌好的料进行浇筑成型；

S5：在步骤S4中的混凝土初凝后，在其表面覆盖一层塑料膜进行养护。