CN110835249A - 一种海洋工程阻锈防裂砂浆及其制备与使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及海洋工程建设领域，旨在提供一种海洋工程阻锈防裂砂浆及其制备与使用方法。该砂浆包括以下质量百分比关系的原料组分：普通硅酸盐水泥20～40％；粉煤灰5～10％；矿渣粉5～15％；砂20‑40％；早强剂1‑3％；水10‑20％；高吸水性树脂1‑5％；阻锈剂1‑4％；减水剂1‑3％。本发明选用常规材料及工艺，成本较低，适合大规模工程应用。采用高吸水性树脂、阻锈剂配以合理的胶凝材料，明显降低水泥基材料早期自收缩，提供砂浆综合耐久性能。本发明的砂浆易于对滨海工程混凝土材料表层进行防护，避免高吸水性树脂加入对混凝土基体的影响。

Description

一种海洋工程阻锈防裂砂浆及其制备与使用方法
技术领域
本发明涉及一种海洋工程阻锈防裂砂浆，属于海洋工程建设领域。
背景技术
随着海洋经济的快速发展，大规模海洋工程对工程材料的需求巨大。然而海洋环境复杂多变，海洋工程常要承受台风、波浪、潮汐、海流、泥沙等综合作用，同时也遭受海水中腐蚀离子协同作用。海洋大气具有极强的腐蚀性，即使离岸数十公里范围内，工程结构物也不同程度会受到盐雾的影响。这些环境和工况特点对海洋工程结构物和离岸基础设施工程以及工业与民用建筑的可靠性和耐久性均会产生严重影响。为了提高海洋工程混凝土的耐久性能，目前常加入各类矿物外加剂及减水剂制备高性能混凝土，降低拌和水用量，优化硬化浆体内部孔隙结构。
高性能混凝土典型的技术特征通常表现出较低的水胶比、致密的孔结构和低的渗透性，导致外部的湿度很难到达高性能混凝土的内部。因此，传统的养护措施很难达到预期的养护效果，胶凝材料不能充分水化，混凝土内部结构极易因收缩作用而产生较大内应力，增加了混凝土内部微裂纹的产生和原有裂缝进一步扩展的风险。早龄期混凝土的体积变化又直接影响了混凝土最终体积变化和裂缝的形成，所以必须要对海洋工程高性能混凝土采取措施控制早龄期表面裂缝。另外，海边环境工程施工时风力较大，高性能混凝土施工后易产生表面裂缝。
目前已有少量防腐、防裂砂浆的专利，但很少针对海洋环境和工况。CN201110177000.5专利采取了CA砂浆系统，但CA砂浆中有机物在海洋环境长期服役后易出现性能劣化、开裂等。CN201310370808.4专利介绍了防裂砂浆，使用了氯化镁作原料会对混凝土造成氯盐侵蚀。CN201711024680.0专利中介绍了海工水泥建筑物砂浆，其中选择的快硬硫铝酸盐水泥水化时会释放大量热量，造成表面微裂缝生成。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种海洋工程阻锈防裂砂浆。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种海洋工程阻锈防裂砂浆，其特征在于，包括以下质量百分比关系的原料组分：普通硅酸盐水泥20～40％；粉煤灰5～10％；矿渣粉5～15％；砂20-40％；早强剂1-3％；水10-20％；高吸水性树脂1-5％；阻锈剂1-4％；减水剂1-3％。
本发明中，所述普通硅酸盐水泥等级是42.5级及以上，氯离子含量≤0.1％。所述粉煤灰中CaO含量超过10％，细度≤二级灰，氯离子含量≤0.1％。所述矿渣粉是粒化高炉矿渣粉，活性指数≥S95级灰，氯离子含量≤0.1％。所述砂为河砂、海砂、机制砂中的任意一种，1.5≤细度模数≤3.0，氯离子含量≤0.1％。所述早强剂是三乙醇胺、甲酸钙、尿素中的一种。所述高吸水性树脂是聚丙烯酸系树脂，经过预吸水处理，20≤目数≤150。所述阻锈剂是复合氨基醇阻锈剂或氨基羧酸类阻锈剂；所述减水剂是市售的聚羧酸减水剂。
本发明进一步提供了所述海洋工程阻锈防裂砂浆的制备方法，包括：(1)按下述质量百分比关系称量各组分：普通硅酸盐水泥20～40％；粉煤灰5～10％；矿渣粉5～15％；砂20-40％；早强剂1-3％；水10-20％；高吸水性树脂1-5％；阻锈剂1-4％；减水剂1-3％；(2)先将水泥、粉煤灰、矿渣粉、砂和早强剂加入搅拌机中预混合，然后加入水、高吸水性树脂、阻锈剂和减水剂，继续搅拌直至混合均匀，得到海洋工程阻锈防裂砂浆，备用。
本发明进一步提供了所述海洋工程阻锈防裂砂浆的使用方法，包括：按海洋工程设计要求将砂浆用于海洋工程浇筑，或者将砂浆涂覆在新浇筑的混凝土表面；进行养护。
发明原理描述：
高吸水性树脂(SAP)是一种低交联的高分子聚合物，高分子链上具有羟基、羧基等多种强吸水基团可吸收自身重量几百倍的水。SAP加入到水泥基材料后，一方面可以降低基地有效水灰比，同时发挥内养护作用促进水泥水化，从而抑制混凝土的自收缩。目前的高吸水性树脂掺入水泥基材料研究早期收缩的报告较多，但很少涉及以氯离子侵蚀为主的海洋环境。利用高吸水性树脂、阻锈剂配以合理的胶凝材料配合比，可以针对海洋环境特点和工况制备低成本、高耐久性、低早期微裂缝的海洋工程阻锈防裂砂浆。
本发明在砂浆中加入SAP可以作为内养护剂，将其均匀地分散到硬化浆体中起到保水作用；后期当水泥水化过程出现水分不足时，SAP中的水分便释放出来，保证水化反应继续进行，提高浆体的密实度，减少混凝土的开裂，提高砂浆综合耐久性。
本发明同时还对普通硅酸盐水泥、矿粉、粉煤灰、早强剂等胶凝材料配合比进行合理设计，既能快速发生水化反应迅速发展强度、成型，又能降低水化反应热，密实硬化浆体结构。此外，利用阻锈剂的掺入，提高材料防腐能力。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明选用常规材料及工艺，成本较低，适合大规模工程应用。
2、本发明采用高吸水性树脂、阻锈剂配以合理的胶凝材料，明显降低水泥基材料早期自收缩，提供砂浆综合耐久性能。
3、本发明的砂浆易于对滨海工程混凝土材料表层进行防护，避免高吸水性树脂加入对混凝土基体的影响。
具体实施方式
本发明中提供的海洋工程阻锈防裂砂浆，包括以下质量百分比关系的原料组分：普通硅酸盐水泥20～40％；粉煤灰5～10％；矿渣粉5～15％；砂20-40％；早强剂1-3％；水10-20％；高吸水性树脂1-5％；阻锈剂1-4％；减水剂1-3％。
本发明中，所述普通硅酸盐水泥等级是42.5级及以上，氯离子含量≤0.1％。所述粉煤灰中CaO含量超过10％，细度≤二级灰，氯离子含量≤0.1％。所述矿渣粉是粒化高炉矿渣粉，活性指数≥S95级灰，氯离子含量≤0.1％。所述砂为河砂、海砂、机制砂中的任意一种，1.5≤细度模数≤3.0，氯离子含量≤0.1％。所述早强剂是三乙醇胺、甲酸钙、尿素中的一种。所述高吸水性树脂是聚丙烯酸系树脂，经过预吸水处理，20≤目数≤150。所述阻锈剂是复合氨基醇阻锈剂或氨基羧酸类阻锈剂；所述减水剂是市售的聚羧酸减水剂。
海洋工程阻锈防裂砂浆的制备方法，包括：(1)按所述质量百分比关系称量各组分；(2)先将水泥、粉煤灰、矿渣粉、砂和早强剂加入搅拌机中预混合，然后加入水、高吸水性树脂、阻锈剂和减水剂，继续搅拌直至混合均匀，得到海洋工程阻锈防裂砂浆，备用。
海洋工程阻锈防裂砂浆的使用方法，包括：按海洋工程设计要求将砂浆用于海洋工程浇筑，或者将砂浆涂覆在新浇筑的混凝土表面；进行养护。
各实施例中的试验数据见下表(单位％)：
Figure BDA0002296847170000031
Figure BDA0002296847170000041
使用方法：
根据海洋工程中混凝土表面耐久性需求确定海洋工程阻锈防裂砂浆的具体配合比方案。以实施例1为例说明。滨海建筑混凝土建筑外立面涂刷实施例1砂浆，其中掺入淡化海砂细度模数1.9，早强剂选用甲酸钙，高吸水树脂为80目，电化学综合防锈性能≤100μA。防裂砂浆14d的自收缩率约为100×10-6，减缩率可达75％以上(普通砂浆自收缩率约为400×10-6)。阻锈防裂砂浆干燥条件下总收缩可减小70％，且掺SAP会使混凝土内部湿度下降的时间推迟。从表面收缩数据可以发现，本发明提供的海洋工程阻锈防裂砂浆能够满足海洋工程耐久性的需要。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种海洋工程阻锈防裂砂浆，其特征在于，包括以下质量百分比关系的原料组分：
普通硅酸盐水泥20～40％
粉煤灰5～10％
矿渣粉5～15％
砂20-40％
早强剂1-3％
水10-20％
高吸水性树脂1-5％
阻锈剂1-4％
减水剂1-3％。
2.根据权利要求1所述的海洋工程阻锈防裂砂浆，其特征在于，所述普通硅酸盐水泥等级是42.5级及以上，氯离子含量≤0.1％。
3.根据权利要求1所述的海洋工程阻锈防裂砂浆，其特征在于，所述粉煤灰中CaO含量超过10％，细度≤二级灰，氯离子含量≤0.1％。
4.根据权利要求1所述的海洋工程阻锈防裂砂浆，其特征在于，所述矿渣粉是粒化高炉矿渣粉，活性指数≥S95级灰，氯离子含量≤0.1％。
5.根据权利要求1所述的海洋工程阻锈防裂砂浆，其特征在于，所述砂为河砂、海砂、机制砂中的任意一种，1.5≤细度模数≤3.0，氯离子含量≤0.1％。
6.根据权利要求1所述的海洋工程阻锈防裂砂浆，其特征在于，所述早强剂是三乙醇胺、甲酸钙、尿素中的一种。
7.根据权利要求1所述的海洋工程阻锈防裂砂浆，其特征在于，所述高吸水性树脂是聚丙烯酸系树脂，经过预吸水处理，20≤目数≤150。
8.根据权利要求1所述的海洋工程阻锈防裂砂浆，其特征在于，所述阻锈剂是复合氨基醇阻锈剂或氨基羧酸类阻锈剂；所述减水剂是市售的聚羧酸减水剂。
9.权利要求1所述海洋工程阻锈防裂砂浆的制备方法，其特征在于，包括：
(1)按下述质量百分比关系称量各组分：
普通硅酸盐水泥20～40％；粉煤灰5～10％；矿渣粉5～15％；砂20-40％；早强剂1-3％；水10-20％；高吸水性树脂1-5％；阻锈剂1-4％；减水剂1-3％；
(2)先将水泥、粉煤灰、矿渣粉、砂和早强剂加入搅拌机中预混合，然后加入水、高吸水性树脂、阻锈剂和减水剂，继续搅拌直至混合均匀，得到海洋工程阻锈防裂砂浆，备用。
10.权利要求1所述海洋工程阻锈防裂砂浆的使用方法，其特征在于，包括：按海洋工程设计要求将砂浆用于海洋工程浇筑，或者将砂浆涂覆在新浇筑的混凝土表面；进行养护。
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