CN111072349A - 一种高强度防锈混凝土及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度防锈混凝土及其制备工艺，涉及混凝土制备的技术领域，其包括以下重量份计原料制得：普通硅酸盐水泥180‑200份：粗集料1000‑1400份；细集料600‑700份；粉煤灰120‑140份；矿粉40‑60份；硅粉30‑50份；防锈剂10‑30份；其余外加剂8‑12份；水180‑200份。通过加入有防锈剂，防止钢筋被腐蚀，从而减缓混凝土结构性能的退化和失效，提高混凝土的强度。

Description

一种高强度防锈混凝土及其制备工艺

技术领域

本发明涉及混凝土制备的技术领域，尤其是涉及一种高强度防锈混凝土及其制备工艺。

背景技术

随着社会的进步及人们生活水平的提高，各种样式的高楼大厦如雨后春笋般涌入了人们的生活，在这些高楼大厦的建设过程中，少不了钢筋混凝土的使用，钢筋混凝土是目前用量最大的一种建筑材料，是指通过在混凝土中加入钢筋网、钢板或纤维而构成的一种组合材料与之共同工作来改善混凝土力学性质的一种组合材料。其中钢筋网、钢板或纤维的作用是承受拉伸应力和剪切应力，其性能的好坏直接影响建筑工程质量。

近年来，由于钢筋腐蚀造成混凝土结构性能退化和过早失效，给当代社会带来巨大的经济损失和危害，而且关系到人身安全、资源的有效利用和环境保护等问题，甚至给社会带来负面冲击，是当今世界各国迫切需要解决的严重问题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种高强度防锈混凝土，通过加入有防锈剂，防止钢筋被腐蚀，从而减缓混凝土结构性能的退化和失效，提高混凝土的强度；

本发明的目的之二是提供一种高强度防锈混凝土及其制备工艺，通过对钢筋进行防锈涂料的预处理，用以在钢筋表面形成一层防护膜，用以阻挡氯离子与钢筋表面发生反应，提高混凝土的防锈效果。

本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：

一种高强度防锈混凝土，包括以下重量份计原料制得：

通过采用上述技术方案，通过加入有防锈，防止钢筋被腐蚀，从而减缓混凝土结构性能的退化和失效，提高混凝土的强度。粉煤灰、矿粉和硅粉可以发生二次水化，从而会吸收体系内的Ca(OH)₂，生成较多的低碱性的C-S-H凝胶，而C-S-H凝胶由于其巨大的比表面积，通过胶粒表面所带电荷产生的扩散双电层对氯盐中的正、负离子的吸附作用，而对氯离子产生较强的吸附固化作用，从而使得混凝土具有较强的氯离子固化能力，提高钢筋的抗锈蚀能力。且加入有粉煤灰、矿粉和硅粉还可以减少水泥的使用量，降低生产成本。水采用当地常见的水源，例如自来水。

本发明进一步设置为：所述防锈剂包括以下重量百分比计原料：

通过采用上述技术方案，焙烧镁铝碳酸根水滑石是一种层状双金属氢氧化物，pH值呈碱性，由于其特殊的层状结构，可以吸附混凝土中游离的氯离子，从而防止钢筋被腐蚀，减缓混凝土结构性能的退化和失效，提高混凝土的强度。

由于焙烧镁铝碳酸根水滑石具有较大的比表面积，pH调节剂可以吸附在其体内，缓慢释放出其体内的氢氧根，用以稳定混凝土层中的pH值，提高混凝土的抗碳效果，从而提高钢筋的抗锈蚀能力，减缓混凝土结构性能的退化和失效，提高混凝土的强度和使用期效。

表面活性剂用以降低各原料之间的界面张力，从而提高各原料在水溶液中的分散效果，用以形成均一稳定的乳液，使得防锈剂在混凝土中具有良好的分散效果，提高防锈剂对钢筋的防锈效果，从而减缓混凝土结构性能的退化和失效，提高混凝土的强度。

本发明进一步设置为：所述防锈剂包括以下重量百分比计原料：

聚丙烯纤维 16-20％；

羟丙基甲基纤维素 2-4％。

通过采用上述技术方案，聚丙烯纤维在混凝土中乱向分布，呈三维网络结构，用以在塑性混凝土中起到支撑集料的作用，阻止了粗、细集料的沉降，且聚丙烯纤维也可以减少混凝土的析水现象，提高混凝土的匀质性。当混凝土水分蒸发发生收缩时，收缩产生拉应力会使混凝土产生裂缝，而大量乱向分布在混凝土中的纤维材料能够承受拉应力，限制和减少裂缝的产生与扩展，同时减少连通裂缝的数量，从而提高混凝土的强度。

羟丙基甲基纤维素作为增稠剂，用以增加混合液的粘度，从而提高pH调节剂在焙烧镁铝碳酸根水滑石的结合力度，以及焙烧镁铝碳酸根水滑石在聚丙烯纤维上结合力度。由于聚丙烯纤维具有一定的长度，其可以缠绕在钢筋上，增加防锈剂与钢筋之间的接触面积，从而提高了防锈剂对钢筋的防锈效果，从而减缓混凝土结构性能的退化和失效，提高混凝土的强度。

本发明进一步设置为：所述表面活性剂包括以下重量百分比计原料：

脂肪酸甲酯乙氧基化磺酸钠 30-40％；

十二烷基苯磺酸钠 20-40％；

吐温-80 30-40％。

通过采用上述技术方案，脂肪酸甲酯乙氧基化磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠是阴离子表面活性剂，吐温-80是非表面活性剂。阴离子表面活性剂吸附到水化产物表面后，可以使其ζ电位的负值增大，使得与氯离子之间的静电斥力增强，吸附的氯离子减少。且阴离子表面活性剂会与氯离子产生竞争吸附，进一步使得结合氯离子能力减弱，有效的减少了钢筋与氯离子的接触时间和接触量，避免了钢筋被腐蚀，减缓了混凝土结构性能的退化和失效，提高混凝土的强度。

非离子表面活性剂不会在水化产物表面吸附所以对氯离子吸附能力的影响最弱。主要是其减少了氯离子靠近并接触水化产物表面的机会，减弱了两者之间的静电吸引力，使得水泥浆体吸附氯离子能力略有降低，从而减少了混凝土中游离的氯离子量，有效的减少了钢筋与氯离子的接触时间和接触量，避免了钢筋被腐蚀，从而减缓了混凝土结构性能的退化和失效，提高混凝土的强度。

本发明进一步设置为：所述pH调节剂包括以下重量百分比计原料：

通过采用上述技术方案，氢氧化钠用以提供充足的氢氧根离子和钙离子。磷酸二氢钠和磷酸氢二钠可形成缓冲液，用以稳定pH调节剂的pH值，避免出现碱集料反应，提高混凝土的强度。同时，磷酸二氢钠和磷酸氢二钠为磷酸盐，其可以与混凝土游离出来的钙离子发生反应，生成沉淀积与混凝土的孔隙中，用以堵塞减小混凝土内部的孔隙，减少外界氯离子渗透到混凝土内部，避免了钢筋被腐蚀，从而减缓了混凝土结构性能的退化和失效，提高混凝土的强度。

本发明进一步设置为：所述其余外加剂包括以下重量百分比计原料：

聚羧酸减水剂 30-40％；

分散剂 20-40％；

防水剂 30-40％。

通过采用上述技术方案，聚羧酸减水剂可以减少水的使用，提高混凝土的强度。聚羧酸减水剂采用河北圣成隆化工有限公司所生产的聚羧酸减水剂。分散剂用以提高各原料在水溶液中的分散效果，使得混凝土保持良好分散和稳定性。分散剂采用广州市德田新材料有限公司所生产的混凝土分散剂。防水剂能降低混凝土在静水压力下的透水性，赋予混凝土良好的防水效果，由于氯离子要腐蚀钢筋的必要条件之一是要有水，从而避免了钢筋被腐蚀，减缓了混凝土结构性能的退化和失效，提高混凝土的强度。防水剂采用北京顺建兴业工程技术有限公司所生产的混凝土防水剂。

本发明的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：

一种高强度防锈混凝土的制备工艺，包括以下工艺步骤：

1)制备防锈剂：按比例先将羟丙基甲基纤维素、pH调节剂、表面活性剂和去离子水混合均匀后，再加入焙烧镁铝碳酸根水滑石搅拌均匀，然后加入聚丙烯纤维搅拌均匀后，制得防锈剂；

2)按比例将普通硅酸盐水泥、粗集料、细集料、粉煤灰、矿粉、硅粉、防锈剂、其余外加剂和水混合均匀后，制得混凝土拌合物；

3)将步骤2)中制得的混凝土拌合物浇筑到铺设有钢筋的地面上，待其固化后，制得一种高强度防锈混凝土；

所述步骤2)中所使用的钢筋经过防锈涂料的预处理；所述预处理为：将防锈涂料喷涂在钢筋上后晾干。

通过采用上述技术方案，通过对钢筋进行预处理，用以在钢筋表面形成一层防护膜，用以阻挡氯离子与钢筋表面发生反应，提高混凝土的防锈效果。

本发明进一步设置为：所述防锈涂料包括以下重量百分比计原料：

通过采用上述技术方案，羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯具有低色数、低粘度、稀释性佳、对金属附着力佳的特点，是一种良好的成膜剂。

PVP/石墨烯复合材料采用PVP/石墨烯复合材料高吸附氯离子及其吸附机理中的方法制得，得到的为稳定的PVP化学修饰的石墨烯水溶液。其可以吸附混凝土中游离的氯离子，从而提高钢筋的抗锈蚀能力，减缓混凝土结构性能的退化和失效，提高混凝土的强度。且PVP/石墨烯复合材料具有良好的耐腐蚀性和强度，可提高涂膜的强度，从而提高涂膜的使用期效和提高涂膜抗腐蚀效果，赋予钢筋良好的防锈效果。

十二烷基苯磺酸三乙醇胺酯时一种阳离子表面活性剂，用以降低各原料之间的界面张力，从而提高各原料在水溶液中的分散效果，用以形成均一稳定的乳液，便于防锈涂料的涂覆和提高防锈涂料的防锈效果。由于十二烷基苯磺酸三乙醇胺酯带有正电荷，当防锈涂料喷涂在钢筋表面后，钢筋表面会带有正电荷，而防锈剂中由于存在有阴离子表面活性剂，使得防锈剂带有负电荷，增加了防锈剂在钢筋上的附着量，从而提高了防锈剂对钢筋的防锈效果，减缓了混凝土结构性能的退化和失效，提高混凝土的强度。

十二碳二酰胺型硼酸酯具有多个酰胺基、硼酯基亲水基团，对金属有较大的亲和能力，能够有效地吸附在金属表面，而其另一端烃基是疏水基团，在金属表层外排列，形成一层吸附保护膜，使金属与环境介质隔离，阻滞了金属的电化学腐蚀，从而达到金属防锈的目的。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1、通过加入有防锈，防止钢筋被腐蚀，从而减缓混凝土结构性能的退化和失效，提高混凝土的强度；

2、通过对钢筋进行防锈涂料的预处理，用以在钢筋表面形成一层防护膜，用以阻挡氯离子与钢筋表面发生反应，提高混凝土的防锈效果。

具体实施方式

本发明公开了一种高强度防锈混凝土，通过以下工艺步骤制得：

1)制备防锈剂：先将3％的羟丙基甲基纤维素、12％的pH调节剂、5％的表面活性剂和40％的去离子水混合均匀后，再加入22％的焙烧镁铝碳酸根水滑石搅拌均匀，然后加入18％的聚丙烯纤维搅拌均匀后，制得防锈剂；

其中，pH调节剂由以下制备步骤：按重量百分比计，将35％的氢氧化钠、8％的磷酸二氢钠、12％的磷酸氢二钠和45％的去离子水混合均匀后，制得pH调节剂；

其中，表面活性剂由以下重量百分比计原料组成：

脂肪酸甲酯乙氧基化磺酸钠 35％；

十二烷基苯磺酸钠 30％；

吐温-80 35％；

2)按重量份计，将190份的普通硅酸盐水泥、1200份的粗集料、650份的细集料、130份的粉煤灰、50份的矿粉、40份的硅粉、20份的防锈剂、10份的其余外加剂和190份的水混合均匀后，制得混凝土拌合物；

其中，其余外加剂由以下重量百分比计原料组成：

聚羧酸减水剂 35％；

分散剂 30％；

防水剂 35％；

3)将步骤2)中制得的混凝土拌合物浇筑到铺设有钢筋的地面上，待其固化后，制得一种高强度防锈混凝土；

其中，步骤2)中所使用的钢筋经过防锈涂料的预处理；预处理为：将防锈涂料喷涂在钢筋上后晾干；

其中，防锈涂料由以下制备步骤：按重量百分比计，将35％的羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯、14％的PVP/石墨烯复合材料、4％的十二烷基苯磺酸三乙醇胺酯、10％的十二碳二酰胺型硼酸酯和37％的去离子水混合均匀后，制得防锈涂料。

实施例2-5与实施例1的区别在于，高强度防锈混凝土包括以下重量份计原料制得：

实施例6-9与实施例1的区别在于，防锈剂包括以下重量百分比计原料：

实施例10-13与实施例1的区别在于，表面活性剂包括以下重量百分比计原料：

实施例14-17与实施例1的区别在于，pH调节剂包括以下重量百分比计原料：

实施例18-21与实施例1的区别在于，其余外加剂包括以下重量百分比计原料：

实施例22-25与实施例1的区别在于，防锈涂料包括以下重量百分比计原料：

对比例：

对比例1与实施例1的区别在于，高强度防锈混凝土中不包括防锈剂；

对比例2与实施例1的区别在于，防锈剂中不包括聚丙烯纤维；

对比例3与实施例1的区别在于，钢筋不经过防锈涂料的预处理；

对比例4与实施例1的区别在于，防锈涂料中不包括十二烷基苯磺酸三乙醇胺酯；

对比例5与实施例1的区别在于，防锈涂料中不包括PVP/石墨烯复合材料；

对比例6与实施例1的区别在于，高强度防锈混凝土中不包括防锈剂，且钢筋不经过防锈涂料的预处理。

试验样品：选取实施例1-5中制得的混凝土作为试验样品1-5，选取对比例1-6中的制得的混凝土作为对照样品1-6。

1)耐腐蚀检测：将试验样品1-5和对照样品1-6按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌和物性能试验方法》制作标准试块，并进行养护28天，然后将试验样品1-5和对照样品1-4制得的标准试块放入盐雾箱中，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)

2)强度测试：将试验样品1-5和对照样品1-6按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌和物性能试验方法》制作标准试块，采用TYE-3000电脑全自动混凝土压力机，取0.5MPa/s的加载速度，测量标准试块养护7d、14d、28d，以及28天后进行腐蚀试验后的抗压强度，并记录。

1、通过实施例1-5与对比例1和对比例6比较可知，加入有防锈剂，可吸附混凝土中游离的氯离子，阻碍混凝土中游离的氯离子与钢筋结合，以及防止外界的氯离子进入至混凝土中，从而有效的防止了钢筋被腐蚀，减缓了混凝土结构性能的退化和失效，提高了混凝土的强度；

2、通过实施例1-5与对比例1-2比较可知，加入有纤维填料，主要提高混凝土的强度，但由于聚丙烯纤维具有一定的长度，其可以缠绕在钢筋上，增加了防锈剂与钢筋之间的接触面积，从而提高了防锈剂对钢筋的防锈效果，减缓了混凝土结构性能的退化和失效；

3、通过实施例1-5与对比例3和对比例6比较可知，加入有防锈涂料，可以在钢筋表面形成一层防护膜，从而阻挡了氯离子与钢筋表面发生反应，减缓了混凝土结构性能的退化和失效，提高了混凝土的强度；

4、通过实施例1-5与对比例3-4比较可知，加入有十二烷基苯磺酸三乙醇胺酯，当防锈涂料喷涂在钢筋表面后，钢筋表面会带有正电荷，而防锈剂中由于存在有阴离子表面活性剂，使得防锈剂带有负电荷，增加了防锈剂在钢筋上的附着量，从而提高了防锈剂对钢筋的防锈效果，减缓了混凝土结构性能的退化和失效，提高混凝土的强度；

5、通过实施例1-5与对比例3和对比例5比较可知，加入有PVP/石墨烯复合材料，可提高涂膜的强度，从而提高涂膜的使用期效和提高涂膜抗腐蚀效果，赋予钢筋良好的防锈效果，且可提高混凝土的强度。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高强度防锈混凝土，其特征在于：包括以下重量份计原料制得：

2.根据权利要求1所述的一种高强度防锈混凝土，其特征在于：所述防锈剂包括以下重量百分比计原料：

3.根据权利要求2所述的一种高强度防锈混凝土，其特征在于：所述防锈剂包括以下重量百分比计原料：

聚丙烯纤维 16-20％；

羟丙基甲基纤维素 2-4％。

4.根据权利要求2所述的一种高强度防锈混凝土，其特征在于：所述表面活性剂包括以下重量百分比计原料：

脂肪酸甲酯乙氧基化磺酸钠 30-40％；

十二烷基苯磺酸钠 20-40％；

吐温-80 30-40％。

5.根据权利要求2所述的一种高强度防锈混凝土，其特征在于：所述pH调节剂包括以下重量百分比计原料：

6.根据权利要求1所述的一种高强度防锈混凝土，其特征在于：所述其余外加剂包括以下重量百分比计原料：

聚羧酸减水剂 30-40％；

分散剂 20-40％；

防水剂 30-40％。

7.一种高强度防锈混凝土的制备工艺，其特征在于：包括以下工艺步骤：

1)制备防锈剂：按比例先将羟丙基甲基纤维素、pH调节剂、表面活性剂和去离子水混合均匀后，再加入焙烧镁铝碳酸根水滑石搅拌均匀，然后加入聚丙烯纤维搅拌均匀后，制得防锈剂；

2)按比例将普通硅酸盐水泥、粗集料、细集料、粉煤灰、矿粉、硅粉、防锈剂、其余外加剂和水混合均匀后，制得混凝土拌合物；

3)将步骤2)中制得的混凝土拌合物浇筑到铺设有钢筋的地面上，待其固化后，制得一种高强度防锈混凝土；

所述步骤2)中所使用的钢筋经过防锈涂料的预处理；所述预处理为：将防锈涂料喷涂在钢筋上后晾干。

8.根据权利要求7所述的一种高强度防锈混凝土的制备工艺，其特征在于：所述防锈涂料包括以下重量百分比计原料：