CN112358258A - 一种提高抗硫酸盐冻性能的混凝土以及试验方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高抗硫酸盐冻性能的混凝土，该混凝土包括：按每立方米设定比例配比的胶凝材料、细骨料、粗骨料、水以及减水剂；其中，胶凝材料中含有占其总质量份数10％‑25％的粉煤灰。并通过试验数据比对，该混凝土降低了水胶比，通过掺加减水剂，降低了拌合水用量，节约西北地区的水资源；使用粉煤灰部分替代水泥，减少了建筑能耗，并就地取材，促进了工业废弃物的资源化利用；制备出的混凝土具有较高的抗硫酸盐冻融性能，解决了西北盐碱地区混凝土抗盐腐蚀差的难题，提高了混凝土建筑的耐久性，因此能够广泛地被推广与使用。

Description

一种提高抗硫酸盐冻性能的混凝土以及试验方法
技术领域：
本发明涉及混凝土配置技术领域，特别涉及一种提高抗硫酸盐冻性能的混凝土以及试验方法。
背景技术：
自19世纪20年代，约瑟夫·阿斯普丁发明波特兰水泥至今，混凝土因具有丰富的原材料、低廉的价格、制作工艺简单、造型设计方便、稳定而不易变形等优点，被广泛应用于桥梁、大坝、道路、房屋等建筑结构中，已经成为工程中用量最多、不可或缺的人造材料。随着现代工业和科技发展的需求以及施工中遇到的各种困难，对混凝土性能的要求也在不断提高。近四五十年来，由于人们过于偏重混凝土的强度而忽视其耐久性，导致混凝土建筑物过早地损伤、破坏倒塌。
混凝土的耐久性除了与混凝土本身的结构密切相关之外，还要根据工程实际中面临的复杂环境和施工方法而定。我国从21世纪初已经步入混凝土建筑物的重建与维修并重期，每年所消耗的混凝土高达十多亿立方；同时随着混凝土工程进入维修期，所需的维修费用将高达数千亿元，高昂的建设费用和维修费用对混凝土服役寿命和耐久性提出了更高要求。我国西北地区的地下水和土壤中含有大量的硫酸盐，混凝土工程遭受硫酸盐侵蚀的现象普遍，而寒冷地区的混凝土工程还常常遭受冻融破坏。混凝土结构在硫酸盐与冻融耦合作用时，由于两种作用的交互效应，会使混凝土的损伤更加严重。因此考虑到西北地区实际工程中的复杂环境，如何提高冻融和硫酸盐腐蚀耦合作用下混凝土的耐久性是当前工程领域亟待解决的问题。
硫酸根离子的来源非常广阔，主要存在土壤、地下水以及海水中，其侵入到混凝土建筑物内部孔隙中，与水泥石中的水化生成物发生反应，伴随有膨胀性产物产生，导致建筑物出现开裂、剥蚀等破坏现象，大大削弱建筑物的强度和粘结性能，影响混凝土的耐久性能，使混凝土结构过早地发生损坏而失去使用功能。
在寒冷冰冻地域，建造的水利混凝土工程，其中大多数的建筑物都会受到不同程度的冻融损坏，进而产生裂缝渗透现象，特别是接触海水的港口海岸工程不仅受到冻融破坏，还会遭受盐侵蚀，破坏比单一的冻害更为严重，进而造成建筑物的表层剥落甚至产生裂缝。
混凝土的硫酸盐侵蚀和冻融循环的耦合作用更接近于工程实际中的侵蚀情况，所以提高混凝土抗硫酸盐侵蚀和冻融循环破坏耦合的能力，不仅提高了混凝土在实际环境中的服役寿命，而且减少了混凝土构件的后期维护费用。
发明内容：
鉴于此，有必要设计一种提高抗硫酸盐冻性能的混凝土，提高混凝土在硫酸盐溶液冻融循环环境中的抗腐蚀能力，继而提高混凝土的耐久性，最终达到提高混凝土的耐久性并降低混凝土结构在后期的维修费用能力的目的。
一种提高抗硫酸盐冻性能的混凝土，其特征在于，包括：
水胶比为0.33的混凝土；
所述混凝土包括：按每立方米设定比例配比的胶凝材料、细骨料、粗骨料以及水；其中，所述胶凝材料中含有占其总质量10％-25％的掺和料；
所述混凝土还包括：在所述胶凝材料、所述粗骨料以及所述细骨料搅拌均匀后掺入与所述水混合的聚羧酸减水剂，且所述聚羧酸减水剂的减水率为30％-35％。
优选的，所述胶凝材料包括：42.5R硅酸盐的水泥，且所述水泥用量500kg/m3。
优选的，所述细骨料为细度模数在2.3-2.5之间的中砂，且所述中砂含泥量1.5％。
优选的，所述粗骨料为5-25mm连续粒级的石子。
优选的，所述掺和料为粉煤灰，所述粉煤灰的细度为10％，所述粉煤灰的抗压强度比为79％。
优选的，所述混凝土的每立方米的设定比例配比为：所述胶凝材料：所述细骨料：所述粗骨料：所述水的配比比例为：1：2.29：1.18：0.33。
在另外一个具体实施例中，提供一种提高抗硫酸盐冻性能的混凝土的试验方法，包括：所述混凝土；其特征在于，在所述胶凝材料中含有10％、15％和25％的掺和料制备的三种混凝土分别进行标准养护28d和清水再养护60d完成抗压强度试验；其中，
掺和有占比所述胶凝材料总质量10％的掺和料的混凝土在标准养护28d抗压强度下降1.4％、清水再养护60d抗压强度下降11.70％；
掺和有占比所述胶凝材料总质量15％的掺和料的混凝土在标准养护28d抗压强度下降9.36％、清水再养护60d抗压强度下降1.75％；
掺和有占比所述胶凝材料总质量25％的掺和料的混凝土在标准养护28d抗压强度下降4.84％、清水再养护60d抗压强度下降8.77％。
优选的，所述三种混凝土分别进行30次干湿循环和60次干湿循环完成常温环境下抗硫酸盐腐蚀性试验；其中，
掺和有占比所述胶凝材料总质量10％的掺和料的混凝土经历30次干湿循环后，抗压强度腐蚀系数为0.99；经历60次干湿循环后，抗压强度腐蚀系数为1.05；
掺和有占比所述胶凝材料总质量15％的掺和料的混凝土经历30次干湿循环后，抗压强度腐蚀系数为0.93；经历60次干湿循环后，抗压强度腐蚀系数为0.96；
掺和有占比所述胶凝材料总质量25％的掺和料的混凝土经历30次干湿循环后，抗压强度腐蚀系数为1.00；经历60次干湿循环后，抗压强度腐蚀系数为1.02。
优选的，所述三种混凝土在清水中进行快冻法抗冻试验；且冻融循环次数至少为175次。
优选的，所述三种混凝土分别浸泡至两种不同浓度的硫酸钠溶液中进行快冻法抗冻试验；
其中，所述硫酸钠溶液的浓度分别为5％和10％。
本发明中的一种提高抗硫酸盐冻性能的混凝土通过试验数据比对，该混凝土降低了水胶比，通过掺加减水剂，降低了拌合水用量，节约西北地区的水资源；使用粉煤灰部分替代水泥，可减少建筑能耗，并就地取材，促进了工业废弃物的资源化利用；制备出的混凝土具有较高的抗硫酸盐冻融性能，解决了西北盐碱地区混凝土抗盐腐蚀差的难题，提高了混凝土建筑的耐久性，因此能够广泛地被推广与使用。
附图说明：
图1是本发明中粉煤灰对清水冻融循环性能影响的示意图；
图2是本发明中粉煤灰对混凝土抗硫酸盐冻融耦合作用影响的示意图。
具体实施方式：
一种提高抗硫酸盐冻性能的混凝土，包括：水胶比为0.33的混凝土。
该混凝土包括：按每立方米设定比例配比的胶凝材料，该胶凝材料包括：42.5R硅酸盐水泥，且水泥用量500kg/m3。胶凝材料中含有占其总质量10％-25％的掺和料。该掺和料为粉煤灰，粉煤灰的细度为10％，粉煤灰的抗压强度比为79％。
还包括有细骨料，该细骨料为细度模数在2.3-2.5之间的中砂，且中砂含泥量1.5％。
还包括有粗骨料，该粗骨料为5-25mm连续粒级的石子。
还包括有水以及与水混合的聚羧酸减水剂。该聚羧酸减水剂的减水率为30％-35％。
并且，混凝土的每立方米的设定比例配比为：胶凝材料：细骨料：粗骨料：水的配比比例为：1：2.29：1.18：0.33。如下表中所示：
Figure BDA0002771348120000051
依次将水泥、掺合料、粗骨料以及细骨料投入搅拌机中搅拌均匀，然后加入水和聚羧酸减水剂的混合物，搅拌3min。即得到一种提高抗硫酸盐冻性能的混凝土。
此外，本发明中还提出一种抗硫酸盐冻侵蚀的试验方法，对混凝土在不同环境中进行数据检测，从而得出准确参照数值。
具体的，该试验过程包括上述制备的抗硫酸盐冻性能的混凝土；胶凝材料中含有10％、15％和25％的粉煤灰制备的三种混凝土分别进行标准养护28d和清水再养护60d完成抗压强度试验；其中，
掺有占胶凝材料总质量10％的粉煤灰的混凝土在标准养护28d抗压强度下降1.4％，继续清水中再养护30d抗压强度下降6.40％；标准养护28d后清水再养护60d抗压强度下降11.70％。
掺有占胶凝材料总质量15％的粉煤灰的混凝土在标准养护28d抗压强度下降9.36％，继续清水中再养护30d抗压强度下降4.65％；标准养护28d后清水再养护60d抗压强度下降1.75％。
掺有占胶凝材料总质量25％的粉煤灰的混凝土在标准养护28d抗压强度下降4.84％，继续清水中再养护30d抗压强度下降10.17％；标准养护28d后清水再养护60d抗压强度下降8.77％。
如下表中所示：
粉煤灰掺量对混凝土强度的影响
Figure BDA0002771348120000061
该试验过程还包括：三种混凝土分别进行30次干湿循环和60次干湿循环完成常温环境下抗硫酸盐腐蚀性试验；其中，
掺有占胶凝材料总质量10％的粉煤灰的混凝土经历30次干湿循环后，抗压强度腐蚀系数为0.99；经历60次干湿循环后，抗压强度腐蚀系数为1.05；
掺有占胶凝材料总质量15％的粉煤灰的混凝土经历30次干湿循环后，抗压强度腐蚀系数为0.93；经历60次干湿循环后，抗压强度腐蚀系数为0.96；
掺有占胶凝材料总质量25％的粉煤灰的混凝土经历30次干湿循环后，抗压强度腐蚀系数为1.00；经历60次干湿循环后，抗压强度腐蚀系数为1.02。
如下表中所示：
表3粉煤灰掺量对混凝土常温环境下混凝土抗压强度腐蚀系数的影响
Figure BDA0002771348120000062
Figure BDA0002771348120000071
此外，混凝土在清水中进行冻融循环试验，且冻融循环次数至少为175次。混凝土相对动弹性模量的变化见图1。可见经历冻融循环后，掺和有占比胶凝材料总质量10％的粉煤灰的混凝土的相对动弹性模量100次冻融循环前略低于未掺粉煤灰的混凝土，但100次后明显高于未掺粉煤灰的混凝土。掺和有占比胶凝材料总质量25％的粉煤灰的混凝土相对动弹性模量均明显高于未掺粉煤灰混凝土的相对动弹性模量，且其弹性模量均高于未冻融循环前的，说明掺加25％粉煤灰后混凝土抗冻性能提高。
继续参阅图2，三种混凝土分别浸泡至两种不同浓度的硫酸钠溶液中进行抗盐冻性能试验；其中，硫酸钠溶液的浓度分别为5％和10％。硫酸盐和冻融耦合作用下混凝土的相对动弹性模量的变化见图2，(a)为浓度5％硫酸钠溶液；(b)为浓度10％硫酸钠溶液。可见盐冻环境下，掺和有占比胶凝材料总质量10％的粉煤灰对前100-150次冻融循环时的抗盐冻性能影响不大，但可以提高100-150次后混凝土的抗盐冻性能；掺有占比胶凝材料总质量25％的粉煤灰可以较显著提高混凝土抗盐冻性能，且其弹性模量均高于未冻融循环前的。
本发明中的一种提高抗硫酸盐冻性能的混凝土通过试验数据比对，该混凝土降低了水胶比，通过掺加减水剂，降低了拌合水用量，节约西北地区的水资源；使用粉煤灰部分替代水泥，可减少建筑能耗，并就地取材，促进了工业废弃物的资源化利用；制备出的混凝土具有较高的抗硫酸盐冻融性能，解决了西北盐碱地区混凝土抗盐腐蚀差的难题，提高了混凝土建筑的耐久性，因此能够广泛地被推广与使用。

Claims (10)

1.一种提高抗硫酸盐冻性能的混凝土，其特征在于，包括：水胶比为0.33的混凝土；
所述混凝土包括：按每立方米设定比例配比的胶凝材料、细骨料、粗骨料以及水；其中，所述胶凝材料中含有占其总质量10％-25％的掺和料；
所述混凝土还包括：在所述胶凝材料、所述粗骨料以及所述细骨料搅拌均匀后掺入与所述水混合的聚羧酸减水剂，且所述聚羧酸减水剂的减水率为30％
-35％。
2.如权利要求1所述的提高抗硫酸盐冻性能的混凝土，其特征在于，所述胶凝材料包括：42.5R硅酸盐的水泥，且所述水泥用量500kg/m3。
3.如权利要求2所述的提高硫酸盐冻性能的混凝土，其特征在于，所述细骨料为细度模数在2.3-2.5之间的中砂，且所述中砂含泥量1.5％。
4.如权利要求2所述的提高抗硫酸盐冻性能的混凝土，其特征在于，所述粗骨料为5-25mm连续粒级的石子。
5.如权利要求2所述的提高抗硫酸盐冻性能的混凝土，其特征在于，所述掺和料为粉煤灰，所述粉煤灰的细度为10％，所述粉煤灰的抗压强度比为79％。
6.如权利要求2所述的提高抗硫酸盐冻性能的混凝土，其特征在于，所述混凝土的每立方米的设定比例配比为：所述胶凝材料：所述细骨料：所述粗骨料：所述水的配比比例为：1：2.29：1.18：0.33。
7.一种提高抗硫酸盐冻性能的混凝土的试验方法，包括：如权利要求1-6中的任意一项的所述混凝土；其特征在于，在所述胶凝材料中含有10％、15％和25％的掺和料制备的三种混凝土分别进行标准养护28d和清水再养护60d完成抗压强度试验；其中，
掺和有占比所述胶凝材料总质量10％的掺和料的混凝土在标准养护28d抗压强度下降1.4％、清水再养护60d抗压强度下降11.70％；
掺和有占比所述胶凝材料总质量15％的掺和料的混凝土在标准养护28d抗压强度下降9.36％、清水再养护60d抗压强度下降1.75％；
掺和有占比所述胶凝材料总质量25％的掺和料的混凝土在标准养护28d抗压强度下降4.84％、清水再养护60d抗压强度下降8.77％。
8.如权利要求7所述的提高抗硫酸盐冻性能的混凝土的试验方法，其特征在于，所述三种混凝土分别进行30次干湿循环和60次干湿循环完成常温环境下抗硫酸盐腐蚀性试验；其中，
掺和有占比所述胶凝材料总质量10％的掺和料的混凝土经历30次干湿循环后，抗压强度腐蚀系数为0.99；经历60次干湿循环后，抗压强度腐蚀系数为1.05；掺和有占比所述胶凝材料总质量15％的掺和料的混凝土经历30次干湿循环后，抗压强度腐蚀系数为0.93；经历60次干湿循环后，抗压强度腐蚀系数为0.96；掺和有占比所述胶凝材料总质量25％的掺和料的混凝土经历30次干湿循环后，抗压强度腐蚀系数为1.00；经历60次干湿循环后，抗压强度腐蚀系数为1.02。
9.如权利要求7所述的提高抗硫酸盐冻性能的混凝土的试验方法，其特征在于，所述三种混凝土在清水中进行快冻法抗冻试验；且冻融循环次数至少为175次。
10.如权利要求7所述的提高抗硫酸盐冻性能的混凝土的试验方法，其特征在于，所述三种混凝土分别浸泡至两种不同浓度的硫酸钠溶液中进行快冻法抗冻试验；
其中，所述硫酸钠溶液的浓度分别为5％和10％。
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