CN113200725B - 抗腐蚀透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

抗腐蚀透水混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗腐蚀透水混凝土及其制备方法，所述抗腐蚀透水混凝土包括水泥、玄武岩碎石、矿物掺合料、纤维、减水剂和水。本发明所述抗腐蚀透水混凝土，在具有良好透水性能的同时，还具有优异的抗氯离子渗透性能和抗磨性能，显著提高了使用寿命，特别适用于对混凝土耐腐蚀性能要求较高的场合。

Description

抗腐蚀透水混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种抗腐蚀透水混凝土及其制备方法。
背景技术
透水混凝土是由特定级配的水泥、水、骨料、外加剂、掺合剂和无机颜料等按特定配合比经特殊工艺制备而成的具有连续空隙的生态环保型混凝土。与普通混凝土相比，透水混凝土能够使雨水渗入地表，促进水循环，还能吸收车辆行驶产生的噪声，减轻路面打滑防止反光，提高车辆、行人的舒适性和安全性。然而，随着社会的发展，由于严酷的使用条件(海洋环境和工业环境)、日益严重的环境污染(浓度增加和酸雨)、不当的使用方法(公路和桥梁路面撒化冰盐)，混凝土材料并没有所预期的那样耐腐蚀。国内外统计资料表明，由于混凝土结构的腐蚀性病害大大缩短建筑物的使用寿命，导致的损失是巨大的。
专利申请号为201610562208.1的发明专利公开了一种无机系透水混凝土树池盖板及其制备工艺，其中该盖板包括骨材、结合材和水，骨材质量60-80％，尺寸2.36cm-4.75cm，所述的盖板按质量百分比具体包括：骨材60％-80％，结合材15％-30％，水5％-10％，所述的结合材包括水泥和无机材粘结剂，无机材粘结剂质量是水泥质量的30％-35％。该发明所述无机系透水混凝土树池盖板具有多空隙特点，利于雨水的渗透，但是其抗腐蚀效果并不显著。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题之一是提供一种抗腐蚀透水混凝土，该混凝土具有优异的抗氯离子渗透性能和抗磨性能。
本发明所要解决的技术问题之二是提供一种抗腐蚀透水混凝土的制备方法。
本发明目的是通过如下技术方案实现的：
本发明提供一种抗腐蚀透水混凝土，包括水泥、玄武岩碎石、矿物掺合料、纤维、减水剂和水。
优选地，所述抗腐蚀透水混凝土由下述原料制备而成：水泥300-330kg、玄武岩碎石1500-1600kg、矿物掺合料30-40kg、纤维3-6kg、减水剂3-6kg、水120-140kg。
优选地，所述矿物掺合料为粉煤灰、天然沸石、硅灰、矿渣微粉、偏高岭土中的一种或多种。
优选地，所述矿物掺合料为对天然沸石进行改性处理得到的改性天然沸石。
优选地，改性天然沸石的制备过程如下：将天然沸石置于摩尔浓度为1-2mol/L的NH4Cl溶液中，天然沸石在NH4Cl溶液中的浓度为80-100g/L，将其在500-800转/分钟的搅拌条件下于24-30℃反应18-24小时，反应液室温静置12-16小时后，以5000-8000转/分钟的转速离心5-8分钟，弃上清液，将固体于60-80℃干燥6-8小时，得到改性天然沸石。
优选地，所述纤维为聚丙烯纤维、石棉纤维、玻璃纤维、碳纤维、木质素纤维、麻纤维、尼龙纤维、芳纶纤维中的一种或多种。
优选地，对木质素纤维进行蒸汽爆破处理，处理温度为180-200℃，处理压力为2-3MPa，处理时间为2-5min。
优选地，所述减水剂为萘系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂或聚羧酸盐系减水剂。
本发明还提供一种抗腐蚀透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)投入玄武岩碎石1500-1600kg，加入水60-70kg，以10-100转/分钟的转速搅拌30-50秒，得到混合料Ⅰ；
(2)向混合料Ⅰ中投入水泥300-330kg和矿物掺合料30-40kg，加入水60-70kg，继续以10-100转/分钟的转速搅拌30-50秒，得到混合料Ⅱ；
(3)向混合料Ⅱ中投入纤维3-6kg、减水剂3-6kg，继续以10-100转/分钟的转速搅拌50秒-80秒，即得。
本发明所述抗腐蚀透水混凝土，在具有良好透水性能的同时，还具有优异的抗氯离子渗透性能和抗磨性能，显著提高了使用寿命，特别适用于对混凝土耐腐蚀性能要求较高的场合。
具体实施方式
实施例中各原料介绍：
水泥，具体采用郑州康辉耐材有限公司提供的P.O 42.5的普通硅酸盐水泥。
玄武岩碎石，具体采用山东潍坊市金浩玄武岩建材有限公司提供的粒径6-7mm的玄武岩碎石。
矿渣微粉，具体采用青岛新型建材厂提供的S95级矿渣微粉，粒径为10微米，满足《水泥和混凝土的粒化高炉矿渣粉》GB 18046-2000的相关要求。
天然沸石，具体采用浙江省缙云神石矿业有限公司提供的粒径为10μm的天然斜发沸石。
硅灰，具体采用郑州市金石耐材有限公司提供的粒径为10μm的硅灰。
偏高岭土，具体采用石家庄艾伦矿产品有限公司提供的粒径为10μm的偏高岭土。
木质素纤维，具体采用河南濮阳博源纤维科技有限公司提供的型号为ECOCELL的木质素纤维，直径为5-12μm，长度为6-9mm。
氨基磺酸盐减水剂，具体采用青岛虹厦高分子材料有限公司提供的型号为HSA的氨基磺酸盐减水剂，固含量为30％。
搅拌机，具体采用河南东宸机械设备有限公司提供的型号为JS2000的强制式混凝土搅拌机。
实施例1
抗腐蚀透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)投入玄武岩碎石1500kg，加入水60kg，以23转/分钟的转速搅拌40秒，得到混合料Ⅰ；
(2)向混合料Ⅰ中投入水泥320kg和矿渣微粉30kg，加入水60kg，继续以23转/分钟的转速搅拌30秒，得到混合料Ⅱ；
(3)向混合料Ⅱ中投入木质素纤维5kg、氨基磺酸盐减水剂5kg，继续以23转/分钟的转速搅拌80秒，即得。
实施例2
抗腐蚀透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)投入玄武岩碎石1500kg，加入水60kg，以23转/分钟的转速搅拌40秒，得到混合料Ⅰ；
(2)向混合料Ⅰ中投入水泥320kg和天然沸石30kg，加入水60kg，继续以23转/分钟的转速搅拌30秒，得到混合料Ⅱ；
(3)向混合料Ⅱ中投入木质素纤维5kg、氨基磺酸盐减水剂5kg，继续以23转/分钟的转速搅拌80秒，即得。
实施例3
抗腐蚀透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)投入玄武岩碎石1500kg，加入水60kg，以23转/分钟的转速搅拌40秒，得到混合料Ⅰ；
(2)向混合料Ⅰ中投入水泥320kg和硅灰30kg，加入水60kg，继续以23转/分钟的转速搅拌30秒，得到混合料Ⅱ；
(3)向混合料Ⅱ中投入木质素纤维5kg、氨基磺酸盐减水剂5kg，继续以23转/分钟的转速搅拌80秒，即得。
实施例4
抗腐蚀透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)投入玄武岩碎石1500kg，加入水60kg，以23转/分钟的转速搅拌40秒，得到混合料Ⅰ；
(2)向混合料Ⅰ中投入水泥320kg和偏高岭土30kg，加入水60kg，继续以23转/分钟的转速搅拌30秒，得到混合料Ⅱ；
(3)向混合料Ⅱ中投入木质素纤维5kg、氨基磺酸盐减水剂5kg，继续以23转/分钟的转速搅拌80秒，即得。
实施例5
抗腐蚀透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)投入玄武岩碎石1500kg，加入水60kg，以23转/分钟的转速搅拌40秒，得到混合料Ⅰ；
(2)向混合料Ⅰ中投入水泥320kg和改性天然沸石30kg，加入水60kg，继续以23转/分钟的转速搅拌30秒，得到混合料Ⅱ；
(3)向混合料Ⅱ中投入木质素纤维5kg、氨基磺酸盐减水剂5kg，继续以23转/分钟的转速搅拌80秒，即得。
改性天然沸石的制备过程如下：将天然沸石置于摩尔浓度为2mol/L的NH4Cl溶液中，天然沸石在NH4Cl溶液中的浓度为100g/L，将其在500转/分钟的搅拌条件下于25℃反应24小时，反应液静置12小时后，以5000转/分钟的转速离心6分钟，弃上清液，将固体于60℃干燥8小时，得到改性天然沸石。
实施例6
抗腐蚀透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)投入玄武岩碎石1500kg，加入水60kg，以23转/分钟的转速搅拌40秒，得到混合料Ⅰ；
(2)向混合料Ⅰ中投入水泥320kg和改性天然沸石30kg，加入水60kg，继续以23转/分钟的转速搅拌30秒，得到混合料Ⅱ；
(3)向混合料Ⅱ中投入木质素纤维5kg、氨基磺酸盐减水剂5kg，继续以23转/分钟的转速搅拌80秒，即得。
改性天然沸石的制备过程如下：将天然沸石置于摩尔浓度为2mol/L的NH4Cl溶液中，天然沸石在NH4Cl溶液中的浓度为100g/L，将其在500转/分钟的搅拌条件下于25℃反应24小时，反应液静置12小时后，以5000转/分钟的转速离心6分钟，弃上清液，将固体于60℃干燥8小时，得到改性天然沸石。
木质素纤维使用前进行蒸汽爆破处理，处理温度为200℃，处理压力为2.25MPa，处理时间为3min。
蒸汽爆破机，采用长春恒越电子科技有限公司提供的型号为HYRG的蒸汽爆破机。
实施例7
抗腐蚀透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)投入玄武岩碎石1500kg，加入水60kg，以23转/分钟的转速搅拌40秒，得到混合料Ⅰ；
(2)向混合料Ⅰ中投入水泥320kg和偏高岭土30kg，加入水60kg，继续以23转/分钟的转速搅拌30秒，得到混合料Ⅱ；
(3)向混合料Ⅱ中投入木质素纤维5kg、氨基磺酸盐减水剂5kg，继续以23转/分钟的转速搅拌80秒，即得。
木质素纤维使用前进行蒸汽爆破处理，处理温度为200℃，处理压力为2.25MPa，处理时间为3min。
蒸汽爆破机，采用长春恒越电子科技有限公司提供的型号为HYRG的蒸汽爆破机。
实施例8
优选地，所述矿物掺合料为改性天然沸石和偏高岭土的混合物，其中所述改性天然沸石和偏高岭土的质量比为2:1。
抗腐蚀透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)投入玄武岩碎石1500kg，加入水60kg，以23转/分钟的转速搅拌40秒，得到混合料Ⅰ；
(2)向混合料Ⅰ中投入水泥320kg、改性天然沸石20kg和偏高岭土10kg，加入水60kg，继续以23转/分钟的转速搅拌30秒，得到混合料Ⅱ；
(3)向混合料Ⅱ中投入木质素纤维5kg、氨基磺酸盐减水剂5kg，继续以23转/分钟的转速搅拌80秒，即得。
改性天然沸石的制备过程如下：将天然沸石置于摩尔浓度为2mol/L的NH4Cl溶液中，天然沸石在NH4Cl溶液中的浓度为100g/L，将其在500转/分钟的搅拌条件下于25℃反应24小时，反应液静置12小时后，以5000转/分钟的转速离心6分钟，弃上清液，将固体于60℃干燥8小时，得到改性天然沸石。
木质素纤维使用前进行蒸汽爆破处理，处理温度为200℃，处理压力为2.25MPa，处理时间为3min。
蒸汽爆破机，采用长春恒越电子科技有限公司提供的型号为HYRG的蒸汽爆破机。
将抗腐蚀透水混凝土迅速倒入模具内，在成型压力4MPa、成型时间90秒的工艺条件下，采用静压成型的方式得到尺寸为Φ100×60mm的试样。将试样连同模具放入温度为20℃、相对湿度为95％的养护室中，养护24小时后脱模，然后将试样继续置于温度为20℃、相对湿度为95％的养护室中直至养护龄期满28天(养护龄期从搅拌加水时计算)。对抗腐蚀透水混凝土试样的抗氯离子渗透性能进行测试，测试方法参考文俊强博士学位论文《石灰石粉作混凝土掺合料的性能研究及机理分析》6.4.1抗氯离子渗透性能试验进行，测试仪器采用天津庆达试验仪器公司提供的型号为NEL-PDR的氯离子渗透率快速测定仪。经测试，氯离子扩散系数为4.154×10-12m2/s。
将抗腐蚀透水混凝土迅速倒入模具内，在成型压力4MPa、成型时间90秒的工艺条件下，采用静压成型的方式得到尺寸为100mm×100mm×100mm的试样。将试样连同模具放入温度为20℃、相对湿度为95％的养护室中，养护24小时后脱模，然后将试样继续置于温度为20℃、相对湿度为95％的养护室中直至养护龄期满28天(养护龄期从搅拌加水时计算)。对实施例1-6的抗腐蚀透水混凝土试样的透水性能进行测试，参考JC/T 945-2005进行，测试仪器采用沧州智晟试验仪器厂提供的透水水泥混凝土透水系数试验装置。经测试，透水系数为4.8mm/s。
将抗腐蚀透水混凝土迅速倒入模具内，在成型压力4MPa、成型时间90秒的工艺条件下，采用静压成型的方式得到尺寸为Φ300×100mm的试样。将试样连同模具放入温度为20℃、相对湿度为95％的养护室中，养护24小时后脱模，然后将试样继续置于温度为20℃、相对湿度为95％的养护室中直至养护龄期满28天(养护龄期从搅拌加水时计算)。对抗腐蚀透水混凝土的抗磨性能进行测试，参考SL352-2006《水工混凝土试验规程》抗冲磨试验方法进行，测试方法采用水下钢珠法，测试仪器采用天津昌吉试验仪器科技有限公司提供的型号为HKCM-2的冲磨试验机，采用1200转/分钟的连续冲磨72小时得到的磨损率作为抗磨性能指标。经测试，其磨损率为3.79％。
测试例1
将实施例1-7的抗腐蚀透水混凝土迅速倒入模具内，在成型压力4MPa、成型时间90秒的工艺条件下，采用静压成型的方式得到尺寸为Φ100×60mm的试样。将试样连同模具放入温度为20℃、相对湿度为95％的养护室中，养护24小时后脱模，然后将试样继续置于温度为20℃、相对湿度为95％的养护室中直至养护龄期满28天(养护龄期从搅拌加水时计算)。对实施例1-6的抗腐蚀透水混凝土试样的抗氯离子渗透性能进行测试，测试方法参考文俊强博士学位论文《石灰石粉作混凝土掺合料的性能研究及机理分析》6.4.1抗氯离子渗透性能试验进行，测试仪器采用天津庆达试验仪器公司提供的型号为NEL-PDR的氯离子渗透率快速测定仪。具体测试结果见表1。
表1：抗氯离子渗透性能测试结果表
Figure BDA0003118765980000081
Figure BDA0003118765980000091
测试例2
将实施例1-7的抗腐蚀透水混凝土迅速倒入模具内，在成型压力4MPa、成型时间90秒的工艺条件下，采用静压成型的方式得到尺寸为100mm×100mm×100mm的试样。将试样连同模具放入温度为20℃、相对湿度为95％的养护室中，养护24小时后脱模，然后将试样继续置于温度为20℃、相对湿度为95％的养护室中直至养护龄期满28天(养护龄期从搅拌加水时计算)。对实施例1-6的抗腐蚀透水混凝土试样的透水性能进行测试，参考JC/T 945-2005进行，测试仪器采用沧州智晟试验仪器厂提供的透水水泥混凝土透水系数试验装置。具体测试结果见表1。
表2：透水性能测试结果表
Figure BDA0003118765980000092
测试例3
将实施例1-7的抗腐蚀透水混凝土迅速倒入模具内，在成型压力4MPa、成型时间90秒的工艺条件下，采用静压成型的方式得到尺寸为Φ300×100mm的试样。将试样连同模具放入温度为20℃、相对湿度为95％的养护室中，养护24小时后脱模，然后将试样继续置于温度为20℃、相对湿度为95％的养护室中直至养护龄期满28天(养护龄期从搅拌加水时计算)。对实施例1-6的抗腐蚀透水混凝土试样的抗磨性能进行测试，参考SL352-2006《水工混凝土试验规程》抗冲磨试验方法进行，测试方法采用水下钢珠法，测试仪器采用天津昌吉试验仪器科技有限公司提供的型号为HKCM-2的冲磨试验机，采用1200转/分钟的连续冲磨72小时得到的磨损率作为抗磨性能指标。具体测试结果见表3。
表3：抗磨性能测试结果表
磨损率(％)
实施例1 7.71
实施例2 4.64
实施例3 6.58
实施例4 5.17
实施例5 4.25
实施例6 3.98
实施例7 4.13
从上述数据可知，实施例1-4分别采用矿渣微粉、天然沸石、硅灰、偏高岭土作为矿物掺合料，得到的混凝土抗氯离子渗透性能和抗磨性能优异，这可能是因为矿物掺合料在一定程度上填充了混凝土内部的孔隙，阻止外界腐蚀介质的入侵；实施例5对天然沸石进行改性处理，进一步增强了混凝土的抗腐蚀效果，因为研究表明只有自由氯离子对混凝土的腐蚀起作用，而受到胶凝材料或其他材料约束的结合氯离子对混凝土腐蚀几乎没有贡献，而改性处理后的沸石具有良好的结合氯离子的能力，有效降低自由氯离子的含量，从而达到减轻氯离子腐蚀的效果；实施例6-7对木质素纤维使用前进行蒸汽爆破处理后，纤维表面出现结构贯通孔洞，有利于水的渗透，同时利用改性天然沸石或偏高岭土粉末对混凝土的抗腐蚀作用，提高了混凝土的品质。

Claims (3)

1.抗腐蚀透水混凝土，其特征在于，包括水泥、玄武岩碎石、矿物掺合料、木质素纤维、减水剂和水；
由下述原料制备而成：水泥300-330kg、玄武岩碎石1500-1600kg、矿物掺合料30-40kg、木质素纤维3-6kg、减水剂3-6kg、水120-140kg；
所述矿物掺合料为改性天然沸石或改性天然沸石和偏高岭土的混合物；
改性天然沸石的制备过程如下：将天然沸石置于摩尔浓度为1-2mol/L的NH4Cl溶液中，天然沸石在NH4Cl溶液中的浓度为80-100g/L，将其在500-800转/分钟的搅拌条件下于24-30℃反应18-24小时，反应液室温静置12-16小时后，以5000-8000转/分钟的转速离心5-8分钟，弃上清液，将固体于60-80℃干燥6-8小时，得到改性天然沸石；
其中，对所述木质素纤维进行蒸汽爆破处理，处理温度为180-200℃，处理压力为2-3MPa，处理时间为2-5min。
2.根据权利要求1所述的抗腐蚀透水混凝土，其特征在于，所述减水剂为萘系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂或聚羧酸盐系减水剂。
3.一种制备如权利要求1-2中任一项所述的抗腐蚀透水混凝土的方法，包括以下步骤：(1)投入玄武岩碎石1500-1600kg，加入水60-70kg，以10-100转/分钟的转速搅拌30-50秒，得到混合料Ⅰ；(2)向混合料Ⅰ中投入水泥300-330kg和矿物掺合料30-40kg，加入水60-70kg，继续以10-100转/分钟的转速搅拌30-50秒，得到混合料Ⅱ；(3)向混合料Ⅱ中投入木质素纤维3-6kg、减水剂3-6kg，继续以10-100转/分钟的转速搅拌50秒-80秒，即得。
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