CN113354307B

CN113354307B - 一种应用于水工混凝土的复合掺合料及其制备方法

Info

Publication number: CN113354307B
Application number: CN202110693270.5A
Authority: CN
Inventors: 廖明儒
Original assignee: Xiamen Haoyou Building Materials Co ltd
Current assignee: Tianjin Jinshengyuan Special Building Materials Co ltd
Priority date: 2021-06-22
Filing date: 2021-06-22
Publication date: 2022-09-09
Anticipated expiration: 2041-06-22
Also published as: CN113354307A

Abstract

本发明公开了一种应用于水工混凝土的复合掺合料及其制备方法，以质量百分数计，该应用于水工混凝土的复合掺合料由如下原料制成：矿粉40～50％，锰渣粉30～40％，硅灰10～15％，磷石膏粉5～10％，水化热抑制组分1～3％，阻锈组分0.5～2％；水化热抑制组分为柠檬酸钠、氟硅酸钠、硼酸中任意一种或几种的混合物。本发明通过特定原料和比例制备成的复合掺合料，将其应用于水工混凝土中，取代水泥基材料中的部分胶凝材料，不仅可降低混凝土早期水化热，降低混凝土里表温差，减少温度收缩裂缝，而且还可以使混凝土密实性提高，阻断氯离子等有害离子的侵蚀通道，并在钢筋表面形成保护膜，有效的防止钢筋锈蚀，使水工混凝土能够同时具有水化热抑制和阻锈的效果。

Description

一种应用于水工混凝土的复合掺合料及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土添加剂技术领域，特别是一种应用于水工混凝土的复合掺合料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着我国经济的飞速发展以及海洋资源的开发，越来越多的港口码头、跨海大桥以及濒海建筑物等拔地而起，同时对建筑物的基础有了更高的要求，这类建筑的基础大多属于大体积钢筋混凝土结构，大体积混凝土面临最大的问题是混凝土由于胶凝材料水化热过高而产生温度收缩裂缝，从而影响结构的耐久性。相比于普通钢筋混凝土结构来说，用于水利工程中的大体积混凝土一方面要面临温度收缩裂缝的问题，另一方面，沿海港口通常含有大量氯盐，在水渗透条件下对钢筋混凝土及钢筋具有严重侵蚀作用，使钢筋混凝土结构遭到严重破坏，从而影响其使用寿命。因此，水利工程用混凝土温度裂缝控制和抗腐蚀性尤为重要。

传统的防止混凝土温度裂缝产生的主要方法是预埋冷却水管。专利CN201822001503.7公布了一种混凝土双蛇形冷却水管并行布置系统，包括铺设在混凝土内的两根冷却水管，两根冷却水管呈蛇形布置形成若干个交替排列的凸起结构和凹陷结构，两根冷却水管相互嵌套在一起，一根冷却水管凸起结构依次插入对应的另一根冷却水管凸起结构内，两根冷却水管进水口和出水口均分别位于混凝土的两端，且混凝土的一端设有一根冷却水管的进水口和另一根冷却水管的出水口。该新型混凝土双蛇形冷却水管并行布置系统，在通水过程中无需改变水流方向，使各部位混凝土温降幅度更为均匀，有效减小混凝土各部位温差及温度应力，降低发生温度裂缝风险。但是该冷却系统布置需要耗费大量的人力和物力，造价高，且影响施工工期，给实际生产带来很大不便。

传统的防止钢筋混凝土锈蚀的主要方法在混凝土表面涂覆防锈材料。专利CN104058684A公开了一种由活性组分、反应助剂、反应促进剂、骨架材料和水泥制成的水泥基渗透结晶涂料。该涂料涂覆在混凝土表面后，通过化学转换反应在钢纤维混凝土内部孔隙和裂隙中生成不溶性的枝蔓状结晶体，堵塞内部孔隙，封闭毛细孔通道，从而使混凝土能够防止各种化学侵蚀物质的侵入，达到防锈防腐的目的。但是这种防锈涂料的作用受制于涂料的渗透性能和混凝土的状态，而且需要大面积涂覆，浪费人力，工期较长。其次，由于浇筑混凝土之前，钢筋已经暴露在空气中的时间较长，大量的锈蚀已经发生，此时涂覆型防锈材料未能取得预期阻锈效果。

针对水利工程中的大体积混凝土，现有技术中并未提出有效的解决方案能够同时解决水化热控制和防锈的问题，故需要提出一种新的解决方案用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种应用于水工混凝土的复合掺合料及其制备方法，用于解决针对水利工程中的大体积混凝土现有技术并不能同时解决水化热控制和防锈的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供第一解决方案：提供了一种应用于水工混凝土的复合掺合料，以质量百分数计，应用于水工混凝土的复合掺合料由如下原料制成：矿粉40～50％，锰渣粉30～40％，硅灰10～15％，磷石膏粉5～10％，水化热抑制组分1～3％，阻锈组分0.5～2％。

优选的，水化热抑制组分为柠檬酸钠、氟硅酸钠、硼酸中任意一种或几种的混合物。

优选的，阻锈组分包括二乙醇单异丙醇胺，以及单氟磷酸钠、碳酸钠、葡萄糖酸钠、氧化锌、1,4丁炔二醇中任意一种或几种的混合物。

优选的，矿粉由水淬高炉矿渣经干燥、粉磨后制成，其比表面积为300～500m²/kg。

优选的，锰渣粉的比表面积为300～500m²/kg。

优选的，硅灰的比表面积为800～1000m²/kg。

为解决上述技术问题，本发明提供第二解决方案：提供了一种应用于水工混凝土的复合掺合料的制备方法，该方法用于制备前述第一解决方案中应用于水工混凝土的复合掺合料，具体步骤包括：按配比取矿粉、锰渣粉、磷石膏粉、硅灰后，搅拌预混1～2min，得到第一混合料；按配比取水化热抑制组分和阻锈组分后，搅拌预混2～3min，得到第二混合料；按配比将第二混合料加入第一混合料中，搅拌均匀后得到应用于水工混凝土的复合掺合料。

其中，采用应用于水工混凝土的复合掺合料的制备方法制备得到应用于水工混凝土的复合掺合料后，应用于水工混凝土的复合掺合料取代水泥基材中的胶凝材料应用于水工混凝土，其取代胶凝材料的质量占比为35～45％。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了一种应用于水工混凝土的复合掺合料及其制备方法，通过特定原料和比例制备成的复合掺合料，将其应用于水工混凝土中，取代水泥基材料中的部分胶凝材料，不仅可降低混凝土早期水化热，降低混凝土里表温差，减少温度收缩裂缝，而且还可以使混凝土密实性提高，阻断氯离子等有害离子的侵蚀通道，并在钢筋表面形成保护膜，有效的防止钢筋锈蚀，使水工混凝土能够同时具有水化热抑制和阻锈的效果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

对于本发明提供的第一解决方案，提供了一种应用于水工混凝土的复合掺合料，以质量百分数计，该应用于水工混凝土的复合掺合料由如下原料制成：矿粉40～50％，锰渣粉30～40％，硅灰10～15％，磷石膏粉5～10％，水化热抑制组分1～3％，阻锈组分0.5～2％。下面对上述应用于水工混凝土的复合掺合料各组分进行详细描述。

本实施方式中，水化热抑制组分优选为柠檬酸钠、氟硅酸钠、硼酸中任意一种或几种的混合物；阻锈组分包括二乙醇单异丙醇胺，以及单氟磷酸钠、碳酸钠、葡萄糖酸钠、氧化锌、1,4丁炔二醇中任意一种或几种的混合物。

本实施方式中，矿粉由水淬高炉矿渣经干燥、粉磨后制成，其比表面积为300～500m²/kg，该矿粉符合标准GB/T18046-2017中S95级矿粉标准。

本实施方式中，锰渣粉的比表面积为300～500m²/kg，并且所选取锰渣粉具有一定的反应活性，从而可以减少混凝土中单方水泥的用量。

本实施方式中，硅灰的比表面积为800～1000m²/kg，磷石膏粉符合GB/T23456-2018三级品的要求。

为解决上述技术问题，本发明提供第二解决方案：提供了一种应用于水工混凝土的复合掺合料的制备方法，该方法用于制备前述第一解决方案中应用于水工混凝土的复合掺合料，具体步骤如下：

按配比取矿粉、锰渣粉、磷石膏粉、硅灰后，搅拌预混1～2min，得到第一混合料；按配比取水化热抑制组分和阻锈组分后，搅拌预混2～3min，得到第二混合料；按配比将第二混合料加入第一混合料中，搅拌均匀后得到应用于水工混凝土的复合掺合料。

此外，在得到应用于水工混凝土的复合掺合料后，将复合掺合料取代水泥基材中的胶凝材料应用于水工混凝土，从而使水工混凝土同时具有水化热抑制和阻锈的效果；其中，上述复合掺合料取代胶凝材料的质量占比为35～45％，进一步优选的质量占比为40％，可根据实际需求进行适应性调节，在此不做限定。

具体地，对本发明中应用于水工混凝土的复合掺合料的作用机理和优势进行阐述：

1)该复合掺合料中引入水化热抑制组分，能够明显抑制水泥水化早期的反应速率，降低混凝土早期水化热，进而降低混凝土里表温差，减少因温度收缩而产生的裂缝。

2)该复合掺合料中引入阻锈组分能够发挥较好的阻锈效果，具体体现在以下几个方面：首先，本发明提供的阻锈组分包括二乙醇单异丙醇胺，以及单氟磷酸钠、碳酸钠、葡萄糖酸钠、氧化锌、1,4丁炔二醇中任意一种或几种的混合物，这些物质能够自主或协同在钢筋阳极(或阴极)表面形成一层钝化膜，通过抑制钢筋阳极(或阴极)区铁基体失去电子或减缓其失去电子速度，来减缓钢筋锈蚀的进度，达到阻锈效果。其次，葡萄糖酸钠里面含有羧酸根(-COO^-)和羟基(-OH)，二乙醇单异丙醇胺中含有胺基，其中-COO^-和-OH属于硬碱，而二乙醇单异丙醇胺中的胺基属于软碱，根据软硬酸碱理论，钢筋本体(阳极区)是软酸，二乙醇单异丙醇胺中的胺基易吸附在其表面形成保护膜，而钢筋钝化膜以及其溶解的金属离子(阴极区)是硬酸，-COO^-和-OH易吸附其表面对钢筋形成保护。因此，所述阻锈组分能同时吸附在阴极区和阳极区，使钢筋表面形成一层钝化膜，阻碍有害离子的侵入从而抑制钢筋锈蚀的发展。

3)该复合掺合料中引入硅灰，由于其比表面积大，可以堵塞混凝土内部结构毛细孔，提高混凝土密实性，阻断氯离子等有害离子的侵蚀通道。

下面通过具体实施例对上述应用于水工混凝土的复合掺合料的应用效果进行详细阐述。

实施例1

本实施例中，以质量百分数计，称取如下原料：矿粉45％，锰渣粉35％，磷石膏粉3.9％，硅灰15％，柠檬酸钠0.95％，二乙醇单异丙醇胺0.05％，单氟磷酸钠0.05％，葡萄糖酸钠0.05％；其中，柠檬酸钠为水化热抑制组分，二乙醇单异丙醇胺、单氟磷酸钠和葡萄糖酸钠的混合物为阻锈组分。

将矿粉、锰渣粉、磷石膏粉、硅灰搅拌预混1min，得到第一混合料；将事先配好的水化热抑制组分和阻锈组分进行搅拌预混2min，得到第二混合料；将第二混合料加入第一混合料中，搅拌均匀后得到应用于水工混凝土的复合掺合料。

实施例2

本实施例中，以质量百分数计，称取如下原料：矿粉45％，锰渣粉35％，磷石膏粉3％，硅灰13.95％，柠檬酸钠1.0％，氟硅酸钠1.90％，二乙醇单异丙醇胺0.05％，单氟磷酸钠0.05％，葡萄糖酸钠0.05％；其中，柠檬酸钠和氟硅酸钠为水化热抑制组分，二乙醇单异丙醇胺、单氟磷酸钠和葡萄糖酸钠的混合物为阻锈组分。

将矿粉、锰渣粉、磷石膏粉、硅灰搅拌预混2min，得到第一混合料；将事先配好的水化热抑制组分和阻锈组分进行搅拌预混2min，得到第二混合料；将第二混合料加入第一混合料中，搅拌均匀后得到应用于水工混凝土的复合掺合料。

实施例3

本实施例中，以质量百分数计，称取如下原料：矿粉50％，锰渣粉30％，磷石膏粉5％，硅灰10.95％，柠檬酸钠1.0％，氟硅酸钠1.90％，二乙醇单异丙醇胺0.05％，单氟磷酸钠0.05％，碳酸钠2％，葡萄糖酸钠0.05％；其中，柠檬酸钠和氟硅酸钠为水化热抑制组分，二乙醇单异丙醇胺、单氟磷酸钠、碳酸钠和葡萄糖酸钠的混合物为阻锈组分。

将矿粉、锰渣粉、磷石膏粉、硅灰搅拌预混2min，得到第一混合料；将事先配好的水化热抑制组分和阻锈组分进行搅拌预混3min，得到第二混合料；将第二混合料加入第一混合料中，搅拌均匀后得到应用于水工混凝土的复合掺合料。

实施例4

本实施例中，以质量百分数计，称取如下原料：矿粉50％，锰渣粉30％，磷石膏粉5％，硅灰13.4％，硼酸1.4％，1,4丁炔二醇0.05％，氧化锌0.05％，二乙醇单异丙醇胺0.05％，葡萄糖酸钠0.05％；其中，硼酸为水化热抑制组分，1,4丁炔二醇、氧化锌、二乙醇单异丙醇胺和葡萄糖酸钠的混合物为阻锈组分。

将矿粉、锰渣粉、磷石膏粉、硅灰搅拌预混1min，得到第一混合料；将事先配好的水化热抑制组分和阻锈组分进行搅拌预混3min，得到第二混合料；将第二混合料加入第一混合料中，搅拌均匀后得到应用于水工混凝土的复合掺合料。

根据表1所示混凝土配合比配制混凝土，设置未加复合掺合料的样品作为基准组，将实施例1～4所配制的复合掺合料取代40％水泥依次作为实验组1～4，进行混凝土各项性能指标检测。其中，混凝土绝热温升测试按照DL/T 5150-2001《水工混凝土试验规程》中的规定进行，测试结果如表2所示；混凝土拌合物性能测试、混凝土抗压强度测试分别按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准检测》和GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中的规定执行，测试结果如表3所示；钢筋锈蚀面积百分率测试按按照JT/T 537-2018《钢筋混凝土阻锈剂》中的规定执行，测试结果如表4所示。

表1混凝土配合比

请查阅表2，表2为混凝土绝热温升测试，该试验结果表明：基准组混凝土7d绝热温升为44.5℃，实验组1混凝土7d绝热温升为41.3℃，实验组2混凝土7d绝热温升为37.9℃，实验组3混凝土7d绝热温升为39.5℃，实验组4混凝土7d绝热温升为42.9℃；相比于基准组，实验组1～4混凝土7d绝热温升分别降低3.2℃、6.6℃、5.0℃和1.6摄氏度，这说明本发明提供的水化热抑制抑制兼阻锈型掺合料能显著降低水泥早期水化热，进而降低混凝土早期绝热温升，使混凝土里面温差降低，从而降低温度裂缝出现的风险。

表2混凝土绝热温升测试

请查阅表3，表3为混凝土拌合物性能和抗压强度测试，该试验结果表明：基准组混凝土出机混凝土坍落度为225mm，1h坍落度为210mm，坍落度损失为15mm/h，实验组1～4混凝土出机坍落度与基准组相当，且混凝土1h坍落度损失在5～10mm范围内，拌合物性能略优于基准组；基准组混凝土28d抗压强度为45.6MPa，实验组1混凝土28d抗压强度为45.6MPa，实验组2混凝土28d抗压强度为47.0MPa，实验组3混凝土28d抗压强度为44.4MPa，实验组4混凝土28d抗压强度为45.9MPa；由此可得，应用于水工混凝土的复合掺合料取代基准混凝土40％水泥用量后，混凝土28d抗压强度与基准组混凝土抗压强度相当，其中实验组2、实验组4混凝土抗压强度高于基准组，具有较好的抗压强度。

表3混凝土拌合物性能和抗压强度测试

请查阅表4，表4为钢筋锈蚀程度测试，该试验结果表明：经过四个浸烘循环后，基准组试快钢筋锈蚀面积为43.8％，实验组1～4试块钢筋锈蚀面积分别为1.3％、1.8％、2.1％和1.0％，通过对钢筋锈蚀面积百分率的计算，对比基准组钢筋锈蚀面积百分率，发现实验组1～4试块在盐水浸烘环境中钢筋锈蚀面积百分率减少95％以上，阻锈效果明显。

表4钢筋锈蚀程度测试

综上所述，从上述测试结果可以看出，本发明中应用于水工混凝土的复合掺合料取代水泥基材中的部分胶凝材料，不仅能够降低混凝土早期水化热，减少温度收缩所产生的裂缝，还能够有效防止钢筋锈蚀，对水工混凝土具有很好的应用效果。

区别于现有技术的情况，本发明提供了一种应用于水工混凝土的复合掺合料及其制备方法，通过特定原料和比例制备成的复合掺合料，将其应用于水工混凝土中，取代水泥基材料中的部分胶凝材料，不仅可降低混凝土早期水化热，降低混凝土里表温差，减少温度收缩裂缝，而且还可以使混凝土密实性提高，阻断氯离子等有害离子的侵蚀通道，并在钢筋表面形成保护膜，有效的防止钢筋锈蚀，使水工混凝土能够同时具有水化热抑制和阻锈的效果。

需要说明的是，以上各实施例均属于同一发明构思，各实施例的描述各有侧重，在个别实施例中描述未详尽之处，可参考其他实施例中的描述。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种应用于水工混凝土的复合掺合料，其特征在于，以质量百分数计，所述应用于水工混凝土的复合掺合料由如下原料制成：矿粉40～50％，锰渣粉30～40％，硅灰10～15％，磷石膏粉5～10％，水化热抑制组分1～3％，阻锈组分0.5～2％；

所述水化热抑制组分为柠檬酸钠、氟硅酸钠、硼酸中任意一种或几种的混合物；

所述阻锈组分包括二乙醇单异丙醇胺，以及单氟磷酸钠、碳酸钠、葡萄糖酸钠、氧化锌、1,4丁炔二醇中任意一种或几种的混合物；

所述矿粉由水淬高炉矿渣经干燥、粉磨后制成，其比表面积为300～500m²/kg；

所述锰渣粉的比表面积为300～500m²/kg；

所述硅灰的比表面积为800～1000m²/kg。

2.一种如权利要求1中所述应用于水工混凝土的复合掺合料的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：

按配比取矿粉、锰渣粉、磷石膏粉、硅灰后，搅拌预混1～2min，得到第一混合料；

按配比取水化热抑制组分和阻锈组分后，搅拌预混2～3min，得到第二混合料；

按配比将所述第二混合料加入所述第一混合料中，搅拌均匀后得到所述应用于水工混凝土的复合掺合料。

3.一种如权利要求1中所述应用于水工混凝土的复合掺合料的应用方法，其特征在于，采用应用于水工混凝土的复合掺合料的制备方法制备得到所述应用于水工混凝土的复合掺合料后，所述应用于水工混凝土的复合掺合料取代水泥基材中的胶凝材料应用于水工混凝土，其取代胶凝材料的质量占比为35～45％。