CN113461377B - 一种耐酸性腐蚀的混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混凝土领域，具体涉及一种耐酸性腐蚀的混凝土及其制备方法和应用。本发明公开了一种耐酸性腐蚀的混凝土，由以下质量百分比计的组分组成：抗硫酸盐水泥14％‑15.5％，粉煤灰1.7％‑2.8％，微硅粉0.8％‑1.9％，花岗岩碎石42.5％‑43.6％，花岗岩砂31.1％‑31.6％，减水剂0.3％‑0.4％，水6.7％‑6.9％。使用上述原料制备得到的耐酸性腐蚀的混凝土耐醋酸腐蚀效果优于普通混凝土，质量损失较小，强度损失能减少30％以上，对环境无不良影响，可以达到酿酒车间的特殊要求。

Description

一种耐酸性腐蚀的混凝土及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及混凝土领域，具体涉及一种耐酸性腐蚀的混凝土及其制备方法和应用。
背景技术
混凝土材料作为建筑工程建设的重要材料之一，在实际建设的过程中，其最初被发现是在1824年在英国的波特兰，其最初作为水泥的应用标准开始使用和发明。混凝土材料距离现代化应用总共有百年的历史，其应用范围和应用水平随着建筑行业的创新发展而不断实现发展。自从20世纪以来，全世界建筑工程建设方法和建设模式实现了巨大的创新变革，在中国现代化建筑行业发展过程中，混凝土材料成为我国桥梁、房屋和公路等建筑工程施工建设的重要材料。至今为止，混凝土材料的应用已经成为建筑工程施工建设不可脱离的重要材料，如果远离混凝土材料，那么将会导致整个工程结构无法建设和工程质量无法得到有效保证。可以讲，混凝土材料在建筑行业中的应用是整个世界范围内建筑行业创新变革的重要标志。作为混凝土制备的各种原材料其数量是非常巨大的。我国建筑行业在运用大量混凝土的过程中，混凝土原材料数量近些年来呈现不断上升的趋势，尤其是在现代化和城市化发展的当下，建筑工程规模不断的扩大，混凝土的应用数量已呈现急剧上升的趋势。我国在当前应用混凝土材料的过程中，随着现代化科学技术的发展水平不断提升，混凝土作为建筑行业主要的施工建设材料，其应用具有高强度、高耐久性、抗裂能力和抗剪力等优势性能。但是，就当下发展而言，基于社会经济发展的大趋势，混凝土在实际应用的过程中，绿色的、高性能的混凝土还是当前混凝土应用市场最为受欢迎的一种。
传统的耐酸混凝土一般利用水玻璃加上硬化剂作为胶凝材料，这种混凝凝土耐酸能力较好，但是对周边环境影响较大。有些特定环境要求比较高，例如酒厂酿酒车间为醋酸环境，水玻璃、防腐剂等材料会对酒的品质产生负面影响，因而酒厂酿酒车间环境的混凝土不能使用水玻璃、防腐剂等，急需一种绿色、环保的混凝土以适用于此环境。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种耐酸性腐蚀的混凝土及其制备方法，该混凝土可用于酒厂酿酒车间弱酸性环境，抗裂抗腐蚀。
本发明采用的技术方案如下：
一种耐酸性腐蚀的混凝土，由以下质量百分比计的组分组成：抗硫酸盐水泥14％-15.5％、粉煤灰1.7％-2.8％、微硅粉0.8％-1.9％、花岗岩碎石42.5％-43.6％、花岗岩砂31.1％-31.6％、减水剂0.3％-0.4％、水 6.7％-6.9％。
本发明的一种耐酸性腐蚀的混凝土，所述耐酸性腐蚀的混凝土由以下质量百分比计的组分组成：抗硫酸盐水泥15.3％、粉煤灰1.8％、微硅粉0.9％、花岗岩碎石43.4％、花岗岩砂31.6％、减水剂0.3％、水6.7％。
本发明的一种耐酸性腐蚀的混凝土，所述抗硫酸盐水泥为高抗硫酸盐水泥。
本发明的一种耐酸性腐蚀的混凝土，所述减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂类、脂肪酸系高减水剂类、聚羧酸盐系高效减水剂的至少一种。
本发明的一种耐酸性腐蚀的混凝土，所述粉煤灰为一级粉煤灰，粒径为8-12μm。
本发明的一种耐酸性腐蚀的混凝土，所述微硅粉的平均粒径在 0.16-0.19μm。
本发明的一种耐酸性腐蚀的混凝土，所述花岗岩碎石是由花岗岩经过颚式破壁机或圆锥破壁机粉粹制得，所述花岗岩碎石的粒径为 5-30mm。
本发明的一种耐酸性腐蚀的混凝土，所述花岗岩砂是由花岗岩先经过颚式破壁机或圆锥破壁机粉粹，然后再经过制砂机制得，所述花岗岩砂粒径为0.05-0.25mm。
一种耐酸性腐蚀的混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1：按照上述组分质量百分比，称取水、抗硫酸盐水泥、粉煤灰、花岗岩砂、花岗岩碎石、减水剂、微硅粉；
S2：将S1中称取的抗硫酸盐水泥、粉煤灰、微硅粉、水在搅拌机中混匀得到胶凝材料；
S3：在搅拌机中加入S1中称取的花岗岩碎石和花岗岩砂，搅拌 20-40s；
S4：最后将S1中称取的减水剂加入搅拌机，搅拌30-60s，倒入模具中固化得到该耐酸性腐蚀的混凝土。
一种耐酸性腐蚀的混凝土的应用，所述混凝土为上述的耐酸性腐蚀的混凝土，所述混凝土可用于酒厂酿酒车间或酒厂周围环境。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.使用花岗岩碎石和花岗岩砂代替卵石和天然河沙，用抗硫酸盐水泥代替普通硅酸盐水泥，以及加入了微硅粉，协同作用制备得到的混凝土耐醋酸腐蚀效果好于普通混凝土，质量损失较小，强度损失能减少30％以上。
2.对混凝土原料各组分配比进行优化，控制原料成本的同时保障制备得到的耐酸性腐蚀的混凝土耐醋酸腐蚀的效果；制备得到的混凝土对环境无不良影响，绿色、安全可以达到酿酒车间的特殊要求。
附图说明
图1为四种试块浸泡在1mol/L醋酸溶液中的质量损失试验结果图；
图2为四种试块浸泡在0.1mol/L醋酸溶液中的质量损失试验结果图；
图3为四种试块浸泡在0.01mol/L醋酸溶液中的质量损失试验结果图；
图4为四种试块浸泡在0.001mol/L醋酸溶液中的质量损失试验结果图；
图5为四种试块浸泡在1mol/L醋酸溶液中的强度损失试验结果图；
图6为四种试块浸泡在0.1mol/L醋酸溶液中的强度损失试验结果图；
图7为四种试块浸泡在0.01mol/L醋酸溶液中的强度损失试验结果图；
图8为四种试块浸泡在0.001mol/L醋酸溶液中的强度损失试验结果图；
其中，1号配合比：试块1；2号配合比：试块2；3号配合比：试块3； 4号配合比：试块4。
具体实施方式
为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
制备四种不同配合比的耐酸性腐蚀的混凝土试块，分别为试块1、试块2、试块3、试块4，具体如下：
表1四种试块原料及配合比情况
Figure BDA0003208799270000051
对于抗硫酸盐水泥的选择，本发明对高抗硫酸盐水泥和中抗硫酸盐水泥制备得到的混凝土的强度进行了数据对比，发现使用高抗硫酸盐水泥制备的耐酸混凝土和使用中抗硫酸盐水泥制备的耐酸混凝土在醋酸中浸泡28D后，使用高抗硫酸盐水泥制备的耐酸混凝土强度要高出 12％，所以选择了高抗硫酸盐水泥。
粉煤灰可以与水泥水化产物Ca(OH)2反应形成与C-S-H凝胶具有相似组成和力学性能的产物，而且可以降低毛细孔体积和孔径，提高混凝土强度，并且在浇注大体积混凝土时，用粉煤灰部分代替水泥，可以降低混凝土的水化热，减少温度裂缝的产生。粉煤灰对混凝土的贡献主要表现在三大效应，即火山灰效应、微集料效应和形态效应。制作耐酸性腐蚀的混凝土试块所用的粉煤灰为一级粉煤灰，其粒径为 8-12μm。由于粉煤灰对混凝土品质影响较大，本发明对粉煤灰的选择进行了对比试验，发现粉煤灰为一级粉煤灰即粒径为8-12μm时，制备得到的混凝土强度损失较小，耐酸腐蚀的效果较好。
硅粉具有较强的火山灰活性以及较小的粒径和较大的比表面积，能够在很大程度上改善硬化水泥浆体和混凝土的性能，从而改善硬化水泥浆体的微观结构，提高混凝土强度并改善混凝土性能。通过对比试验发现硅粉的用量以及粒径大小都会对制备的混凝土的性能产生影响，且发现粒径控制在0.16-0.19μm范围内，制备的混凝土强度损失较小，耐酸性腐蚀的效果较好，超出这个范围，耐酸性腐蚀的效果有所下降。
花岗岩碎石是由花岗岩经过颚式破壁机或圆锥破壁机粉粹制得。由于花岗岩材料本身的韧性，经粉粹制得的花岗岩碎石强度也比较高，从而混凝土骨料使用花岗岩碎石，可以提高混凝土的强度。经多次耐酸对比试验发现当花岗岩碎石粒径为5-30mm时，制备得到的混凝土强度损失较小，耐酸性腐蚀的性能较好。
花岗岩砂是由花岗岩先经过颚式破壁机或圆锥破壁机粉粹，然后再经过制砂机制得。由于花岗岩材料本身的韧性，制备得到的花岗岩砂强度也比较高，因而制备得到的混凝土强度性能较好。经多次耐酸对比试验发现当花岗岩砂粒径在0.05-0.25mm范围内，制备得到的混凝土强度损失较小，耐酸性腐蚀的性能较好。
耐酸性腐蚀的混凝土的制备流程如下：
S1：按照上述原料及配合比分别称取水、抗硫酸盐水泥、粉煤灰、花岗岩砂、花岗岩碎石、聚羧酸减水剂、微硅粉、防腐剂；
S2：将S1中称取的抗硫酸盐水泥、粉煤灰、微硅粉、水在搅拌机中混匀得到胶凝材料；
S3：在搅拌机中加入S1中称取的花岗岩碎石和花岗岩砂，搅拌 20-40s；
S4：最后将S1中称取的聚羧酸减水剂、防腐剂加入搅拌机，搅拌30-60s，倒入模具中固化得到该耐酸性腐蚀的混凝土。
实施例2
检测四种试块质量损失和强度损失情况
普通混凝土没有耐酸性检测的相关标准规范，本方案借鉴国标 GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》和 GB50212-2014《建筑防腐蚀工程施工规范》中抗渗氯离子和抗硫酸盐侵蚀试验方法，对实施例1制得的四种耐酸性腐蚀的混凝土试块进行检测。
1.配制4中不同浓度的醋酸溶液作为实验溶液，具体如下：
表2四种不同浓度的醋酸溶液
醋酸浓度 pH 值
溶液1 1mol/L 2.38
溶液2 0.1mol/L 2.88
溶液3 0.01mol/L 3.38
溶液4 0.001mol/L 3.88
2.试验方法：
对实施例1制得的四种耐酸性腐蚀的混凝土试块进行标准养护26 天后，在48小时内烘干并冷却到室温，然后分别放入上述四种醋酸溶液中浸泡7d、14d、21d、28d，依次类推，共浸泡63d，保持浸泡温度为20-25℃。以7d为一个循环，测试各组试块的质量损失情况，并用裂缝观察仪观察试块表面变化，是否有裂纹、起鼓、发酥和掉角等现象；28d和63d检测混凝土强度损失情况。
当醋酸溶液浓度为1mol/L时，四种试块的质量损失情况及强度损失情况见表3，质量损失情况随时间变化的折线图见图1，强度损失情况随时间变化的折线图见图5。
当醋酸溶液浓度为0.1mol/L时，四种试块的质量损失情况及强度损失情况见表4，质量损失情况随时间变化的折线图见图2，强度损失情况随时间变化的折线图见图6。
当醋酸溶液浓度为0.01mol/L时，四种试块的质量损失情况及强度损失情况见表5，质量损失情况随时间变化的折线图见图3，强度损失情况随时间变化的折线图见图7。
当醋酸溶液浓度为0.001mol/L时，四种试块的质量损失情况及强度损失情况见表6，质量损失情况随时间变化的折线图见图4，强度损失情况随时间变化的折线图见图8。
表3四种试块浸泡在pH 为2.38的醋酸溶液中的质量损失和强度损失情况
Figure BDA0003208799270000091
表4四种试块浸泡在pH 为2.88的醋酸溶液中的质量损失和强度损失情况
Figure BDA0003208799270000101
表5四种试块浸泡在pH 为3.38的醋酸溶液中的质量损失和强度损失情况
Figure BDA0003208799270000111
表6四种试块浸泡在pH 为3.88的醋酸溶液中的质量损失和强度损失情况
Figure BDA0003208799270000121
实施例3
按照表7原料及配合比制备普通混凝土试块。
表7普通混凝土试块原料及配比情况
Figure BDA0003208799270000131
制备普通混凝土试块的步骤如下：
S1：按照上述原料及配合比分别称取水、P.O425水泥、粉煤灰、天然河砂、卵石碎石、聚羧酸减水剂、微硅粉、防腐剂；
S2：将S1中称取的P.O425水泥、粉煤灰、微硅粉、水在搅拌机中混匀得到胶凝材料；
S3：在搅拌机中加入S1中称取的卵石碎石和天然河砂，搅拌 20-40s；
S4：最后将S1中称取的聚羧酸减水剂、防腐剂加入搅拌机，搅拌 30-60s，倒入模具中固化得到该耐酸性腐蚀的混凝土。
将试块1与普通混凝土试块浸泡在1mol/L醋酸溶液中，分别测得初始、28d、90d的质量损失和强度损失情况，如下表所示：
表8试块1与普通混凝土试块在1mol/L醋酸溶液中对比实验
Figure BDA0003208799270000141
混凝土合格评价指标：混凝土抗压强度耐蚀系数达到75％可视为混凝土耐酸性能满足要求(注：混凝土抗冻性及抗硫酸盐浸蚀性能皆以强度损失率不超过25％作为评判依据)，质量损失率不超过5％。且混凝土表面不出现裂纹、起鼓、发酥和掉角等现象。
根据实施例1-3可以分析出如下结论：
1.对比实施例1-2中质量损失和强度损失数据，以及考虑到原料成本问题，试块1作为优选实施例。
2.第一阶段试验(养护26D+醋酸浸泡28D)，根据数据分析，可以得出四种配合比试块在1mol/L的醋酸溶液中浸泡28天后强度损失都在25％以内，质量损失都在5％以内，试块2加了防腐剂作用并不明显，说明在原料中加入防腐剂对混凝土耐酸性腐蚀没有作用，其他浓度醋酸溶液中四种配合比质量损失都在1％以内，部分还有质量增加的情况；强度损失情况不明显，根据结果可以判定对强度损失无不良影响。
3.第二阶段试验(各种浓度醋酸浸泡35D，总共浸泡时间63天，超过2个月)可以得出四种配合比在1mol/L的醋酸溶液中浸泡28天后强度损失都未超过25％，质量损失也在5％以内。其他浓度的质量变化很小，强度有所增长，符合预期设计。
4.实施例3对比试验可以说明本发明制备得到的耐酸性腐蚀的混凝土耐醋酸腐蚀效果好于普通混凝土，质量损失较小，强度损失能减少 30％以上。
本领域技术人员在考虑说明书及实践公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种耐酸性腐蚀的混凝土，其特征在于，由以下质量百分比计的组分组成：抗硫酸盐水泥14％-15.5％，粉煤灰1.7％-2.8％，微硅粉0.8％-1.9％，花岗岩碎石42.5％-43.6％，花岗岩砂31.1％-31.6％，减水剂0.3％-0.4％，水6.7％-6.9％。
2.如权利要求1所述的一种耐酸性腐蚀的混凝土，其特征在于，所述耐酸性腐蚀的混凝土由以下质量百分比计的组分组成：抗硫酸盐水泥15.3％、粉煤灰1.8％、微硅粉0.9％、花岗岩碎石43.4％、花岗岩砂31.6％、减水剂0.3％、水6.7％。
3.如权利要求1或2所述的一种耐酸性腐蚀的混凝土，其特征在于，所述抗硫酸盐水泥为高抗硫酸盐水泥。
4.如权利要求3所述的一种耐酸性腐蚀的混凝土，其特征在于，所述减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂类、脂肪酸系高减水剂类、聚羧酸盐系高效减水剂的至少一种。
5.如权利要求4所述的一种耐酸性腐蚀的混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为一级粉煤灰，粒径为8-12μm。
6.如权利要求5所述的一种耐酸性腐蚀的混凝土，其特征在于，所述微硅粉的平均粒径在0.16-0.19μm。
7.如权利要求6所述的一种耐酸性腐蚀的混凝土，其特征在于，所述花岗岩碎石是由花岗岩经过颚式破壁机或圆锥破壁机粉粹制得，所述花岗岩碎石的粒径为5-30mm。
8.如权利要求7所述的一种耐酸性腐蚀的混凝土，其特征在于，所述花岗岩砂是由花岗岩先经过颚式破壁机或圆锥破壁机粉粹，然后再经过制砂机制得，所述花岗岩砂粒径为0.05-0.25mm。
9.一种耐酸性腐蚀的混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按照权利要求1-8任一项所述的组分质量百分比，称取水、抗硫酸盐水泥、粉煤灰、花岗岩砂、花岗岩碎石、减水剂、微硅粉；
S2：将S1中称取的抗硫酸盐水泥、粉煤灰、微硅粉、水在搅拌机中混匀得到胶凝材料；
S3：在搅拌机中加入S1中称取的花岗岩碎石和花岗岩砂，搅拌20-40s；
S4：最后将S1中称取的减水剂加入搅拌机，搅拌30-60s，倒入模具中固化得到该耐酸性腐蚀的混凝土。
10.一种耐酸性腐蚀的混凝土的应用，其特征在于，所述混凝土为权利要求1-8任一项所述的耐酸性腐蚀的混凝土，所述混凝土可用于酒厂酿酒车间或酒厂周围环境。
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