CN113501685B - 一种抗硫酸盐、氯盐腐蚀的再生混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗硫酸盐、氯盐腐蚀的再生混凝土及其制备方法，属于混凝土技术领域，抗硫酸盐、氯盐腐蚀的再生混凝土包括以下按重量份数添加的原料：水泥310‑330份，砂660‑700份，骨料960‑1000份，矿物掺合料240‑260份，减水剂5‑7份，水160‑180份，钢纤维32‑42份，钡类化合物8‑15份，复合阻锈剂22.5‑31.5份。达到提高混凝土抗腐蚀性能的效果。

Description

一种抗硫酸盐、氯盐腐蚀的再生混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土领域，尤其是涉及一种抗硫酸盐、氯盐腐蚀的再生混凝土及其制备方法。

背景技术

随着我国经济的增长以及各水上项目的实施建设，水泥和混凝土用量逐年上升。

混凝土长期暴露在自然环境中易受到大气和雨水中离子的腐蚀，如混凝土的硫酸盐腐蚀和氯盐腐蚀是自然界中比较常见的现象，腐蚀后的混凝土会出现内部膨胀开裂或表面逐层剥落等现象。混凝土硫酸盐腐蚀的主要机理是硫酸根离子扩散到混凝土内部，与混凝土水化产物发生反应，产生膨胀性的腐蚀产物石膏、钙矾石等，当产生的膨胀应力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土产生微裂纹，出现强度损失和表面剥落现象，最终导致混凝土失效。氯离子对混凝土的侵蚀主要是对钢筋的侵蚀，环境中的氯离子通过扩散、毛细孔和渗透进入混凝土内部，部分氯离子被水泥中的3CaO·Al₂O₃凝胶吸附，其他游离的氯离子到达钢筋表面，当浓度达到一定程度后，钢筋表面的钝化膜因发生电化学反应而被破坏，混凝土结构中的钢筋锈蚀后，钢筋体积将膨胀2-4倍，外层混凝土最先达到极限拉应力而破坏，由于氧和水分的供应变得更加容易，从而加速钢筋的锈蚀，使裂缝进一步扩大甚至脱落。

硫酸盐和氯盐腐蚀混凝土严重影响混凝土的耐久性，导致建筑工程没有达到预期寿命而需要大范围维修，不仅造成严重的经济损失，而且降低了建筑的安全性，造成了社会资源的浪费。

发明内容

针对现有混凝土易被腐蚀的问题，本发明的目的一是提供一种抗硫酸盐、氯盐腐蚀的再生混凝土，得到混凝土能有效抵抗腐蚀的效果。

上述发明的目的是通过以下技术方案得到的：

一种抗硫酸盐、氯盐腐蚀的再生混凝土，包括以下按重量份数添加的原料：水泥310-330份，砂660-700份，骨料960-1000份，矿物掺合料240-260份，减水剂5-7份，水160-180份，钢纤维32-42份，钡类化合物8-15份，复合阻锈剂22.5-31.5份。

通过采用上述技术方案，钢纤维直径较小，在混凝土中掺入钢纤维，使得混凝土内的缝隙更小，使混凝土更加致密，环境中的腐蚀介质不易侵入到混凝土内部；钢纤维的掺入不仅可以有效提高混凝土的抗折强度，对混凝土抗压强度也有所提高。混凝土不仅受硫酸盐的侵蚀，也受到氯盐的侵蚀，混凝土结构本身具有多孔隙的特点，Cl^-、H₂O和O₂会侵入到混凝土内部孔隙中而引发钢筋的锈蚀，并且混凝土中添加钢纤维后，钢纤维也易发生锈蚀，复合阻锈剂在钢筋和钢纤维表面形成保护膜，阻止钢筋和钢纤维的进一步锈蚀，提高混凝土的抗氯盐锈蚀性能，并且形成的保护膜可以填充钢纤维和混凝土之间的缝隙，使得混凝土更加密实，提高混凝土的抗折强度，提高混凝土的耐久性。

在混凝土中掺入钡类化合物，使得硫酸根离子扩散到混凝土内部时，与混凝土中的钡类化合物生成惰性稳定的次生重晶石，从而使得硫酸根离子去离子化的同时也失去了腐蚀性能，同时次生的重晶石在混凝土表层又形成了一个稳定的矿物无机保护膜，阻止了外界腐蚀离子进一步与混凝土发生反应，提高了混凝土的抗渗性和抗腐蚀性；钢纤维和钡类化合物的配合使用，可以达到协同增效的效果，当混凝土表层的矿物无机保护膜被破坏时，通过钢纤维增加混凝土的抗拉强度，阻止腐蚀产物石膏、钙矾石的进一步膨胀，进而提高混凝土的稳定性，延长混凝土的使用寿命。

通过将钢纤维、钡类化合物和复合型阻锈剂按一定比例添加在混凝土中，可有效的提高混凝土的抗压强度和抗氯盐腐蚀性能，可以延长混凝土使用寿命，减少维修次数，节约成本。

本发明进一步设置为，所述钢纤维、钡类化合物的重量比为(3.0-3.2)：1。

通过采用上述技术方案，将钢纤维与钡类化合物同时添加在混凝土中，可以提高混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能，且通过调节钢纤维与钡类化合物添加量的比值，可以使混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能更优，使混凝土使用寿命更长。

本发明进一步设置为，所述复合阻锈剂包括氨甲基丙醇，硅酸钠和表面活性剂，其中氨甲基丙醇、硅酸钠和表面活性剂的重量比为(4-6)：1：(1.2-1.8)。

通过采用上述技术方案，添加硅酸钠一方面可以提高混凝土碱度，另一方面在混凝土孔隙中可以和混凝土的水化产物氢氧化钙反应产生一种带正电荷的胶粒，在钢筋(或钢纤维)阳极腐蚀反应发生之后，也可以和阳极腐蚀反应产生的Fe²⁺在阴极区结合生成一层沉淀膜，这两种作用都可以使钢筋(或钢纤维)再钝化，对腐蚀的阴极电化学过程的氧扩散产生阻挡作用，从而抑制整个腐蚀反应；氨甲基丙醇分子中含有(-NH₂)和(-OH)，可以和钢筋(或钢纤维)表面的钝化膜配位得到稳定的配位化合物，因而醇胺化合物分子能够牢固地吸附于钢筋(或钢纤维)表面的钝化膜上形成保护膜；采用氨甲基丙醇、硅酸钠和表面活性剂复配出的复合阻锈剂，可以起到协同增效的作用，当混凝土中钢筋(或钢纤维)钝化膜没有被破坏时，主要是氨甲基丙醇起到缓蚀作用，当混凝土中钢筋钝化膜产生破坏时，硅酸钠作为修复组分可以使破坏处的钢筋表面再钝化，在此基础上表面活性剂还可以避免挥发性组分双向扩散，增强混凝土的密实性，因此复合阻锈剂可以达到较佳缓蚀效果，延长混凝土的使用寿命，减少维修次数，节约成本。

此外复合阻锈剂不仅具有阻锈缓释效果，还可以提高混凝土的抗压强度，相比于传统的亚硝酸盐类钢筋阻锈剂，复合阻锈剂对环境更加友好，有更广的应用前景。

本发明进一步设置为，按重量份计，所述矿物掺合料包括矿渣和粉煤灰，矿渣和粉煤灰的重量比为(1.5-2.5)：1。

通过采用上述技术方案，掺矿渣的混凝土收缩大，容易造成泌水，粉煤灰能充填于矿渣颗粒、水泥颗粒之间，使矿渣、水泥颗粒“解絮”扩散，增加了混凝土粘性和浇筑密实性，使混凝土初始结构致密化，减少了混凝土中的孔隙，特别是填塞了浆体中的毛细孔，能有效地提高混凝土的耐腐蚀性，并且还可以提高混凝土的抗压强度；钢纤维与水泥之间的粘结性较差，在混凝土中添加矿渣和粉煤灰，使矿渣、粉煤灰与钢纤维粘结成整体，可以改善钢纤维和水泥的粘结，有效阻止混凝土裂缝的扩大。

本发明进一步设置为，所述矿渣和粉煤灰的重量比为(1.8-2.1)：1。

通过采用上述技术方案，矿渣与粉煤灰混合后可以改善混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能，调节矿渣和粉煤灰的重量比为(1.8-2.1)：1时，可以提高混凝土的抗压强度和抗硫酸盐腐蚀性能，使混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能更优。

本发明进一步设置为，所述减水剂为聚羧酸系减水剂。

通过采用上述技术方案，聚羧酸系减水剂的憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，而亲水基团指向水溶液，构成单分子或多分子层吸附膜，由于聚羧酸系减水剂的定向吸附，使水泥胶粒表面带有相同符号的电荷，于是在同性相斥的作用下，不但能使水泥-水体系处于相对稳定的悬浮状态，而且能使水泥在加水初期所形成的絮凝状结构分散解体，从而将絮凝结构内的水释放出来，达到减水的目的；聚羧酸系减水剂加入后，不仅可以使新拌混凝土的和易性改善，而且由于混凝土中水灰比有较大幅度的下降，使水泥石内部孔隙体积明显减少，水泥石更为致密，达到自密实性能要求，混凝土的抗压强度显著提高。

本发明进一步设置为，所述钡类化合物为硫化钡和氢氧化钡中的一种。

通过采用上述技术方案，硫化钡、氢氧化钡掺入本申请规定的剂量时，对混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能有改善作用，因此钡类化合物选用硫化钡或者氢氧化钡可以提高混凝土的抗硫酸盐腐蚀能力，延长了混凝土的使用寿命，提高了混凝土工程的安全性，也大大提高了经济效益。

本发明进一步设置为，所述骨料中再生骨料的重量占比为30％-40％。

通过采用上述技术方案，将再生骨料添加至骨料中共同作为制备混凝土的骨料，在不影响混凝土性能的情况下，可以充分利用废弃的骨料，进行再生骨料回收再利用，可以节约资源，使得混凝土的生产更加环保。

本发明的目的二：提供一种抗硫酸盐、氯盐腐蚀的再生混凝土的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)按重量份称取骨料、水泥、砂、矿物掺合料和钢纤维，并依次倒入搅拌容器内，进行干拌至混合均匀；

(2)按重量份称取减水剂、钡类化合物、复合阻锈剂和水加入另一搅拌容器内，充分搅拌混合均匀，得到混合溶液；

(3)将步骤(2)得到混合溶液倒入步骤(1)的搅拌容器内，边加边搅拌，待全部溶液倒入搅拌容器后，搅拌均匀得到抗硫酸盐、氯盐腐蚀的再生混凝土。

通过采用上述技术方案，在混凝土的制备过程中，先将减水剂、钡类化合物、复合阻锈剂溶于水中，形成均相混合溶液，由于减水剂、钡类化合物、复合阻锈剂添加量比较少，混合溶液相较于粉体更易与混凝土的胶凝材料混合，可提高混合速率；同时将骨料、水泥、砂、矿物掺合料和钢纤维进行混合，混合均匀后可加快与混合溶液的混合速度，该种混凝土的生产方式简单便捷，有利于混凝土的大量生产加工。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、在混凝土中添加一定量的钢纤维、钡类化合物和复合阻锈剂，可以提高混凝土的抗压强度和抗氯离子渗透性能，使得混凝土可以一定程度上耐硫酸盐和氯盐腐蚀，延长混凝土的使用寿命，节约资源。

2、复合阻锈剂不仅可以提高混凝土中钢纤维和混凝土中钢筋的抗锈蚀能力，还可以提高混凝土的抗压强度，相比于传统的亚硝酸盐类钢筋阻锈剂，复合阻锈剂对环境更加友好。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

以下实施例和对比例中物品均为市售：

水泥，强度等级为42.5Mpa；

砂，细度模数为2.6的中砂；

粗骨料、再生骨料，粒径6-12mm；

矿渣，S95高炉矿渣粉；

粉煤灰，一级灰325目；

钢纤维，抗压强度400-600Mpa；

聚丙烯纤维，抗压强度450Mpa；

硫化钡，工业级；

氯化钡，工业级；

硝酸钡，工业级；

醋酸钡，工业级；

氢氧化钡，工业级；

H-501钢筋阻锈剂，粉剂；

聚羧酸系减水剂，减水率20-30％；

氨甲基丙醇，有效物质含量为95％，pH值8-14；

硅酸钠，含量99％，粒度2.2-2.4目；

表面活性剂，C₈-C₁₀烷基糖苷非离子表面活性剂；

硫酸钠，分析纯，含量≥99％。

实施例1-21的抗硫酸盐、氯盐腐蚀的再生混凝土采用如下的制备方法，其原料配比参照表1所示。

一种抗硫酸盐、氯盐腐蚀的再生混凝土的制备方法，包括如下步骤：

(1)按重量份称取骨料、水泥、砂、矿物掺合料和钢纤维，并依次倒入搅拌容器内，进行干拌至混合均匀；

(2)按重量份称取减水剂、钡类化合物、复合阻锈剂和水加入另一搅拌容器内，充分搅拌混合均匀，得到混合溶液；

(3)取步骤(2)得到混合溶液倒入步骤(1)的搅拌容器内，边加边搅拌，待全部溶液倒入搅拌容器后，搅拌均匀得到抗硫酸盐、氯盐腐蚀的再生混凝土。

实施例1-21中抗硫酸盐、氯盐腐蚀的再生混凝土各组分的配合比如表1所示，实施例1-15、实施例20-21中的钡类化合物指硫化钡，实施例16-19中的钡类化合物分别为：氯化钡、硝酸钡、醋酸钡和氢氧化钡。

表1 抗硫酸盐、氯盐腐蚀的再生混凝土原料配比表单位：kg

对比例1

与实施例20的不同之处在于，不添加钢纤维、硫化钡和复合阻锈剂。

对比例2

与实施例20的不同之处在于，不添加钢纤维和复合阻锈剂。

对比例3

与实施例20的不同之处在于，不添加硫化钡。

对比例4

与实施例20的不同之处在于，用等量的聚丙烯纤维代替钢纤维。

对比例5

与实施例20的不同之处在于，用等量的H-501钢筋阻锈剂代替复合阻锈剂。

抗硫酸盐、氯盐腐蚀的再生混凝土的性能检测

对实施例1-21、对比例1-5中的混凝土进行抗硫酸盐侵蚀和抗氯离子渗透性能的测定；抗硫酸盐侵蚀和抗氯离子渗透性能试验参照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》检测，抗压强度参照GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》检测，检测结果如表2所示：

表2 抗腐蚀性能检测

从表2可知:

实施例1-21与对比例1相比，实施例1-21中混凝土28天的抗压强度、强度损失率均显著高于对比例1中混凝土28天的抗压强度、强度损失率，说明按本申请中原料添加量制得的抗硫酸盐、氯盐腐蚀的再生混凝土可以显著提高混凝土的抗压强度和抗硫酸盐腐蚀性能；

将实施例1-3进行对比，在4种不同次数循环条件下，实施例2混凝土的强度损失率、氯离子扩散系数均小于实施例1和实施例3的强度损失率、氯离子扩散系数，说明复合阻锈剂中氨甲基丙醇、硅酸钠和表面活性剂的重量比为5:1:1.5时的混凝土抗硫酸盐和抗氯盐侵蚀性能更优；

实施例4-5与实施例2相比，实施例4混凝土的强度损失率和氯离子扩散系数均小于实施例2的强度损失率和氯离子扩散系数，说明在氨甲基丙醇、硅酸钠、表面活性剂重量比不变时，随着复合阻锈剂添加量的增加，混凝土的抗硫酸盐和抗氯盐侵蚀性能提高，但是复合阻锈剂添加量超过实施例4中的添加量会使混凝土的抗硫酸盐和抗氯盐侵蚀性能降低；

实施例6-9与实施例4相比，实施例6、实施例9混凝土的强度损失率与实施例4的强度损失率接近，但是高于实施例7和实施例8的强度损失率，说明钢纤维与硫化钡的重量比为(3.0-3.2)：1时，可以显著提高混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能；

实施例10-13与实施例7相比，实施例10-12中混凝土的强度损失率低于实施例13、实施例7的强度损失率，说明矿渣与粉煤灰的重量比为(1.8-2.1)：1时，可以使混凝土有更好的抗硫酸盐腐蚀性能；

实施例14-15与实施例11相比，实施例14混凝土的强度损失率低于实施例11、实施例15的强度损失率，说明在矿渣和粉煤灰的重量比不变的情况下，随着矿物掺合料添加量的增加，混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能提高，但是矿物掺合料添加量超过实施例14中的添加量会使混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能降低；

实施例16-19与实施例14相比，实施例16-18中混凝土的强度损失率明显大于实施例14的强度损失率，说明在混凝土中分别添加氯化钡、硝酸钡和醋酸钡会加重混凝土的腐蚀程度；实施例19中混凝土的强度损失率与实施例14的强度损失率相近，说明在混凝土中添加氢氧化钡或者硫化钡，混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能相近；

实施例20-21与实施例14相比，实施例20、实施例21混凝土的强度损失率与实施例14的强度损失率相近，说明混凝土中的水泥、砂、骨料和水在本申请规定范围内变化时，不会对混凝土的抗硫酸盐的侵蚀性能造成影响；实施例20、实施例21制得混凝土在4种不同次数循环条件下，其强度损失率和氯离子扩散系数明显小于对比例1的强度损失率和氯离子扩散系数，说明在硫酸盐干湿循环次数增加的情况下，混凝土依旧有较好的抗硫酸盐腐蚀和抗氯盐腐蚀性能，增加混凝土的耐久性；

实施例20与对比例2相比，对比例2混凝土的强度损失率大于实施例20中的强度损失率，说明在混凝土中只添加硫化钡的抗硫酸盐侵蚀性能低于同时添加硫化钡、钢纤维和阻锈剂后混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能；

实施例20与对比例3相比，对比例3中混凝土的强度损失率和氯离子扩散系数显著大于实施例20中的强度损失率和氯离子扩散系数，说明在混凝土中只添加钢纤维和阻锈剂的抗硫酸盐侵蚀性能低于同时添加硫化钡、钢纤维和阻锈剂后混凝土的抗硫酸盐和抗氯盐的侵蚀性能；实施例20与对比例4相比，实施例20中混凝土的强度损失率显著低于对比例4中的强度损失率，说明在混凝土中添加钢纤维的抗硫酸盐的侵蚀性能显著优于混凝土中添加聚丙烯纤维的抗硫酸盐的侵蚀性能；

实施例20与对比例5相比，实施例20中混凝土的强度损失率和氯离子扩散系数显著低于对比例5中的强度损失率和氯离子扩散系数，说明在混凝土中添加复合阻锈剂的抗硫酸盐和抗氯盐侵蚀性能显著高于混凝土中添加H-501钢筋阻锈剂的抗硫酸盐和抗氯盐侵蚀性能。

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 (4)

1.一种抗硫酸盐、氯盐腐蚀的再生混凝土，其特征在于：由以下重量份数的原料组成：

水泥310-330份，砂660-700份，骨料 960-1000份，矿物掺合料240-260份，减水剂5-7份，水160-180份，钢纤维32-42份，钡类化合物8-15份，复合阻锈剂22.5-31.5份；所述钢纤维、钡类化合物的重量比为（3.0-3.2）：1；所述复合阻锈剂包括氨甲基丙醇、硅酸钠和表面活性剂，其中氨甲基丙醇、硅酸钠和表面活性剂的重量比为（4-6）：1：（1.2-1.8）；所述矿物掺合料由矿渣和粉煤灰组成，所述矿渣和粉煤灰的重量比为（1.8-2.1）：1；

所述钡类化合物为硫化钡和氢氧化钡中的一种；

所述表面活性剂为C₈-C₁₀烷基糖苷非离子表面活性剂。

2.根据权利要求1所述的一种抗硫酸盐、氯盐腐蚀的再生混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸系减水剂。

3.根据权利要求1所述的一种抗硫酸盐、氯盐腐蚀的再生混凝土，其特征在于：所述骨料中再生骨料的重量占比为30%-40%。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的抗硫酸盐、氯盐腐蚀的再生混凝土的制备方法，其特征在于：包括如下制备步骤：

（1）按重量份称取骨料、水泥、砂、矿物掺合料和钢纤维，并依次倒入搅拌容器内，进行干拌至混合均匀；

（2）按重量份称取减水剂、钡类化合物、复合阻锈剂和水加入另一搅拌容器内，充分搅拌混合均匀，得到混合溶液；

（3）将步骤（2）得到混合溶液倒入步骤（1）的搅拌容器内，边加边搅拌，待全部溶液倒入搅拌容器后，搅拌均匀得到抗硫酸盐、氯盐腐蚀的再生混凝土。