CN113831080A - 一种高耐久性混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混凝土领域，具体公开了一种高耐久性混凝土及其制备方法及用途。高耐久性混凝土包括如下以质量份数计的原料：50‑70份普通硅酸盐水泥、15‑20份掺和料、330‑450份集料、2.3‑5份外加剂、20‑30份高吸水树脂、5‑8份二氧化钛晶须和40‑50份水；其中，普通硅酸盐水泥选用P.O52.5及以上水泥，且氯离子含量＜0.03%；掺和料为矿渣、粉煤灰和硅灰中的至少一种；且所述普通硅酸盐水泥和所述高吸水树脂的总质量占原料总质量的12‑20%；所述水灰比控制在0.36‑0.6的范围内。本申请的高耐久性混凝土可用于跨海大桥的主体结构，其具有抗氯盐侵蚀能力强的优点。

Description

一种高耐久性混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土领域，尤其是涉及一种高耐久性混凝土及其制备方法。
背景技术
杭州湾跨海大桥主体结构除南、北航道桥为钢箱梁外，其余均为混凝土结构。杭州湾是世界三大强潮海湾之一，具有风浪大、潮差高和海流急的特点。海水虽受长江、钱塘江等冲淡影响，但实测氯离子含量仍在5.54-15.91g/L之间，为pH值大于8的弱碱性Cl-Na型咸水。受潮汐和地形影响，海潮流速较大，平均最大流速在3m/s以上。海水含砂量较大，实测含砂量为0.041-9.605kg/m3。
杭州湾地区在役混凝土结构腐蚀状况的调查结果显示，混凝土中性化、碱骨料反应、硫酸盐侵蚀、海洋生物及海流冲刷等并不是混凝土结构劣化的主要原因，本地区冬季月平均气温较高，基本不存在冻融破坏。影响本工程混凝土结构耐久性的主导因素是Cl-的侵蚀。例如，离本工程不远的浙东某港10万吨级码头，建成时是全优工程，仅11年后混凝土结构就因Cl-侵蚀而导致钢筋锈蚀，混凝土保护层剥落。
针对上述中的相关技术，发明人认为混凝土抗氯盐侵蚀的能力低从而影响混凝土的耐久性。
发明内容
为了改善混凝土抗氯盐侵蚀的能力以提高混凝土的耐久性，本申请提供一种高耐久性混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种高耐久性混凝土，采用如下的技术方案：
一种高耐久性混凝土，包括如下以质量份数计的原料：
普通硅酸盐水泥 50-70份
掺和料 15-20份
集料 330-450份
外加剂 2.3-5份
高吸水树脂 20-30份
二氧化钛晶须 5-8份
水 40-50份；
其中，普通硅酸盐水泥选用P.O52.5及以上水泥，且氯离子含量＜0.03%；掺和料为矿渣、粉煤灰和硅灰中的至少一种；且所述普通硅酸盐水泥和所述高吸水树脂的总质量占原料总质量的12-20%；所述水灰比控制在0.36-0.6的范围内。
通过采用上述技术方案，由于采用高吸水树脂和二氧化钛晶须共同添加的方式，且选用低水化热和较低含碱量的水泥，同时限制胶凝材料的最低含量和最高含量，从而有效提高混凝土的抗氯盐侵蚀性能，改善了混凝土的耐久性，延长混凝土的使用寿命。
在混凝土拌合时，加入高吸水树脂，能够预先吸收水分或者吸收拌合物中的自由水，拌合时均匀地分散到混凝土中，在混凝土内部产生蓄水作用. 随着胶凝材料的水化和混凝土自干燥的进行，混凝土内部相对湿度降低，毛细孔产生负压，这种毛细孔压力差和湿度差便成为该材料的释水动力，使该材料开始释放水分，补充混凝土内部的水分消耗，调节混凝土内部的湿度分布状态，有效地缓解混凝土内部自收缩和干燥收缩，减小混凝土的开裂，进一步促进未水化水泥颗粒和矿物掺合料的二次水化，提高混凝土的强度、密实度和耐久性能。
优选的，所述普通硅酸盐水泥和所述高吸水树脂的总质量占原料总质量的14-16%。
优选的，所述普通硅酸盐水泥与所述高吸水树脂的质量比为（2-3）：1。
优选的，所述水灰比控制在0.4-0.5的范围内。
通过采用上述技术方案，控制水灰比在0.4-0.5的范围内，以保证混凝土的强度。
优选的，所述掺和料为矿渣、粉煤灰和硅灰的混合物。
通过采用上述技术方案，矿渣、粉煤灰和硅灰三种掺和料一起使用时能够减少水泥用量、在保证强度的情况下降低混凝土的成本、降低甚至有效防止碱骨料反应的发生和提高流动性能，从而有效提高混凝土的耐久性。
其中掺粉煤灰能够改善混凝土拌和料的和易性，且掺适量的粉煤灰能够改善混凝土拌和料的流动性、粘聚性和保水性，使混凝土拌和料易于泵送、浇筑成型，可减少坍落度的经时损失。同时，掺粉煤灰能够减少水泥用量，且粉煤灰水化放热量很少，从而减少了水化放热量，因此施工时混凝土的温升降低，可明显减少温度裂缝，这对大体积混凝土工程特别有利。且由于二次水化作用，提高了混凝土的密实度，从而改善界面结构，同时由于二次反应使得易受腐蚀的Ca(OH)2数量降低，因此掺加粉煤灰后可提高混凝土的抗渗性。
其中硅灰能够填充在水泥颗粒间的孔隙中，同时与水化产物以及氧化镁发生反应生成对应的凝胶体。掺硅灰能够使混凝土具有防腐蚀性能且特别是在氯盐污染侵蚀的环境下，能够延长混凝土的使用寿命至原来的一倍甚至数倍，且硅灰具有相当于水泥5倍左右的功效，能够提高混凝土的耐久性。硅灰亦能够与水泥水化产物Ca(OH)2发生二次水化反应，形成胶凝产物，从而填充水泥石结构，改善浆体的微观结构，继而提高耐久性。
优选的，所述外加剂包括引气剂和减水剂。
通过采用上述技术方案，引气剂后能够降低混凝土的用水量，同时降低泌水率，两者均能够减少混泥土内部的大毛细孔。通过大量微小的气泡占据混凝土中的自由空间，切断了毛细管的通道，从而改善混凝土的抗渗性。同时，还能够提高与抗渗性相关的抗化学物质侵蚀作用和对碳化的抵抗作用。掺加减水剂后，由于减少了混凝土加水量，使混凝土更加密实，以使得外部有害介质不易侵入混凝土内部，从而改善混凝土的抗碳化、抗冻性和抗渗性等耐久性。
优选的，所述减水剂为高效减水剂。
通过采用上述技术方案，在混凝土中掺入高效减水剂，使得用水泥和其它物料拌成的混合料，既能在大幅度降低用水量的同时，又能赋予混合料很高的流动性。这样，不仅方便施工，又使材料的孔隙率大大降低，材料的强度和耐久性得以提高。
优选的，还包括钢筋阻锈剂。
通过采用上述技术方案，钢筋锈蚀会使混凝土发生顺筋开裂、剥落甚至钢筋锈断的情况，通过添加钢筋阻锈剂，从而延缓钢筋发生上述情况，以提高混凝土的耐久性。
第二方面，本申请提供一种高耐久性混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种高耐久性混凝土的制备方法，包括如下制备步骤：
S1、称取原料
按比例称取普通硅酸盐水泥、掺和料、集料、外加剂、高吸水树脂、二氧化钛晶须和水；
S2、一次混合
依次投入集料、掺和料、二氧化钛晶须和普通硅酸盐水泥，并进行干拌，得到干料；
S3、二次混合
往干料中加入水、外加剂和高吸水树脂，搅拌均匀，得到高耐久性混凝土。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用高吸水树脂和二氧化钛晶须，且选用低水化热和较低含碱量的水泥，从而有效提高混凝土的抗氯盐侵蚀性能，改善了混凝土的耐久性；
2、本申请中优选采用矿渣、粉煤灰和硅灰三者共用，由于三者一起使用时能够减少水泥用量、在保证强度的情况下降低混凝土的成本、降低甚至有效防止碱骨料反应的发生和提高流动性能，从而有效提高混凝土的耐久性。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
以下实施例中的原料除特殊说明外，均为市售。其中，普通硅酸盐水泥选用P.O52.5水泥，且氯离子含量＜0.03%；粉煤灰选用石家庄泽德矿产品有限公司的Ⅰ级粉煤灰，含水量为0.1%；粗集料选用5mm-19mm连续级配的玄武岩碎石；细集料选用级配良好的中砂，细度模数为2.95；高效减水剂选用唐山外加剂厂生产的 UNF-5 高效减水剂；引气剂选用河北石家庄生产的 DH-9型引气剂；钢筋阻锈剂选用河南卓能达建筑材料有限公司的掺入型钢筋阻锈剂；高吸水树脂选用上海翼菁实业有限公司的高分子吸水树脂，纯度为99%。
二氧化钛晶须的制备例
二氧化钛浓度为3M(摩尔)，氢氧化钾浓度为20M，去离子水作为溶剂，在反应温度为160℃的条件下，持续反应8小时，然后依次经过冲洗，过滤，烘干后制得二氧化钛晶须。
实施例
实施例1-8中高耐久性混凝土的制备方法相同，不同之处在于原料的用量不同（具体见表1）。以下以实施例1为例进行说明。
本申请实施例1公开的高耐久性混凝土采用如下步骤制备得到：
S1、称取原料
按比例称取普通硅酸盐水泥、掺和料、集料、外加剂、高吸水树脂、二氧化钛晶须和水；掺和料为矿渣、粉煤灰和硅灰的混合物，且三者质量比为1：1：1；外加剂包括引气剂和减水剂，且两者的质量比为1：5；
S2、一次混合
依次投入集料、掺和料、二氧化钛晶须和水泥，并进行干拌，得到干料；
S3、二次混合
往干料中加入水、外加剂和高吸水树脂，搅拌均匀，得到高耐久性混凝土。
表1
Figure 345303DEST_PATH_IMAGE002
实施例4
本实施例与实施例2的不同之处在于：普通硅酸盐水泥的用量为50kg，高吸水树脂的用量为20kg。
实施例5
本实施例与实施例2的不同之处在于：普通硅酸盐水泥的用量为70kg，高吸水树脂的用量为30kg。
实施例6
本实施例与实施例2的不同之处在于：掺和料仅为硅灰，且用量为18kg。
实施例7
本实施例与实施例2的不同之处在于：掺和料仅为粉煤灰，且用量为18kg。
实施例8
本实施例与实施例2的不同之处在于：掺和料仅为硅灰和粉煤灰，且用量均为9kg。
实施例9
本实施例与实施例2的不同之处在于：外加剂包括引气剂、减水剂和钢筋阻锈剂，且三者质量比为1:5:1。
对比例
对比例1
本对比例与实施例3的不同之处在于：原料中不添加高吸水树脂。
对比例2
本对比例与实施例3的不同之处在于：原料中不添加二氧化钛晶须。
对比例3
本对比例与实施例3的不同之处在于：原料中不添加高吸水树脂和二氧化钛晶须。
性能检测试验
氯离子渗透性：采用清华大学研制的NEL型渗透性快速检测系统测定混凝土的渗透性。
表2
Figure DEST_PATH_IMAGE004
结合实施例1-3并结合表2可以看出，实施例1-3中混凝土的氯离子扩散系数较小，说明混凝土具有良好的抗氯离子侵蚀能力，从而使制得的混凝土耐久性良好。其中，实施例2为优选。
结合实施例2和实施例4-5可以看出，实施例4中普通硅酸盐水泥与高吸水树脂的总质量占原料总质量的13.51%，实施例2中普通硅酸盐水泥与高吸水树脂的总质量占原料总质量的15.94%，实施例5中普通硅酸盐水泥与高吸水树脂的总质量占原料总质量的18.24%，且实施例4和实施例5中混凝土的氯离子扩散系数均大于实施例2，说明控制胶凝材料的占比有利于提高混凝土的抗氯离子侵蚀性能。
结合实施例2和实施例6-8可以看出，实施例6、实施例7和实施例8中混凝土的氯离子扩散系数均大于实施例2，说明硅灰、粉煤灰、矿粉三者共同时，能够有效提高混凝土的抗氯离子侵蚀性能，而单一使用或只选用其中两种，对混凝土的抗氯离子侵蚀性能无明显的提高。
结合实施例2和实施例9可以看出，实施例9中混凝土的氯离子扩散系数略大于实施例2中混凝土的氯离子扩散系数，说明钢筋阻锈剂的添加不会降低混凝土的抗氯离子侵蚀性能，且会略微提高混凝土的抗氯离子侵蚀性能。
结合实施例3和对比例1可以看出，对比例1中混凝土的氯离子扩散系数明显大于实施例3中氯离子扩散系数，说明单一添加二氧化钛晶须无法保证混凝土的抗氯离子侵蚀性能。
结合实施例3和对比例2可以看出，对比例2中混凝土的氯离子扩散系数明显大于实施例3中氯离子扩散系数，说明单一添加高吸水树脂无法保证混凝土的抗氯离子侵蚀性能。
结合实施例3和对比例3可以看出，对比例3中混凝土的氯离子扩散系数明显大于实施例3中氯离子扩散系数，说明不添加高吸水树脂和二氧化钛晶须和，会导致混凝土的抗氯离子侵蚀性能大幅度下降。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种高耐久性混凝土，其特征在于，包括如下以质量份数计的原料：
普通硅酸盐水泥 50-70份
掺和料 15-20份
集料 330-450份
外加剂 2.3-5份
高吸水树脂 20-30份
二氧化钛晶须 5-8份
水 40-50份；
其中，普通硅酸盐水泥选用P.O52.5及以上水泥，且氯离子含量＜0.03%；掺和料为矿渣、粉煤灰和硅灰中的至少一种；且所述普通硅酸盐水泥和所述高吸水树脂的总质量占原料总质量的12-20%；所述水灰比控制在0.36-0.6的范围内。
2.根据权利要求1所述的一种高耐久性混凝土，其特征在于：所述普通硅酸盐水泥和所述高吸水树脂的总质量占原料总质量的14-16%。
3.根据权利要求1所述的一种高耐久性混凝土，其特征在于：所述普通硅酸盐水泥与所述高吸水树脂的质量比为（2-3）：1。
4.根据权利要求1所述的一种高耐久性混凝土，其特征在于：所述水灰比控制在0.4-0.5的范围内。
5.根据权利要求1所述的一种高耐久性混凝土，其特征在于：所述掺和料为矿渣、粉煤灰和硅灰的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种高耐久性混凝土，其特征在于：所述外加剂包括引气剂和减水剂。
7.根据权利要求6所述的一种高耐久性混凝土，其特征在于：所述减水剂为高效减水剂。
8.根据权利要求6所述的一种高耐久性混凝土，其特征在于：还包括钢筋阻锈剂。
9.如权利要求1-8中任一项所述的一种高耐久性混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
S1、称取原料
按比例称取普通硅酸盐水泥、掺和料、集料、外加剂、高吸水树脂、二氧化钛晶须和水；
S2、一次混合
依次投入集料、掺和料、二氧化钛晶须和普通硅酸盐水泥，并进行干拌，得到干料；
S3、二次混合
往干料中加入水、外加剂和高吸水树脂，搅拌均匀，得到高耐久性混凝土。
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