CN114988815A - 一种抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土及其制备方法，包括：以下质量比的主料组成：水泥150‑210份、硅灰10‑30份、石膏制剂粉5‑10份、白云石粉15‑30份、菱镁矿20‑40份、粉煤灰130‑160份；包括主料总质量0.12‑0.18％的铁矿尾砂、15‑20％的细砂、39‑45％的60℃水以及0.2±0.03％的外加剂；还包括主料总质量6‑10％的防腐阻锈剂。该高性能混凝土解决了现有技术中高性能混凝土受硫酸盐侵蚀后引起的工程质量降低，甚至造成安全事故的问题。

Description

一种抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土及其制备方法

技术领域

本申请涉及混凝体技术领域，尤其涉及一种抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土及其制备方法。

背景技术

高性能混凝土是建筑施工中常用的加工材料，主要将水泥材料，砂砾、细沙等集料，与水按一定的比例混合，还可以加入外加剂和掺合料，经搅拌而得。高性能混凝土不但具有普通混凝土结构所要求的各项力学性能，而且还具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。高性能混凝土具有原料丰富，性能良好等多种优点，因而使其用量越来越大。高性能混凝土的使用范围广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等领域高性能混凝土也是重要的材料。由于高性能混凝土的使用环境复杂，容易受自然环境因素影响，尤其当高性能混凝土在硫酸盐环境下时容易发生侵蚀现象，随着侵蚀时间的延长，高性能混凝土内部不断累积反应产物，引起膨胀加剧混凝土开裂。受硫酸盐侵蚀的高性能混凝土容易引起工程质量降低，甚至造成安全事故。

因此，亟待一种抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土及其制备方法能够解决高性能混凝土受硫酸盐侵蚀后引起的工程质量降低，甚至造成安全事故的问题。

发明内容

本申请提供了一种抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土及其制备方法，该高性能混凝土解决了现有技术中高性能混凝土受硫酸盐侵蚀后引起的工程质量降低，甚至造成安全事故的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土，其特征在于，包括：以下质量比的主料组成：水泥150-210份、硅灰10-30份、石膏制剂粉5-10份、白云石粉15-30份、菱镁矿20-40份、粉煤灰130-160 份；

包括主料总质量0.12-0.18％的铁矿尾砂、15-20％的细砂、39-45％的60℃水以及0.2±0.03％的外加剂；

还包括主料总质量6-10％的防腐阻锈剂。

优选的，所述防腐阻锈剂包括以下质量比的原料：

水泥基质60％，流平剂3-5％，乳化剂1-5％，缓凝剂0.1-2％，填充剂 10-20％，氨基醇5-15％、聚硅氧烷5-10％，防锈剂1-5％，石墨粉5-15％，水30-60％、4-氨基环己烷甲酸2％、长链羧酸3％、十二烯基丁二酸4-5％、脱乙酰甲壳质2-3％、甲基丙烯酸1-2％、减水剂1-1.5％。

优选的，所述石膏制剂粉包括如下质量比的原料组成：天然二水石膏 10-15份、天然无水石膏2-5份、石膏矿石3-4份、磷酸或磷酸盐水溶性树脂 1.6--1.9份。

优选的，所述水泥选为42.5硅酸盐水泥或32.5硅酸盐水泥。

优选的，所述粉煤灰、所述硅灰粒径不超过2.5mm的细集料。

优选的，所述白云石粉选用20份。

优选的，所述菱镁矿选用30份。

优选的，所述外加剂选用缓凝减水剂、早强减水剂。

本发明还提供一种抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土制备方法，包括以下步骤：

1)将所述的主料进行检测，检测合格后的原料按照质量比称取后作为备料；

对权利要求1所述的铁矿尾砂、细砂、外加剂检测合格后安装配比称取后作为添加料；

2)所述备料依照如下顺序依次加入至混合机内进行加热搅拌混合，所述顺序为：水泥-粉煤灰-菱镁矿-白云石粉-石膏制剂粉-硅灰，搅拌混合时依次加入所述添加料，所述添加料的添加顺序依次为铁矿尾砂-细砂-外加剂，同时加入水并持续搅拌得到混合料；

3)将所述防腐阻锈剂加入至反应罐内，在所述反应罐内加入防腐阻锈剂 2％质量比的酸进行中和反应，并持续搅拌得到溶液，将所述溶液加入至混合料中持续搅拌。

优选的，所述混合机内的搅拌温度为40℃。

相比现有技术，本发明的优点在于如下：

1、本发明提供的抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土直接在混凝土制备过程中加入防腐阻锈剂能够提高混凝土的抗硫酸性，有利于隔绝硫酸盐对混凝土内部的腐蚀，大大提高了混凝土的阻锈耐久性，减少混凝土因腐蚀所带来的损失，减少对建筑造成的损坏；

2、本发明提供的抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土不是通过单纯在普通硅酸盐水泥中加入矿物配料，而是通过防腐阻锈剂以及石膏制剂粉降低侵入混凝土中硫酸根离子浓度，并细化毛细孔的孔径，抑制氢氧化钙从水泥石中析出的速度，达到延缓石膏和钙矾石晶体的生成，起到抑制其膨胀破坏的作用，进而起到延缓混凝土硫酸盐侵蚀破坏的速度，提高混凝土结构耐久性；

3、本发明提高的抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土同时还具有耐久性、高强度、高工作性、体积稳定性等诸多优良性能，并且简单易学易用，易于普及推广，还可以让高性能混凝土在全国普及成为现实，所要做的原材料检测少，大大减少试验工作量，提高了工作效率及可靠性，为保护环境，保护自然资源和生态环境提供有力的支持。

附图说明

为了更清楚的说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简要的介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为高性能混凝土制备流程图；

图2为本发明提供的高性能混凝土的水泥石SEM照片；

图3为本发明提供的高性能混凝土的界面过渡区结构SEM照片。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚完整的描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。

目前，混凝土常用的防腐蚀措施主要有3种：(1)降低混凝土的水胶比，调整胶凝材料的用量，提高其强度等级，该措施是基于过多的水在混凝土中占有了空间，混凝土硬化后，这些水最终都蒸发到空气中了，混凝土中就留下了原来水占有的空间，形成空隙，也就是密实度降低了，混凝土的强度也就降低了，这就是设计强度越高的混凝土，设计的水胶比越小的原因。而减低水胶比则增加了其他集料及配料的比例，势必将提高工程造价；(2)使用防腐蚀涂料涂覆混凝土结构表面，该措施将对基层进行紧固、密实、强度符合设计要求，并且对基层面进行平整、干燥处理，同时需要对基层进行养护、打磨、清洁等多道工序后对基层涂层处理，该措施的施工难度大，施工过程繁琐、并且涂层易脱落；(3)使用抗硫酸盐水泥，抗硫酸盐水泥与普通硅酸盐水泥相比早期强度较高；凝结硬化速度快，抗硫酸盐水泥与普通硅酸盐水泥相比水化热较大，但是添加了抗硫酸盐水泥的混凝土耐冻性差、耐热性较差，无法满足混凝土的使用需要。

基于上述现有的措施，在混凝土的防腐蚀技术中，单一功能的外加剂已逐渐不能满足生产需要。

实施例一：

一种抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土，包括：以下质量比的主料组成：水泥180份、硅灰20份、石膏制剂粉8份、白云石粉16份、菱镁矿30份、粉煤灰140份；

包括主料总质量0.15％的铁矿尾砂、18％的细砂、42％的60℃水以及0.2 ±0.03％的外加剂；

还包括主料总质量8％的防腐阻锈剂。

该抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：

1)将主料进行检测，检测合格后的原料按照质量比称取后作为备料；

对的铁矿尾砂、细砂、外加剂检测合格后安装配比称取后作为添加料；

2)备料依照如下顺序依次加入至混合机内进行加热搅拌混合，顺序为：水泥-粉煤灰-菱镁矿-白云石粉-石膏制剂粉-硅灰，搅拌混合的同时依次加入添加料，添加料的添加顺序依次为铁矿尾砂-细砂-外加剂，同时加入水并持续搅拌得到混合料；

3)将防腐阻锈剂加入至反应罐内，在反应罐内加入防腐阻锈剂2％质量比的酸进行中和反应，并持续搅拌得到溶液，将溶液加入至混合料中持续搅拌。

实施例二：

一种抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土，包括：以下质量比的主料组成：水泥190份、硅灰25份、石膏制剂粉6份、白云石粉20份、菱镁矿25份、粉煤灰150份；

包括主料总质量0.16％的铁矿尾砂、16％的细砂、43％的60℃水以及0.2 ±0.03％的外加剂；

还包括主料总质量9％的防腐阻锈剂。

该抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：

1)将主料进行检测，依据检测合格后的原料按照质量比称取后作为备料；

对的铁矿尾砂、细砂、外加剂检测合格后安装配比称取后作为添加料；

2)备料依照如下顺序依次加入至混合机内进行加热至45摄氏度搅拌混合，顺序为：水泥-粉煤灰-菱镁矿-白云石粉-石膏制剂粉-硅灰，搅拌混合的同时依次加入添加料，添加料的添加顺序依次为铁矿尾砂-细砂-外加剂，同时加入水并持续搅拌得到混合料；

3)将防腐阻锈剂加入至反应罐内，在反应罐内加入防腐阻锈剂2％质量比的酸进行中和反应，并持续搅拌得到溶液，将溶液加入至混合料中持续搅拌。

实施例三：

一种抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土，包括：以下质量比的主料组成：水泥170份、硅灰15份、石膏制剂粉6份、白云石粉28份、菱镁矿37份、粉煤灰150份；

包括主料总质量0.13％的铁矿尾砂、16％的细砂、12％的60℃水以及0.2 ±0.03％的外加剂；

还包括主料总质量7％的防腐阻锈剂。

该抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：

1)将主料进行检测，检测合格后的原料按照质量比称取后作为备料；

对的铁矿尾砂、细砂、外加剂检测合格后安装配比称取后作为添加料；

2)备料依照如下顺序依次加入至混合机内在40℃摄氏度的温度(混合机外设置加热盘管等方式)下搅拌混合，顺序为：水泥-粉煤灰-菱镁矿-白云石粉-石膏制剂粉-硅灰，搅拌混合时依次加入添加料，添加料的添加顺序依次为铁矿尾砂-细砂-外加剂，同时加入水并持续搅拌得到混合料；

3)将防腐阻锈剂加入至反应罐内，在反应罐内加入防腐阻锈剂2％质量比的酸进行中和反应，并持续搅拌得到溶液，将溶液加入至混合料中持续搅拌。

本发明利用硅酸盐水泥搭配防腐阻锈剂的方式替代抗硫酸盐水泥配制抗硫酸盐侵蚀混凝土，将防腐阻锈剂掺入到混凝土中，提高混凝土的抗硫酸侵蚀性，具有降低成本、良好的经济性、易于生产等优点。

用铁矿尾砂取代石英砂制备了超高性能混凝土，使高性能混凝土的抗压强度达到155.3MPa。

优选的，石膏制剂粉包括如下质量比的原料组成：天然二水石膏10-15 份、天然无水石膏2-5份、石膏矿石3-4份、磷酸或磷酸盐水溶性树脂1.6--1.9 份。

石膏制剂粉的添加增加了混凝土的粘结力，克服普通水泥混凝土经常出现空鼓、开裂的现象，而且石膏制剂粉的添加使得混凝土的凝结速度快，防冻性能强。

优选的，防腐阻锈剂包括以下质量比的原料：水泥基质60％，流平剂 3-5％，乳化剂1-5％，缓凝剂0.1-2％，填充剂10-20％，氨基醇5-15％、聚硅氧烷5-10％，防锈剂1-5％，石墨粉5-15％，水30-60％、4-氨基环己烷甲酸 2％、长链羧酸3％、十二烯基丁二酸4-5％、脱乙酰甲壳质2-3％、甲基丙烯酸 1-2％、减水剂1-1.5％。

本申请提供的防腐阻锈剂中的复合氨基醇降低了溶液的张力，提高了水泥的保水能力，可以使混凝土混合物的渗出性能大大降低。在浇注混凝土中形成一层化学保护膜，起到阻断有害物质与钢筋表面的接触，阻止或延缓锈蚀发生的时间；同时能够有效改善混凝土拌合物的性能以及提高混凝土抗渗性能，降低溶解氧的扩散速率以及氯离子的扩散系数。进而达到提高混凝土结构的耐久性，延长混凝土结构使用寿命的目的。

防腐阻锈剂中的水泥基质主要由水泥与水按照1：2的比例混合而成。水泥基质起润滑作用，赋予防腐阻锈剂拌合物一定和易性。

流平剂能促使阻锈剂在制备过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。提高防腐阻锈剂流平性和均匀性。

乳化剂提高了阻锈剂制备过程中的界面张力，并在阻锈剂微滴表面形成较坚固的薄膜或由于乳化剂给出的电荷而在微滴表面形成双电层，阻止微滴彼此聚集，而保持均匀的乳状液。

在阻锈剂中掺入缓凝剂延长阻锈剂的水化硬化时间，使阻锈剂能在较长时间内保持塑性。

阻锈剂中防锈剂能够防止锈蚀与混凝土中的钢筋接触，减少腐锈的发生。

优选的，水泥选为42.5硅酸盐水泥或32.5硅酸盐水泥。

优选的，粉煤灰、硅灰粒径不超过2.5mm的细集料。

优选的，白云石粉选用20份。

优选的，菱镁矿选用30份。

优选的，外加剂选用缓凝减水剂、早强减水剂。

测试高性能混凝土的性能实验过程

1、抗压强度

将高性能混凝土试件在不同龄期内进行抗压强度试验结果如下表1-1所示：

表1-1抗压强度试验

通过以上抗压强度试验可得本发明提供的高性能混凝土强度随着养护龄期的增加，抗压强度也在增强。

2、抗弯拉性能

将高性能混凝土试件在不同龄期内进行抗弯拉性能试验结果如下表2-1 所示：

表2-1抗弯拉性能

3、抗渗透性能

将高性能混凝土试件在温度45摄氏度，相对湿度大于90％的恒温恒湿箱中养护10天进行标准养护后对渗透性进行试验结果如下表3-1所示：

表3-1渗透性

基于上述对高性能混凝土的性能试验后，再次对借助微观结构的扫描电子显微镜技术，对本申请提供的高性能混凝土进行试验观测，如图2.图3可以观测到本发明提供的高性能混凝土的结构相当致密，基体结构几乎没有可以让有害气体、水和侵蚀性溶液渗入的毛细孔道。该高性能混凝土的水泥石和界面过渡区结构(图2)从扫描电镜图像上看，超高性能混凝土在180d龄期时，水泥石结构非常致密，只有一些空气孔洞，没发现明显孔隙。该高性能混凝土的性能相比现有常见的普通混凝土性能更高。

测试本发明提供的高性能混凝土防腐阻锈剂性能的实验过程图下表4-1：

表4-1

从以上试验过程可以得出如下结论：

1、从高性能混凝土的抗压强度、抗弯拉性能、抗渗透性能可以看出该高性能混凝土的抗压强度高、抗弯拉性能良好、抗渗透性能强，相比普通混凝土具有更优良的性能；

2、从本发明提供的混凝土抗硫酸盐性能来看，采用本发明所制得的混凝土的防渗性能大大优于现有常用的防腐蚀措施；

3、从本发明提供的抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土具备抗硫酸盐侵蚀的优良性能，适合推广生产和销售。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、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申请的一般性原理并包含本申请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实例性的，本申请的真正范围由权利要求指出。

应当理解的是，本申请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。以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (10)

1.一种抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土，其特征在于，包括：以下质量比的主料组成：水泥150-210份、硅灰10-30份、石膏制剂粉5-10份、白云石粉15-30份、菱镁矿20-40份、粉煤灰130-160份；

包括主料总质量0.12-0.18％的铁矿尾砂、15-20％的细砂、39-45％的60℃水以及0.2±0.03％的外加剂；

还包括主料总质量6-10％的防腐阻锈剂。

2.根据权利要求1所述的一种抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土，其特征在于，所述防腐阻锈剂包括以下质量比的原料：

水泥基质60％、流平剂3-5％、乳化剂1-5％、缓凝剂0.1-2％、填充剂10-20％、氨基醇5-15％、聚硅氧烷5-10％、防锈剂1-5％、石墨粉5-15％、水30-60％、4-氨基环己烷甲酸2％、长链羧酸3％、十二烯基丁二酸4-5％、脱乙酰甲壳质2-3％、甲基丙烯酸1-2％、减水剂1-1.5％。

3.根据权利要求1所述的一种抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土，其特征在于，所述石膏制剂粉包括如下质量比的原料组成：天然二水石膏10-15份、天然无水石膏2-5份、石膏矿石3-4份、磷酸或磷酸盐水溶性树脂1.6--1.9份。

4.根据权利要求1所述的一种抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土，其特征在于，所述水泥选为42.5硅酸盐水泥或32.5硅酸盐水泥。

5.根据权利要求1所述的一种抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土，其特征在于，所述粉煤灰、所述硅灰粒径不超过2.5mm的细集料。

6.根据权利要求1所述的一种抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土，其特征在于，所述白云石粉选用20份。

7.根据权利要求1所述的一种抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土，其特征在于，所述菱镁矿选用30份。

8.根据权利要求1所述的一种抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土，其特征在于，所述外加剂选用缓凝减水剂、早强减水剂。

9.根据权利要求1所述的一种抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将权利要求1所述的主料进行检测，检测合格后的原料按照质量比称取后作为备料；

对权利要求1所述的铁矿尾砂、细砂、外加剂检测合格后安装配比称取后作为添加料；

2)所述备料依照如下顺序依次加入至混合机内进行加热搅拌混合，所述顺序为：水泥-粉煤灰-菱镁矿-白云石粉-石膏制剂粉-硅灰，搅拌混合时依次加入所述添加料，所述添加料的添加顺序依次为铁矿尾砂-细砂-外加剂，同时加入水并持续搅拌得到混合料；

3)将权利要求1所述防腐阻锈剂加入至反应罐内，在所述反应罐内加入防腐阻锈剂2％质量比的酸进行中和反应，并持续搅拌得到溶液，将所述溶液加入至混合料中持续搅拌。

10.根据权利要求9所述的一种抗硫酸盐侵蚀的高性能混凝土制备方法，其特征在于，所述混合机内的搅拌温度为40℃。

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