CN115849815A

CN115849815A - 一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土

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Publication number: CN115849815A
Application number: CN202211546714.3A
Authority: CN
Inventors: 陈文轩; 曾启瑞; 孟慧成; 李晓庭; 李治玉; 沈磊; 吴樑; 吕朝阳
Original assignee: Suzhou Shangjian Hangxin Concrete Co ltd
Current assignee: Suzhou Shangjian Hangxin Concrete Co ltd
Priority date: 2022-12-05
Filing date: 2022-12-05
Publication date: 2023-03-28

Abstract

一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土，其原料成分由水泥、粗骨料、细骨料、磨细石粉、减水剂和水组成，所述原料成分还包括低孔隙率防渗助剂和钙质维持剂；所述的混凝土成分按照单方配比用量计，各原料成分用量如下：水泥150‑200kg、粗骨料400‑500kg、细骨料600‑700kg、磨细石粉100‑150kg、减水剂2.2‑2.6kg和水100‑120kg；所述的混凝土成分按照单方配比用量计，还包括如下用量的成分：低孔隙率防渗助剂3.2‑3.6kg和钙质维持剂70‑100kg。本发明的地下结构用高抗渗耐久性混凝土具备作为大型构筑物基体材料要求的优良的机械强度；具备优良的抗渗性能，使用在地下环境时可保持非常高的长期使用稳定性。

Description

一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，尤其是涉及一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土。

背景技术

地下结构用的混凝土材料通常作为大型构筑物的基体材料，由于其使用环境的特殊性，其会面临长期的渗流作用。受雨水、局部河/湖/海水、地下水等环境水的作用，以及地下结构用混凝土材料两侧水环境差异较大的影响，该混凝土材料的物理、化学性能容易发生改变，导致固相钙分解析出、材料孔隙率增大、机械强度降低，即发生裂缝、渗透溶蚀等混凝土不稳定现象。

渗漏及其引起的混凝土材质溶出性侵蚀是一种较为普遍的混凝土不稳定现象，该现象会导致混凝土筑构物局部甚至整体出现空间变异性，混凝土抗压强度明显降低，甚至完全失去强度成为疏松体，严重影响了混凝土构筑物的基体稳定性。

在混凝土内部所存在的水力梯度作用下，混凝土内部微孔隙溶液的运移作用加快了固相钙的分解和钙离子析出的速率，使溶蚀过程变得较为容易。而渗流溶蚀现象将反过来导致混凝土材料孔隙率增加，进而加速溶蚀进程。现有技术中的地下结构用的混凝土材料应对上述不稳定现象所采用的改进措施主要为改变混凝土配比、掺加早期促进硬/固化进程的掺料或者添加膨胀剂、减水剂等化学添加剂等，可以起到一定的作用，但由于地下结构用混凝土材料使用环境的特殊性，依然会出现裂缝、渗透溶蚀等混凝土不稳定现象。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土，其原料成分由水泥、粗骨料、细骨料、磨细石粉、减水剂和水组成，所述原料成分还包括低孔隙率防渗助剂和钙质维持剂；

所述的混凝土成分按照单方配比用量计，各原料成分用量如下：水泥150-200kg、粗骨料400-500kg、细骨料600-700kg、磨细石粉100-150kg、减水剂2.2-2.6kg和水100-120kg；所述的混凝土成分按照单方配比用量计，还包括如下用量的成分：低孔隙率防渗助剂3.2-3.6kg和钙质维持剂70-100kg。

进一步地，所述的水泥为P.I普通硅酸盐水泥，水泥28d胶砂抗压强度不低于48MPa。

进一步地，所述的粗骨料的粒径为8～25mm，吸水率为4～5％，含泥量小于0.5％。

进一步地，所述的细骨料的粒径小于4mm，吸水率为5～7％，含泥量小于0.5％。

进一步地，所述的磨细石粉的粒径界于1-200μm之间。

进一步地，所述的低孔隙率防渗助剂由烷基芳烃磺酸类、皂化松香树脂以及多元醇和带有磺酸基团的多元酸二甲酯经酯交换合成的磺酸盐型的水溶性含羟基聚酯树脂组成；所述的钙质维持剂由粉煤灰和石灰膏组成。

对于地下结构用的混凝土材料而言，渗流作用对渗透溶蚀进程的影响不容忽视。在浓度梯度、水力梯度等渗流的作用下会驱动渗透溶蚀钙离子的析出。混凝土材料内部的微孔的存在是不可避免的，在水力梯度作用下，混凝土内部微孔隙溶液的运移作用会加快固相钙的分解速率以及钙离子析出速率，进而加速溶蚀进程，使长期使用下的混凝土材料的稳定性变差。本发明通过在混凝土原料成分中掺加低孔隙率防渗助剂，可以大幅度减小/减少混凝土内部微孔隙的滞留率，进而减少地下结构用混凝土内部微孔隙溶液的运移作用，减少溶蚀现象的发生，或者大幅度降低溶蚀进程。同时，本发明通过在混凝土原料成分中掺加钙质维持剂，当其中的粉煤灰处在水泥水化的碱性环境中，在作为碱性激发剂石灰膏的作用下开始缓慢水化，同时也加速了水泥的水化，在这个过程中粉煤灰水化消耗了水泥颗粒水化所产生的大量Ca(OH)₂，保证了水化硅酸钙凝胶的稳定存在，直至粉煤灰的水化速度逐渐减小甚至停止，在混凝土内部微孔隙大幅度减小的情况下，上述过程中可以减小或者补充微小渗透溶蚀所析出的钙离子，进一步减少溶蚀现象的发生，以及降低溶蚀的进程。

与现有技术相比，本发明具备的有益效果为：

本发明提供的地下结构用高抗渗耐久性混凝土具备作为大型构筑物基体材料要求的优良的机械强度；该混凝土材料通过掺加低孔隙率防渗助剂和钙质维持剂，并在低孔隙率防渗助剂和钙质维持剂和水泥、粗骨料、细骨料、磨细石粉、减水剂等原料的协同作用下使混凝土材料具备优良的抗渗性能，使用在地下环境时可保持非常高的长期使用稳定性；该混凝土材料通过掺加磨细石粉提高了混凝土的堆积紧密性和容积密度，进一步减小了混凝土的孔隙率，可以与低孔隙率防渗助剂协同促进抑制原生微裂缝的产生，提高了混凝土体积稳定性、抗裂性能和耐久性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1：一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土，其原料成分由水泥、粗骨料、细骨料、磨细石粉、减水剂和水组成，所述原料成分还包括低孔隙率防渗助剂和钙质维持剂；

所述的混凝土成分按照单方配比用量计，各原料成分用量如下：水泥175kg、粗骨料450kg、细骨料650kg、磨细石粉125kg、减水剂2.4kg和水110kg；所述的混凝土成分按照单方配比用量计，还包括如下用量的成分：低孔隙率防渗助剂3.4kg和钙质维持剂85kg。

实施例2：一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土，其原料成分由水泥、粗骨料、细骨料、磨细石粉、减水剂和水组成，所述原料成分还包括低孔隙率防渗助剂和钙质维持剂；

所述的混凝土成分按照单方配比用量计，各原料成分用量如下：水泥150kg、粗骨料400kg、细骨料600kg、磨细石粉100kg、减水剂2.2kg和水100kg；所述的混凝土成分按照单方配比用量计，还包括如下用量的成分：低孔隙率防渗助剂3.2kg和钙质维持剂70kg。

实施例3：一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土，其原料成分由水泥、粗骨料、细骨料、磨细石粉、减水剂和水组成，所述原料成分还包括低孔隙率防渗助剂和钙质维持剂；

所述的混凝土成分按照单方配比用量计，各原料成分用量如下：水泥200kg、粗骨料500kg、细骨料700kg、磨细石粉150kg、减水剂2.6kg和水120kg；所述的混凝土成分按照单方配比用量计，还包括如下用量的成分：低孔隙率防渗助剂3.6kg和钙质维持剂100kg。

实施例4：一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土，其原料成分由水泥、粗骨料、细骨料、磨细石粉、减水剂和水组成，所述原料成分还包括低孔隙率防渗助剂和钙质维持剂；

所述的混凝土成分按照单方配比用量计，各原料成分用量如下：水泥200kg、粗骨料400kg、细骨料700kg、磨细石粉100kg、减水剂2.6kg和水100kg；所述的混凝土成分按照单方配比用量计，还包括如下用量的成分：低孔隙率防渗助剂3.6kg和钙质维持剂70kg。

实施例5：一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土，其原料成分由水泥、粗骨料、细骨料、磨细石粉、减水剂和水组成，所述原料成分还包括低孔隙率防渗助剂和钙质维持剂；

所述的混凝土成分按照单方配比用量计，各原料成分用量如下：水泥160kg、粗骨料480kg、细骨料620kg、磨细石粉140kg、减水剂2.3kg和水115kg；所述的混凝土成分按照单方配比用量计，还包括如下用量的成分：低孔隙率防渗助剂3.3kg和钙质维持剂90kg。

实施例6：一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土，其原料成分由水泥、粗骨料、细骨料、磨细石粉、减水剂和水组成，所述原料成分还包括低孔隙率防渗助剂和钙质维持剂；

所述的混凝土成分按照单方配比用量计，各原料成分用量如下：水泥190kg、粗骨料420kg、细骨料680kg、磨细石粉110kg、减水剂2.5kg和水105kg；所述的混凝土成分按照单方配比用量计，还包括如下用量的成分：低孔隙率防渗助剂3.5kg和钙质维持剂75kg。

对比例1：一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土，其原料成分由水泥、粗骨料、细骨料、磨细石粉、减水剂和水组成，所述原料成分还包括低孔隙率防渗助剂；

所述的混凝土成分按照单方配比用量计，各原料成分用量如下：水泥175kg、粗骨料450kg、细骨料650kg、磨细石粉125kg、减水剂2.4kg和水110kg；所述的混凝土成分按照单方配比用量计，还包括如下用量的成分：低孔隙率防渗助剂3.4kg。

对比例2：一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土，其原料成分由水泥、粗骨料、细骨料、磨细石粉、减水剂和水组成，所述原料成分还包括钙质维持剂；

所述的混凝土成分按照单方配比用量计，各原料成分用量如下：水泥175kg、粗骨料450kg、细骨料650kg、磨细石粉125kg、减水剂2.4kg和水110kg；所述的混凝土成分按照单方配比用量计，还包括如下用量的成分：钙质维持剂85kg。

对比例3：一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土，其原料成分由水泥、粗骨料、细骨料、磨细石粉、减水剂和水组成；

所述的混凝土成分按照单方配比用量计，各原料成分用量如下：水泥175kg、粗骨料450kg、细骨料650kg、磨细石粉125kg、减水剂2.4kg和水110kg。

在上述实施例和对比例中，所涉及到的所述的水泥为P.I普通硅酸盐水泥，水泥28d胶砂抗压强度不低于48Mpa；所述的粗骨料的粒径为8～25mm，吸水率为4～5％，含泥量小于0.5％；所述的细骨料的粒径小于4mm，吸水率为5～7％，含泥量小于0，5％；所述的磨细石粉的粒径界于1-200μm之间；所述的低孔隙率防渗助剂由烷基芳烃磺酸类、皂化松香树脂以及多元醇和带有磺酸基团的多元酸二甲酯经酯交换合成的磺酸盐型的水溶性含羟基聚酯树脂组成；所述的钙质维持剂由粉煤灰和石灰膏组成。

上述实施例和对比例所述的一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将所述粗骨料、细骨料与55-65％的水泥、磨细石粉、钙质维持剂和水进行2min的预拌合，得到基质材料；

(2)将减水剂、低孔隙率防渗助剂以及剩余的水泥、磨细石粉、钙质维持剂、水在强制式搅拌机中搅拌2min，得到改性基质料；

(3)将改性基质料加入至基质材料中搅拌均匀，经密实成型、标准养护即得高抗渗耐久性混凝土。

改性基质料和基质材料采用机械运输、泵送作业、机械振捣，自然养护或喷雾养护等方式进行养护。

上述实施例1-6和对比例1-3所得到的一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土，经性能测试，结果如下表所示：

实施例	7d抗压强度/Mpa	28d抗压强度/Mpa	透气系数(10<sup>-12</sup>cm/s)	抗渗等级
					实施例1	48.9	55.6	3.01	P20
实施例2	44.2	48.0	3.89	P16
					实施例3	46.5	51.5	3.10	P18
实施例4	45.6	50.1	2.97	P20
					实施例5	47.3	52.6	3.60	P18
实施例6	46.7	51.8	3.16	P20
					对比例1	36.6	42.8	7.13	P10
对比例2	38.9	45.1	28.91	P6
					对比例3	28.6	31.0	42.35	P4

抗渗等级按照GB 50164标准，以28d龄期的试件做测试得到的数据。实施例1-6得到的混凝土的抗渗等级远超抗渗混凝土所要求的P12等级。

抗压强度测试采用GB/T50010标准进行测试。

透气系数测试根据TB10120-2002标准进行测试，本发明中透气系数测得的是28d数值，检测气压为0.6Mpa。

上述实施例仅作为对本发明的解释，并不构成对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明说明书所记载的内容可以根据需要对上述实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土，其特征在于：原料成分由水泥、粗骨料、细骨料、磨细石粉、减水剂和水组成，所述原料成分还包括低孔隙率防渗助剂和钙质维持剂；

2.根据权利要求1所述的一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土，其特征在于：所述的水泥为P.I普通硅酸盐水泥，水泥28d胶砂抗压强度不低于48MPa。

3.根据权利要求1所述的一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土，其特征在于：所述的粗骨料的粒径为8～25mm，吸水率为4～5％，含泥量小于0.5％。

4.根据权利要求1所述的一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土，其特征在于：所述的细骨料的粒径小于4mm，吸水率为5～7％，含泥量小于0.5％。

5.根据权利要求1所述的一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土，其特征在于：所述的磨细石粉的粒径界于1-200μm之间。

6.根据权利要求1所述的一种地下结构用高抗渗耐久性混凝土，其特征在于：所述的低孔隙率防渗助剂由烷基芳烃磺酸类、皂化松香树脂以及多元醇和带有磺酸基团的多元酸二甲酯经酯交换合成的磺酸盐型的水溶性含羟基聚酯树脂组成；所述的钙质维持剂由粉煤灰和石灰膏组成。