CN117049844A - 内掺型抗渗阻锈混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了内掺型抗渗阻锈混凝土，以质量份计包括，200～300份水泥、400～600份河砂、800～1200份碎石、50～150份粉煤灰、100～300份矿粉、0.5～1份减水剂6～24份抗渗阻锈剂，100～200份水；所述抗渗阻锈剂包括硬脂酸分散液、氧化锌或结构化氧化锌中的至少一种。本发明使用硬脂酸分散液、氧化锌或结构化氧化锌作为混凝土的抗渗阻锈剂，结果表明氧化锌或结构化氧化锌可以增强凝胶的形成，较高浓度的凝胶填充混凝土的内部孔隙，硬脂酸分散液可以改善混凝土的疏水性；硬脂酸分散液、氧化锌或结构化氧化锌混合按一定比例形成阻锈剂，可以显著提高混凝土的抗渗阻锈性能。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，特别涉及一种内掺型抗渗阻锈混凝土。
背景技术
钢筋混凝土的耐久性问题是全世界都面临的难题，钢筋锈蚀、化学侵蚀、混凝土碳化、冻融破坏、碱骨料反应等都会引起结构耐久性不足，但其中加速混凝土破坏的主要原因是钢筋锈蚀。导致钢筋锈蚀的主要因素是Cl-的入侵和混凝土材料的碳化，在一般大气环境下，混凝土中钢筋锈蚀主要是混凝土碳化引起的；在沿海地区的建筑工程中，Cl-是致使混凝土中钢筋锈蚀的第一诱因。
在实际工程中通常掺加钢筋阻锈剂以期提高钢筋混凝土的耐久性。研究表明，钢筋阻锈剂掺量越高，水泥胶砂的早期强度越低；适量的钢筋阻锈剂掺量可以提高胶砂的折压比和后期强度，有利于提高混凝土抗裂性能以及抗氯离子渗透能力。CN113307536A公开了一种防腐阻锈型抗裂防水剂，以质量百分数计包括防腐阻锈组分25～35％、膨胀组分35～55％、防水抗渗组分20～30％；防腐阻锈组分以质量百分数计包括防腐组分80～98％和阻锈组分2～20％；防腐组分为超细矿粉、超细粉煤灰、超细硅灰中的任意一种或多种的混合物；阻锈组分包括六偏磷酸钠、三异丙醇胺、碳酸钠、无水偏硅酸钠中任意一种或多种的混合物；防水抗渗组分以质量百分数计包括钠基膨润土35～70％、甲酸钙8～25％、有机硅烷憎水剂10～25％、聚羧酸减水剂2～10％、硅酸钠8～20％。此防腐阻锈型抗裂防水剂添加至水泥砂浆制备的混凝土具有良好的抗氯离子和抗硫酸盐性能。但其成分中含有磷可能对环境产生影响。
因此，有必要提供一种环保性的抗渗阻锈混凝土。
发明内容
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种内掺型抗渗阻锈混凝土，以质量份计包括，200～300份水泥、400～600份河砂、800～1200份碎石、50～150份粉煤灰、50～150份矿粉、5～10份减水剂、6～24份抗渗阻锈剂、100～200份水；
所述抗渗阻锈剂包括硬脂酸分散液、氧化锌或结构化氧化锌中的至少一种。
混凝土是保护钢筋阻拦侵蚀腐蚀离子入侵的第一道屏障，在水泥水化过程中，混凝土内部形成的孔隙溶液呈强碱性(pH值在12.5～13.8之间，取决于所用的水泥类型)，在强碱性条件下，钢筋能与孔隙溶液中的氢氧根离子作用形成一层钝化膜隔绝腐蚀离子，使钢筋处于钝化状态，保护钢筋免遭侵蚀。然而，混凝土是一种多孔材料，无法阻止腐蚀离子的入侵，且混凝土所处的环境通常会有Cl–、CO2、SO2等物质，它们在混凝土中进行氧化还原反应，降低孔隙溶液的pH值，从而破坏钢筋的钝化膜，引起钢筋的腐蚀。硬脂酸是硬脂酸的钠盐，硬脂酸同时具有亲水部分和疏水部分，分别是羧酸盐和长烃链。在混凝土中添加硬脂酸可能提高混凝土的疏水性能，从而抑制电解质溶液想混凝土内部的渗透。
一些研究已经表明，纳米颗粒可以增强凝胶的形成，较高浓度的凝胶填充混凝土的内部孔隙，从而抑制Cl–向混凝土内部的渗透，增强其耐久性；同时，由于其微小的粒径和较大的比表面积也能作为，纳米颗粒也可以作为屏障防止Cl–向混凝土内部的渗透。氧化锌，俗名叫锌白，结构稳定，制备方法简单，形貌和比表面积容易控制，被广泛应用于各种领域。将氧化锌添加至混凝土体系中可能提高混凝土的阻锈性能。同时，将氧化锌形成分级的结构，可能促进氧化锌与凝胶材料的作用。
进一步地，所述抗渗阻锈剂由硬脂酸分散液与氧化锌或结构化氧化锌以质量比3：1～1：3混合而成。
进一步地，所述结构化氧化锌的制备方法以质量份计为，
将2～5份可溶性锌盐、1～3份六亚甲基四胺、0.2～0.5份氟化铵和50～100份水混合，随后水热反应，收集不溶物后煅烧得到结构化氧化锌。
进一步地，所述可溶性锌盐为六水合硝酸锌、二水合乙酸锌、氯化锌中的至少一种。
进一步地，所述水热反应在150～200℃保持10～20h。
进一步地，所述煅烧在300～500℃保持2～5h。
进一步地，所述硬脂酸分散液为质量分数1～3％的硬脂酸的乙醇溶液。
进一步地，所述水泥为普通硅酸盐水泥；
所述河砂的粒径为0.15～4.75mm；
所述碎石的粒径为5～10mm；
所述粉煤灰为一级粉煤灰；
所述矿粉为S95级矿粉；
所述减水剂为聚羧酸盐减水剂。
进一步地，所述氧化锌的粒径为50±5nm。
本发明还提供了上述的内掺型抗渗阻锈混凝土的制备方法，包括，
将抗渗阻锈剂、矿粉、减水剂和水混合得到预混料；
将水泥、河砂、碎石、粉煤灰混合后加入预混料，搅拌混合得到内掺型抗渗阻锈混凝土。
相对于现有技术，本发明具有以下的有益效果：
本发明使用硬脂酸分散液、氧化锌或结构化氧化锌作为混凝土的抗渗阻锈剂，结果表明氧化锌或结构化氧化锌可以增强凝胶的形成，较高浓度的凝胶填充混凝土的内部孔隙，硬脂酸分散液可以改善混凝土的疏水性；硬脂酸分散液、氧化锌或结构化氧化锌混合按一定比例形成阻锈剂，可以显著提高混凝土的抗渗阻锈性能。
附图说明
图1示出了本发明实施例8的结构化氧化锌的扫描电镜图。
图2示出了本发明实施例7制备的混凝土试件的扫描电镜图；
图3示出了本发明实施例8制备的混凝土试件的扫描电镜图。
具体实施方式
在本发明中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本发明中具体公开。
下面将结合本发明具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中使用的部分原料介绍：
普通硅酸盐水泥PO 42.5，购于亚泰集团哈尔滨水泥有限公司；
聚羧酸盐减水剂，型号为002，购于安徽华仕纳米科技有限公司；
氧化锌，粒径50±5nm，球形，购于杭州吉康新材料有限公司；
实施例中所用的硬脂酸的乙醇溶液，由硬脂酸溶解于无水乙醇配制而成；河砂的粒径为0.15～4.75mm；碎石的粒径为5～10mm；粉煤灰为一级粉煤灰，矿粉为S95级矿粉这些将不再赘述。这些原料均为常见原料，可直接从市面购买使用。
实施例1
一种内掺型抗渗阻锈混凝土的制备方法，步骤如下：
步骤一、称取300kg的普通硅酸盐水泥PO 42.5、500kg的河砂、1000kg的碎石、50kg的粉煤灰、50kg的矿粉、10kg的聚羧酸盐减水剂、12kg的氧化锌、150kg的水；
步骤二、将氧化锌、矿粉、聚羧酸盐减水剂和水在转速50rpm下混合120s，得到预混料；
步骤三、将普通硅酸盐水泥PO 42.5、河砂、碎石、粉煤灰混合后加入预混料，搅拌混合得到内掺型抗渗阻锈混凝土。
实施例2
一种内掺型抗渗阻锈混凝土的制备方法，步骤如下：
步骤一、称取300kg的普通硅酸盐水泥PO 42.5、500kg的河砂、1000kg的碎石、50kg的粉煤灰、50kg的矿粉、10kg的聚羧酸盐减水剂、24kg的氧化锌、150kg的水；
步骤二、将氧化锌、矿粉、聚羧酸盐减水剂和水在转速50rpm下混合120s，得到预混料；
步骤三、将普通硅酸盐水泥PO 42.5、河砂、碎石、粉煤灰混合后加入预混料，搅拌混合得到内掺型抗渗阻锈混凝土。
实施例3
一种内掺型抗渗阻锈混凝土的制备方法，步骤如下：
步骤一、称取300kg的普通硅酸盐水泥PO 42.5、500kg的河砂、1000kg的碎石、50kg的粉煤灰、50kg的矿粉、10kg的聚羧酸盐减水剂、9kg的质量分数为2％的硬脂酸的乙醇溶液、150kg的水；
步骤二、将质量分数为2％的硬脂酸的乙醇溶液、矿粉、聚羧酸盐减水剂和水在转速50rpm下混合120s，得到预混料；
步骤三、将普通硅酸盐水泥PO 42.5、河砂、碎石、粉煤灰混合后加入预混料，搅拌混合得到内掺型抗渗阻锈混凝土。
实施例4
一种内掺型抗渗阻锈混凝土的制备方法，步骤如下：
步骤一、称取300kg的普通硅酸盐水泥PO 42.5、500kg的河砂、1000kg的碎石、50kg的粉煤灰、50kg的矿粉、10kg的聚羧酸盐减水剂、12kg的质量分数为2％的硬脂酸的乙醇溶液、150kg的水；
步骤二、将质量分数为2％的硬脂酸的乙醇溶液、矿粉、聚羧酸盐减水剂和水在转速50rpm下混合120s，得到预混料；
步骤三、将普通硅酸盐水泥PO 42.5、河砂、碎石、粉煤灰混合后加入预混料，搅拌混合得到内掺型抗渗阻锈混凝土。
实施例5
一种内掺型抗渗阻锈混凝土的制备方法，步骤如下：
步骤一、称取300kg的普通硅酸盐水泥PO 42.5、500kg的河砂、1000kg的碎石、50kg的粉煤灰、50kg的矿粉、10kg的聚羧酸盐减水剂、24kg的质量分数为2％的硬脂酸的乙醇溶液、150kg的水；
步骤二、将2％的硬脂酸的乙醇溶液、矿粉、聚羧酸盐减水剂和水在转速50rpm下混合120s，得到预混料；
步骤三、将普通硅酸盐水泥PO 42.5、河砂、碎石、粉煤灰混合后加入预混料，搅拌混合得到内掺型抗渗阻锈混凝土。
实施例6
一种内掺型抗渗阻锈混凝土的制备方法，步骤如下：
步骤一、称取300kg的普通硅酸盐水泥PO 42.5、500kg的河砂、1000kg的碎石、50kg的粉煤灰、50kg的矿粉、10kg的聚羧酸盐减水剂、9kg的质量分数为2％的硬脂酸的乙醇溶液、9kg的氧化锌、150kg的水；
步骤二、2％的硬脂酸的乙醇溶液、氧化锌、矿粉、聚羧酸盐减水剂和水混合得到预混料；
步骤三、将普通硅酸盐水泥PO 42.5、河砂、碎石、粉煤灰混合后加入预混料，搅拌混合得到内掺型抗渗阻锈混凝土。
实施例7
一种内掺型抗渗阻锈混凝土的制备方法，步骤如下：
步骤一、称取300kg的普通硅酸盐水泥PO 42.5、500kg的河砂、1000kg的碎石、50kg的粉煤灰、50kg的矿粉、10kg的聚羧酸盐减水剂、9kg的质量分数为2％的硬脂酸的乙醇溶液、6kg的氧化锌、150kg的水；
步骤二、2％的硬脂酸的乙醇溶液、氧化锌、矿粉、聚羧酸盐减水剂和水混合得到预混料；
步骤三、将普通硅酸盐水泥PO 42.5、河砂、碎石、粉煤灰混合后加入预混料，搅拌混合得到内掺型抗渗阻锈混凝土。
实施例8
一种内掺型抗渗阻锈混凝土的制备方法，步骤如下：
步骤一、称取300kg的普通硅酸盐水泥PO 42.5、500kg的河砂、1000kg的碎石、50kg的粉煤灰、50kg的矿粉、10kg的聚羧酸盐减水剂、9kg的质量分数为2％的硬脂酸的乙醇溶液、6kg的结构化氧化锌、150kg的水；
步骤二、2％的硬脂酸的乙醇溶液、结构化氧化锌、矿粉、聚羧酸盐减水剂和水混合得到预混料；
步骤三、将普通硅酸盐水泥PO 42.5、河砂、碎石、粉煤灰混合后加入预混料，搅拌混合得到内掺型抗渗阻锈混凝土。
其中，结构化氧化锌的制备方法为，将0.05kg的二水合乙酸锌、0.02kg的六亚甲基四胺、0.003kg的氟化铵和1kg的水在转速300rpm搅拌10min混合，随后在180℃水热反应12h，过滤、洗涤、干燥，收集不溶物后在500℃煅烧3h，得到结构化氧化锌。
对比例
一种混凝土的制备方法，步骤如下：
步骤一、称取300kg的普通硅酸盐水泥PO 42.5、500kg的河砂、1000kg的碎石、50kg的粉煤灰、50kg的矿粉、10kg的聚羧酸盐减水剂、150kg的水；
步骤二、矿粉、聚羧酸盐减水剂和水混合得到预混料；
步骤三、将普通硅酸盐水泥PO 42.5、河砂、碎石、粉煤灰混合后加入预混料，搅拌混合得到混凝土。
测试例
测试例本发明实施例8的结构化氧化锌的形貌，如图1所示，可以看出结构化分级的纳米片层的氧化锌成功制备。
参照JC/T 474-2008砂浆、混凝土防水剂标准对实施例1～9和对比例制备的材料进行吸水率测试，结果如表1所示，
表1吸水率结果
| 吸水率(％) | |
| 实施例1 | 5.2 |
| 实施例2 | 9.6 |
| 实施例3 | 3.8 |
| 实施例4 | 5.1 |
| 实施例5 | 7.8 |
| 实施例6 | 5.0 |
| 实施例7 | 4.7 |
| 实施例8 | 4.2 |
| 对比例 | 4.6 |
对比实施例1～2和对比例，一定质量的氧化锌会显著提高混凝土的吸水率，这是因为氧化锌的粒径较小、比表面积较大具有很强的吸引水分子的能力，过量的氧化锌在早期阻碍了水化产物的形成，延迟了水泥的水化，导致混凝土孔隙度过大，从而吸水率显著上升。对比实施例3～5和对比例，硬脂酸添加量增加，吸水率逐渐增加，这是因为少量的硬脂酸可以提高混凝土整体的疏水性能，但硬脂酸的增加阻碍了水泥的水化反应，从而导致自由水的增加。它促进额外孔隙率的形成。随着混凝土孔隙率的增加，水很容易进入混凝土的孔隙结构从而造成疏水性上升。对比实施例6～7和对比例，可以看出将硬脂酸和氧化锌复配可以抑制它们对水泥水化的影响。尤其是，实施例8添加结构化氧化锌具有最低的吸水率，这可能是应为结构化氧化锌具有轻质的片层结构，可以促进早期水化的进行，同时硬脂酸也能改进整体的疏水性。
参照GB/T50081-2019混凝土物理力学性能试验方法标准，将混凝土材料制成100mm×100mm×100mm的试件，在20±2、℃相对湿度95％以上养护28天，进行抗压强度测试，结果如表2所示。
表2抗压强度结果
| 28天抗压强度(MPa) | |
| 实施例2 | 45.3 |
| 实施例5 | 49.2 |
| 实施例7 | 62.3 |
| 实施例8 | 64.8 |
| 对比例 | 59.3 |
表2的测试结果基本与吸水率测试结果一致，因为过多的氧化锌和硬脂酸导致了孔隙增强，造成了抗压强度的下降。同时，实施例8具有最大的抗压强度。
还测试了实施例7和实施例8制成试件养护28天后的微观结构，分别图图2和图3所示。可以看出实施例8制备的混凝土试件具有更小的孔隙率，与抗压强度测试结果一致。
将混凝土材料制成Φ100mm×50mm的试件，在20±2、℃相对湿度95％以上养护28天，使用快速氯离子迁移系数法(RCM法)测试了混凝土试件的氯离子迁移系数，结果如表3所示。
表3氯离子迁移系数结果
从表3的测试结果可以看出，实施例7和实施例8制备的内掺型抗渗阻锈混凝土具有良好的抗氯离子迁移性能。
将混凝土材料倒入70mm×70mm×70mm的模具中，将Φ100mm×50mm的HRB335钢筋插入混凝土材料中，其中，HRB335钢筋中间焊接有铜导线。在20±2、℃相对湿度95％以上养护7天，在试件的上下端涂上环氧树脂，随后浸泡在质量分数3.5％的氯化钠溶液中24h后，将混凝土试件作为工作电极、饱和甘汞电极为参比电极、铂电极作为对电极，测试了不同混凝土材料的腐蚀电流，结果如表4所示。
表4腐蚀电流结果
| 腐蚀电流(μA/cm2) | |
| 实施例7 | 4.231 |
| 实施例8 | 6.359 |
| 对比例 | 1.335 |
从表4的结果可以看出，相对于普通混凝土，以硬脂酸分散液、氧化锌或结构化氧化锌作为混凝土的抗渗阻锈剂，可以显著降低腐蚀电流，这是因为，它们的孔隙更小、吸水性更低、强度更高，降低了氯离子向混凝土内部的扩散。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.内掺型抗渗阻锈混凝土，其特征在于，以质量份计包括，200～300份水泥、400～600份河砂、800～1200份碎石、50～150份粉煤灰、50～150份矿粉、5～10份减水剂、6～24份抗渗阻锈剂、100～200份水；
所述抗渗阻锈剂包括硬脂酸分散液、氧化锌或结构化氧化锌中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的内掺型抗渗阻锈混凝土，其特征在于，所述抗渗阻锈剂由硬脂酸分散液与氧化锌或结构化氧化锌以质量比3：1～1：3混合而成。
3.根据权利要求1所述的内掺型抗渗阻锈混凝土，其特征在于，所述结构化氧化锌的制备方法以质量份计为，
将2～5份可溶性锌盐、1～3份六亚甲基四胺、0.2～0.5份氟化铵和50～100份水混合，随后水热反应，收集不溶物后煅烧得到结构化氧化锌。
4.根据权利要求3所述的内掺型抗渗阻锈混凝土，其特征在于，所述可溶性锌盐为六水合硝酸锌、二水合乙酸锌、氯化锌中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的内掺型抗渗阻锈混凝土，其特征在于，所述水热反应在150～200℃保持10～20h。
6.根据权利要求3所述的内掺型抗渗阻锈混凝土，其特征在于，所述煅烧在300～500℃保持2～5h。
7.根据权利要求1～6任一项所述的内掺型抗渗阻锈混凝土，其特征在于，所述硬脂酸分散液为质量分数1～3％的硬脂酸的乙醇溶液。
8.根据权利要求1所述的内掺型抗渗阻锈混凝土，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥；
所述河砂的粒径为0.15～4.75mm；
所述碎石的粒径为5～10mm；
所述粉煤灰为一级粉煤灰；
所述矿粉为S95级矿粉；
所述减水剂为聚羧酸盐减水剂。
9.根据权利要求1所述的内掺型抗渗阻锈混凝土，其特征在于，所述氧化锌的粒径为50±5nm。
10.一种制备权利要求1～9任一项所述的内掺型抗渗阻锈混凝土的制备方法，其特征在于，包括，
将抗渗阻锈剂、矿粉、减水剂和水混合得到预混料；
将水泥、河砂、碎石、粉煤灰混合后加入预混料，搅拌混合得到内掺型抗渗阻锈混凝土。
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