一种海工耐腐蚀混凝土及其制备方法和用途与流程

1.本发明涉及建筑材料领域，特别是涉及一种海工耐腐蚀混凝土及其制备方法和用途。


背景技术：

2.在海洋环境中，混凝土受到的侵蚀环境是相当严酷的。海水作为主要的侵蚀溶液，其离子组成较为复杂，包含氯离子、硫酸根离子、镁离子、钾离子和钠离子等，其中氯离子、硫酸根离子等是主要的侵蚀性离子，会腐蚀混凝土内部钢筋，这对整个工程结构的安全使用和耐久性构成严重隐患。
3.目前海工混凝土技术主要通过两种手段来减缓海洋环境造成的腐蚀，第一类是使用减水剂、膨胀剂、防腐蚀剂等外加剂对混凝土稠度、密实度进行调控，进而提高浆体粘聚性和密实性，使混凝土保持良好的抗氯离子等有害离子侵蚀能力。第二类是掺入各类辅助胶凝材料如粉煤灰或矿渣粉，这可以有效降低混凝土孔隙率，从而显著降低混凝土中氯离子含量和表观氯离子扩散系数。
4.鉴于目前海工工程中使用最多的水泥基体仍然是硅酸盐水泥，但其凝结时间长，早期强度低以及抗冲蚀性能差，难以满足海工工程的需要。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种海工耐腐蚀混凝土及其制备方法和用途，用于解决现有技术中的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过包括以下技术方案获得的。
7.本发明提供一种海工耐腐蚀混凝土，包括如下重量份的原料组分：
[0008][0009]
优选地，所述胶凝材料为选自硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和无水石膏中的一种或多种。
[0010]
更优选地，所述胶凝材料为硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和无水石膏的混合物，其中，以所述胶凝材料的总质量为基准计，所述硫铝酸盐水泥的含量不低于30wt％，无水石膏的含量为10～40wt％。
[0011]
更优选地，所述硫铝酸盐水泥为高贝利特硫铝酸盐水泥，贝利特含量不低于45％。
[0012]
更优选地，所述硅酸盐水泥为p
·
o42.5。
[0013]
更优选地，所述无水石膏中无水硫酸钙含量不低于80％。
[0014]
优选地，所述辅助胶凝材料为选自矿渣、粉煤灰、钢渣粉、石灰石粉中的一种或多种。
[0015]
更优选地，所述矿渣为s95级矿渣粉。
[0016]
更优选地，所述矿渣的比表面积为400～450m2/kg，28d活性指数为98％以上。
[0017]
更优选地，所述粉煤灰为ⅰ级粉煤灰。
[0018]
更优选地，所述粉煤灰的比表面积为450～500m2/kg。
[0019]
更优选地，所述钢渣粉的比表面积为430～500m2/kg，且氧化钙含量不低于35％。
[0020]
更优选地，所述石灰石粉粒径范围为0.18～90μm，28d活性指数不低于70％。
[0021]
优选地，所述粗骨料的粒径为5～20mm。
[0022]
优选地，所述粗骨料为碎石。
[0023]
更优选地，所述粗骨料中包括5～10mm和10～20mm两个级配。其中，级配为5～10mm的粗骨料的质量占粗骨料总质量的40～50wt％。
[0024]
优选地，所述细骨料选自石英砂和铁尾矿砂中的一种或两种。更优选地，所述细骨料选自石英砂和铁尾矿砂的混合物，且所述石英砂和铁尾矿砂的质量比为(2～5)：1。
[0025]
更优选地，石英砂粒径范围为0.12～0.38mm，且含有0.12～0.18mm与0.18～0.38mm两个级配，其中，0.12～0.18mm级配与0.18～0.38mm级配的质量比为1：(1～5)。
[0026]
更优选地，所述铁尾矿砂粒径范围为0.15～0.315mm，细度模数为1.2～1.5。
[0027]
优选地，所述减水剂选自聚羧酸型减水剂。所述减水剂的减水率大于30％。
[0028]
优选地，所述耐腐蚀性外加剂包括如下重量份的原料组分：
[0029][0030]
优选地，所述有机硅憎水粉剂平均颗粒大小为110～130μm，堆积密度为280～320g/l。
[0031]
优选地，所述硫铝酸钙膨胀剂比表面积≥2000cm2/g。
[0032]
优选地，所述高活性二氧化硅中二氧化硅含量大于99.8wt％，平均粒径为18～22nm，比表面积为240～260m2/g。
[0033]
本发明还公开了一种如上述所述的海工耐腐蚀混凝土的制备方法，将各原料组分混合均匀。
[0034]
本发明还公开了如上述所述的海工耐腐蚀混凝土在跨海桥梁结构或滨海码头中的用途。
[0035]
与现有海工工程混凝土材料相比，本发明优势如下：
[0036]
1、本发明使用硫铝酸盐水泥-硅酸盐水泥-石膏三元复合材料替代传统硅酸盐水泥，三元复合材料具有良好快凝、快硬以及耐腐蚀性能，适用于海工工程。
[0037]
2、本发明使用了调配的防腐蚀外加剂，有效保证混凝土抵抗氯离子侵蚀能力，提高海工工程耐久性。
[0038]
3、本发明使用较多固体废弃物，符合可持续发展、节能低碳的政策，有效实现绿色节能、资源高效回收利用。
具体实施方式
[0039]
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0040]
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
[0041]
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
[0042]
本技术实施例中，提供一种更加具体的海工耐腐蚀混凝土，所述海工耐腐蚀混凝土包括如下重量份的原料组分：胶凝材料60～120份、辅助胶凝材料60～120份、粗骨料240～960份、细骨料120～480份、减水剂1～4份、耐腐蚀外加剂4～12份、水30～72份。
[0043]
具体地，所述胶凝材料为60份、辅助胶凝材料60～90份、粗骨料240～300份、细骨料120～180份、减水剂1～2份、耐腐蚀外加剂4～8份、水36～54份。
[0044]
如所述辅助胶凝材料可以为60份、65份、70份、75份、80份、85份或90份。
[0045]
如所述粗骨料可以为240份、245份、250份、255份、260份、265份、270份、275份、280份、285份、290份、295份或300份。
[0046]
如所述细骨料可以为120份、125份、130份、135份、140份、145份、150份、155份、160份、165份、170份、175份或180份。
[0047]
其采用的原料组分规格具体如下：
[0048]
所述胶凝材料为硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和无水石膏的混合物，其中，以所述胶凝材料的总质量为基准计，所述硫铝酸盐水泥的含量不低于30wt％，无水石膏的含量为10wt％～40wt％。更优选地，所述无水石膏的含量为15wt％～35wt％，如可以为15wt％、20wt％、25wt％、30wt％或35wt％。更优选地，所述硫铝酸盐水泥的含量为30wt％～50wt％，如可以为30wt％、35wt％、40wt％、45wt％或50wt％。
[0049]
所述硫铝酸盐水泥为高贝利特硫铝酸盐水泥，贝利特含量不低于45％。
[0050]
所述硅酸盐水泥为p
·
o42.5。
[0051]
所述无水石膏中无水硫酸钙含量不低于80％。
[0052]
所述辅助胶凝材料为选自矿渣、粉煤灰、钢渣粉、石灰石粉中的一种或多种。
[0053]
优选地，以所述辅助胶凝材料的总质量为基准计，所述矿渣的含量至少为20wt％，
石灰石粉含量不超过35wt％。更具体地，以所述辅助胶凝材料的总质量为基准计，所述矿渣的含量为20～35wt％，所述粉煤灰的含量为15～35wt％，所述钢渣粉的含量为20～35wt％。
[0054]
所述矿渣为s95级矿渣粉，所述矿渣的比表面积为400～450m2/kg，28d活性指数为98％以上。所述粉煤灰为ⅰ级粉煤灰，所述粉煤灰的比表面积为450～500m2/kg。所述钢渣粉的比表面积为430～500m2/kg，且氧化钙含量不低于35％。所述石灰石粉粒径范围为0.18～90μm，28d活性指数不低于70％。
[0055]
所述粗骨料为碎石，粒径为5～20mm，所述粗骨料中包括5～10mm和10～20mm两个级配，级配为5～10mm的粗骨料的质量占粗骨料总质量的40～50wt％。
[0056]
所述细骨料选自石英砂和铁尾矿砂中的一种或两种。更具体地，所述细骨料选自石英砂和铁尾矿砂的混合物，且所述石英砂和铁尾矿砂的质量比为(2～5)：1。如可以为2:1、3:1、4:1或5:1。
[0057]
所述英砂粒径范围为0.12～0.38mm，且含有0.12～0.18mm与0.18～0.38mm两个级配，其中，0.12～0.18mm级配与0.18～0.38mm级配的质量比为1：(1～5)，如可以为1:1、1:2、1:3、1:4或1:5。
[0058]
所述铁尾矿砂粒径范围为0.15～0.315mm，细度模数为1.2～1.5。
[0059]
所述减水剂选自聚羧酸型减水剂。所述减水剂的减水率大于30％。
[0060]
更具体地，所述耐腐蚀外加剂可以为4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份或12份。
[0061]
具体地，所述耐腐蚀性外加剂包括如下重量份的原料组分：
[0062][0063]
所述有机硅憎水粉剂平均颗粒大小为110～130μm，堆积密度为280～320g/l。
[0064]
所述硫铝酸钙膨胀剂比表面积≥2000cm2/g。
[0065]
所述高活性二氧化硅中二氧化硅含量大于99.8wt％，平均粒径为18～22nm，比表面积为240～260m2/g。
[0066]
实施例1
[0067]
本实施例提供了一种具体的海工耐腐蚀混凝土及制备方法。
[0068]
由以下质量份的组分组成：硫铝酸盐水泥30份、硅酸盐水泥15份、石膏15份、矿渣20份、粉煤灰20份、钢渣粉20份、碎石240份、石英砂80份、铁尾矿砂40份、减水剂1份、耐腐蚀外加剂4份、水36份。
[0069]
其中，所述耐腐蚀外加剂中含有2.4份高活性二氧化硅、0.8份硅酸钠、0.4份有机硅憎水粉剂、0.4份硫铝酸钙膨胀剂。
[0070]
实施例2
[0071]
本实施例提供了一种海工耐腐蚀混凝土及制备方法。
[0072]
由以下质量份的组分组成：硫铝酸盐水泥30份、硅酸盐水泥20份、石膏10份、矿渣30、粉煤灰20份、钢渣粉20份、石灰石粉20份、碎石300份、石英砂250份、铁尾矿砂50份、减水
剂1份、耐腐蚀外加剂5份、水45份。
[0073]
其中，所述耐腐蚀外加剂中含有3份高活性二氧化硅、1份硅酸钠、0.5份有机硅憎水粉剂、0.5份硫铝酸钙膨胀剂。
[0074]
实施例3
[0075]
本实施例提供了一种海工耐腐蚀混凝土及制备方法。
[0076]
由以下质量份的组分组成：硫铝酸盐水泥20份、硅酸盐水泥20份、石膏20份、矿渣20份、粉煤灰15份、钢渣粉20份、石灰石粉25份、碎石240份、石英砂80份、铁尾矿砂40份、减水剂1份、耐腐蚀外加剂5份、水45份。
[0077]
其中，所述耐腐蚀外加剂中含有1.5份高活性二氧化硅、1份硅酸钠、1份有机硅憎水粉剂、1.5份硫铝酸钙膨胀剂。
[0078]
实施例4
[0079]
本实施例提供了一种海工耐腐蚀混凝土及制备方法。
[0080]
由以下质量份的组分组成：硫铝酸盐水泥20份；硅酸盐水泥30份；石膏10份；矿渣20；粉煤灰20份；钢渣粉20份；碎石240份；石英砂120份，铁尾矿砂60份；减水剂2份，耐腐蚀外加剂8份；水54份。
[0081]
其中，高活性二氧化硅2.4份，硅酸钠1.6份，有机硅憎水粉剂1.6份，硫铝酸钙膨胀剂2.4份。
[0082]
对比例1
[0083]
对比例1中的混凝土与实施例相比，仅在凝胶材料不同，其由以下质量份的组分组成：硅酸盐水泥60份、矿渣20、粉煤灰20份、钢渣粉20份、碎石240份、石英砂80份、铁尾矿砂40份、减水剂1份、耐腐蚀外加剂4份、水36份。其中，所述耐腐蚀外加剂中含有2.4份高活性二氧化硅、0.8份硅酸钠、0.4份有机硅憎水粉剂、0.4份硫铝酸钙膨胀剂。
[0084]
对比例2
[0085]
对比例2中的混凝土与实施例1相比，仅在未使用本技术中的耐腐蚀外加剂，其由以下质量份的组分组成：硫铝酸盐水泥30份、硅酸盐水泥15份、石膏15份、矿渣20份、粉煤灰20份、钢渣粉20份、碎石240份、石英砂80份、铁尾矿砂40份、减水剂1份、水36份。
[0086]
对比例3
[0087]
与实施例1相比，对比例3中的混凝土仅在于未使用硫铝酸盐水泥，其由以下质量份组分组成：硅酸盐水泥40份、石膏20份、矿渣20份、粉煤灰20份、钢渣粉20份、碎石240份、石英砂80份、铁尾矿砂40份、减水剂1份、耐腐蚀外加剂4份、水36份。
[0088]
其中，所述耐腐蚀外加剂中含有2.4份高活性二氧化硅、0.8份硅酸钠、0.4份有机硅憎水粉剂、0.4份硫铝酸钙膨胀剂。
[0089]
对比例4
[0090]
与实施例1相比，对比例4中的混凝土不同仅在耐腐蚀外加剂组成，其由以下质量份组分组成：硫铝酸盐水泥30份、硅酸盐水泥15份、石膏15份、矿渣20、粉煤灰20份、钢渣粉20份、碎石240份、石英砂80份、铁尾矿砂40份、减水剂1份、耐腐蚀外加剂4份、水36份。
[0091]
其中，所述耐腐蚀外加剂中含有2.4份高活性二氧化硅、1.6份硅酸钠。
[0092]
本技术实施例及对比例中，测试抗压强度时采用如下方法进行：
[0093]
胶凝材料、辅助胶凝材料、粗骨料、细骨料、减水剂、耐腐蚀外加剂以及水；
[0094]
将粗细骨料加入搅拌机搅拌2min，然后将胶凝材料与耐腐蚀外加剂加入搅拌1min；
[0095]
将减水剂充分溶于水中，共同加入搅拌机中搅拌2min；
[0096]
搅拌后浆体倒入100mm
×
100mm
×
100mm的模具用于抗压强度测试，倒入l00mm
×
50mm模具用于电通量及氯离子非稳态扩散测试。混凝土试块按gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中的相关规定，在20
±
5℃环境中静置24h后拆模，拆模后放入20
±
2℃，相对湿度为95％以上的养护箱中养护至28d、56d。
[0097]
56d氯离子扩散系数的测试方法参考gb/t50082一2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的快速氯离子迁移系数法。
[0098]
表1
[0099][0100][0101]
由表1可见，实施例中砂浆强度发展良好，其中，3d强度在34～43mpa之间；28d强度在56～64mpa之间；56d强度在61～70mpa之间；氯离子扩散系数在7.9
×
10-12
～13.6
×
10-12
m2s-1
。
[0102]
与各对比例相比，本发明实施例海工耐腐蚀混凝土早期强度发展快，后期强度较高，抗氯离子侵蚀能力较好。尤其通过各对比例与实施例1对比，凸显出本发明胶凝材料及耐腐蚀外加剂等独特优势。
[0103]
综上各实施例性能良好，本发明具有较好的应用价值。
[0104]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟
悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种海工耐腐蚀混凝土，其特征在于，包括如下重量份的原料组分：2.根据权利要求1所述的海工耐腐蚀混凝土，其特征在于，所述胶凝材料为选自硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和无水石膏的混合物。3.根据权利要求1所述的海工耐腐蚀混凝土，其特征在于，所述辅助胶凝材料为选自矿渣、粉煤灰、钢渣粉、石灰石粉中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的海工耐腐蚀混凝土，其特征在于，所述粗骨料为碎石，粒径为5～20mm；和/或，所述粗骨料中包括5～10mm和10～20mm两个级配。5.根据权利要求1所述的海工耐腐蚀混凝土，其特征在于，所述细骨料选自石英砂和铁尾矿砂中的一种或两种。6.根据权利要求1所述的海工耐腐蚀混凝土，其特征在于，所述减水剂选自聚羧酸型减水剂。7.根据权利要求1所述的海工耐腐蚀混凝土，其特征在于，所述耐腐蚀外加剂包括如下重量份的原料组分：8.根据权利要求7所述的海工耐腐蚀混凝土，其特征在于，包括如下特征中的一种或多种：所述有机硅憎水粉剂平均颗粒大小为110～130μm，堆积密度为280～320g/l；所述硫铝酸钙膨胀剂比表面积≥2000cm2/g；所述高活性二氧化硅中二氧化硅含量大于99.8wt％，平均粒径为18～22nm，比表面积为240～260m2/g。9.一种如权利要求1～8任一项所述的海工耐腐蚀混凝土的制备方法，将各原料组分混合均匀。10.一种如权利要求1～8任一项所述的海工耐腐蚀混凝土在跨海桥梁结构或滨海码头中的用途。

技术总结
本发明提供一种海工耐腐蚀混凝土及其制备方法和用途，所述海工耐腐蚀混凝土包括如下重量份的原料组分：胶凝材料60～120份、辅助胶凝材料60～120份、粗骨料240～960份、细骨料120～480份、减水剂1～4份、耐腐蚀外加剂4～12份、水30～72份。本申请中的海工耐腐蚀混凝土具有良好快凝、快硬以及耐腐蚀性能，适用于海工工程。工工程。


技术研发人员：庄然 陈红兵 施海 季赵强 施佳俊 冯华亦 曹效平 李荣荣 朱久权
受保护的技术使用者：中交第三航务工程局有限公司
技术研发日：2023.02.06
技术公布日：2023/8/1