CN103342521B

CN103342521B - 耐浓缩海水和脱硫烟气腐蚀的混凝土

Info

Publication number: CN103342521B
Application number: CN201310278422.0A
Authority: CN
Inventors: 王素芳; 赵晓利; 赵春晓; 朱艳琴
Original assignee: Hebei Electric Power Design and Research Institute
Current assignee: China Electric Power Construction Group Hebei electric survey and Design Research Institute Co., Ltd.
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2033-07-03
Also published as: CN103342521A

Abstract

本发明公开一种耐浓缩海水和脱硫烟气腐蚀的混凝土，由碎石、砂子、凝胶材料、外加剂和水组成，所述胶凝材料由水泥、矿粉以及粉煤灰组成，矿粉和粉煤灰在凝胶材料中所占质量百分比分别为23.6%～25%，余量为水泥。本发明通过控制混凝土的凝胶材料中粉煤灰、矿粉和水泥的配比，并严格控制凝胶材料的碱含量和氯离子含量，达到了烟塔合一海水冷却塔对混凝土的强度要求和耐腐蚀性要求，省去了传统技术中必须制作防腐涂层的步骤，因此可以提高劳动效率，降低施工成本。

Description

耐浓缩海水和脱硫烟气腐蚀的混凝土

技术领域

本发明涉及一种混凝土，具体涉及一种耐浓缩海水和脱硫烟气腐蚀的混凝土。

背景技术

海水冷却塔是一种以海水为冷却介质，在换热设备中完成一次冷却后，再经冷却塔冷却，随后继续循环使用的水冷却技术。与传统的海水直流供水和淡水循环冷却***相比，海水冷却塔一方面可节省大量淡水资源，另一方面对周围海体的热污染及化学试剂污染小，更有利于保护海洋生态环境。随着沿海地区淡水资源日益紧缺和环保标准的逐步提高，海水冷却塔在沿海地区的应用越来越广泛。一些沿海地区的火力发电厂也结合自身特点，开发出了烟塔合一海水冷却塔，将锅炉烟气通过海水冷却塔冷却后再排放，既可以降低环境污染，又可以回收烟气中的余热，提高能源利用率。

但是，由于烟塔合一海水冷却塔内是一种湿度大、温度高的环境，而且冷却介质中还含有来自海水的SO₄ ^2-和Cl^ˉ以及脱硫烟气在冷却塔塔壁上形成的腐蚀性液滴，它们对混凝土的腐蚀十分严重，因此，烟塔合一海水冷却塔的建造材料必须具有较强的耐腐蚀性，常规的混凝土无法达到使用要求。

现阶段用于建造烟塔合一海水冷却塔的混凝土主要有两种：一种是采用普通硅酸盐水泥，并在其中加入适量的防腐剂、微膨胀剂和纤维来配置混凝土，最后再在混凝土外表增加一层防腐涂层；另一种方式是采用抗硫酸盐水泥配置混凝土，并在混凝土的外表增加一层防腐涂层。这两种混凝土都具有成本高、施工工序繁琐的缺点，而且采用抗硫酸盐水泥配置的混凝土只能抵抗部分SO₄ ^2-的腐蚀，这种混凝土是特种混凝土，生产厂家少、成本高、价格也较高。因此，如何在保证混凝土的强度、耐腐蚀性、耐久性的前提下降低生产成本、提高施工效率一直是混凝土生产领域的研究课题。

依据GB175-2007，硅酸盐水泥的强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级，普通硅酸盐水泥的强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R四个等级。水泥的质量好坏对混凝土的性能起着重要的作用，因此使用时必须根据工程需要选择合适的等级。在混凝土生产领域，水胶比是指混凝土中用水量与凝胶材料用量的质量比。凝胶材料又称胶结料，是指在物理、化学作用下，能胶结其他物料，制成有一定机械强度的复合固体的物质，例如水泥、石灰、沥青等。外加剂是指为改善和调节混凝土的性能而掺加的物质，如膨胀剂、减水剂、防冻剂等，外加剂产品的质量必须符合国家标准《混凝土外加剂》（GB8076-2008）的规定。在混凝土生产中，一般都要控制各原料中的可溶性碱含量，以免在配置混凝土时发生碱骨料反应，导致混凝土膨胀、开裂，进而影响工程质量。可溶性碱是将水泥放入水中搅拌一定时间所能溶出的碱量。按照国家标准GB175-2007中的规定，水泥中的碱含量的测定一般以Na₂O+0.658K₂O的计算值表示，即以氧化钠的质量百分含量加上0.658乘以氧化钾的质量百分含量来表示。另外，混凝土中的氯离子也会对钢筋混凝土的表面造成腐蚀，影响混凝土的耐久性。因此，GB175-2007中也对氯离子含量的测定也做出了规定，并要求混凝土各组分的氯离子含量控制在适当的范围内。砂、石中的含泥量是指砂、石中公称粒径小于80μm的颗粒的含量，砂子、碎石中含泥量过高时，会影响凝胶材料的胶结效果，对混凝土的强度有害。配制混凝土时，一般是先根据需要配制一定体积的砂子和碎石的混合物，再在混合物中加入凝胶材料，凝胶材料填充到碎石和砂子的缝隙中，将作为支撑材料的碎石和砂子连接凝固为一体。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种施工方便、成本低廉、耐海水和脱硫烟气腐蚀的耐浓缩海水和脱硫烟气腐蚀的混凝土。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

耐浓缩海水和脱硫烟气腐蚀的混凝土，由碎石、砂子、凝胶材料、外加剂和水组成，所述胶凝材料由水泥、矿粉以及粉煤灰组成，矿粉和粉煤灰在凝胶材料中所占质量百分比分别为23.6%～25%，余量为水泥；

所述水泥为强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥或强度等级不低于42.5的普通硅酸盐水泥，水泥的比表面积不大于400m²/kg，水泥中铝酸三钙的质量百分含量不超过8%，游离氧化钙的质量百分含量不超过1.5%，碱含量不超过0.75%，氯离子含量≤0.04%；

所述矿粉为水淬高炉矿渣制得的S95或S105级矿粉，矿粉的比表面积为350m²/kg～450m²/kg，水溶性氯离子含量≤0.02%，可溶性碱含量≤0.45%；

所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰或Ⅱ级粉煤灰，粉煤灰的氯离子含量≤0.02%，可溶性碱含量≤0.3%。

本发明的进一步改进在于：所述凝胶材料中，矿粉和粉煤灰加入的比例相同。

本发明的进一步改进在于：所述碎石为5mm～25mm粒级的连续级配的碎石，碎石的堆积密度＞1450kg/m³，空隙率≤42%，含泥量≤1.5%，氯离子含量≤0.01%；

所述砂子为河砂，砂子的细度模数为2.4～3.0，含泥量≤2%，氯离子含量≤0.01%。

本发明的进一步改进在于：所述碎石、砂子、凝胶材料的质量份数为：碎石200～280份，砂子135～187份，凝胶材料100份；外加剂和水适量添加。

本发明的进一步改进在于：每立方米混凝土中，碎石用量为992.5kg～1111.6kg，砂子用量为734.5kg～742.4kg，凝胶材料的用量为397kg；凝胶材料中包括粉煤灰99kg、矿粉99kg和余量的水泥；水胶比为0.38。

本发明的进一步改进在于：每立方米混凝土中，碎石用量为1068kg～1112.5kg，砂子用量为716.5kg～729.8kg，凝胶材料的用量为445kg；凝胶材料中包括粉煤灰111kg、矿粉111kg和余量的水泥；水胶比为0.34。

本发明的进一步改进在于：每立方米混凝土中，碎石用量为1018kg～1068.9kg，砂子用量为687.2kg～702.4kg，凝胶材料的用量为509kg，凝胶材料中包括粉煤灰127kg、矿粉127kg和余量的水泥；水胶比为0.30。

本发明的进一步改进在于：所述外加剂是聚羧酸高效减水剂，外加剂中氯离子含量≤0.2%，可溶性碱含量≤10%。

本发明的进一步改进在于：配制混凝土所用的水中氯离子含量≤200mg/L，硫酸根离子含量≤0.22%。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步如下。

本发明通过控制混凝土的凝胶材料中粉煤灰、矿粉和水泥的配比，并严格控制凝胶材料的碱含量和氯离子含量，提高了混凝土的氯离子渗透系数，达到了烟塔合一海水冷却塔对混凝土的强度要求和耐腐蚀性要求，省去了传统技术中必须制作防腐涂层的步骤，因此可以提高劳动效率，降低施工成本。本发明的凝胶材料中使用了较大掺量的矿粉和粉煤灰，可以进一步降低成本。本发明所用的水泥的比表面积不大于400m²/kg，可以避免水泥早期开裂。本发明所用的水泥中铝酸三钙的含量不超过8%，可以避免出现假凝现象，有利于提高混凝土的耐久性。

本发明所用的碎石为5mm～25mm粒级的连续级配的碎石，并对碎石的空隙率及含泥量做了限定，可以在保证耐蚀性的同时，保证混凝土有较高的强度。本发明所用的砂子为细度模数在2.4～3.0范围内的河砂，具有易于施工操作、成型密实的优点。本发明所用的外加剂是聚羧酸高效减水剂，减水率高，而且可以对混凝土的强度、抗收缩性等性能起到有利的作用。本发明所用的凝胶材料中，当矿粉和粉煤灰加入的比例相同时，可以使混凝土的强度、耐腐蚀性、抗渗性、收缩性等性能达到最优，既可以满足烟塔合一海水冷却塔的耐腐蚀性要求，还具有强度高、耐久性好、成本低的优点。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步详细说明：

实施例1：

耐浓缩海水和脱硫烟气腐蚀的混凝土，包括碎石、砂子、凝胶材料、外加剂和水。

配制混凝土所用的碎石为5mm～25mm粒级的连续级配的碎石，碎石的堆积密度＞1450kg/m³，空隙率≤42%，吸水率≤2%，压碎指标≤12%，含泥量≤1.5%，氯离子含量≤0.01%。

配制混凝土所用的砂子为河砂，砂子的细度模数为2.4～3.0，含泥量≤2%，氯离子含量≤0.01%，并控制4.75mm筛的累计筛余量为0～5%，0.6mm筛的累计筛余量为40%～70%，0.15mm筛的累计筛余量大于95%。

胶凝材料由水泥、矿粉以及粉煤灰组成。所用的水泥是强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥，比表面积不大于400m²/kg，水泥中铝酸三钙的质量百分含量不超过8%，游离氧化钙的质量百分含量不超过1.5%，碱含量不超过0.75%，氯离子含量≤0.04%。所用的矿粉是水淬高炉矿渣制得的S95级或S105级矿粉，比表面积控制在350m²/kg～450m²/kg，水溶性氯离子含量≤0.02%，可溶性碱含量≤0.45%。所用的粉煤灰为Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰，粉煤灰中氯离子含量≤0.02%，可溶性碱含量≤0.3%。

本实施例中，每立方米混凝土中，碎石的用量为992.5kg，砂子用量为742.4kg，凝胶材料用量为397kg。凝胶材料由粉煤灰94kg、矿粉94kg、水泥209kg组成。配制混凝土时，先将碎石和砂子按比例配制好以后，再加入凝胶材料。然后按0.38的水胶比加入水，即每397kg凝胶材料对应加入约150kg～151kg的水，所用的水中氯离子含量≤200mg/L，硫酸根离子含量≤0.22%。在制备浆体的过程中，加入外加剂，本实施例中所用的外加剂是聚羧酸高效减水剂，聚羧酸高效减水剂中氯离子含量≤0.2%，可溶性碱含量≤10%。

经测试，采用上述配方制得的混凝土，28d强度为47.4Mpa，并且氯离子渗透系数DRCM为5.25×10^-12m²/s，混凝土28天的碳化深度为6.49mm。

实施例2～15：

实施例2～15的配方及制得的混凝土性能如下表所示：

实施例1～5配制的混凝土为C40强度等级的混凝土，每立方米混凝土中碎石用量为992.5kg～1111.6kg，砂子用量为734.5kg～742.4kg，凝胶材料用量为397kg，凝胶材料中包括粉煤灰94kg～99kg、矿粉94kg～99kg和余量的水泥。经测试，实施例1～5所制得的混凝土，氯离子渗透系数DRCM可以达到5.23×10^-12m²/s～5.27×10^-12m²/s。

实施例6～10所制得的混凝土为C45强度等级的混凝土，每立方米混凝土中碎石用量为1068kg～1112.5kg，砂子用量为716.5kg～729.8kg，凝胶材料用量为445kg，凝胶材料中包括粉煤灰105kg～111kg、矿粉105kg～111kg和余量的水泥。经测试，实施例6～10所制得的混凝土，氯离子渗透系数DRCM可以达到4.20×10^-12m²/s～4.24×10^-12m²/s。

实施例11～15所制得的混凝土为C50强度等级的混凝土，每立方米混凝土中碎石用量为1018kg～1068.9kg，砂子用量为687.2kg～702.4kg，凝胶材料用量为509kg，凝胶材料中包括粉煤灰121kg～127kg、矿粉121kg～127kg和余量的水泥。经测试，实施例11～15所制得的混凝土，氯离子渗透系数DRCM可以达到3.80×10^-12m²/s～3.83×10^-12m²/s。

本发明通过控制混凝土中碎石、砂子、凝胶材料之间的比例，以及凝胶材料中各组分的比例，满足了烟塔合一海水冷却塔对混凝土强度和耐蚀性的要求，而且由于矿粉和粉煤灰的搀量较大，可以显著降低成本。另外，由于本发明配制的混凝土本身就具有较高的耐腐蚀性，因而不需要再在混凝土表面制作防腐涂层，既节约了生产成本，又缩短了工艺步骤，显著提高了劳动效率。

经测试，本发明所配制的混凝土在400次冻融循环后相对动弹性模量最小值DF=97.11%，质量损失最大值为0.648%，因此，这种混凝土的抗冻性也非常好，既适用于海水冷却塔以及烟塔合一海水冷却塔内的腐蚀环境，同时也适用于冻融、海洋氯化物腐蚀和化学腐蚀共同作用的环境。

Claims

1.耐浓缩海水和脱硫烟气腐蚀的混凝土，由碎石、砂子、凝胶材料、外加剂和水组成，其特征在于：所述凝胶材料由水泥、矿粉以及粉煤灰组成，矿粉和粉煤灰在凝胶材料中所占质量百分比分别为23.6％～25％，余量为水泥；

所述水泥为强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥或强度等级不低于42.5的普通硅酸盐水泥，水泥的比表面积不大于400m²/kg，水泥中铝酸三钙的质量百分含量不超过8％，游离氧化钙的质量百分含量不超过1.5％，碱含量不超过0.75％，氯离子含量≤0.04％；

所述矿粉为水淬高炉矿渣制得的S95或S105级矿粉，矿粉的比表面积为350m²/kg～450 m²/kg，水溶性氯离子含量≤0.02％，可溶性碱含量≤0.45％；

所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰或Ⅱ级粉煤灰，粉煤灰的氯离子含量≤0.02％，可溶性碱含量≤0.3％；

所述外加剂是聚羧酸高效减水剂，外加剂中氯离子含量≤0.2％，可溶性碱含量≤10％；

配制混凝土所用的水中氯离子含量≤200mg/L，硫酸根离子含量≤0.22％；

所述凝胶材料中，矿粉和粉煤灰加入的比例相同；

所述碎石为5mm～25mm粒级的连续级配的碎石，碎石的堆积密度＞1450kg/m³，空隙率≤42％，含泥量≤1.5％，氯离子含量≤0.01％；

所述砂子为河砂，砂子的细度模数为2.4～3.0，含泥量≤2％，氯离子含量≤0.01％；

所述碎石、砂子、凝胶材料的质量份数为：碎石200～280份，砂子135～187份，凝胶材料100份；外加剂和水适量添加。

2.根据权利要求1所述的耐浓缩海水和脱硫烟气腐蚀的混凝土，其特征在于：每立方米混凝土中，碎石用量为992.5kg～1111.6kg，砂子用量为734.5kg～742.4kg，凝胶材料的用量为397kg；凝胶材料中包括粉煤灰99 kg、矿粉99 kg和余量的水泥；水胶比为0.38。

3.根据权利要求1所述的耐浓缩海水和脱硫烟气腐蚀的混凝土，其特征在于：每立方米混凝土中，碎石用量为1068kg～1112.5kg，砂子用量为716.5kg～729.8kg，凝胶材料的用量为445kg；凝胶材料中包括粉煤灰111 kg、矿粉111 kg和余量的水泥；水胶比为0.34。

4.根据权利要求1所述的耐浓缩海水和脱硫烟气腐蚀的混凝土，其特征在于：每立方米混凝土中，碎石用量为1018kg～1068.9kg，砂子用量为687.2kg～702.4kg，凝胶材料的用量为509kg，凝胶材料中包括粉煤灰127kg、矿粉127kg和余量的水泥；水胶比为0.30。