CN113816677A - 一种沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及混凝土技术领域，具体公开了一种沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土及其制备工艺。所述大体积混凝土由包含以下重量份的原料制成：水泥250‑300份、粉煤灰100‑120份、高效抗裂膨胀剂20‑25份、阻锈剂30‑40份、防腐剂20‑30份、砂子700‑730份、碎石1000‑1100份、聚羧酸高效缓凝减水剂10‑15份和水100‑120份；高效抗裂膨胀剂包括重量比为（2.5‑1）：1的高效抗裂膨胀剂溶剂和高效抗裂膨胀剂微胶囊，高效抗裂膨胀剂微胶囊的壁材为嵌有氯化亚铜固体颗粒的固体聚合物，芯材内含有高效抗裂膨胀剂和表面活性剂。本申请提高了大体积混凝土的抗腐蚀性、阻锈性、抗裂性和长效耐久修复性。

Description

一种沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土及其制备工艺

技术领域

本申请涉及混凝土技术领域，尤其是涉及一种沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土及其制备工艺。

背景技术

大体积混凝土是指混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土的总称。

目前相关技术中的大体积混凝土中通过增加阻锈剂和防腐剂的方式减少混凝土的抗腐蚀阻锈效果。但是由于大体积混凝土会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生，此时上述裂缝的存在会破坏阻锈剂和防腐剂对钢筋结构的保护作用，使得位于混凝土内的钢筋骨架外露而发生腐蚀等情况，因此需要提出一种新的技术方案来解决大体积混凝土的长效抗腐蚀和阻锈效果。

发明内容

为了提高大体积混凝土的长效抗腐蚀和阻锈效果，本申请提供一种沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土及其制备工艺。

第一方面，本申请提供一种沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土，采用如下的技术方案：

一种沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土，所述大体积混凝土由包含以下重量份的原料制成：

所述高效抗裂膨胀剂包括高效抗裂膨胀剂溶剂和高效抗裂膨胀剂微胶囊；其中高效抗裂膨胀剂溶剂与高效抗裂膨胀剂微胶囊之间的重量比为(2.5-1)：1，所述高效抗裂膨胀剂微胶囊的壁材为嵌有氯化亚铜固体颗粒的固体聚合物，芯材内含有高效抗裂膨胀剂和表面活性剂。

通过采用上述技术方案，阻锈剂和防腐剂的加入会在混凝土内形成保护膜阻挡层，与此同时，混凝土在拌和的过程中加入的高效抗裂膨胀剂会会产生膨胀性结晶体水化物，与水泥本身的水化反应一起形成密实的大体积的混凝土，此时膨胀性结晶体水化物会填充在保护膜阻挡层周侧，形成保护膜阻挡层的密实型保护层，增加了混凝土整体的抗渗和密实度，同时还能够会与阻锈剂和防腐剂一起提高对混凝土的长效抗腐蚀和阻锈效果。

优选的，所述大体积混凝土的抗渗等级≥P30，抗冻等级≥D100。

优选的，所述氯化亚铜颗粒的粒径在0.1～100μm之间，高效抗裂膨胀剂为粒径0.1～10mm的颗粒。

优选的，所述高效抗裂膨胀剂微胶囊的制作方法，包括：将作为壁材的聚苯乙烯溶于二氯乙烷溶液中，混合制得壁材聚合物溶液，再将氯化亚铜分散在所述壁材聚合物溶液中，得氯化亚铜的PS悬浮液；然后再将高效抗裂膨胀剂以及油包水型表面活性剂加入所述氯化亚铜悬浮液中；在惰性气体气氛中喷雾干燥，得到高效抗裂膨胀剂微胶囊。

通过采用上述技术方案，高效抗裂膨胀剂微胶囊是一种离子触发型的微胶囊，主要是被氯离子触发而释放位于微胶囊内的芯材物质，在沿海地区长期的海水腐蚀下(海水中氯离子含量很高)，此时当大体积混凝土发生破坏性开裂时，位于微胶囊内的高效抗裂膨胀剂被释放出来，此时在水分作用下可以再次生成膨胀性结晶体水化物(C₃A·3CaSO₄·32H₂O)，填充混凝土裂开的缝隙，从而有效修复开裂混凝土的同时，还能起到密封位于混凝土内的钢筋结构，减少钢筋外漏，从而提高了混凝土的混凝土的密封性和抗腐蚀性能。

微胶囊内加入的高效抗裂膨胀剂在表面活性剂的作用下，可以沿着裂缝流动，此时新生成的膨胀性结晶体水化物非但不会挤压破坏原本的保护膜阻挡层结构，同时还能起到有效连接裂缝两侧的作用，同时多余的高效抗裂膨胀剂会朝着裂缝外流动，并在上述裂缝的外壁处形成一个类似”塞子”状的堵塞结构；当维修工人对上述混凝土进行日常巡查和维护时即可发现上述堵塞结构的存在，从而起到了较好的预警目的，此外还可以帮助工程师更好地判断上述混凝土结构的实际使用寿命和被腐蚀情况。

优选的，所述阻锈剂选为ST-A17型复合阻锈剂、氨基酮有机阻锈剂和氨基醇类阻锈剂中的一种或多种组合物。

优选的，所述阻锈剂进一步选为氨基酮有机阻锈剂。

通过采用上述技术方案，氨基酮有机阻锈剂是一种有机阻锈剂，其利用氨基酮分子与铁原子络合形成以铁原子为中心的鳌合环结构保护膜层，其原因：一方面是因为氨基酮分子中的氮原子的氨基和羰基中的氧原子都是电负性较大的原子，可以与钢筋表面氧化膜下形成有效吸附。另一方面，氨基酮分子中的氮原子的氨基和羰基能够与氧化膜表面铁原子形成鳌合环，鳌合环结构非常稳定，增强阻锈剂在钢筋表面的吸附。而且这种吸附多是化学吸附过程，一旦吸附成功后阻锈剂便能够非常稳定地结合在钢筋表面，起到良好的保护钢筋，防止钢筋腐蚀生锈的目的。

优选的，ST-A17型复合阻锈剂的主要由无机物(亚硝酸盐)和有机物(胺盐)复合而成。

优选的，所述防腐剂选为ST-A18型防腐剂和HY-400混凝土防腐剂中的至少一种。

通过采用上述技术方案，ST-A18型防腐剂和HY-400混凝土防腐剂均还是常见的混凝土防腐剂，加入后可与阻锈剂一起有效混凝土的长效抗腐蚀性能。

优选的，所述聚羧酸高效缓凝减水剂选自HK－1聚羧酸高效减水剂、HTJS-5型聚羧酸系高性能减水剂和SPP-PC聚羧酸系高效缓凝减水剂中的一种或多种组合物。

通过采用上述技术方案，聚羧酸高效缓凝减水剂选自HK－1聚羧酸高效减水剂、HTJS-5型聚羧酸系高性能减水剂和SPP-PC聚羧酸系高效缓凝减水剂是常见的聚羧酸类减水剂，能够有效控制混凝土中水泥的早期水化，具有降低大体积混凝土温升、降低收缩、减少徐变、对钢筋无腐蚀等优点。

优选的，所述粉煤灰选自Ⅱ级粉煤灰。

优选的，所述水泥选自P.Ⅱ42.5R水泥。

第二方面，本申请提供一种沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土的制备工艺，采用如下的技术方案：

一种沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土的制备工艺，包括以下步骤：将砂子和碎石搅拌1-2分钟，再加入水泥、粉煤灰、防腐剂、聚羧酸高效缓凝减水剂、高效抗裂膨胀剂微胶囊和阻锈剂，按照20-30转/分钟的速度搅拌3-5分钟。

通过采用上述技术方案，不仅制备方法简单，流程精简，而且制备得到的大体积混凝土具有良好的抗腐蚀性、阻锈性、抗裂性和长效耐久修复性。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请提高了大体积混凝土的抗腐蚀性、阻锈性、抗裂性和长效耐久修复性。

2、本申请通过破坏微胶囊结构，使得位于微胶囊内的高效抗裂膨胀剂被释放出来，此时在水分作用下可以再次生成膨胀性结晶体水化物，填充混凝土裂开的缝隙，从而有效修复开裂混凝土的同时，还能起到密封位于混凝土内的钢筋结构，减少钢筋外漏，从而提高了混凝土的混凝土的密封性和抗腐蚀性能。

3、本申请通过在表面活性剂的作用下，位于微胶囊的高效抗裂膨胀剂可以沿着裂缝流动，此时新生成的膨胀性结晶体水化物非但不会挤压破坏原本的保护膜阻挡层结构，同时还能起到有效连接裂缝两侧的效果，起到良好的密封效果；同时多余的高效抗裂膨胀剂会朝着裂缝外流动，并在上述裂缝的外壁处形成一个类似”塞子”状的堵塞结构；当维修工人对上述混凝土进行日常巡查和维护时即可发现上述堵塞结构的存在，从而起到了较好的预警目的。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请的各实施例中所用的原料，除下述特殊说明之外，其他均为市售产品。

高效抗裂膨胀剂采选自深圳市思特实业有限公司，品牌为都信，型号为ST-A的高效抗裂膨胀剂(其中，ST-A型高效抗裂膨胀剂的主要成分为煤矸石，石灰石，硬石膏，活性激化剂，氧化镁和高分子纤维素)。

ST-A17型复合阻锈剂采选自深圳市思特实业有限公司，品牌为都信的ST-A17型复合阻锈剂。其中，ST-A17型复合阻锈剂主要由无机物(亚硝酸盐)和有机物(胺盐)复合而成。

氨基酮有机阻锈剂的化学结构通式为：

其中，R1为氢原子、烷烃或芳烃；R2为氢原子、烷烃或芳烃。

氨基醇类阻锈剂采选自山东昌耀新材料有限公司的型号为cy--157870的氨基醇类阻锈剂(产地；山东，含量为99％，液体)。

ST-A18型防腐剂采选自深圳市思特实业有限公司，品牌为都信的ST-A18型防腐剂，其中ST-A18型防腐剂主要是精荼磺酸盐为初始原料经磺化，碱中和，甲醛缩合等步骤制备而成的。

HY-400混凝土防腐剂采选自北京艺高世纪科技股份有限公司，型号为HY-400的混凝土防腐剂(产地：北京，密度为1.75)。

HK－1聚羧酸高效减水剂采选自山西华凯伟业科技有限公司，型号为HK－1的聚羧酸高效减水剂。

HTJS-5型聚羧酸系高性能减水剂采选自北京固维建踯材料有限公司，型号为HTJS-5的聚羧酸系高性能减水剂(缓凝型)。

SPP-PC聚羧酸系高效缓凝减水剂采选自西华思远化工建材有限公司，型号为SPP-PC的聚羧酸系高效缓凝减水剂。

表面活性剂采选自武汉远成共创科技有限公司的单烷基磷酸酯，医药级(外观为灰白色片剂)。

制备例

制备例1：一种高效抗裂膨胀剂微胶囊，其制备方法包括：将5.7kg的ST-A的高效抗裂膨胀剂和30wt％1.2kg的醋酸纤维素混合，加少量水调成膏状，经挤出型造粒机造成平均粒径约为0.1mm的高效抗裂膨胀剂颗粒；

将作为壁材的1kg的聚苯乙烯(PS)溶于5kg的二氯乙烷溶液中，混合，搅拌得到PS溶液，再按聚苯乙烯质量的20％称取平均粒径约为0.1μm的氯化亚铜粉末，加入到PS溶液中，混合搅拌，得氯化亚铜的PS悬浮液；然后再将高效抗裂膨胀剂颗粒以及2kg的水包油型的表面活性剂(单烷基磷酸酯)加入上述氯化亚铜的PS悬浮液中；在惰性气体N₂气氛中喷雾干燥，得到高效抗裂膨胀剂微胶囊。

制备例2：一种高效抗裂膨胀剂微胶囊，与制备例1的不同之处在于，ST-A的高效抗裂膨胀剂、表面活性剂的用量不同，具体参见表1的数据。此外，高效抗裂膨胀剂颗粒的粒径为10mm；氯化亚铜粉末的粒径为100μm。

制备例3-5：一种高效抗裂膨胀剂微胶囊，与制备例1的不同之处在于，ST-A的高效抗裂膨胀剂、表面活性剂的用量不同，具体参见表1的数据。

实施例

实施例1：一种沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土，包括如表1所示的组分和用量。

其制备方法，包括以下步骤：

常温常压下，将砂子和碎石搅拌2分钟，再加入水泥、粉煤灰、防腐剂、聚羧酸高效缓凝减水剂、高效抗裂膨胀剂溶液、阻锈剂和高效抗裂膨胀剂微胶囊，按照20转/分钟的速度搅拌5分钟。

实施例2：一种沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土，与实施例1的不同之处在于：大体积混凝土的组分和用量不同，具体参见表1。

其制备方法，包括以下步骤：

将砂子和碎石搅拌1分钟，再加入水泥、粉煤灰、防腐剂、聚羧酸高效缓凝减水剂、高效抗裂膨胀剂溶液、阻锈剂和高效抗裂膨胀剂微胶囊，按照30转/分钟的速度搅拌3分钟。

实施例3-7：一种沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土，与实施例1的不同之处在于：大体积混凝土的组分和用量不同，具体参见表1。

表1沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土中实施例1-7的组分和用量(kg)

对比例

对比例1：一种沿海地区大体积混凝土，与实施例7的不同之处在于：上述大体积混凝土中不含有ST-A型高效抗裂膨胀剂微胶囊，均为22kg的ST-A型高效抗裂膨胀剂溶剂。

对比例2：一种沿海地区大体积混凝土，与实施例7的不同之处在于：上述大体积混凝土中不含有ST-A型高效抗裂膨胀剂和表面活性剂。

对比例3：一种沿海地区大体积混凝土，与实施例7的不同之处在于：上述大体积混凝土中不含有ST-A18型防腐剂。

对比例4：一种沿海地区大体积混凝土，与实施例7的不同之处在于：上述大体积混凝土中不含有氨基酮有机阻锈剂。

对比例5：一种沿海地区大体积混凝土，与实施例7的不同之处在于：ST-A型高效抗裂膨胀剂溶剂与ST-A型高效抗裂膨胀剂微胶囊的重量(kg)比为3:1。

对比例6：一种沿海地区大体积混凝土，与实施例7的不同之处在于：ST-A型高效抗裂膨胀剂溶剂与ST-A型高效抗裂膨胀剂微胶囊的重量(kg)比为1:2。

性能检测分析

试验一：混凝土抗冻性和抗渗性能试验对象：将实施例1-7制备得到的大体积混凝土为试样样品1-7，将对比例2-4得到的大体积混凝土为对照样品2-4。

试验方法：按照GB 50164《混凝土质量控制标准》和《混凝土质量控制标准GB50164-92》可知，检测28d龄期的大体积混凝土标准试件的抗渗等级和抗冻等级，并登记在表2中。

表2

	抗渗等级	抗冻等级
			实施例1	≥P30	≥D100
实施例2	≥P30	≥D100
			实施例3	≥P30	≥D100
实施例4	≥P30	≥D100
			实施例5	≥P30	≥D100
实施例6	≥P30	≥D100
			实施例7	≥P30	≥D100
对比例2	P4	D50
			对比例3	P4	D50
对比例4	P4	D50

结合实施例1-7和对比例2-4并结合表2可以看出，28d龄期的实施例1-7制备得到的大体积混凝土标准试件的抗渗等级均≥P30，抗冻等级均≥D100。对比例2的抗渗等级为P4，抗冻等级为D50，对照样品3的抗渗等级为P4，抗冻等级为D50，而对照样品4的抗渗等级为P4，抗冻等级为D50。由此可知实施例1-7的抗渗等级和抗渗等级均由于对比例2-4，此时可知，本申请实施例1-7的配方中通过增加ST-A型高效抗裂膨胀剂和表面活性剂，尤其是控制设置ST-A型高效抗裂膨胀剂微胶囊与ST-A型高效抗裂膨胀剂溶剂的用量可以有效提高大体积混凝土的抗渗和抗冻效果。

试验二：混凝土耐久性试验对象：将实施例1-7制备得到的大体积混凝土为试样样品1-7，将对比例1-5得到的大体积混凝土为对照样品1-5。

试验方法：按照混凝土耐久性检测方法GB/T50082《普通混凝土长期性与耐久性》进行28d龄期的大体积混凝土标准试件的耐腐蚀、防锈蚀性能检测，检测结果如表3所示。

表3性能检测结果

结合实施例1-7、对比例1-5并结合表3可知看出，实施例1-7的抗硫酸盐侵蚀干湿循环次数和抗压强度腐蚀系数的数值范围均大于对比例1-5的数值范，并且实施例1-7的硫酸盐侵蚀干湿循环次数控制在KS 150-KS 200之间，实施例1-7的抗压强度腐蚀系数在130-145之间。而实施例1-7的一年后钢筋锈蚀失重率和三年后钢筋锈蚀失重率的数值均小于对比例1-5的一年后钢筋锈蚀失重率和三年后钢筋锈蚀失重率数值的数值。同时，实施例1-7的一年后钢筋锈蚀失重率控制在0.5％以内，其三年后钢筋锈蚀失重率控制在1.5％以内。由此可知看出ST-A型高效抗裂膨胀剂、ST-A18型防腐剂、氨基酮有机阻锈剂、ST-A型高效抗裂膨胀剂微胶囊用量均会影响到大体积混凝土的耐久性能。通过控制协配ST-A型高效抗裂膨胀剂、ST-A18型防腐剂、氨基酮有机阻锈剂、ST-A型高效抗裂膨胀剂微胶囊用量可以有效提高大体积混凝土的耐久性能。

结合实施例7、对比例1和对比例5并结合表3可以看出，ST-A型高效抗裂膨胀剂微胶囊的存在会直接影响到大体积混凝土的耐久性，通过控制ST-A型高效抗裂膨胀剂溶剂与ST-A型高效抗裂膨胀剂微胶囊的重量(kg)比在(2.5-1)：1的范围可以有效提升大体积混凝土的长效耐久性。

结合实施例1-7、对比例4并结合表3可以看出，实施例4-7采用氨基酮有机阻锈剂的作用效果(抗压强度腐蚀系数在140-145)优于实施例1-3的效果。由此可以推断氨基酮有机阻锈剂确实可以与钢筋混凝土中的铁原子反应形成的稳定的鳌合环节后，以此达到有效增强对钢筋的防腐蚀性能的优点，从而进一步增强了大体积混凝土整体的耐久性能。

具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土，其特征在于，所述大体积混凝土由包含以下重量份的原料制成：

水泥 250-300份；

粉煤灰 100-120份；

高效抗裂膨胀剂 20-25份；

阻锈剂 30-40份；

防腐剂 20-30份；

砂子 700-730份；

碎石 1000-1100份；

聚羧酸高效缓凝减水剂 10-15份；

水 100-120份；

所述高效抗裂膨胀剂包括高效抗裂膨胀剂溶剂和高效抗裂膨胀剂微胶囊；其中高效抗裂膨胀剂溶剂与高效抗裂膨胀剂微胶囊之间的重量比为（2.5-1）：1，所述高效抗裂膨胀剂微胶囊的壁材为嵌有氯化亚铜固体颗粒的固体聚合物，芯材内含有高效抗裂膨胀剂和表面活性剂。

2.根据权利要求1所述的一种沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土，其特征在于，所述氯化亚铜颗粒的粒径在0.1~100μm之间，高效抗裂膨胀剂为粒径0.1~10 mm的颗粒。

3.根据权利要求2所述的一种沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土，其特征在于，所述高效抗裂膨胀剂微胶囊的制作方法，包括：将作为壁材的聚苯乙烯溶于二氯乙烷溶液中，混合制得壁材聚合物溶液，再将氯化亚铜分散在所述壁材聚合物溶液中，得氯化亚铜的PS悬浮液；然后再将高效抗裂膨胀剂以及油包水型表面活性剂加入所述氯化亚铜悬浮液中；在惰性气体气氛中喷雾干燥，得到高效抗裂膨胀剂微胶囊。

4.根据权利要求3所述的一种沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土，其特征在于，所述阻锈剂选为ST-A17型复合阻锈剂、氨基酮有机阻锈剂和氨基醇类阻锈剂中的一种或多种组合物。

5.根据权利要求4所述的一种沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土，其特征在于，所述防腐剂选为ST-A18型防腐剂和HY-400混凝土防腐剂中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土，其特征在于，所述聚羧酸高效缓凝减水剂选自HK－1聚羧酸高效减水剂、HTJS-5型聚羧酸系高性能减水剂和SPP-PC聚羧酸系高效缓凝减水剂中的一种或多种组合物。

7.根据权利要求6所述的一种沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土，其特征在于，所述粉煤灰选自Ⅱ级粉煤灰。

8.根据权利要求7所述的一种沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土，其特征在于，所述水泥选自P. Ⅱ 42.5R水泥。

9.权利要求1-8中任一所述的一种沿海地区抗腐蚀阻锈大体积混凝土的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：将砂子和碎石搅拌1-2分钟，再加入水泥、粉煤灰、防腐剂、聚羧酸高效缓凝减水剂、高效抗裂膨胀剂和阻锈剂，按照20-30转/分钟的速度搅拌3-5 分钟。