CN114105564B - 一种高抗蚀低收缩混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种高抗蚀低收缩混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高抗蚀低收缩混凝土的制备方法。所述高强度抗侵蚀混凝土由以下重量份原料组成：水泥100份，改性复合矿物超细粉40～150份，层状双氢氧化物1～4份，纳米SiO20.2～1.5份，中级砂160～240份，5～20mm连续级配骨料280～340份，水240～320份，功能性高效外加剂0.5～5份。将所述水，水泥，复合矿物超细粉，中级砂，骨料，层状双氢氧化物，纳米SiO2和功能性高效外加剂依次加入搅拌机，拌和均匀，成型养护后即可制备出高抗蚀低收缩混凝土。经检测：高抗蚀低收缩混凝土的7d水化热≤220kJ/kg，强度等级≥C45，56d电通量≤850C，28d抗海水侵蚀系数≥1.12，90d干缩率≤350×10‑6。本发明具有水化热低、强度高、收缩小、抗蚀性好和冶金固废利用率高的特点。

Description

一种高抗蚀低收缩混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于海工胶凝材料领域。具体涉及一种高抗蚀低收缩混凝土及其制备方法。
背景技术
高性能混凝土具有力学强度高、抗冻融性和抗碳化性好等特点，是用于制备海工基础设施的理想材料，已被广泛应用于海港、桥梁、海底隧道、防浪堤等海工建筑。但由于水胶比低、胶凝组分高，高性能混凝土的自干燥收缩大，致使混凝土结构稳定性较差，容易出现收缩开裂的问题。混凝土的收缩开裂将促使海水中Cl-、SO4 2-、Mg2+等侵蚀性离子渗透进入内部，显著降低混凝土力学强度和耐久性能，加快混凝土结构腐蚀老化，导致建筑结构过早劣化破坏，严重影响海工基础设施的实用性和安全性。
技术专利“高性能机制砂海工混凝土及其制备方法”中虽然提出了一种施工便利、工作性能良好、力学性能高、耐久性优良的高性能机制砂海工混凝土，但该技术无法解决干湿循环下混凝土收缩开裂的问题。技术专利“一种大吸水率粗集料高性能海工混凝土”(CN108101456B)中提出了和易性良好、抗Cl-离子侵蚀性较好的高性能海工混凝土，但该技术还存在着混凝土水化热高、收缩大的问题。技术专利“海工混凝土水泥”(CN106904911B)中虽然提出了一种海砂耐蚀海工混凝土，但该技术工艺较为复杂，所需内养护材料、孔结构调整和侵蚀性离子传输抑制剂和超分散减缩型外机剂均需高温制备及合成，成本高、能耗大。
针对复杂海洋环境下混凝土收缩较大、耐久性较低的问题，本发明公开一种高抗蚀低收缩混凝土及其制备方法，属于海工胶凝材料领域，该高抗蚀低收缩混凝土由水泥，改性复合矿物超细粉，层状双氢氧化物，纳米SiO2，中级砂，细骨料，水和功能性高效外加剂制备而成，具有水化热低、强度高、收缩小、抗蚀性好和固废利用率高的特点，可以更好地服役于严酷海洋环境，延长海工基础设施的使用寿命。
发明内容
本发明旨在克服现有技术中存在的缺陷，目的在于提供一种水化热低、力学强度高、固废利用率高和制备工艺简单的高抗蚀低收缩混凝土的制备方法，用该方法制备的高抗蚀低收缩混凝土性能优异。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
高强度抗侵蚀混凝土由以下重量份原料组成：水泥100份，改性复合矿物超细粉20～60份，层状双氢氧化物1～3份，纳米SiO20.2～1.5份，中级砂160～240份，5～20mm连续级配骨料280～340份，水240～320份，功能性高效外加剂0.5～5份。
按所述高抗蚀低收缩混凝土的原料组成，将所述水，水泥，复合矿物超细粉，中级砂，骨料，层状双氢氧化物，纳米SiO2和功能性高效外加剂依次加入搅拌机，拌和均匀，成型养护后即可制备出高抗蚀低收缩混凝土。
所述水泥为密度≥3.1kg/m3，比表面积≥400m2/kg的富铁硅酸盐水泥；所述水泥的矿相组分为：C3S44～48wt％，C2S26～32％，C2A1-xFx固溶体18～22wt％，C3A3～5.5wt％。
所述改性复合矿物超细粉为水淬高炉矿渣、热焖转炉钢渣，烧结烟气脱硫灰，水解聚马来酸酐和聚丙烯酸按重量比70～85：10～30：1～5：0.1～0.4：0.05～0.15进行配制，通过超细立磨机粉磨过600～800目筛，再通过管磨机粉磨1～6h制备而成。
所述层状双氢氧化物为水热法制备的钙铝水滑石和镁铝水滑石中的一种或多种。所述层状双氢氧化物为首先经过450～480℃微波加热10～60min，然后在Ca(OH)2饱和溶液中浸泡12～18h，随后在55～60℃温度下干燥至恒重，磨细过120目筛制备而成。
所述骨料为饱和预湿的赤泥质集料、淤泥质集料和珊瑚集料中的一种或多种，与碎石按重量比1：1.5～1:4混合配制而成。
所述功能性高效外加剂为萘系减水剂、聚羧酸系保坍剂、聚乙基羟基硅氧烷型抗渗剂和硫铝酸钙型膨胀剂按重量比20～40：15～30：10～25：15～30混合搅拌均匀而成。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
1.本发明利用水淬高炉矿渣、热焖转炉钢渣，烧结烟气脱硫灰配置的改性复合矿物超细粉部分取代富铁硅酸盐水泥，取代率可达30％～60％，具有冶金固废利用率高的特点。
2.本发明采用C3S含量偏低的富铁硅酸盐水泥与改性复合矿物超细粉复配作为胶凝组分，可有效降低混凝土水化热。
3.本发明利用细集料、超细粉和纳米SiO2的密实堆积作用，同时利用改性复合矿物超细粉填充内部微孔和高铁铝水化产物填充内部纳米孔，显著提高了混凝土密实性、力学强度和抗蚀性能。
4.本发明利用层状双氢氧化物吸附海水中的Cl-、SO4 2-、Mg2+侵蚀性离子，利用抗渗剂阻碍侵蚀性离子进入混凝土内部，抑制侵蚀性离子在混凝土中的迁移和扩散，进一步改善了混凝土的抗蚀能力；
5.本发明利用预湿细集料的释水内养护效应维持混凝土内部湿度，同时辅以膨胀剂微膨胀作用，降低了混凝土的收缩率。
6.本发明制备的高抗蚀低收缩混凝土的7d水化热≤220kJ/kg，强度等级≥C45，56d电通量≤850C，28d抗海水侵蚀系数≥1.12，90d干缩率≤350×10-6，具有水化热低、强度高、收缩小和抗蚀性好的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式涉及的物料统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述水泥为密度≥3.1kg/m3，比表面积≥400m2/kg的富铁硅酸盐水泥；所述水泥的矿相组分为：C3S44～48wt％，C2S26～32％，C2A1-xFx固溶体18～22wt％，C3A3～5.5wt％。
所述改性复合矿物超细粉为水淬高炉矿渣、热焖转炉钢渣，烧结烟气脱硫灰，水解聚马来酸酐和聚丙烯酸按重量比70～85：10～30：1～5：0.1～0.4：0.05～0.15进行配制，通过超细立磨机粉磨过600～800目筛，再通过管磨机粉磨1～6h制备而成。
所述层状双氢氧化物为水热法制备的钙铝水滑石和镁铝水滑石中的一种或多种。所述层状双氢氧化物为首先经过450～480℃微波加热10～60min，然后在Ca(OH)2饱和溶液中浸泡12～18h，随后在55～60℃温度下干燥至恒重，磨细过120目筛制备而成。
所述骨料为饱和预湿的赤泥质集料、淤泥质集料和珊瑚集料中的一种或多种，与碎石按重量比1：1.5～1:4混合配制而成。
所述功能性高效外加剂为萘系减水剂、聚羧酸系保坍剂、聚乙基羟基硅氧烷型抗渗剂和硫铝酸钙型膨胀剂按重量比20～40：15～30：10～25：15～30混合搅拌均匀而成。
实施例1
一种高抗蚀低收缩混凝土及其制备方法。本实施例所述的具体制备方法是：
高强度抗侵蚀混凝土由以下重量份原料组成：水泥100份，改性复合矿物超细粉40～90份，层状双氢氧化物1～2.5份，纳米SiO20.2～0.6份，中级砂160～180份，5～20mm连续级配骨料280～310份，水240～260份，功能性高效外加剂0.5～2份。
按所述高抗蚀低收缩混凝土的原料组成，依次将所述水，水泥，复合矿物超细粉，中级砂，骨料，层状双氢氧化物，纳米SiO2和功能性高效外加剂加入搅拌机，拌和均匀，成型养护后即可制备出高抗蚀低收缩混凝土。
本实施例制备的高抗蚀低收缩混凝土经检测：安定性合格，7d水化热为216.4kJ/kg，强度等级达C60，56d电通量为837C，28d抗海水侵蚀系数为1.14，90d干缩率为328×10-6。
实施例2
一种高抗蚀低收缩混凝土及其制备方法。本实施例所述的具体制备方法是：
高强度抗侵蚀混凝土由以下重量份原料组成：水泥100份，改性复合矿物超细粉60～110份，层状双氢氧化物1.5～3份，纳米SiO20.5～0.9份，中级砂180～200份，5～20mm连续级配骨料290～320份，水260～280份，功能性高效外加剂1.5～3份。
按所述高抗蚀低收缩混凝土的原料组成，依次将所述水，水泥，复合矿物超细粉，中级砂，骨料，层状双氢氧化物，纳米SiO2和功能性高效外加剂加入搅拌机，拌和均匀，成型养护后即可制备出高抗蚀低收缩混凝土。
本实施例制备的高抗蚀低收缩混凝土经检测：安定性合格，7d水化热为211.6kJ/kg，强度等级达C55，56d电通量为817.3C，28d抗海水侵蚀系数为1.15，90d干缩率为332×10-6。
实施例3
一种高抗蚀低收缩混凝土及其制备方法。本实施例所述的具体制备方法是：
高强度抗侵蚀混凝土由以下重量份原料组成：水泥100份，改性复合矿物超细粉80～130份，层状双氢氧化物2～3.5份，纳米SiO20.8～1.2份，中级砂200～220份，5～20mm连续级配骨料300～330份，水280～300份，功能性高效外加剂2.5～4份。
按所述高抗蚀低收缩混凝土的原料组成，依次将所述水，水泥，复合矿物超细粉，中级砂，骨料，层状双氢氧化物，纳米SiO2和功能性高效外加剂加入搅拌机，拌和均匀，成型养护后即可制备出高抗蚀低收缩混凝土。
本实施例制备的高抗蚀低收缩混凝土经检测：安定性合格，7d水化热为201.7kJ/kg，强度等级达C50，56d电通量为803.6C，28d抗海水侵蚀系数为1.12，90d干缩率为314×10-6。
实施例4
一种高抗蚀低收缩混凝土及其制备方法。本实施例所述的具体制备方法是：
高强度抗侵蚀混凝土由以下重量份原料组成：水泥100份，改性复合矿物超细粉100～150份，层状双氢氧化物2.5～4份，纳米SiO21.0～1.5份，中级砂220～240份，5～20mm连续级配骨料310～340份，水300～320份，功能性高效外加剂3.5～5份。
按所述高抗蚀低收缩混凝土的原料组成，依次将所述水，水泥，复合矿物超细粉，中级砂，骨料，层状双氢氧化物，纳米SiO2和功能性高效外加剂加入搅拌机，拌和均匀，成型养护后即可制备出高抗蚀低收缩混凝土。
本实施例制备的高抗蚀低收缩混凝土经检测：安定性合格，7d水化热为193.5kJ/kg，强度等级达C45，56d电通量为789.3C，28d抗海水侵蚀系数为1.13，90d干缩率为327×10-6。

Claims (5)

1.一种高抗蚀低收缩混凝土的制备方法，其特征在于，所述高抗蚀低收缩混凝土由以下重量份原料组成：水泥100份，改性复合矿物超细粉40～150份，层状双氢氧化物1～4份，纳米SiO20.2～1.5份，中级砂160～240份，5～20mm连续级配骨料280～340份，水240～320份，功能性高效外加剂0.5～5份；所述改性复合矿物超细粉为水淬高炉矿渣、热焖转炉钢渣，烧结烟气脱硫灰，水解聚马来酸酐和聚丙烯酸按重量比70～85：10～30：1～5：0.1～0.4：0.05～0.15进行配制，通过超细立磨机粉磨过600～800目筛，再通过管磨机粉磨1～6h制备而成；
按所述高抗蚀低收缩混凝土的原料组成，将所述水，水泥，复合矿物超细粉，中级砂，骨料，层状双氢氧化物，纳米SiO2和功能性高效外加剂依次加入搅拌机，拌和均匀，成型养护后即可制备出高抗蚀低收缩混凝土。
2.根据权利要求1所述的高抗蚀低收缩混凝土的制备方法，其特征在于所述层状双氢氧化物为水热法制备的钙铝水滑石和镁铝水滑石中的一种或多种；所述层状双氢氧化物为首先经过450～480℃微波加热10～60min，然后在Ca(OH)2饱和溶液中浸泡12～18h，随后在55～60℃温度下干燥至恒重，磨细过120目筛制备而成。
3.根据权利要求1所述的高抗蚀低收缩混凝土的制备方法，其特征在于所述骨料为饱和预湿的赤泥质集料、淤泥质集料和珊瑚集料中的一种或多种，与碎石按重量比1：1.5～1:4混合配制而成。
4.根据权利要求1所述的高抗蚀低收缩混凝土的制备方法，其特征在于所述功能性高效外加剂为萘系减水剂、聚羧酸系保坍剂、聚乙基羟基硅氧烷型抗渗剂和硫铝酸钙型膨胀剂按重量比20～40：15～30：10～25：15～30混合搅拌均匀而成。
5.一种采用如权利要求1-4任一项所述方法制备的高抗蚀低收缩混凝土。
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