CN117142827B - 一种耐腐蚀混凝土及高耐腐蚀性预应力混凝土管桩和应用 - Google Patents
一种耐腐蚀混凝土及高耐腐蚀性预应力混凝土管桩和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出了一种耐腐蚀混凝土及高耐腐蚀性预应力混凝土管桩和应用，所述耐腐蚀混凝土包括以下质量份的原料：硅酸盐水泥350‑500份、矿粉100‑120份、粉煤灰30‑50份、硅灰20‑40份、砂500‑700份、碎石1000‑1200份、水120‑150份、减水剂3‑5份、激发剂9‑10份、抗侵蚀抑制剂5‑7份。本发明制备的抗侵蚀抑制剂是一种能部分溶于水的纳米超分散材料，由有机聚合物和纳米无机材料填充组分组成，具有双亲基团，具有很好的耐腐蚀性能和高强度，制得的高耐腐蚀性预应力混凝土管桩可以应用于跨江、跨海大桥中混凝土柱体的制备，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种耐腐蚀性混凝土及高耐腐蚀性预应力混凝土管桩和应用。
背景技术
由于预应力混凝土管桩深埋地下，所处的环境复杂，尤其是在一些酸碱度异常的场合，当预应力混凝土管桩的外层混凝土出现损伤时，管桩内部的钢筋受到侵蚀，致使预应力混凝土管桩的抗弯力矩变小，承载能力减弱，从而使建筑物存在安全隐患。
在打桩的过程中当预应力混凝土管桩深入至硬土层时，由于硬土层的土壤密度较大在锤击管桩的过程中，管桩外壁所受到的冲击载荷剧增，稍有不慎预应力混凝土管桩的混凝土桩身就会产生开裂从而使预应力混凝土管桩的防腐蚀能力降低，甚至使管桩报废，此外在高层建筑在使用的预应力混凝土管桩作桩基础时，在施桩的过程中大多需要对预应力混凝土管桩进行对接，目前大多数对接都是通过销孔定位后，在两根管桩连接处外加钢箍进行焊接，焊接完成后再拆除钢箍，拆除钢箍后两根管桩仅依靠销与焊缝连接，在锤击时一旦稍有偏差焊缝处极易出现裂痕，焊缝处的裂痕在后续施工中极易造成接口处开裂或者断桩的现象发生。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高耐腐蚀性预应力混凝土管桩的制备方法和应用，具有很好的耐腐蚀性能和高强度，制得的高耐腐蚀性预应力混凝土管桩可以应用于跨江、跨海大桥中混凝土柱体的制备，具有广阔的应用前景。
本发明的技术问题通过以下技术方案实现：
一种耐腐蚀混凝土，包括以下质量份的原料：硅酸盐水泥350-500份、矿粉100-120份、粉煤灰30-50份、硅灰20-40份、砂500-700份、碎石1000-1200份、水120-150份、减水剂3-5份、激发剂9-10份、抗侵蚀抑制剂5-7份。
所述抗侵蚀抑制剂的制备方法如下：
S1.将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、丙烯酸月桂酯溶于水中，配制成浓度为35-40%的单体溶液；
S2.将二氧化硅纳米粒子加入乙醇水溶液中，加入烯基硅烷偶联剂，加热搅拌反应，制得改性二氧化硅纳米粒子；
S3.向步骤S1中的单体溶液中加入步骤S2所得改性二氧化硅纳米粒子、三氟乙酸乙烯酯、乳化剂、链转移剂、引发剂，惰性气体保护下，加热搅拌反应，反应结束后，冷却，过滤，洗涤，干燥，粉碎，制得抗侵蚀抑制剂。
作为本发明的进一步改进，所述硅酸盐水泥的强度在42.5以上；所述矿粉为S95矿粉，比表面积为400-500m2/kg；粉煤灰的平均粒径为10-30μm；硅灰平均粒径为0.1-0.2μm，比表面积为20-25m2/g；所述砂的细度模数为2.3-2.5，含泥量小于0.8％；所述激发剂为氯化钙或硫酸钠；所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述碎石的粒径为1-5mm。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中所述丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、丙烯酸月桂酯的质量比为5-7:1-2:0.5-1。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为300-500nm，所述二氧化硅纳米粒子、偶联剂的质量比为100:3-5，所述烯基硅烷偶联剂选自KH570、康道宁6030、A151、A171中的至少一种。
作为本发明的进一步改进，步骤S3中所述单体溶液、改性二氧化硅纳米粒子、三氟乙酸乙烯酯、乳化剂、链转移剂、引发剂的质量比为100-120:30-40:5-7:0.5-1:0.1-0.2:0.05-0.1，所述链转移剂选自硫代二苯甲酰过硫酸钠、三巯基乙酸、二甲基巯醇中的至少一种，所述引发剂选自过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾中的至少一种，所述乳化剂选自吐温-20、吐温-40、吐温-60、吐温-80中的至少一种，所述加热搅拌反应的温度为45-50℃，时间为3-5h。
本发明还提供了上述耐腐蚀混凝土的制备方法，包括以下步骤：将硅酸盐水泥、矿粉、粉煤灰、激发剂、硅灰、砂、碎石混合搅拌1-2min，加入水搅拌2-4min形成混合物，加入减水剂和抗侵蚀抑制剂，继续搅拌2-4min，制得耐腐蚀混凝土。
本发明进一步保护一种高耐腐蚀性预应力混凝土管桩，由上述耐腐蚀混凝土制成。
本发明还提供了上述高耐腐蚀性预应力混凝土管桩的制备方法，包括以下步骤：
将所述耐腐蚀混凝土加入模具中，进行布料张拉，施加预应力，然后通过混凝土管桩离心机对混凝土离心成型，自然浇水养护3-5天，制得高耐腐蚀性预应力混凝土管桩。
本发明进一步保护一种上述的高耐腐蚀性预应力混凝土管桩在跨江、跨海大桥中的应用。
本发明具有如下有益效果：
本发明制备的抗侵蚀抑制剂是一种能部分溶于水的纳米超分散材料，由有机聚合物和纳米无机材料填充组分组成，具有双亲基团（磺酸基团、二氧化硅上的羟基、长链烷基链、含氟烷基），其中疏水功能基团——长链烷基链和含氟烷基可以通过物理作用改变混凝土内部毛细孔的表面张力，大幅度降低混凝土的吸水率，提高了混凝土的憎水性，抑制侵蚀环境下混凝土腐蚀性水中，混凝土浆体中Ca2+的析出；亲水基团——磺酸基团、二氧化硅上的羟基能够与孔溶液中的Ca2+螯合生成纳米颗粒堵塞混凝土凝胶孔，阻隔介质传输，有效提升钢筋混凝土抗酸、抗盐的侵蚀性能。另外，磺酸基团还是得混凝土有很好的耐盐、耐酸性能，而纳米二氧化硅结构，能够提高混凝土的力学强度。
本发明制得的混凝土具有很好的耐腐蚀性能和高强度，制得的高耐腐蚀性预应力混凝土管桩可以应用于跨江、跨海大桥中混凝土柱体的制备，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面将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。
硅酸盐水泥的强度为42.5；矿粉为S95矿粉，比表面积为450m2/kg，粉煤灰的平均粒径为20μm；硅灰粒径在0.1-0.2μm，比表面积为20m2/g；所述砂的细度模数为2.4，含泥量小于0.8％；所述减水剂为聚羧酸减水剂，采购自辽宁科隆精细化工股份有限公司，型号R-209，减水率32%；所述碎石的粒径为1-5mm。
制备例1
S1.将5重量份丙烯酰胺、1重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、0.5重量份丙烯酸月桂酯溶于水中，配制成浓度为35%的单体溶液；
S2.将100重量份二氧化硅纳米粒子加入500重量份50wt%的乙醇水溶液中，加入3重量份偶联剂A171，加热至50℃，搅拌反应2h，制得改性二氧化硅纳米粒子；
所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为300-500nm；
S3.向100重量份步骤S1中的单体溶液中加入30重量份改性二氧化硅纳米粒子、5重量份三氟乙酸乙烯酯、0.5重量份吐温-20、0.1重量份三巯基乙酸、0.05重量份过硫酸钠，氮气保护下，加热至45℃，搅拌反应3h，过滤，洗涤，干燥，粉碎，制得抗侵蚀抑制剂。
制备例2
S1.将7重量份丙烯酰胺、2重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、1重量份丙烯酸月桂酯溶于水中，配制成浓度为40%的单体溶液；
S2.将100重量份二氧化硅纳米粒子加入500重量份50wt%的乙醇水溶液中，加入5重量份偶联剂A151，加热至50℃，搅拌反应2h，制得改性二氧化硅纳米粒子；
所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为300-500nm；
S3.向120重量份步骤S1中的单体溶液中加入40重量份改性二氧化硅纳米粒子、7重量份三氟乙酸乙烯酯、1重量份吐温-40、0.2重量份三巯基乙酸、0.1重量份过硫酸铵，氮气保护下，加热至50℃，搅拌反应5h，过滤，洗涤，干燥，粉碎，制得抗侵蚀抑制剂。
制备例3
S1.将6重量份丙烯酰胺、1.5重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、0.7重量份丙烯酸月桂酯溶于水中，配制成浓度为37%的单体溶液；
S2.将100重量份二氧化硅纳米粒子加入500重量份50wt%的乙醇水溶液中，加入4重量份偶联剂KH570，加热至50℃，搅拌反应2h，制得改性二氧化硅纳米粒子；
所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为300-500nm；
S3.向110重量份步骤S1中的单体溶液中加入35重量份改性二氧化硅纳米粒子、6重量份三氟乙酸乙烯酯、0.7重量份吐温-80、0.15重量份二甲基巯醇、0.07重量份过硫酸钾，氮气保护下，加热至47℃，搅拌反应4h，过滤，洗涤，干燥，粉碎，制得抗侵蚀抑制剂。
对比制备例1
与制备例3相比，不同之处在于，步骤S1中未添加丙烯酸月桂酯。
对比制备例2
与制备例3相比，不同之处在于，步骤S1中未添加2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸。
对比制备例3
与制备例3相比，不同之处在于，步骤S3中未添加三氟乙酸乙烯酯。
对比制备例4
与制备例3相比，不同之处在于，不进行步骤S2，步骤S3中直接加入未改性的二氧化硅纳米粒子。具体包括如下步骤：
S1.将6重量份丙烯酰胺、1.5重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、0.7重量份丙烯酸月桂酯溶于水中，配制成浓度为37%的单体溶液；
S2.向110重量份步骤S1中的单体溶液中加入35重量份二氧化硅纳米粒子、6重量份三氟乙酸乙烯酯、0.7重量份吐温-80、0.15重量份二甲基巯醇、0.07重量份过硫酸钾，氮气保护下，加热至47℃，搅拌反应4h，过滤，洗涤，干燥，粉碎，制得抗侵蚀抑制剂。
实施例1
（1）制备耐腐蚀混凝土：将350重量份硅酸盐水泥、100重量份S95矿粉、40重量份粉煤灰、9重量份硫酸钠、30重量份硅灰、600重量份砂、1100重量份碎石混合搅拌1min，加入130重量份水搅拌2min形成混合物，加入4重量份聚羧酸减水剂和6重量份制备例1制得的抗侵蚀抑制剂，继续搅拌2min，制得耐腐蚀混凝土；
（2）制备高耐腐蚀性预应力混凝土管桩：将步骤（1）制得的混凝土加入模具中，进行布料张拉，施加预应力，然后通过混凝土管桩离心机对混凝土离心成型，自然浇水养护5天，制得高耐腐蚀性预应力混凝土管桩。
实施例2
（1）制备耐腐蚀混凝土：将500重量份硅酸盐水泥、120重量份S95矿粉、40重量份粉煤灰、10重量份氯化钙、30重量份硅灰、600重量份砂、1100重量份碎石混合搅拌2min，加入140重量份水搅拌4min形成混合物，加入4重量份聚羧酸减水剂和7重量份制备例2制得的抗侵蚀抑制剂，继续搅拌4min，制得耐腐蚀混凝土；
（2）制备高耐腐蚀性预应力混凝土管桩：将步骤（1）制得的混凝土加入模具中，进行布料张拉，施加预应力，然后通过混凝土管桩离心机对混凝土离心成型，自然浇水养护5天，制得高耐腐蚀性预应力混凝土管桩。
实施例3
（1）制备耐腐蚀混凝土：将500重量份硅酸盐水泥、110重量份S95矿粉、40重量份粉煤灰、9重量份氯化钙、30重量份硅灰、600重量份砂、1100重量份碎石混合搅拌1.5min，加入140重量份水搅拌3min形成混合物，加入4重量份聚羧酸减水剂和6重量份制备例3制得的抗侵蚀抑制剂，继续搅拌3min，制得耐腐蚀混凝土；
（2）制备高耐腐蚀性预应力混凝土管桩：将步骤（1）制得的混凝土加入模具中，进行布料张拉，施加预应力，然后通过混凝土管桩离心机对混凝土离心成型，自然浇水养护5天，制得高耐腐蚀性预应力混凝土管桩。
对比例1
与实施例3相比，不同之处在于，抗侵蚀抑制剂由对比制备例1制得。
对比例2
与实施例3相比，不同之处在于，抗侵蚀抑制剂由对比制备例2制得。
对比例3
与实施例3相比，不同之处在于，抗侵蚀抑制剂由对比制备例3制得。
对比例4
与实施例3相比，不同之处在于，抗侵蚀抑制剂由对比制备例4制得。
测试例1
将本发明实施例和对比例制得的混凝土进行综合性能试验，结果见表1。
1.扩展度和扩展度经时损失参照GB/T50080-2016进行测试。测试混凝土扩散持续时间达到90s时的扩展度以及3h扩展度经时损失。
2.坍落度：参照GB/T 8076-2008 混凝土外加剂标准试验。
3.抗压强度参照GB/T50081-2019进行测试。测试样品为100mm×100mm×100mm。
表1 混凝土进行综合性能试验
。
测试例2
按照GB/T 50082-2009的方法检测本发明实施例和对比例制得的高耐腐蚀性预应力混凝土管桩的抗硫酸盐侵蚀性能，结果见表2。
表2 预应力混凝土管桩的抗硫酸盐侵蚀性能测试
。
由上表可知，本发明实施例1-3制得的高耐腐蚀性预应力混凝土管桩具有更好的抗硫酸盐侵蚀性能。特别是200次后的耐蚀系数。对比例1-4中的抗侵蚀抑制剂，在制备时，分别未加入丙烯酸月桂酯(对比例1)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸(对比例2)、三氟乙酸乙烯酯(对比例3)，以及未进行二氧化硅改性(对比例4)，其耐硫酸盐侵蚀性能明显下降。
Claims (7)
1.一种耐腐蚀混凝土，其特征在于，包括以下质量份的原料：硅酸盐水泥350-500份、矿粉100-120份、粉煤灰30-50份、硅灰20-40份、砂500-700份、碎石1000-1200份、水120-150份、减水剂3-5份、激发剂9-10份、抗侵蚀抑制剂5-7份；
所述抗侵蚀抑制剂的制备方法如下：
S1.将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、丙烯酸月桂酯溶于水中，配制成浓度为35-40%的单体溶液；所述丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、丙烯酸月桂酯的质量比为5-7:1-2:0.5-1；
S2.将二氧化硅纳米粒子加入乙醇水溶液中，加入烯基硅烷偶联剂，加热搅拌反应，制得改性二氧化硅纳米粒子；所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为300-500nm，所述二氧化硅纳米粒子、偶联剂的质量比为100:3-5，所述烯基硅烷偶联剂选自KH570、康道宁6030、A151、A171中的至少一种；
S3.向步骤S1中的单体溶液中加入步骤S2所得改性二氧化硅纳米粒子、三氟乙酸乙烯酯、乳化剂、链转移剂、引发剂，惰性气体保护下，加热搅拌反应，反应结束后，冷却，过滤，洗涤，干燥，粉碎，制得抗侵蚀抑制剂；所述单体溶液、改性二氧化硅纳米粒子、三氟乙酸乙烯酯、乳化剂、链转移剂、引发剂的质量比为100-120:30-40:5-7:0.5-1:0.1-0.2:0.05-0.1。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀混凝土，其特征在于，所述硅酸盐水泥的强度在42.5以上；所述矿粉为S95矿粉，比表面积为400-500m2/kg；粉煤灰的平均粒径为10-30μm；硅灰平均粒径为0.1-0.2μm，比表面积为20-25m2/g；所述砂的细度模数为2.3-2.5，含泥量小于0.8％；所述激发剂为氯化钙或硫酸钠；所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述碎石的粒径为1-5mm。
3.根据权利要求1所述的耐腐蚀混凝土，其特征在于，步骤S3中，所述链转移剂选自硫代二苯甲酰过硫酸钠、三巯基乙酸、二甲基巯醇中的至少一种，所述引发剂选自过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾中的至少一种，所述乳化剂选自吐温-20、吐温-40、吐温-60、吐温-80中的至少一种，所述加热搅拌反应的温度为45-50℃，时间为3-5h。
4.权利要求1-3任一项所述耐腐蚀混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将硅酸盐水泥、矿粉、粉煤灰、激发剂、硅灰、砂、碎石混合搅拌1-2min，加入水搅拌2-4min形成混合物，加入减水剂和抗侵蚀抑制剂，继续搅拌2-4min，制得耐腐蚀混凝土。
5.一种高耐腐蚀性预应力混凝土管桩，其特征在于，由权利要求1-3任一项所述耐腐蚀混凝土制成。
6.权利要求5所述高耐腐蚀性预应力混凝土管桩的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将权利要求1-3任一项所述耐腐蚀混凝土加入模具中，进行布料张拉，施加预应力，然后通过混凝土管桩离心机对混凝土离心成型，自然浇水养护3-5天，制得高耐腐蚀性预应力混凝土管桩。
7.权利要求6所述高耐腐蚀性预应力混凝土管桩在跨江、跨海大桥中的应用。
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