一种海砂耐蚀海工混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种海砂耐蚀海工混凝土，通过调整胶凝材料的比例，实现了水泥、矿粉、硅灰和粉煤灰微珠的均匀分布，高铝相矿物的水化反应与海砂中Cl

A sand corrosion of marine concrete and preparation method thereof

The invention discloses a corrosion resistant sand concrete, cementitious materials by adjusting the proportion of the distribution of cement, slag, silica fume and fly ash beads, hydration and sand high aluminum mineral phase in Cl

【技术实现步骤摘要】
一种海砂耐蚀海工混凝土及其制备方法
本专利技术属于建筑材料领域，具体涉及一种海砂耐蚀海工混凝土及其制备方法。
技术介绍
河砂是建筑用砂的主要来源，但河砂的供应受资源和环境影响等因素的限制，无法完全满足建设的需求。伴随我国建设规模的不断扩大，诸多跨海、跨江等大型基础设施建设正在日益进行中，建筑业对建筑用砂需求量不断增加，河砂资源日益匮乏，迫使人们将注意力转移到储量丰富的海砂上。针对沿海地区的潮湿高温环境下的大型跨海桥梁建设，常年遭受海水冲刷、浪溅并长期受到Cl-、Mg2+、SO42-等侵蚀性离子的侵蚀。混凝土在多因素耦合作用下，其内部结构破坏、胶凝力退化、钢筋锈蚀速率增大，使工程结构过早失效，服役寿命达不到设计使用年限，造成巨大的经济损失。目前，利用丰富的海砂制备耐蚀海工混凝土面临如下问题：(1)海水中Cl-离子含量较高，故海砂中含有大量的氯盐，海砂中氯盐的存在，自由Cl-离子在钢筋的电化学腐蚀过程中起催化剂的作用，会减薄混凝土钢筋表面的碱性钝化膜，而促使钢筋发生锈蚀，导致混凝土耐久性降低；(2)贝壳等轻物质，往往呈薄片状，表面光滑，本身强度很低，且较易沿节理错裂，而且与水泥浆的黏结能力很差。当贝壳类等轻物质含量较多时，会明显使混凝土的和易性变差，使混凝土的力学性能、耐久性能均降低；(3)沿海地区的大型基础设施建设服役于海洋严酷环境，由于长期处于干湿与盐雾耦合作用下，海水中的侵蚀离子扩散速率加快，加速了钢筋的锈蚀，混凝土的胶结能力退化。针对以上海砂制备混凝土出现的问题，急需提供一种海砂耐蚀海工混凝土的制备方法，使建筑物的寿命得以延长，更好地服役于海洋严酷环境。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种海砂耐蚀海工混凝土及其制备方法，所述混凝土具有氯离子固化率高、抗渗性能好、工作性能良好、耐久性较好，且成本较低、制备过程简单，适合推广应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种海砂耐蚀海工混凝土，各组分及含量分别为：水泥150～300kg/m3、粉煤灰微珠60～100kg/m3、硅灰20～40kg/m3、矿粉100～180kg/m3、碎石1000～1100kg/m3、海砂720～820kg/m3、内养护材料0.3～0.5kg/m3、孔结构调整和侵蚀性离子传输抑制剂10～30kg/m3、超分散减缩型外加剂7～10kg/m3、水100～160kg/m3。根据上述方案，所述水泥为P.O42.5水泥。根据上述方案，所述粉煤灰微珠为空心微珠，烧失量≤5％，需水量比≤90％。根据上述方案，所述硅灰为超细二氧化硅微粉，比表面积≥20000m2/kg，SiO2的质量含量≥95％，28d活性指数≥120％，烧失量≤5％。根据上述方案，所述粉煤灰微珠烧失量≤3.5％，需水量比≥85％，球形颗粒的质量含量≥96％。根据上述方案，所述矿粉为S95级矿粉，Al2O3的质量含量≥15％，比表面积≥440m2/kg，28天活性指数≥95％。根据上述方案，所述碎石为5～20mm连续级配碎石，压碎值≤10％。根据上述方案，所述海砂为中砂，细度模数控制在2.3～3.0，含泥量≤0.5％。根据上述方案，所述内养护材料的制备方法包括以下步骤：1)以菱镁矿、铝矾土、石灰石和石膏粉为原料，混合粉磨匀后在1000～1200℃下煅烧10～15min，经自然冷却后粉磨至60μm方孔筛余≤5％，制得膨胀组分A；其中各原料质量百分比为：菱镁矿20～25％、铝矾土15～20％、石灰石30～40％、石膏粉15～35％，并控制Al2O3/SO3摩尔比在0.4～0.5，CaO/MgO摩尔比在0.1～0.3，碱度系数Cm在3.1～3.5；所得的膨胀组分A包含的矿物相组成中MgO、C4AF和AFt所占质量百分数分别为30～40％、10～15％和45～60％；2)将木薯淀粉置于水中搅拌均匀，形成淀粉浆液，调节pH值至6.0～6.5，然后置于55～80℃的水浴锅中在200～250r/min的搅拌条件下水浴反应时间2～3小时，使淀粉浆液完全糊化，自然冷却，得到淀粉胶体；3)将硝酸铈铵和过硫酸铵按1:(1.2～1.5)的质量比溶于水中，搅拌均匀反应20～30min，得淀粉胶体引发剂；4)将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸和步骤3)制得的淀粉胶体引发剂，溶于水并搅拌均匀，反应5-10min，得聚合物支链，其中丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸的质量比为1:(2.3～3.5)，丙烯酰胺与步骤3)所述淀粉胶体引发剂制备步骤中引入的硝酸铈铵的质量比为1:(2.5～4.3)；5)将步骤2)所得淀粉胶体与步骤4)所得聚合物支链，以2000～2500r/min的搅拌速率进行复合交联反应，反应5-10min后得到无色凝胶状物质，然后进行真空脱水处理，并用丙酮对所得粗产物在索氏提取器中进行提取，再经洗涤、干燥，粉磨后得保水组份B，其中淀粉胶体与聚合物支链之间的配比分别按步骤2)添加的木薯淀粉和步骤4)添加的丙烯酰胺计，木薯淀粉与丙烯酰胺的质量比为(8～10):1；6)将步骤1)所得微膨胀组份A与步骤5)制得的保水组份B按照质量比1:4～3:7进行混合、粉磨、过200目筛、干燥，制得所述的内养护材料。根据上述方案，所述孔结构调整和侵蚀性离子传输抑制剂的制备方法包括以下步骤：1)将无水碳酸钠和氢氧化钾溶于55～60℃的水中并保持恒温，得混合液I；2)将硬脂酸置于三口烧瓶中，在55～60℃下加热融化，并升温至62～65℃保持恒温，得硬脂酸溶液；3)将聚氧乙烯型非离子表面活性剂溶解于步骤1)制得的混合液I中，混合均匀并反应3-5min后得到混合液II，再将混合液II缓慢滴加入步骤2)制得的硬脂酸溶液中，以6000～7500r/min的搅拌速率在55～60℃下进行皂化反应5～10min，制得皂液；4)将步骤3)所得皂液冷却至25～30℃，加入氨水搅拌均匀后，得硬脂酸铵乳液，其中步骤1)～4)中所述无水碳酸钠、氢氧化钾、硬脂酸、聚氧乙烯型非离子表面活性剂、氨水之间的质量比为1:(1.5～3):(3～4):(0.2～0.45):(0.05～0.2)，并控制所得硬脂酸铵乳液的固含量为30～40％；5)将步骤4)所得硬脂酸铵乳液与3,4,9,10-苝四甲酸酐按照质量比70:3～65:2混合均匀后，制得所述的孔结构调整和侵蚀性离子传输抑制剂。上述方案中，所述木薯淀粉为市售木薯淀粉或将木薯依次经破碎、研磨、过滤、干燥得到的淀粉提取物。根据上述方案，所述超分散减缩型外加剂的制备方法包括以下步骤：1)以甲基烯丙醇、氨水和环氧丙烷为原料，甲基烯丙醇钠或甲基烯丙醇钾为催化剂，在压力为0.10～0.40MPa、温度为50～150℃的条件下反应3～7h，制得甲基烯丙醇聚氧丙烯醚与三异丙醇胺的混合物，其中甲基烯丙醇、氨水和环氧丙烷的摩尔比为1:(0.2～0.5):(5.0～78.0)，催化剂的添加量为甲基烯丙醇质量的0.10～0.60％；2)以步骤1)制得的甲基烯丙醇聚氧丙烯醚与三异丙醇胺的混合物、丙烯酸磺酸钠、甲基丙烯酸酯和水为原料，加入带有回流冷凝器、温度计和滴液漏斗的三口烧瓶中，加热升温至60～90℃，并在2～2.5h内匀速滴加丙烯酸和过硫酸铵溶液，保温反应1.0～1.5h，然后停止加热，降温至40～50℃加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海砂耐蚀海工混凝土，各组分及含量分别为：水泥150～300kg/m

【技术特征摘要】
1.一种海砂耐蚀海工混凝土，各组分及含量分别为：水泥150～300kg/m3、粉煤灰微珠60～100kg/m3、硅灰20～40kg/m3、矿粉100～180kg/m3、碎石1000～1100kg/m3、海砂720～820kg/m3、内养护材料0.3～0.5kg/m3、孔结构调整和侵蚀性离子传输抑制剂10～30kg/m3、超分散减缩型外加剂7～10kg/m3、水100～160kg/m3。2.根据权利要求1所述的海砂耐蚀海工混凝土，其特征在于，所述粉煤灰微珠为空心微珠，烧失量≤5％，需水量比≤90％。3.根据权利要求1所述的海砂耐蚀海工混凝土，其特征在于，所述硅灰为超细二氧化硅微粉，比表面积≥20000m2/kg，SiO2含量≥95％，28d活性指数≥120％，烧失量≤5％。4.根据权利要求1所述的海砂耐蚀海工混凝土，其特征在于，所述矿粉为S95级矿粉，Al2O3含量≥15％，比表面积≥440m2/kg，28天活性指数≥95％。5.根据权利要求1所述的海砂耐蚀海工混凝土，其特征在于，所述碎石为5～20mm连续级配碎石，压碎值≤10％。6.根据权利要求1所述的海砂耐蚀海工混凝土，其特征在于，所述海砂为中砂，细度模数控制在2.3～3.0，含泥量≤0.5％。7.根据权利要求1所述的海砂耐蚀海工混凝土，其特征在于，所述内养护材料的制备方法包括以下步骤：1)以菱镁矿、铝矾土、石灰石和石膏粉为原料，混合粉磨匀后在1000～1200℃下煅烧10～15min，经自然冷却后粉磨至60μm方孔筛余≤5％，制得膨胀组分A；其中各原料质量百分比为：菱镁矿20～25％、铝矾土15～20％、石灰石30～40％、石膏粉15～35％，并控制Al2O3/SO3摩尔比在0.4～0.5，CaO/MgO摩尔比在0.1～0.3，碱度系数Cm在3.1～3.5；所得的膨胀组分A包含的矿物相组成中MgO、C4AF和AFt所占质量百分数分别为30～40％、10～15％和45～60％；2)将木薯淀粉置于水中搅拌均匀，形成淀粉浆液，调节pH值至6.0～6.5，然后置于55～80℃的水浴锅中在200～250r/min的搅拌条件下水浴反应时间2～3小时，使淀粉浆液完全糊化，自然冷却，得到淀粉胶体；3)将硝酸铈铵和过硫酸铵按1:(1.2～1.5)的质量比溶于水中，搅拌均匀反应20～30min，得淀粉胶体引发剂；4)将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸和步骤3)制得的淀粉胶体引发剂，溶于水并搅拌均匀，反应5-10min，得聚合物支链，其中丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸的质量比为1:(2.3～3.5)，丙烯酰胺与步骤3)所述淀粉胶体引发剂制备步骤中引入的硝酸铈铵的质量比为1:(2.5～4.3)；5)将步骤2)所得淀粉胶体与步骤4)所得聚合物支链，以2000～2500r/min的搅拌速率进行复合交联反应，反应5-10min后得到无色凝胶状物质，然后进行真空脱水处理，并用丙酮对所得粗产物在索氏提取器中进行提取，再经洗涤、干燥，粉磨后得保水组份B，其中淀粉胶体与聚合物支链之间的配比分别按步骤2)添加的木薯淀粉和步骤4)添加的丙烯酰胺计，木薯淀粉与丙烯酰胺的质量比为(8～10):1；6)将步骤1)所得微膨胀组份A与步骤5)制得的保水组份B按照质量比1:4～3:7进行混合、粉磨、过200目筛、干燥，制得所述的内养护材料。8.根据权利要求1所述的海砂耐蚀海工混凝土，其特征在于，所述孔结构调整和侵蚀性离子传输抑制剂的制备方法包括以下步骤：1)将无水碳酸钠和氢氧化钾溶于55～60℃的水中并保持恒温，得混合液I；2)将硬脂酸置于三口烧瓶中，在55～60℃下加热融化，并升温至62～65℃保持恒温，得硬脂酸溶液；3)将聚氧乙烯型非离子表面活性剂溶解于步骤1)制得的混合液I中，混合均匀并反应3-5min后得到混合液II，再将混合液II滴加入步骤2)制得的硬脂酸溶液中，以6000～7500r/min的搅拌速率在55～60℃下进行皂化...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁庆军，张杨，张高展，陈宏哲，毛若卿，张海林，王登科，石华，耿春东，徐意，高达，
申请(专利权)人：海南瑞泽新型建材股份有限公司，武汉理工大学，安徽建筑大学，
类型：发明
国别省市：海南,46