一种耐氯离子侵蚀海砂混凝土及其制备方法与流程

1.本发明涉及混凝土技术领域，特别涉及一种耐氯离子侵蚀海砂混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.海砂，是指海洋和入海口的砂，包括滩砂、海底砂和入海口附近的砂。利用海砂进行沿海城市的基本工程设施建设，是解决建筑行业砂类资源稀缺的重要途径。
3.上世纪末，浙江和广东等地区都因直接采用海砂配制混凝土，而引发了“海砂屋”等事件。究其原因在于，海砂混凝土中的高浓度c l-对混凝土内部的钢筋产生锈蚀，而大幅削弱材料的承载能力，影响钢筋混凝土的耐久性。海砂混凝土的c l-一方面来源于外部环境的侵入；另一方面来源于海砂中本身携带c l-的缓释作用。在两种作用下，c l-在钢筋周围溶液中大量富集，造成环境酸性化，加速了钢筋钝化层破坏，引发钢筋锈胀、保护层开裂等严重混凝土结构质量问题。为有效提高海砂混凝土耐氯离子侵蚀能力，一条可行途径是通过配合比优化等技术手段提高海砂混凝土的密实度，减少连通孔隙的分布，阻断氯离子扩散路径，从而稳定钢筋周围电解质化学环境。通过提高混凝土整体性能尤其是海砂-水泥基界面的综合性能，既能阻止海砂内部氯离子向混凝土内部扩散，也能阻止环境中氯离子向混凝土内部渗透，有效提高了海砂类混凝土耐久性能。
4.因而，如何提供一种耐氯离子侵蚀海砂混凝土及其制备方法，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种耐氯离子侵蚀海砂混凝土及其制备方法，通过偏碱性水化硅酸钙凝胶处理的海砂作为细骨料全部取代天然河砂制备耐氯离子侵蚀海砂混凝土。掺入偏碱性水化硅酸钙凝胶处理的海砂后，海砂-水泥基界面层尤其海砂下方区域的界面层结构性能得到了有效改善，阻止了海砂中氯离子的释出。另外，超细矿粉与粉煤灰的复合掺入，有效提高了混凝土胶凝材料基质的密实程度，有效阻止了外部氯离子的侵入。新型的耐氯离子侵蚀海砂混凝土制备技术，具备原材料处理简便、可控的优点，可有效提高钢筋混凝土结构耐久性，顺应了传统混凝土绿色化转型需求。
6.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
7.一种耐氯离子侵蚀海砂混凝土，包括如下重量份数的各组分：水泥200～250份；水165～175份；粒化高炉矿渣粉40～140份；粉煤灰40～100份；预处理海砂700～800份；粗骨料900～1100份；高效减水剂3～4份；化学降粘剂0.12～0.16份。
8.进一步地，所述粒化高炉矿渣粉为s115级超细矿粉。
9.进一步地，所述预处理海砂采用的预处理剂为水化硅酸钙凝胶溶液。
10.进一步地，所述化学降粘剂为高分子类混凝土降粘剂。
11.进一步地，所述高效减水剂为聚羧酸类高效减水剂，减水率≥30％。
12.一种耐氯离子侵蚀海砂混凝土的制备方法，包括如下步骤：
13.步骤s1、提供预处理剂制备预处理海砂，向搅拌机内加入水泥、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、粗骨料和预处理海砂，并搅拌60s；
14.步骤s2、加入化学降粘剂、高效减水剂和水，并搅拌120-240s。
15.进一步地，所述步骤s1中预处理海砂的制备方法如下：
16.步骤一、制备水化硅酸钙凝胶溶液，水化硅酸钙凝胶溶液由钙质材料、硅质材料溶液反应合成，其中钙质材料和硅质材料的重量比为0.3～3：1，水的重量与钙质材料和硅质材料的总重量比为5～30：1，钙质材料和硅质材料混合反应后，应用氢氧化钙饱和溶液调节水化硅酸钙凝胶溶液ph值为11-12，得到白色凝胶溶液，即为预处理剂；
17.步骤二、将海砂用预处理剂完全浸泡，取出后放置于通风、干燥处晾干，至表面无明显水迹残留时即可。
18.与现有技术相比，本发明有益的技术效果在于：
19.本发明提供的耐氯离子侵蚀海砂混凝土，包括如下重量份数的各组分：水泥200～250份；水165～175份；粒化高炉矿渣粉40～140份；粉煤灰40～100份；预处理海砂700～800份；粗骨料900～1100份；高效减水剂3～4份；化学降粘剂0.12～0.16份。水化硅酸钙凝胶溶液与s115级超细矿粉以及化学降粘剂的合理组合应用，有效提高了海砂混凝土的整体密实度，较大程度上减少了海砂混凝土中连通孔隙的分布，阻断了氯离子在混凝土中的扩散通道，同时减少了混凝土受荷载时的裂缝劣化趋势，提高了海砂混凝土的结构性能与耐久性能。
附图说明
20.图1为本发明实施例中耐氯离子侵蚀海砂混凝土中骨料下浆体的分布示意图。
具体实施方式
21.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的耐氯离子侵蚀海砂混凝土及其制备方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
22.须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。
23.此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
24.当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、
材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
25.下面结合图1详细说明本发明的耐氯离子侵蚀海砂混凝土及其制备方法。
26.一种耐氯离子侵蚀海砂混凝土，包括如下重量份数的各组分：水泥200～250份；水165～175份；粒化高炉矿渣粉40～140份；粉煤灰40～140份；预处理海砂700～800份；粗骨料900～1100份；高效减水剂3～4份；化学降粘剂0.12～0.16份。
27.在本实施例中，更优选地，水泥一般为p.o42.5普通硅酸盐水泥或p.ii 52.5硅酸盐水泥；粗骨料为5～25连续粒级石子。粉煤灰为ii级c类粉煤灰；海砂一般为中砂，细度模数为2.3～3.0。水为普通自来水。
28.在本实施例中，更优选地，粒化高炉矿渣粉为s115级超细矿粉。
29.在本实施例中，更优选地，预处理海砂采用的预处理剂为水化硅酸钙凝胶溶液。
30.在本实施例中，更优选地，化学降粘剂为高分子类混凝土降粘剂。
31.在本实施例中，更优选地，高效减水剂为聚羧酸类高效减水剂，减水率≥30％。
32.本发明还提供了一种耐氯离子侵蚀海砂混凝土的制备方法，包括如下步骤：
33.步骤s1、提供预处理剂制备预处理海砂，向搅拌机内加入水泥、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、粗骨料和预处理海砂，并搅拌60s；
34.步骤s2、加入化学降粘剂、高效减水剂和水，并搅拌120-240s。
35.进一步地，所述步骤s1中预处理海砂的制备方法如下：
36.步骤一、制备水化硅酸钙凝胶溶液，水化硅酸钙凝胶溶液由钙质材料、硅质材料溶液反应合成，其中钙质材料和硅质材料的重量比为0.3～3：1，水的重量与钙质材料和硅质材料的总重量比为5～30：1，钙质材料和硅质材料混合反应后，应用氢氧化钙饱和溶液调节水化硅酸钙凝胶溶液ph值为11-12，得到白色凝胶溶液，即为预处理剂；
37.步骤二、将海砂用预处理剂完全浸泡，取出后放置于通风、干燥处晾干，至表面无明显水迹残留时即可。
38.具体来说，结合附图1可知，搅拌后成型的混凝土中，骨料下浆体占有很大一部分体积。由于其四周被骨料颗粒闭锁，因此该部分胶凝材料浆液中，水泥等胶凝材料粒子很难随水分进入。混凝土硬化后，各部位的骨料下浆体由于胶凝材料匮乏，水分完全流失后即形成孔隙。该部分混凝土强度完全由紧锁骨料提供，胶凝材料不发挥作用，严重影响了混凝土结构承载性能。
39.结合附图1可知，水化硅酸钙凝胶溶液是纳米非均质体系，具有较强的吸附离子与附着表面能力，可有效覆盖海砂表面，强化海砂-胶凝材料界面层，阻止海砂中聚集的氯离子渗出；同时，水化硅酸钙凝胶溶液富含c-s-h晶核，属于成核剂，可有效降低胶凝材料晶体生成的成核势垒，促进水化产物快速生成，有效改善了海砂-胶凝材料界面矿物掺和料凝胶体系的早期与长期性能。另外，骨料下浆体虽然水泥等胶凝材料粒子不易进入，但尺度较小的离子和超细粒子较易通过，因此通常富含水泥水化副产物氢氧化钙。氢氧化钙有促进矿渣粉中不稳定玻璃体溶解的作用，碱性的水化硅酸钙凝胶加速了该进程。溶解产物易于与骨料下浆体中含量较高的高表面活性s115级超细矿粉中的低钙活性物质相互作用，生成稳定的水化硅酸钙，水化铝酸钙等水泥石产物，增加了骨料下浆体硬化后的整体密实度。
40.s115级超细矿粉虽然表面活性较高，但由于比表面积较大，导致吸水量较高，因此加入合理掺量的化学降粘剂以提高超细矿粉粒子分散性，改善混凝土操作性能。
41.水化硅酸钙凝胶溶液与s115级超细矿粉以及化学降粘剂的合理组合应用，有效提高了海砂混凝土的整体密实度，较大程度上减少了海砂混凝土中连通孔隙的分布，阻断了氯离子在混凝土中的扩散通道，同时减少了混凝土受荷载时的裂缝劣化趋势，提高了海砂混凝土的结构性能与耐久性能。
42.各实施例及对比例如下：
43.实施例1
44.p.o42.5水泥230份；水173份；s95级矿渣粉95份；粉煤灰77份；预处理海砂785份；粗骨料1000份；高效减水剂3.2份；化学降粘剂0.12份。
45.实施例2
46.p.o42.5水泥230份；水173份；s95级矿渣粉100份；粉煤灰50份；预处理海砂785份；粗骨料1000份；高效减水剂3.2份；化学降粘剂0.16份。
47.对比例1
48.与实施例1相比，对比例1不同仅在于不含预处理海砂、选择的海砂没有经过预处理，不含化学降粘剂。
49.对比例2
50.与实施例1相比，对比例2不同仅在于s95级矿渣粉的含量为120份，粉煤灰的含量为45份，不含预处理海砂、选择的海砂没有经过预处理，不含化学降粘剂。
51.本实施例及对比例中，新拌海砂混凝土性能参照标准gb/t 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测试；海砂混凝土力学性能参照标准gb/t 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行测试；海砂混凝土电通量性能参照标准gb/t 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行测试。测试结果如表1所示。
52.表1本实施例及对比例中工作性能、力学性能、电通量测试表
[0053][0054][0055]
结果分析：
[0056]
结合测试结果可见，各实施例中坍落度和抗压强度均大于各对比例。各实施例的电通量小于各对比例。与对比例相比，本发明的各实施例性能更优，耐氯离子侵蚀海砂混凝土的力学性能与抗氯离子渗透性能均得到有效提高。
[0057]
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

技术特征：
1.一种耐氯离子侵蚀海砂混凝土，其特征在于，包括如下重量份数的各组分：水泥200～250份；水165～175份；粒化高炉矿渣粉40～140份；粉煤灰40～100份；预处理海砂700～800份；粗骨料900～1100份；高效减水剂3～4份；化学降粘剂0.12～0.16份。2.根据权利要求1所述的耐氯离子侵蚀海砂混凝土，其特征在于，所述粒化高炉矿渣粉为s115级超细矿粉。3.根据权利要求1所述的耐氯离子侵蚀海砂混凝土，其特征在于，所述预处理海砂采用的预处理剂为水化硅酸钙凝胶溶液。4.根据权利要求1所述的耐氯离子侵蚀海砂混凝土，其特征在于，所述化学降粘剂为高分子类混凝土降粘剂。5.根据权利要求1所述的耐氯离子侵蚀海砂混凝土，其特征在于，所述高效减水剂为聚羧酸类高效减水剂，减水率≥30％。6.一种根据权利要求1至5任一项所述的耐氯离子侵蚀海砂混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s1、提供预处理剂制备预处理海砂，向搅拌机内加入水泥、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、粗骨料和预处理海砂，并搅拌60s；步骤s2、加入化学降粘剂、高效减水剂和水，并搅拌120-240s。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中预处理海砂的制备方法如下：步骤一、制备水化硅酸钙凝胶溶液，水化硅酸钙凝胶溶液由钙质材料、硅质材料溶液反应合成，其中钙质材料和硅质材料的重量比为0.3～3：1，水的重量与钙质材料和硅质材料的总重量比为5～30：1，钙质材料和硅质材料混合反应后，应用氢氧化钙饱和溶液调节水化硅酸钙凝胶溶液ph值为11-12，得到白色凝胶溶液，即为预处理剂；步骤二、将海砂用预处理剂完全浸泡，取出后放置于通风、干燥处晾干，至表面无明显水迹残留时即可。

技术总结
本发明涉及一种耐氯离子侵蚀海砂混凝土及其制备方法，包括如下重量份数的各组分：水泥200～250份；水165～175份；粒化高炉矿渣粉40～140份；粉煤灰40～100份；预处理海砂700～800份；粗骨料900～1100份；高效减水剂3～4份；化学降粘剂0.12～0.16份。掺入偏碱性水化硅酸钙凝胶处理的海砂后，海砂-水泥基界面层尤其海砂下方区域的界面层结构性能得到了有效改善，阻止了海砂中氯离子的释出。另外，超细矿粉与粉煤灰的复合掺入，有效提高了混凝土胶凝材料基质的密实程度，有效阻止了外部氯离子的侵入，可有效提高钢筋混凝土结构耐久性，顺应了传统混凝土绿色化转型需求。传统混凝土绿色化转型需求。传统混凝土绿色化转型需求。


技术研发人员：王圣怡 徐丽娟 孙飞鹏 周昱程
受保护的技术使用者：上海建工建材科技集团股份有限公司
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/9/20