专利名称：抗侵蚀高性能海工混凝土及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种预拌混凝土，具体涉及一种用于海水中的抗侵蚀混凝土。
背景技术：
以钢筋混凝土结构为主的基础设施耐久性问题，是当今世界的重大问题，而混凝土中钢筋的腐蚀是影响耐久性的主导因素之一，在有关混凝土耐久性的国际会议上，在众多影响混凝土耐久性的因素中，钢筋腐蚀问题被排列在首位。
以桥梁为例，在世界范围内，钢筋腐蚀破坏的影响尤为突出，甚至在几年十几年内就不得不修复或重建，远远达不到使用年限的要求。
统计数据表明腐蚀造成的经济损失一般可达国民经济总产值的2％～4％，如欧洲为3％，美国和澳大利亚为4.2％，而波兰则为6％～10％。1975年美国的总腐蚀损失为700亿美元，其中与钢筋腐蚀有关的占40％，到1995年美国的总腐蚀损失达3000亿美元，其中基础设施腐蚀达2200亿美元，总腐蚀损失竞高于水灾、风灾、火灾损失的总和，也大于国防军费预算。在英国，每年基础设施的维修费为55亿英镑、澳大利亚的年腐蚀损失为250亿美元，在台湾以桥梁为主的基础设施腐蚀破坏也非常严重，澎湖大桥使用7年开始修复，17年后推倒重建。因此，提高混凝土本身的抗侵蚀性能，以强化护筋性能，研究开发一种新的海工混凝土，是有关部门所十分期望的。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种抗侵蚀高性能海工混凝土及其制造方法，以克服现有技术存在的缺陷，满足有关发明的需要。
本发明的抗侵蚀高性能海工混凝土主要由水泥、掺合料、骨料和外加剂组成，如何从众多的原材料中进行选择，从中优选出适合工程实际需要的原材料，并进行合理的配伍，是确保海工高性能混凝土性能的关键环节。
本发明的抗侵蚀高性能海工混凝土由水泥混合料和水配制而成的所说的水泥混合料包括水泥、掺合料、骨料和减水剂，其中掺合料与水泥的重量比例为掺合料的掺量以水泥和掺合料的总重量计为65～70％，水泥为30～35％；减水剂掺量与水泥和掺合料的重量比例为减水剂掺量以水泥和掺合料的总重量计为1.0～1.4％
骨料的掺量以水泥和掺合料的总重量计为70～76％；水的掺量与水泥和掺合料的总重量的比例为0.30～0.35；水泥混合料与水的比例的大小，对其耐久性能起决定性的作用，混凝土的水胶比越大，其耐久性能越差，在成型密实的混凝土中，水泥浆的抗渗透性对混凝土的耐久性影响最大。普通混凝土配合比设计公式，在大流动度高性能混凝土中已不能完全适用，但混凝土强度和水泥混合料与水比成反比这一基本规律在海工高性能混凝土中仍然适用。降低水泥混合料与水是提高混凝土强度的主要手段，这主要是因为水灰比的降低增加了混凝土的密实度，提高了混凝土的强度和耐久性。但过低的水灰比会引起水泥用量的增加，水化热的提高，使部分难以继续水化的水泥颗粒，在温湿度和内外应力的作用下再次发生水化反应，会给混凝土的耐久性带来极大的影响。
试验证明，水与水泥混合料的重量比在0.30～0.35范围时较佳，当水与水泥混合料的重量比低于0.30时，混凝土的拌制和泵送都比较困难。当水与水泥混合料的重量比高于0.35时，混凝土抗压强度、抗渗等级、抗冻性能均有较大幅度的下降。
所说的水为凡能饮用的淡水均可作为混凝土拌合用水，其质量指标符合《混凝土拌合用水》(JGJ63-1989)的规定；所说的水泥为强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥，其质量指标符合《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175-1999)的规定；所说的掺合料为粉煤灰、矿渣微粉或微硅粉中的一种或其混合物；所说的粉煤灰选用活性指数高、细度适中、流动度大、烧失量小的I级粉煤灰，其质量指标符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB1596-91)的规定；所说的矿渣微粉的质量指标符合《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣微粉》(GB/T18046-2000)的规定；所说的微硅粉的质量指标符合《东海大桥结构混凝土工程施工技术要求》第3.3.2条的规定，见下表；微硅粉主要质量指标
所说的骨料由细骨料和粗骨料构成，细骨料为细度模数在2.6～3.1的中粗砂，砂的质量指标符合《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》(JGJ52-92)的规定；
所说的粗骨料为直径5-25mm的碎石，碎石的质量指标符合《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》(JGJ53-92)的规定；合理的砂率可使混凝土拌合物保持良好的流动性、粘聚性和保水性，更能满足泵送、施工要求。一般情况下，如果砂率过小，则砂浆量不足，会降低混凝土的流动性，影响混凝土的密实度；砂率过大，则骨料的表面积和空隙率增大，混凝土拌合物显得干稠，水泥浆体的润滑作用减弱，同样影响混凝土的致实性，试验证明，使用5-25mm碎石时，泵送混凝土的砂率宜控制在38％～42％范围内，粗骨料的最大粒径、颗粒型状。粒径过大，混凝土的和易性变差，易产生离析，针、片状颗粒含量过多，对混凝土的泵送性和耐久性不利，这是因为在混凝土的输送过程中，增加了与泵管的磨擦力，降低泵送效率。在水泥混合料与的比例相同时，混凝土骨料的最大粒径越大，其抗渗、抗冻性能越差。这是由于骨料与水泥浆的界面处容易产生裂隙和较大骨料下方容易形成空隙。细骨料和粗骨料的重量比例为细骨料∶粗骨料＝1∶1.4～1.6；术语“砂率”指的是混凝土中砂的重量占砂、石总重量的百分率；所说的减水剂选用聚羧酸类减水剂，以降低混凝土单位用水量，可采用市售产品，如采用建工麦斯特公司生产的SP-8N高效减水剂；本发明的抗侵蚀高性能海工混凝土的制备方法，其特征在于，采用双卧轴强制式搅拌机进行搅拌，搅拌工艺为砂、石、水泥和矿粉、粉煤灰、硅粉按计量同时投入搅拌机，干拌15～45秒，减水剂与水经计量后再加入干料中搅拌20～60秒。然后将其浇灌于预制的工件中。
本发明的抗侵蚀高性能海工混凝土具有高耐久性、高尺寸稳定性、良好的工作性和较高的强度，特别是它的高抗氯离子渗透性，从根本上显著提高了混凝土本身的护筋性能，适用于经常与海水接触并处于潮湿环境中，易受氯离子渗入引起钢筋锈蚀的海港工程。
本发明的抗侵蚀高性能海工混凝土与普通混凝土的区别之处主要在于高性能混凝土中掺有的粉煤灰、矿粉、硅灰等矿物掺合料，对混凝土的早期和后期性能具有物理和化学方面的改善作用。粉煤灰具有物理减水作用，掺有粉煤灰的混凝土可以适当降低水灰比而保持坍落度不变，粉煤灰的水化热低，在施工过程中便于控制温升，有利于混凝土表面温度裂缝的控制。高细度的矿渣微粉可以充填于混凝土内部的孔隙中，改善孔结构，提高混凝土强度。同时两种掺合料的复合使用水化后能有效增加混凝土的致密性，增强抵抗氯离子侵蚀的能力，有利于改善混凝土的耐久性。而硅灰，众所周知的高活性，在28d龄期内硅灰的活性效应可以充分显示出来，从而有效地减小混凝土的孔隙率，改善孔结构。这三种掺合料不同大小的粒径分布能恰到好处地组合在一起，充分发挥了1+1+1＞3的效应。
具体实施例方式
实施例1～5原料的重量配比如下
细骨料细度模数为2.6的中粗砂，粗骨料5～25mm的碎石。
减水剂采用建工麦斯特公司生产的SP-8N高效减水剂。
掺合料的掺量以水泥和掺合料的总重量计为68％；外加剂掺量以水泥和掺合料的总重量计为1.02％；水的掺量与水泥和掺合料的总重量的比例为0.34；骨料的掺量为水泥重量的13倍，其中粗骨料的重量为细骨料重量的1.48倍。
采用双卧轴强制式搅拌机进行搅拌，搅拌工艺为砂、石、水泥和矿粉、粉煤灰、硅粉按计量同时投入搅拌机，干拌30秒，外加剂与水经计量后再加入干料中搅拌40秒，搅拌时间共计70秒。
检测结果如表1～5所示。
实施例6～10原料的重量配比如下(公斤)
细骨料细度模数为3.1的中粗砂，粗骨料为5～25mm的碎石。
减水剂采用建工麦斯特公司生产的SP-8N高效减水剂。
掺合料的掺量以水泥和掺合料的总重量计为70％；外加剂掺量以水泥和掺合料的总重量计为1.2％；水的掺量与以水泥和掺合料的总重量的比例为0.33；骨料的掺量为水泥重量的13倍，其中粗骨料的重量为细骨料重量的1.48倍。
制备方法同实施例1。
检测结果如表1所示。
对比实施例1～2原料的重量配比如下(公斤)
制备方法同实施例1。
新拌混凝土性能，采用普通混凝土拌合物性能试验方法标准进行检测。
表1混凝土新拌混凝土性能
试验数据表明，本发明的混凝土的坍落度、粘聚性、保水性、坍落度损失等方面性能比基准的普通混凝土好，这是因为当粉煤灰、矿粉作为胶凝材料，替代部分水泥，使混凝土中粉料颗粒级配更加合理，降低了混凝土的粘度，改善了新拌混凝土的和易性，达到了既保持大坍落度又具有良好的粘聚性和保水性的目的。
混凝土物理力学性能，采用普通混凝土力学性能试验方法国家标准进行检测。
表2混凝土各龄期的抗压强度
试验数据表明在标准养护条件下，相对基准混凝土来说，掺有矿粉、粉煤灰的高性能混凝土的早期抗压强度较低，但随着龄期的增长及粉煤灰、矿粉的后期效应的作用，其28天强度与准混凝土接近，但后期强度超过基准混凝土。
混凝土其他力学性能，采用普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法国家标准进行检测。
表3混凝土其他力学性能
试验数据表明高性能海工混凝土其常规力学性能与基准混凝土相当。
混凝土碳化、抗渗性和抗冻性，采用普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法国家标准进行检测。
表4混凝土碳化、抗渗性和抗冻性
试验数据表明，高性能海工混凝土的抗碳化、抗渗和抗冻性能均比基准混凝土有不同程度的提高，特别是高性能混凝土抗渗能力的改善十分明显，表明高性能混凝土内部孔隙结构更加致密，使得渗透通道减少或变小。
混凝土电通量、抗氯离子渗透性能，采用ASTMC1202标准进行检测。
表5混凝土电通量、抗氯离子渗透性能
试验数据表明，海工高性能混凝土的电通量均小于1000C，并且均比基准混凝土小，这说明高性能混凝土的抗氯离子渗透性比普通混凝土有较大的提高。
实施例11混凝土配合比，(公斤)
细骨料细度模数为2.6的中粗砂，粗骨料5～25mm的碎石。
减水剂采用建工麦斯特公司生产的SP-8N高效减水剂。
混凝土强度，采用普通混凝土力学性能试验方法国家标准进行检测。
表6混凝土抗压强度
混凝土其他力学性能，采用普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法国家标准进行检测。
表7混凝土其他力学性能
混凝土收缩，采用普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法国家标准进行检测。
表8.混凝土收缩
混凝土电通量、抗氯离子渗透性能，采用ASTMC1202标准进行检测。
表9混凝土电通量、抗氯离子渗透性能
试验数据表明，硅粉混凝土的各龄期的抗压强度均比基准混凝土高；抗氯离子渗透性能较基准混凝土强，但不同龄期的收缩值均大于基准混凝土。
权利要求
1.一种抗侵蚀高性能海工混凝土，其特征在于，由水泥混合料和水配制而成的；所说的水泥混合料包括水泥、掺合料、骨料和减水剂，其中掺合料与水泥的重量比例为掺合料的掺量以水泥和掺合料的总重量计为65～70％，水泥为30～35％；减水剂掺量与水泥和掺合料的重量比例为减水剂掺量以水泥和掺合料的总重量计为1.0～1.4％；骨料的掺量以水泥和掺合料的总重量计为70～76％；水的掺量与水泥和掺合料的总重量的比例为0.30～0.35。
2.根据权利要求1所述的抗侵蚀高性能海工混凝土，其特征在于，所说的骨料由细骨料和粗骨料构成。
3.根据权利要求2所述的抗侵蚀高性能海工混凝土，其特征在于，细骨料为细度模数在2.6～3.1的中粗砂。
4.根据权利要求2所述的抗侵蚀高性能海工混凝土，其特征在于，所说的粗骨料为直径5-25mm的碎石。
5.根据权利要求1～4任一项所述的抗侵蚀高性能海工混凝土，其特征在于，细骨料和粗骨料的重量比例为细骨料∶粗骨料＝1∶1.4～1.6。
6.根据权利要求5所述的抗侵蚀高性能海工混凝土，其特征在于，所说的减水剂选用聚羧酸类减水剂。
7.根据权利要求1～6任一项所述的抗侵蚀高性能海工混凝土的制备方法，其特征在于，采用双卧轴强制式搅拌机进行搅拌，搅拌工艺为砂、石、水泥和矿粉、粉煤灰、硅粉按计量同时投入搅拌机，干拌15～45秒，减水剂与水经计量后再加入干料中搅拌20～60秒。
全文摘要
本发明公开了一种抗侵蚀高性能海工混凝土及其制造方法。本发明的抗侵蚀高性能海工混凝土由水泥混合料和水配制而成的；所说的水泥混合料包括水泥、掺合料、骨料和减水剂，其中掺合料与水泥的重量比例为掺合料的掺量以水泥和掺合料的总重量计为65～70％，水泥为30～35％；减水剂掺量与水泥和掺合料的重量比例为减水剂掺量以水泥和掺合料的总重量计为1.0～1.4％；骨料的掺量以水泥和掺合料的总重量计为70～76％；本发明的抗侵蚀高性能海工混凝土具有高耐久性、高尺寸稳定性、良好的工作性和较高的强度，特别是它的高抗氯离子渗透性，从根本上显著提高了混凝土本身的护筋性能，适用于经常与海水接触并处于潮湿环境中，易受氯离子渗入引起钢筋锈蚀的海港工程。
文档编号C04B28/00GK1712383SQ200510025690
公开日2005年12月28日 申请日期2005年5月9日 优先权日2005年5月9日
发明者张越, 顾建平, 陈尧亮, 戴志辉, 郑捷, 周达, 马泓, 江靖, 赵琼, 叶信民 申请人:上海建工材料工程有限公司, 上海市第一建筑有限公司