一种新型高抗硫酸盐侵蚀的混凝土及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型高抗硫酸盐侵蚀混凝土及其配制方法，按照重量百分比计，新型高抗硫酸盐侵蚀混凝土配方组分为：水泥8.0-8.4%、矿渣微粉5.1-5.5%、粗骨料56-58%、细骨料24-26%、聚羧酸高性能减水剂0.01-0.03%、水4.5-6.0%；制备的高抗硫酸盐侵蚀混凝土适用于硫酸盐侵蚀浓度在8000 mg/L以上、混凝土抗压强度在C20～C40、抗冻等级F200、抗渗等级W6的混凝土工程，现有技术中抗硫酸盐水泥配制的混凝土还不能解决抵抗浓度在8000 mg/L以上SO42-侵蚀的客观现状，以及抗硫酸盐侵蚀混凝土【技术领域】存在诸多缺陷和技术难题，具有广泛的实用性和应用价值。
【专利说明】一种新型高抗硫酸盐侵蚀的混凝土及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工程建设混凝土制备的【技术领域】。具体的说，本发明涉及一种新型高 抗硫酸盐侵蚀的混凝土及其配制方法和应用的【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 混凝土是现代工程结构的主要材料，我国每年混凝土的用量约为20亿m3,居世界 前列。随着材料科学和工程技术的不断发展以及混凝土性能的不断提高，混凝土越来越多 地被应用在桥梁、超高层建筑、水利大坝、核电站、地下建筑物等重要的结构部位。混凝土通 常是以水泥作胶凝材料，砂、石作集料，与水通过含外加剂和掺合料按一定比例配合，经搅 拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它具有易成型、能耗低、耐久性好、价格便宜以及与 钢材结合可制成各种承重结构的优点，是当代应用最广泛的建筑材料，对人类社会的发展 起着十分重要的作用。
[0003] 我国既是一个大陆性典型国家，又是一个海洋国家。随着我国经济建设的快速发 展，我国越来越重视海洋资源的开发、海岸带以及跨海大桥的建设。例如海洋建设工程中的 码头、跨海大桥的桥墩、防波堤岸、船坞、水上移动式加工厂、海上石油钻井平台、海底油罐 和隧道、管道沿海地下等工程；另外，在我国西部地区如青海、新疆等省许多地区的地下水 和土壤中含有大量的岩盐、芒硝、石膏等可溶盐，S0,浓度非常高。我国现有的中抗硫水泥 及高抗硫水泥，是以符合一定矿物组成要求的硅酸盐水泥熟料加入少量二水石膏共同粉磨 而成的纯硅酸盐水泥，其耐侵蚀性能并不太理想。
[0004] 众所周知，硫酸盐侵蚀问题是混凝土耐久性方面的一个关键问题，我国是混凝土 硫酸盐侵蚀的多发地区，如沿海地区、西北地区、西南地区的混凝土建筑物均存在因硫酸盐 侵蚀而引起的工程破坏实例。并且在不同地域和气候下，存在着不同类型的硫酸盐侵蚀。 研制抗硫酸盐硅酸盐水泥品种或制备抗硫酸盐侵蚀混凝土用以解决混凝土的抗硫酸盐侵 蚀性能已成为工程界普遍采用的技术手段，国内外已有大量的研究，并有大量文献。主要技 术内容为：抗硫酸盐硅酸盐水泥主要是通过对水泥熟料矿物组成的控制（即控制c 3s、c3a、 C4AF等的组成比例），通常是提高C3S比例，高C3S含量可使混凝土达到早强的目的，以提高 其成型后的密实度，并以此使混凝土达到抗硫酸盐侵蚀的效果。例如专利CN96118342. X 公布的特种抗硫酸盐水泥及其生产方法：其主要化学机理是在混凝土的塑性阶段与硬化弹 性极限内，完成CaO、CaS04、C 4A3S转化成钙钒石的反应。此技术能够增强水泥石的密实度， 提高水泥石的强度和抗渗性能，从而达到抗硫酸盐侵蚀的目的。但此类发明所针对的硫酸 盐侵蚀类型比较单一，在不同的硫酸盐侵蚀环境下作用效果存在极大差异。对抗硫酸盐浓 度相对较低，有一定局限性，通常无法抵抗浓度在8000 mg/L以上S0,侵蚀。而且，此类抗 硫酸盐硅酸盐水泥属于一种特种水泥，不属于通用水泥范畴，需要提前定制生产，市场应用 受到很大限制。另一方面,此发明生产成本较高,有待进一步降低生产成本。由此可见,硫 酸盐侵蚀是影响混凝土结构耐久性的重要因素之一，它也是影响因素最复杂、危害性最大 的一种腐蚀。通常来说，现有技术中抗硫酸盐硅酸盐水泥仅能抵抗浓度在2500 mg/L以下 SO,侵蚀，而高抗硫酸盐硅酸盐水泥也仅能抵抗浓度在8000 mg/L以下SO广侵蚀。目前现 有技术中还不能解决抵抗浓度在8000 mg/L以上SO广侵蚀现有客观存在的问题，迫切需要 加以解决。
[0005] 抗硫酸盐侵蚀混凝土主要是通过在混凝中掺入掺合料和外加剂等方式改善混凝 土的性能，增强混凝土的密实度，提高混凝土的强度和耐久性，从而达到抗硫酸盐侵蚀的目 的。例如专利CN 103030349 A公布的抗硫酸盐侵蚀混凝土及其生产方法，提供了一种抗硫 酸盐侵蚀混凝土包括水泥、矿渣粉、粉煤灰、石粉、细骨料、粗骨料、水和减水剂组成的配方， 其中掺合料有3种，减水剂掺量较大，水泥用量非常大，配方不够经济。
[0006] 现有抗硫酸盐侵蚀的混凝土的种类很多，配制方法也很多，但技术上都存在诸多 现实的技术问题。一是现有技术的配制组分较多，配制方法相对繁琐，可操作性不强；二是 现有抗硫酸盐侵蚀混凝土技术中需采用多种掺合料和多种外加剂复配。外加剂大多为萘 系，减水效果不够理想，且不具备引气功能，而且大多情形为多种外加剂的复配，容易出现 复配过程的不相容性，造成混凝土结构的内部损伤，此类外加剂在温度低时会大量结晶，技 术上存在较多缺陷，不具备普遍推广应用价值；三是现有抗硫酸盐侵蚀混凝土技术方法中 的水泥用量相对较高导致生产成本较高，不具备较好的经济性，直接影响到推广应用；四是 现有技术中抗硫水泥仅能抵抗浓度在2500 mg/L以下SOf侵蚀，而高抗硫水泥也仅能抵抗 浓度在8000 mg/L以下S042_侵蚀。目前现有技术中还不能解决抵抗浓度在8000 mg/L以 上SO广侵蚀现有客观存在的问题。可见目前针对抗硫酸盐侵蚀混凝土【技术领域】存在诸多 需要亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术中抗硫酸盐水泥配制的混凝土还不能解决抵抗浓度在8000 mg/L以 上S0,侵蚀的客观现状，以及抗硫酸盐侵蚀混凝土【技术领域】存在诸多缺陷和亟待解决的技 术难题。本发明旨在提供一种新型高抗硫酸盐侵蚀混凝土及其制备方法和应用技术方案， 创造性提供新型高抗硫酸盐侵蚀混凝土的配方及制备工艺，减少配方组分，简化配制方法， 降低配制成本，针对性的解决高抗硫酸盐侵蚀混凝土抵抗浓度在8000 mg/L以上S0,侵 蚀，通过工程应用都起到良好的应用效果，具有广泛的实用性和应用价值。
[0008] 本发明采用的主要技术方案： 通过提供新型高抗硫酸盐侵蚀混凝土及其配制方法，制备的新型高抗硫酸盐侵蚀混 凝土按照重量百分比计（%)，新型高抗硫酸盐侵蚀混凝土配方组分为：水泥8. 0-8. 4%、矿 渣微粉5. 1-5. 5%、粗骨料56-58%、细骨料24-26%、聚羧酸高性能减水剂0. 01-0. 03%、水 4. 5-6.0%。制备的高抗硫酸盐侵蚀混凝土适用于硫酸盐侵蚀浓度在8000 mg/L以上、混凝 土抗压强度在C20?C40、抗冻等级F200、抗渗等级W6的混凝土工程，现有技术中抗硫酸盐 水泥配制的混凝土还不能解决抵抗浓度在8000 mg/L以上S0,侵蚀的客观现状，以及抗硫 酸盐侵蚀混凝土【技术领域】存在诸多缺陷和亟待解决的技术难题。
[0009] 本发明具体公开了一种新型高抗硫酸盐侵蚀混凝土，混凝土由水泥、矿渣微粉、粗 骨料、细骨料、聚羧酸高性能减水剂加水搅拌配制组成，按照重量百分比计（%)，新型高抗硫 酸盐侵蚀混凝土配方组分为：水泥8. 0-8. 4%、矿渣微粉5. 1-5. 5%、粗骨料56-58%、细骨料 24-26%、聚羧酸高性能减水剂0. 01-0. 03%、水4. 5-6. 0%。
[0010] 进一步，本发明具体优选提供一种新型高抗硫酸盐侵蚀混凝土，混凝土由水泥、矿 渣微粉、粗骨料、细骨料、聚羧酸高性能减水剂加水搅拌配制组成，按照重量百分比计（%)， 新型高抗硫酸盐侵蚀混凝土配方组分为：水泥8. 2%、矿渣微粉5. 3%、粗骨料57. 4%、细骨料 24. 5%、聚羧酸高性能减水剂0. 01%、水4. 6%。
[0011] 本发明中，所提供的新型高抗硫酸盐侵蚀混凝土所需要原材料均为市面上普通存 在的材料，就地取材方便，经科学选材配方后与其他抗硫酸盐侵蚀混凝土具有显著的技术 优势和经济效果。
[0012] 进一步，本发明提供新型高抗硫酸盐侵蚀混凝土的制备方法，具体制备方法步骤 如下： (1)按照配方各组分比例的数量进行计量，采用配比按照重量百分比计（%)，新型高抗 硫酸盐侵蚀混凝土配方组分为：水泥8. 0-8. 4%、矿渣微粉5. 1-5. 5%、粗骨料56-58%、细骨料 24-26%、聚羧酸高性能减水剂0. 01-0. 03%、水4. 5-6. 0% ;在采用预拌混凝土生产中则通过 自动计量系统进行计量。
[0013] (2)将聚羧酸高性能减水剂投入拟配制混凝土的水中进行搅拌，使之完全溶解且 均勻分散。
[0014] (3)将粗骨料、细骨料一次性投入搅拌机内搅拌10?15秒；在采用预拌混凝土生 产中则由自动计量系统进行计量后通过输送带自动送入相应舱内。
[0015] (4)将水泥、矿渣微粉一次性投入搅拌机内搅拌10?15秒；在采用预拌混凝土生 产中则由自动计量系统进行计量后依次通过输送带自动送入相应舱内。
[0016] (5)将掺入聚羧酸高性能减水剂的拟配制混凝土的水分两次投入，每次各50%，第 一次投入后搅拌10?15秒，第二次投入后再次搅拌30秒，即可出料制备获得新型高抗硫 酸盐侵蚀混凝土。
[0017] 为更清楚地公开，以下从几方面详细叙述本发明。
[0018] 本发明所述的水泥为42. 5级P · I型硅酸盐水泥，不需要专门生产抗硫酸盐水泥， 生产和取材方便。硅酸盐水泥分为Ρ· I和Ρ· II两种类型。Ρ· I型硅酸盐水泥由100% (按质量分数）熟料与石膏组分组成；P · II型硅酸盐水泥由95%以上(熟料+石膏）和5%以 下(按质量分数）粒化高炉矿渣或石灰石组分组成，P · II型硅酸盐水泥由熟料与石膏组成。 本发明优先选用的P · I型硅酸盐水泥，并优先选择其最低强度等级42. 5级，硅酸盐水泥强 度等级常见分为42. 5、42. 5R、52. 5、52. 5R、62. 5、62. 5R共6个强度等级。该水泥熟料主要 含CaO、Si02、A1203、Fe 2O3的原料，按适当比例磨细烧至部分熔融所得以硅酸钙为主要矿物 成分的水硬性胶凝物质。其中硅酸钙矿物含量(质量分数）不小于66%，氧化钙和氧化硅质 量比不小于2. 0。
[0019] 进一步，本发明采用的硅酸盐水泥代号P · I要求的终凝时间不大于390min，而普 通硅酸盐水泥和其他水泥要求的终凝时间长很多，不大于600min。需要说明的是，现有技 术配方大多用的普通硅酸盐水泥，代号P · 0。其由80%?95% (熟料+石膏）和5%?20% (按质量分数）粒化高炉矿渔或火山灰质混合材料或粉煤灰组分组成。
[0020] 所述聚羧酸高性能减水剂，系运用分子结构设计原理，以DLVO电荷排斥理论和空 间位阻效应理论为基础，通过不饱和单体在引发剂的作用下产生接枝共聚，将带有活性基 团的侧链接枝到聚合物的主链上的工艺合成生产。有利于改善混凝土拌合物的和易性，减 少泌水，能在水泥颗粒表面形成主体保护层，产生空间位阻效应。提高混凝土的抗冻、抗渗 等性能，从而达到抵抗高浓度硫酸盐侵蚀的目的。本发明采用的聚羧酸高性能减水剂具有 低掺量仅为萘系减水剂1/4?1/6,高减水率，通常为25%?40%左右，可高达40%以上，流 动性保持能力好、无氯低碱等特点，且具有良好的引气作用，使混凝土含气量达到3%?6%， 可满足正常抗冻要求。因此本发明提供的新型高抗硫酸盐侵蚀混凝土配方中不需要引气 齐U、抗冻剂等外加剂组分，不需要采取多种外加剂复配，简化了操作程序，也减少了外加剂 复配因不相容可能导致的混凝土质量的内部破坏；而现有技术方法中采用的外加剂大多为 萘系，少量为木质素磺酸钙类，且为高效减水剂、引气剂等多种外加剂复配使用。
[0021] 所述粗骨料可选用连续级配或两个及以上单粒径级配搭配使用，最大公称粒径不 应大于40mm。本发明优先选用5?20mm和20?40mm两种粒级，在粒级合格时各占50%， 也可以根据粒级实际情况进行试配。
[0022] 所述细骨料宜采用级配II区中砂。
[0023] 所述混凝土用水，即为常用的饮用水或达到JGJ63技术要求的水。
[0024] 本发明提供的新型高抗硫酸盐侵蚀混凝土产品经过系列科学实验得出适用于测 定混凝土试件在水冻水融条件下，以经受的快速冻融循环次数来表示混凝土抗冻性能。
[0025] 本发明提供的新型高抗硫酸盐侵蚀混凝土产品符合执行标准《普通混凝土 长期性能和耐久性能试验方法》GB/T50082-2009 ;适用标准《混凝土抗冻融试验设备》 JG/T243-2009、《水运工程混凝土试验规程》JTJ270 - 98、《水工混凝土试验规程》DL/ T5150-2001 ;《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTGE30 - 2005 ;《水工混凝土试验规 程》SL352 - 2006 ;《混凝土抗冻试验设备》JG/T243-2009 ;《混凝土快速冻融能力的标准试 验方法》美国ASTM/C666。
[0026] 通过实施本发明具体的技术指标，实现本
【发明内容】
，可以达到以下有益效果： (1)针对现有技术中抗硫水泥仅能抵抗浓度在2500 mg/L以下S0,侵蚀，而常见所谓 的高抗硫水泥也仅能抵抗浓度在8000 mg/L以下SO广侵蚀的现状，本发明采用常用材料经 过科学配制的新型高抗硫混凝土可解决抵抗浓度在8000 mg/L以上甚至高达12000mg/L以 上的S0,侵蚀，可以完全覆盖抵抗现有工程所处的地下水和土壤中的SO广浓度，见表1，因 此推广应用范围非常广泛。
[0027] 表1 :某工程所处环境实测S0,浓度―
【权利要求】
1. 一种新型高抗硫酸盐侵蚀混凝土，混凝土由水泥、矿渣微粉、粗骨料、细骨料、聚羧酸 高性能减水剂加水搅拌配制组成，其特征在于，按照重量百分比计（%)，新型高抗硫酸盐侵 蚀混凝土配方组分为：水泥8. 0-8. 4%、矿渣微粉5. 1-5. 5%、粗骨料56-58%、细骨料24-26%、 聚羧酸高性能减水剂〇. 01-0. 03%、水4. 5-6. 0%。
2. -种如权利要求1所述新型高抗硫酸盐侵蚀混凝土，其特征在于，按照重量百分比 计（%)，新型高抗硫酸盐侵蚀混凝土配方组分为：水泥8. 2%、矿渣微粉5. 3%、粗骨料57. 4%、 细骨料24. 5%、聚羧酸高性能减水剂0. 01%、水4. 6%。
3. -种如权利要求1所述新型高抗硫酸盐侵蚀混凝土的制备方法，具体制备方法步骤 如下： (1) 按照配方各组分比例的数量进行计量，采用配比按照重量百分比计（%)，新型高抗 硫酸盐侵蚀混凝土配方组分为：水泥8. 0-8. 4%、矿渣微粉5. 1-5. 5%、粗骨料56-58%、细骨料 24-26%、聚羧酸高性能减水剂0. 01-0. 03%、水4. 5-6. 0% ;在采用预拌混凝土生产中则通过 自动计量系统进行计量； (2) 将聚羧酸高性能减水剂投入拟配制混凝土的水中进行搅拌，使之完全溶解且均匀 分散； (3) 将粗骨料、细骨料一次性投入搅拌机内搅拌10?15秒；在采用预拌混凝土生产中 则由自动计量系统进行计量后通过输送带自动送入相应舱内； (4) 将水泥、矿渣微粉一次性投入搅拌机内搅拌10?15秒；在采用预拌混凝土生产中 则由自动计量系统进行计量后依次通过输送带自动送入相应舱内； (5) 将掺入聚羧酸高性能减水剂的拟配制混凝土的水分两次投入，每次各50%，第一次 投入后搅拌10?15秒，第二次投入后再次搅拌30秒，即可出料制备获得新型高抗硫酸盐 侵蚀混凝土。
【文档编号】C04B18/12GK104446194SQ201410658945
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】王文明 申请人:王文明