一种海水海砂高性能水上抢修混凝土及其制备方法

本发明属于建筑材料，具体涉及一种海水海砂高性能水上抢修混凝土及其制备方法方法。

背景技术：

1、随着经济的快速发展，混凝土建筑和桥梁的数量以及交通量不断增加，大量的混凝土路面和桥梁遭受疲劳破坏，出现裂缝、蜂窝等缺陷问题，此类问题会降低混凝土建筑的使用寿命，增加了居住和行车危险，而现有的混凝土修补质量并没有达到预期，超过50％的混凝土结构在维修5年内显示出过早失效的迹象，由混凝土腐蚀变质造成的损失每年约占中国国民生产总值的3.5～5％，由此研究出高性能修补材料已迫在眉睫。

2、高性能混凝土是近年来建筑领域最具创新性的技术。由于具有卓越的强度、优秀的韧性、优异的耐久性等优点，已经成功应用到大跨度桥梁结构、装配式建筑构件的湿接缝连接及一些重大工程的维修加固和修补，是目前主要的混凝土修补材料之一。但当前普通高性能混凝土具有早期强度低(1d内)，凝结时间长(超过4h)，自收缩值大(1500με～2000με)等特点，这些特点直接影响其修复效果和后期服役性能，因此，需要对普通高性能混凝土的胶凝材料组分进行调整。已有研究表明硫铝酸盐水泥-石膏-硅酸盐水泥形成的三元体系粘结剂可以实现快速凝固、高早期强度和良好的尺寸稳定性，且在硫铝酸盐水泥中加入小于10％的硅酸盐水泥和小于15％的石膏，使早期强度和高强度复合胶凝材料具有可持续的强度发展。

3、另一方面，现有的混凝土修补材料多采用河砂、淡水等，而近年来河砂泛滥开采，资源已经日益枯竭，有的地区已经到了“一砂难求”的地步。随着海洋经济的兴起，充分合理的利用海洋资源将会是未来发展的一个新趋势。我国海域广袤，海岸线辽阔，据调查，中国近海海砂总量约680亿m3，且质量较为优异，适宜充当海工填料或建筑材料等。且沿海地区海水资源也十分丰富，如果能够充分利用海水和海砂充当淡水和河砂用作混凝土的制备将在未来社会发展中具有十分可观的经济和生态效益。

4、综上所述，使用海水海砂制备高性能抢修混凝土，既解决了天然砂石的短缺和沿海地区淡水匮乏对高性能抢修混凝土带来的制备问题，又促进了海洋资源的利用和海洋工程材料的开发，对加快建设海洋强国有着重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种海水海砂高性能水上抢修混凝土及其制备方法，可以制备出高性能抢修混凝土，延长混凝土建筑的使用寿命，降低了长远的维修成本；另一方面可以利用海水海砂进行拌和，减少河砂和淡水的使用，缓解河砂和淡水资源匮乏的压力。

2、本发明提供一种海水海砂高性能水上抢修混凝土，主要由硫铝酸盐水泥(csa)，石膏，硅酸盐水泥，石粉，硅灰，缓凝剂，骨料，减水剂和拌合水构成，各组分的重量百分比为：

3、

4、

5、进一步的，硫铝酸盐水泥-石膏-硅酸盐水泥比例为1:0.55:7.68。

6、进一步的，所述海水海砂高性能抢修混凝土的各组分的重量百分比为：

7、硅灰掺量为6.47％，石粉掺量为2.2％，骨料为42.75％，海水掺量为8.2％，减水剂掺量为1.51％，缓凝剂为0.035％。

8、进一步的，所述的硅酸盐水泥为52.5型水泥。

9、进一步的，所述的硫铝酸盐水泥的化学成分分析如表1。

10、表1csa化学成分分析(％)

11、 组分 cao <![cdata[al₂o₃]]> <![cdata[so₃]]> <![cdata[sio₂]]> <![cdata[fe₂o₃]]> <![cdata[tio₂]]> mgo <![cdata[k₂o]]> <![cdata[na₂o]]> f cl sro <![cdata[p₂o₅]]> zro c-s-a 47.68 27.96 9.23 7.50 2.14 1.79 1.57 0.899 0.315 0.227 0.175 0.125 0.109 0.101

12、进一步的，所述石膏的化学成分如表2：

13、表2石膏化学成分(％)

14、 组分 <![cdata[so₃]]> cao mgo <![cdata[sio₂]]> sro <![cdata[al₂o₃]]> f <![cdata[na₂o]]> 石膏 49.01 45.67 2.92 1.20 0.352 0.270 0.172 0.159

15、进一步的，所述缓凝剂为柠檬酸三钠。

16、进一步的，所述骨料为海砂，包含粗砂和细砂；

17、粗砂粒径为0.6～1.25mm、细砂粒径为0～0.6mm。

18、进一步的，所述的拌合水为海水。

19、进一步的，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。

20、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述混凝土的制备方法，包括以下步骤：

21、称量好所需重量份数的csa、石膏、硅酸盐水泥、石粉、硅灰、缓凝剂、海粗砂、海细砂、聚羧酸高效减水剂和海水；

22、将所有固体原料倒入搅拌锅内，慢搅1min后加入减水剂和水，继续慢搅，待成浆后计时慢搅2min，停止搅拌1min，快速搅拌1min后结束搅拌，即得所需产品。

23、进一步的，所述方法还包括：

24、采用改进的andreasen&andersen颗粒堆积模型得到混凝土的基本配合比。

25、本发明具有如下的优点：

26、1、本发明的高性能抢修混凝土的制备组分中，可以利用海水海砂进行拌和，一方面降低淡水和河砂的使用量，缓解了淡水资源匮乏、河砂资源紧缺的状况，同时使用海水海砂降低了混凝土的修补成本，延长混凝土的使用寿命，另一方面，该配合比可以制备出高性能抢修混凝土，延长混凝土建筑的使用寿命，降低了长远的维修成本；

27、2、本发明的海水海砂高性能抢修混凝土的力学性能优异、凝结时间适当、可操作性能好。

28、3、本发明的海水海砂高性能抢修混凝土的最优比例是：硫铝酸盐水泥-石膏-硅酸盐水泥比例为1:0.55:7.68，初凝时间为45min。配合该硫铝酸盐水泥-石膏-硅酸盐水泥比例，硅灰掺量为6.47％，石粉掺量为2.2％，骨料为42.75％，海水掺量为8.2％，减水剂掺量为1.51％，缓凝剂为0.035％时，此时4h抗压强度达到31.6mpa，初凝时间为45min，终凝为49min，力学性能优异、凝结时间适当、可操作性能好，施工效果最好。

29、4、本发明的生产制造工艺和施工工艺简便，适用于大批量的生产，运输和存储。本发明的海水海砂高性能抢修混凝土可用于装配式桥梁裂缝、破损的混凝土房屋、裂纹的混凝土桥面、破损的混凝土重载路面等多种重要工程领域进行修补。

30、5、本制备方法采用改进的andreasen&andersen颗粒堆积模型得到混凝土的基本配合比，以分析混合物中所有应用颗粒材料的最佳粒径分布(dsp)从而实现最紧密堆积，利用颗粒间的紧密堆积以形成较高密实度的基体。

31、6、由于本发明的原材料全部采用大量生产的市场产品，所以原材料易得，适合广泛应用。