一种低pH混凝土及其制备方法和应用与流程

本发明涉及建筑材料，尤其涉及一种混凝土及其制备方法和应用。

背景技术：

1、核能的开发利用会产生大量毒性大、半衰期长且发热量高的高放射性废料，该种废料的安全处置对于核工业可持续发展、保护环境和人类健康至关重要。目前高放射性废料通常置于储存罐、膨润土等屏障系统中再被深埋在500～1000m的岩体中，使之与人类生存环境永久隔离。在地下处置库竖井、巷道建设过程中需要混凝土材料进行支护及衬砌，为了防止渗入处置库的地下水ph值过高导致膨润土防护层失效，处置库建设过程中使用的混凝土构筑物ph值须在施工后一定时间内降低至11以下。并且，考虑到处置库结构长期运行安全与稳定，所使用的混凝土力学性能和耐久性能至少应满足c35等级混凝土要求。

2、根据高放射性废物处置库建设经验，为保证处置库建设安全可靠，普遍使用的材料均以普通硅酸盐水泥为主要胶凝材料，但普通硅酸盐水泥水化后生成大量氢氧化钙，导致混凝土体系呈强碱性。相关研究表明，服役10年后的普通硅酸盐水泥混凝土ph仍高于12，不能满足高放废物处置库建设需求。中国专利cn107827419a、cn107311576a和cn106242490a公开一些具有工程应用价值的低ph混凝土，但上述专利所提供的混凝土主要以硫铝酸盐水泥和磷酸盐水泥为胶凝材料，虽然早期力学性能与普通混凝土相差不大，但后期强度存在倒缩现象，因此相关混凝土规范规定，使用硫铝酸盐水泥、磷酸盐水泥等特种水泥配制的混凝土材料不得用于永久性工程结构，故相应低ph混凝土材料不能满足高放废物处置库工程要求。

3、目前亟需提供长期力学性能好，能够应用于永久性工程的低ph值混凝土。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种混凝土及其制备方法和应用。本发明提供的混凝土的ph值＜11，收缩可控，28天抗压强度大于40mpa，能够应用于永久性工程。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种混凝土，以kg/m3为单位，包括以下组分：

4、硅酸盐水泥200～250，加密硅灰120～150，减水剂5～8，氯化钙0.6～1.2，聚丙烯纤维1～2，减缩剂3～5，中砂650～750，石子1000～1100，水160～200。

5、优选的，所述硅酸盐水泥的强度等级为42.5级；所述加密硅灰的二氧化硅含量≥95wt％；所述减水剂为聚羧酸减水剂，所述聚羧酸减水剂的减水率≥25％；所述氯化钙为无水粉状氯化钙，所述无水粉状氯化钙的cacl2含量>94wt％。

6、优选的，所述聚丙烯纤维的长度为9～12mm。

7、优选的，所述减缩剂为液体标准型减缩剂。

8、优选的，所述中砂的细度模数为2.7；所述石子的粒径范围为5～20mm。

9、优选的，所述混凝土的ph值＜11。

10、本发明还提供了前述方案所述混凝土的制备方法，包括以下步骤：

11、将硅酸盐水泥和聚丙烯纤维进行第一混合，得到混合物a；

12、将加密硅灰、中砂和石子进行第二混合，得到混合物b；

13、将所述混合物a和混合物b进行第三混合，得到混合物c；

14、将水、减水剂、减缩剂和氯化钙进行第四混合，得到混合物d；

15、将所述混合物c和混合物d进行第五混合，得到所述混凝土。

16、优选的，所述第一混合、第二混合、第三混合、第四混合和第五混合的搅拌转速独立地≥45r/min。

17、优选的，所述第一混合的时间为2～3min，所述第二混合的时间为2～3min，所述第三混合的时间为1～2min，所述第四混合的时间为1～2min，所述第五混合的时间为2～3min。

18、本发明还提供了前述方案所述混凝土在永久性工程中的应用。

19、本发明提供了一种混凝土，以kg/m3为单位，包括以下组分：硅酸盐水泥200～250，加密硅灰120～150，减水剂5～8，氯化钙0.6～1.2，聚丙烯纤维1～2，减缩剂3～5，中砂650～750，石子1000～1100，水160～200。首先，本发明以硅酸盐水泥和加密硅灰作为胶凝材料，保证所述胶凝材料中加密硅灰掺量占比大于37.5％，本发明通过利用较高含量的加密硅灰保证凝胶材料具有高sio2含量及高火山灰反应活性，与普通硅酸盐水泥水化产物ca(oh)2反应，形成c-s-h凝胶，从而有效减少混凝土中ca(oh)2含量，降低混凝土体系ph值；并且本发明利用加密硅灰的良好微集料填充作用，改善混凝土体系内部水泥浆和骨料之间的界面过渡区，改善孔隙结构，使混凝土微观结构更密实，提高混凝土力学与耐久性能；其次，本发明所采用的氯化钙可提高硅酸盐水泥熟料的溶解速度，促进水化反应进程，加速ca(oh)2生成，同时，氯化钙反应放热可进一步激发加密硅灰的火山灰反应活性，有利于混凝土体系ph值快速降低。本发明所使用的加密硅灰与减缩剂配合可降低混凝土体系内部毛细管中液相的表面张力，减小收缩应力，从微观结构上减少收缩，避免应力失衡造成开裂，从而减小混凝土收缩；另外，本发明利用聚丙烯纤维在混凝土体系内部形成三维乱向分布网状结构，有效增加了混凝土抗裂性能。

技术特征：

1.一种低ph混凝土，其特征在于，以kg/m3为单位，包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述硅酸盐水泥的强度等级为42.5；所述加密硅灰的二氧化硅含量≥95wt％；所述减水剂为聚羧酸减水剂，所述聚羧酸减水剂的减水率≥25％；所述氯化钙为无水粉状氯化钙，所述无水粉状氯化钙的cacl2含量>94wt％。

3.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述聚丙烯纤维的长度为9～12mm。

4.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述减缩剂为液体标准型减缩剂。

5.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述中砂的细度模数为2.7；所述石子的粒径范围为5～20mm。

6.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述低ph混凝土的ph值＜11。

7.权利要求1～6任意一项所述低ph混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合、第二混合、第三混合、第四混合和第五混合的搅拌转速独立地≥45r/min。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合的时间为2～3min，所述第二混合的时间为2～3min，所述第三混合的时间为1～2min，所述第四混合的时间为1～2min，所述第五混合的时间为2～3min。

10.权利要求1～6任意一项所述混凝土或权利要求7～9任意一项所述制备方法制备得到的混凝土在永久性工程中的应用。

技术总结
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种低pH混凝土及其制备方法和应用。本发明提供的混凝土以普通硅酸盐水泥为胶凝材料，以加密硅灰为掺合料，以减水剂、氯化钙、聚丙烯纤维和减缩剂为外加剂，以中砂和石子为砂石骨料，保证90天养护龄期pH＜11、收缩率＜300×10<supgt;‑6</supgt;，28天抗压强度＞40MPa，满足高放废物处置库等永久性工程建设的应用需求。与硫铝酸盐水泥、磷酸盐水泥等特种水泥配制的低pH混凝土材料相比，本发明提供的混凝土具有较高的长期强度，不存在强度倒缩现象，符合高放废物处置库等永久性工程建设使用材料的标准。

技术研发人员：周建华,赵永刚,李涛,路威,赵卫全,杨子江,安裕民,耿会岭
受保护的技术使用者：中国水利水电科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16