一种混凝土用耐蚀抗冲磨剂及其制备和应用

本发明涉及混凝土材料，特别涉及一种混凝土用耐蚀抗冲磨剂及其制备和应用。

背景技术：

1、水电站具有“窄河谷、高水头、大泄量”等特点，以溪洛渡水电站为例，其泄洪洞最大流速接近50m/s，泄洪功率约9500mw，为二滩水电站的2.5倍，坝址处多年平均含砂量1.72kg/m3，平均粒径为0.8mm，平均推移质输砂量180万吨，平均悬移质输砂量2.47亿吨。挟砂石的水流极易冲磨破坏混凝土，其先把混凝土组成材料中耐磨性能较差的部份冲刷掉，若骨料中含软弱颗粒或骨料的耐磨性能较砂浆低时，则骨料先被冲磨成凹坑，若骨料比砂浆耐冲磨性能好，则挟砂水流先把砂浆冲磨掉，而粗骨料逐渐凸出，这样在高速水流作用下就会产生气蚀而造成破坏。故而抗冲耐磨混凝土的使用寿命将对水电站维修的周期与次数产生重要影响，不仅影响水电站的正常运行，而且频繁维修也会带来巨大的经济损失。现有的抗冲磨材料存在使用寿命不长，抗裂性和抗冲磨能力低，以及不易施工等问题。因此，发明一种耐蚀抗冲磨剂来提高水电站泄洪排砂建筑物混凝土的抗冲磨性能显得尤为重要。

技术实现思路

1、针对以上现有技术的不足，本发明第一方面提供了一种混凝土用耐蚀抗冲磨剂，能显著提高混凝土的抗压强度和抗冲磨性能。本发明第二方面提供了上述混凝土用耐蚀抗冲磨剂的制备方法。本发明第三方面提供了上述混凝土用耐蚀抗冲磨剂的应用，制得的混凝土具有很好的抗压强度、劈拉强度、抗冲磨强度和抗冲击韧性。具体通过以下技术实现。

2、本发明第一方面提供了一种混凝土用耐蚀抗冲磨剂，包括以下重量份配比的原料：60-70份粉煤灰，10-15份矿渣粉，8-10份聚氧乙烯类减缩剂，5-6份膨胀剂，0.3-0.5份减水剂和2-4份纳米二氧化硅。

3、本发明的耐蚀抗冲磨剂中，通过混凝土性能试验证实聚氧乙烯类减缩剂与纳米二氧化硅具有协同作用，内在的机理可能是纳米二氧化硅与聚氧乙烯类减缩剂体系，充分激发了粉煤灰和矿渣粉的活性，加速了粉煤灰与水泥的水化产物氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙(或托勃莫来石)凝胶(c-s-h)，使胶凝材料的水化产物致密、坚硬，同时也可改善胶凝材料与骨料间的界面性能，从而显著提高混凝土的整体抗压强度和抗冲磨强度。此外，当混凝土中添加有纤维时，在聚氧乙烯类减缩剂和纳米二氧化硅体系下，纤维可更均匀的分布在混凝土中，避免局部应力集中，同时提高纤维与混凝土基体之间的粘结强度。而且粒径细小的纳米二氧化硅也可以更好的填充在混凝土的空隙中，弥补氧化钙膨胀剂或聚羧酸减水剂带来的不足。

4、优选地，包括以下重量份配比的原料：63份粉煤灰，15份矿渣粉，10份聚氧乙烯类减缩剂，5份膨胀剂，0.3份减水剂和2份纳米二氧化硅。

5、优选地，粉煤灰的密度为2.01-2.35g/cm3，堆积密度为0.60-1.26g/cm3，稠度为27.3-60.4％，含水量为0.52-0.73％。

6、优选地，矿渣粉的密度为3.03-5.68g/cm3，比表面积为973～981m2/kg，中值粒径d50为4.2～4.3μm，含水量为0.17～0.22％。

7、优选地，纳米二氧化硅的比表面积为215-225m2/g，粒径为23-26nm，表观密度为45-55g/l。

8、优选地，聚氧乙烯类减缩剂满足gb/t 8076-2008《混凝土外加剂》的技术要求。

9、优选地，膨胀剂满足gb/t 23439-2009《混凝土膨胀剂》的技术要求。

10、本发明第二方面提供了上述混凝土用耐蚀抗冲磨剂的制备方法，包括以下步骤：

11、将上述粉煤灰、聚氧乙烯类减缩剂、纳米二氧化硅与水混匀，加温，加压，得到活性混合物；

12、将上述矿渣粉、膨胀剂和减水剂加入上述活性混合物中，加水，混匀，干燥，即得耐蚀抗冲磨剂。

13、本发明第三方面提供了上述混凝土用耐蚀抗冲磨剂在混凝土中的应用。

14、优选地，耐蚀抗冲磨剂在混凝土中的掺量，以胶凝材料的重量计为2-3％。

15、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

16、本发明的耐蚀抗冲磨剂可激发粉煤灰和矿渣粉的活性，加速了粉煤灰与水泥的水化产物氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙(或托勃莫来石)凝胶(c-s-h)，使胶凝材料的水化产物致密、坚硬，同时也可改善胶凝材料与骨料间的界面性能，从而显著提高混凝土的整体抗压强度和抗冲磨强度；应用本发明的耐蚀抗冲磨剂制备得到的混凝土的抗压强度180d时可达到75.2mpa、劈拉强度180d时可达到5.18mpa、极限拉伸值180d时可达到107×10-6，抗冲磨强度180d时可达到19.4h/(kg/m2)，抗冲击韧性比28d时可达到1.07，抗裂性等级可达到i级，混凝土自生体积变形至180d龄期时，可达-72×10-6，混凝土的干缩率显著降低，即混凝土的各方面性能均得到了增强，降低了混凝土产生侵蚀破坏的可能性，从而延长水工混凝土的使用寿命。

技术特征：

1.一种混凝土用耐蚀抗冲磨剂，其特征在于，包括以下重量份配比的原料：60-70份粉煤灰，10-15份矿渣粉，8-10份聚氧乙烯类减缩剂，5-6份膨胀剂，0.3-0.5份减水剂和2-4份纳米二氧化硅。

2.根据权利要求1所述的混凝土用耐蚀抗冲磨剂，其特征在于，包括以下重量份配比的原料：63份粉煤灰，15份矿渣粉，10份聚氧乙烯类减缩剂，5份膨胀剂，0.3份减水剂和2份纳米二氧化硅。

3.根据权利要求1所述的混凝土用耐蚀抗冲磨剂，其特征在于，所述粉煤灰的密度为2.01-2.35g/cm3，堆积密度为0.60-1.26g/cm3，稠度为27.3-60.4％，含水量为0.52-0.73％。

4.根据权利要求1所述的混凝土用耐蚀抗冲磨剂，其特征在于，所述矿渣粉的密度为3.03-5.68g/cm3，比表面积为973-981m2/kg，中值粒径d50为4.2-4.3μm，含水量为0.17-0.22％。

5.根据权利要求1所述的混凝土用耐蚀抗冲磨剂，其特征在于，所述纳米二氧化硅的比表面积为215-225m2/g，粒径为23-26nm，表观密度为45-55g/l。

6.根据权利要求1所述的混凝土用耐蚀抗冲磨剂，其特征在于，所述聚氧乙烯类减缩剂满足gb/t 8076-2008《混凝土外加剂》的技术要求。

7.根据权利要求1所述的混凝土用耐蚀抗冲磨剂，其特征在于，所述膨胀剂满足gb/t23439-2009《混凝土膨胀剂》的技术要求。

8.权利要求1-7任一项所述的混凝土用耐蚀抗冲磨剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.权利要求1-7任一项所述的混凝土用耐蚀抗冲磨剂在混凝土中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述混凝土用耐蚀抗冲磨剂在混凝土中的掺量，以胶凝材料的重量计为2-3％。

技术总结
本发明公开了一种混凝土用耐蚀抗冲磨剂及其制备和应用，涉及混凝土材料技术领域。本发明的混凝土用耐蚀抗冲磨剂，包括以下重量份配比的原料：60‑70份粉煤灰，10‑15份矿渣粉，8‑10份聚氧乙烯类减缩剂，5‑6份膨胀剂，0.3‑0.5份减水剂和2‑4份纳米二氧化硅。应用本发明的耐蚀抗冲磨剂制备得到的混凝土的抗压强度、劈拉强度、极限拉伸值、抗冲磨强度、抗冲击韧性比、抗裂性能都得到的提高，混凝土自生体积变形至180d龄期时，可达‑72×10‑6，混凝土的干缩率显著降低，即混凝土的各方面性能均得到了增强，降低了混凝土产生侵蚀破坏的可能性，从而延长水工混凝土的使用寿命。

技术研发人员：李明霞,闫小虎,曹亚,喻志强,张亮,蒋文广,夏求林,刘恒,孙光亮,王世美
受保护的技术使用者：长江水利委员会长江科学院
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10