用于盐渍土地区的半埋混凝土及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及道路工程使用材料技术领域，具体涉及一种用于盐渍土地区的半埋混 凝土及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 盐渍土在我国分布广泛，但盐渍土中含有硫酸根和氯离子，硫酸根离子易与水泥 水化物发生反应生成钙矾石、石膏和碳硫硅钙石等产物，混凝土因这些产物结晶产生的膨 胀压而发生开裂与破坏等劣化现象，特别是硫酸盐和氯盐对道路、桥梁及其附属设施腐蚀 性大，严重影响了混凝土的耐久性和安全性，尤其是半埋于盐渍土中或半浸泡于卤水中的 混凝土破坏最严重。因此，亟待一种抗腐蚀性强的道路材料来应对腐蚀性破坏。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种用于盐渍土地区的抗硫酸盐和卤水腐蚀的半埋混凝土 及其制备方法，利用聚合物和轻质纳米材料的共同作用，形成了密实、不连通的孔结构，耐 腐蚀、耐冲击。
[0004] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：用于盐渍土地区的半埋混凝土，由 水泥、集料、纳米矿物掺合料、聚合物添加剂、助剂、纳米改性剂、氢氧化钡微胶囊粉和水组 成，各组分的重量百分含量依次为：水泥1〇~24%、集料55~80%、纳米矿物掺合料1~2%、聚合 物添加剂2~5%、助剂0. 1~0. 5%、纳米改性剂0. 2~0. 5%、氢氧化钡微胶囊粉2~5%和水7~8%， 所述的集料由粒径为200目的细集料和5~20mm的粗集料组成，其中，粒径为5~20mm粗集料 的重量占集料总重量的百分比大于43%。
[0005] 进一步的，5~20mm粒度等级的粗集料又分为5~10mm和10~20mm两种等级， 5~10mm、10~20mm和 200 目三种粒度的重量比为 10~15 :25~35 :20~30。
[0006] 本发明中，所述的纳米矿物掺合料为煅烧煤矸石粉、粉煤灰、硅灰、矿渣、赤泥尾矿 粉、有色金属渣、钢渣中的一种或几种的混合物；所述的聚合物添加剂为热固性树脂、焦油 改性树脂、乙烯型单体中的一种或几种的混合物； 本发明中，所述的助剂由稳定剂、抗水剂、促凝剂和消泡剂组成，其中，各组分重量占助 剂总重量的百分比依次为稳定剂20~30%、抗水剂20~30%、促凝剂20~30%和消泡剂20~30%。 所述的稳定剂为OP型乳化剂、均染剂102或农乳600 ;所述的消泡剂为二乙基己醇、脂肪 酸甘油醋、磷酸三丁醋或硅油；所述的纳米改性剂为纳米CaC03、纳米Si02、纳米Ti02、纳米 Fe203、纳米A1203中的一种或几种的混合物。
[0007] 用于盐渍土地区的半埋混凝土的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照1 :3 :3 的重量比称取微胶囊粉、氢氧化钡粉和无水乙醇，混合后在40~50KHz的超声频率超声分散 20~25min，然后在真空度为0. 098MPa的真空条件下进行抽滤，当不再有乙醇液滴滴落时停 止抽滤，取出滤出物，备用； 步骤二、将步骤一制得的滤出物置于烘箱中，依次进行30°CX6h的烘干和 50°CX20min的预热，取出预热后的物料并将其置于压力机中在2MPa压力下预压5min，然 后再在5MPa、150±5°C条件下热压30min，自然冷却至室温后，制得氢氧化钡微胶囊粉，备 用； 步骤三、按照所述重量百分含量，分别称取水泥、集料、纳米矿物掺合料、聚合物添加 剂、助剂、纳米改性剂、水和步骤二制得的氢氧化钡微胶囊粉，备用； 步骤四、将水泥、集料和纳米矿物掺合料倒入强制式搅拌机中，然后向搅拌机中加入步 骤三中所称取水重量的70~80%的水，搅拌30s，制得拌和物A，备用； 步骤五、在拌和物A中加入聚合物添加剂，搅拌30s，然后加入助剂，搅拌30s，制得混合 物B，备用； 步骤六、在混合物B中加入纳米改性剂和步骤二制得的氢氧化钡微胶囊粉，然后将剩 余的水加入，并搅拌90s得到混凝土。
[0008] 本发明中，水泥的粒度为微米级别，水泥的水化产物能够以纳米矿物掺合料为晶 核，在纳米矿物掺合料表面形成水泥的水化产物凝胶相，凝胶相之间相互结合成网状结构， 提高了混凝土的耐久性能。同时，在微米级水泥中引入纳米改性剂进行复合，纳米矿物掺合 料和纳米改性剂还能有效地填充大小在l〇~l〇〇nm的微孔中，提高了水泥中的晶胶比，降低 水泥的徐变性，可使混凝土的抗压、抗拉和弯曲强度大大提高。
[0009] 本发明制得的混凝土，当盐渍土地中的硫酸根离子侵入混凝土中时，混凝土上扩 展的裂纹能够使氢氧化钡微胶囊粉破裂，氢氧化钡与硫酸根离子反应，吸收混凝土中的硫 酸根离子，减小混凝土中硫酸根离子浓度；同时，生成的硫酸钡沉淀能够填充混凝土孔隙和 裂缝，阻止硫酸盐的进一步腐蚀，提高了混凝土抗硫酸盐腐蚀的能力。
[0010] 本发明的有益效果：（1 )、本发明将纳米材料作为外掺剂掺加到混凝土中形成的 纳米混凝土，阻止水分的渗入，增强了抗腐蚀性能；同时，聚合物的掺入引起了水泥的水化 及凝结，改善了水泥砂浆或水泥混凝土的工作性，降低水灰比，增强了密实度。
[0011] (2)、采用的纳米矿物掺合料与纳米改性剂的共同作用，不仅可以填充水泥中的空 隙，提高混凝土的流动性，在混凝土中形成了密实、不连通的孔结构，还可以改善混凝土中 水泥与集料的界面结构，使混凝土的强度、抗渗性和防腐能力均得到提高。
[0012] (3)、本发明在制备混凝土时，搅拌充足，保证了混凝土的均匀性，确保用于盐渍土 地区的耐腐蚀的半埋混凝土性能稳定，有效保证其路用性能；工艺操作简便，节约时间，提 高了效率。利用了聚合物和轻质纳米材料，路用性能好，既可以提高混凝土的抗硫酸盐腐 蚀、抗卤水腐蚀的能力，又能提高混凝土的抗冻性，而且混凝土孔少、密实、耐久、耐磨、耐腐 蚀、耐冲击，对于盐渍土地区经济和道路运输的发展具有重要意义。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合具体实施例对本发明的用于盐渍土地区的半埋混凝土及其制备方法作 进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例 不作为对本发明的限定。
[0014] 用于盐渍土地区的半埋混凝土，由水泥、集料（即河砂)、纳米矿物掺合料、聚合物 添加剂、助剂、纳米改性剂、氢氧化钡微胶囊粉和水组成，各组分的重量百分含量依次为：水 泥10~24%、集料55~80%、纳米矿物掺合料1~2%、聚合物添加剂2~5%、助剂0. 1~0. 5%、纳米改 性剂0. 2~0. 5%、氢氧化钡微胶囊粉2~5%和水7~8%，所述的集料由粒径为200目的细集料和 5~20mm的粗集料组成，其中，粒径为5~20mm粗集料的重量占集料总重量的百分比大于43%〇 进一步的，5~20mm粒度等级的粗集料又分为5~10mm和10~20mm两种等级，5~10mm、10~20mm 和200目三种粒度的重量比为10~15 :25~35 :20~30。
[0015] 其中，聚合物添加剂为热固性树脂、焦油改性树脂、乙烯型单体中的一种或几种的 混合物。热固性树脂为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、聚氨酯、酚醛树脂中的一种或者几种的 混合物；焦油改性树脂为焦油环氧树脂和/或焦油氨基甲酸乙酯；乙烯型单体为甲基丙乙 烯甲酸和/或甘油甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯。
[0016] 实施例1 用于盐渍土地区的半埋混凝土的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照1 :3 :3的重量 比称取微胶囊粉、氢氧化钡粉和无水乙醇，混合后在45KHz的超声频率超声分散20min，然 后在真空度为〇. 〇98MPa的真空条件下进行抽滤，当不再有乙醇液滴滴落时停止抽滤，取出 滤出物，备用； 步骤二、将步骤一制得的滤出物置于烘箱中，依次进行30°CX6h的烘干和 50°CX20min的预热，取出预热后的物料并将其置于压力机中在2MPa压力下预压5min，然 后再在5MPa、155°C条件下热压30min，自然冷却至室温后，制得氢氧化钡微胶囊粉，备用； 步骤三、按照重量百分含量，分别称取12%的水泥、25%的粒径为200目的集料、13%的 粒径为5~10mm的集料、30%的粒径为10~20mm的集料、2%的纳米粉煤灰、5%的酚醛树脂、 0. 3%的助剂、0. 2%的纳米Ti02和纳米Si02、7. 5%的水和5%的步骤二制得的氢氧化钡微胶囊 粉，其中，纳米Ti02和纳米Si02的重量比为1 :1 ;助剂由0. 09%稳定剂、0. 06%抗水剂、0. 09% 促凝剂和〇. 06%消泡剂组成，备用； 步骤四、将水泥、集料和纳米粉煤灰倒入强制式搅拌机中，然后向搅拌机中加入步骤三 中所称取水重量的70%的水，搅拌30s，制得拌和物A，备用； 步骤五、在拌和物A中加入酚醛树脂，搅拌30s，然后加入助剂，搅拌30s，制得混合物B， 备用； 步骤六、在混合物B中加入纳米Ti02、纳米Si02和步骤二制得的氢氧化钡微胶囊粉，然 后将剩余的水加入，并搅拌90s得到混凝土。
[0017] 将该实施例1制得的混凝土浇入规格为100X100X100mm的试模，振动成型，室温 养护一天后拆模，制得实验用试件。
[0018] 实施例2 本实施例的盐渍土地区用耐腐蚀的半埋混凝土，由以下原料及质量百分比构成：24% 的水泥、20%的粒径为200目的集料、10%的粒径为5~10mm的集料、25%的粒径为10~20mm的 集料、2%的纳米矿渣、5%的焦油改性树脂、0. 5%的助剂、0. 5%的纳米改性剂、5%的氢氧化钡 微胶囊粉和8%的水。其中，纳米改性剂由重量比为2:3的纳米Ti02和纳米A1 203组成；混 凝土的制备方法如实施例1。
[0019] 将该实施例2制得的混凝土浇入规格为100X100X100mm的试模，振动成型，室温 养护一天后拆模，制得实验用试件。
[0020] 实施例3 用于盐渍土地区的半埋混凝土的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照1 :3 :3的重量 比称取微胶囊粉、氢氧化钡粉和无水乙醇，混