一種用于鹽漬環(huán)境的耐腐蝕混凝土及其制作方法和施工工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于鹽漬環(huán)境中的耐腐蝕混凝土及其制作和施工工藝，所述鹽漬環(huán)境為含鹽量1%-30%（質(zhì)量百分含量）、含水量20%～150%的鹽漬土或礦化度為10g/L-500g/L的鹵水環(huán)境，所述混凝土原材料包括：礦渣、輕燒氧化鎂、石灰、水、骨料及礦物摻合料。通過該混凝土各組分之間及其與鹽漬環(huán)境中的鹽分相互作用，保證混凝土在鹽漬環(huán)境中凝結(jié)硬化、產(chǎn)生、發(fā)展并長期保持強度。該種混凝土用于包括鹽漬土和鹵水在內(nèi)的各種鹽漬環(huán)境中，能夠滿足構(gòu)筑物、構(gòu)件對混凝土強度和耐久性要求。
【專利說明】一種用于鹽漬環(huán)境的耐腐蝕混凝土及其制作方法和施工工
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(-)【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于土木工程材料領(lǐng)域，具體地說，是一種用于鹽潰環(huán)境中的耐腐蝕混凝土及其制作方法和施工工藝。
(二)【背景技術(shù)】:
[0002]我國分布有大面積的鹽潰土，特別是西部鹽湖地區(qū)和東部沿海地區(qū)的鹽潰土含鹽量高、含鹽種類多，在這些地區(qū)建造構(gòu)筑物，必須考慮構(gòu)筑物及構(gòu)件對鹽潰環(huán)境的耐腐蝕性能。鹽潰環(huán)境主要包括潮濕狀態(tài)或地下水位以下的各類鹽潰土和鹵水環(huán)境，其所含鹽分主要為含鉀(K+)、鈉(Na+)、鎂(Mg2+)、|丐(Ca2+)的氯鹽(Cl_)、硫酸鹽(S042_)和碳酸鹽(C032_)，它們對目前使用的基于硅酸鹽系列水泥的混凝土和鋼筋產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕作用，從而對混凝土和鋼筋混凝土構(gòu)件的耐久性構(gòu)成嚴(yán)重威脅?；炷梁弯摻罨炷潦菢?gòu)筑物必不可少的組成部分，但在鹽潰環(huán)境中其應(yīng)用受到很大限制。因此迫切需要尋求一種能夠在鹽潰環(huán)境中凝結(jié)硬化、產(chǎn)生并長期保持強度的新型耐腐蝕混凝土材料，以滿足鹽潰環(huán)境的工程應(yīng)用要求。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003]本發(fā)明為解決鹽潰環(huán)境中構(gòu)筑物混凝土的耐久性問題，提供了一種用于鹽潰環(huán)境的耐腐蝕混凝土及其制作方法和施工工藝。本發(fā)明采用礦渣、活性氧化鎂作為膠凝材料，與水、粗細(xì)骨料、礦物摻合料混合制成混凝土，作為膠凝材料的礦渣、活性氧化鎂在含Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl' SO42' CO32^等幾種或多種鹽離子的鹽潰環(huán)境中水化硬化，并且礦渣、活性氧化鎂與鹽潰環(huán)境中的部分鹽分反應(yīng)生成大量的新水化物Mg6Al2 (OH)16CO3.4H20(HT)和Ca4Al2O6Cl2.IOH2O(Fs)，此兩種新水化物作為膠結(jié)強度的主要貢獻者，其在鹽潰環(huán)境中良好水穩(wěn)性和耐鹽蝕性，保證了混凝土強度的穩(wěn)定與很強的耐鹽蝕能力。該混凝土可以配合增強筋使用也可以單獨使用以制作鹽潰`環(huán)境中使用的耐腐蝕構(gòu)件和構(gòu)筑物。
[0004]本發(fā)明所述的一種用于鹽潰環(huán)境中的耐腐蝕混凝土的具體配比，根據(jù)使用地區(qū)鹽潰土或鹵水中鹽分種類及比例、濃度確定，按重量份計算，由下述組分的原料制備而成:礦渣:100~800份；活性氧化鎂粉:40~300份；石灰:0~300份；礦物摻合料:50~400份；粗集料:200~1600份；細(xì)集料:100~900份；7jC:100~400份。所述礦渣比表面積不小于250m2/kg ;所述活性氧化鎂比表面積不小于300m2/kg ;所述石灰可以是生石灰、熟石灰或是兩者組合物；所述礦物摻合料可以采用粉煤灰、硅灰、鋼渣、有色金屬渣、赤泥尾礦粉、煅燒煤矸石粉等滿足粒徑要求的礦物摻合料，可以是其中的一種或由幾種混合而成，所述粉煤灰的比表面積不小于400m2/kg,娃灰的比表面積不小于15000m2/kg,磨細(xì)鋼洛與有色金屬渣的比表面積不小于350m2/kg，赤泥尾礦粉的比表面積不小于300m2/kg，煅燒煤矸石粉的比表面積不小于300m2/kg ;所述粗、細(xì)集料按照現(xiàn)行混凝土規(guī)范選用；所述的水可以使用淡水也可使用施工現(xiàn)場就地取材的鹵水。
[0005]本發(fā)明提供的一種用于鹽潰環(huán)境中的耐腐蝕混凝土，在含Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl'SO42' CO32-等幾種或多種鹽離子的鹽潰環(huán)境中，混凝土中膠凝材料可與鹽潰環(huán)境中的部分鹽反應(yīng)生成HT、Fs等水化產(chǎn)物使混凝土在潮濕的鹽潰土或鹵水環(huán)境中凝結(jié)硬化、產(chǎn)生、發(fā)展并長期保持強度，而高含鹽的鹽潰環(huán)境更有利于本發(fā)明耐腐蝕混凝土的應(yīng)用。本發(fā)明所述混凝土適用的鹽潰環(huán)境為:①鹽潰土為含鹽量1%_30% (質(zhì)量百分含量)、含水量20%~150%的鹽潰土，包含氯鹽潰土，硫酸鹽潰土，碳酸鹽潰土、亞氯鹽潰土和亞硫酸鹽潰土等。②礦化度為10g/L-500g/L的鹵水環(huán)境，鹵水中主要離子礦化度范圍為(g/L) =KlPNa+:4.5~240，Ca2+:0.5 ~65，Mg2+:0.5 ~50.5, CF:4.5 ~180，S042_:2.5 ~150.5，C032_:0.3 ~45。
[0006]本發(fā)明所述的一種用于鹽潰環(huán)境中的耐腐蝕混凝土，根據(jù)構(gòu)筑物種類不同，其應(yīng)用方法也不盡相同。在構(gòu)筑物的施工過程中，根據(jù)使用條件不同，可以是現(xiàn)澆混凝土構(gòu)筑物或構(gòu)件也可以是預(yù)制混凝土構(gòu)件；根據(jù)混凝土設(shè)計的具體要求，選擇是否使用加強筋。加強筋的筋材可以使用:經(jīng)過防腐處理的鋼筋，包括但不限于不銹鋼、樹脂涂層鋼筋；有色金屬筋材，包括但不限于鋁合金筋材；FRP筋材，包括但不限于玻璃纖維增強塑料(GFRP)筋、碳纖維增強塑料(CFRP)筋、芳綸纖維增強塑料(AFRP)筋；植物纖維筋材，包括但不限于竹筋、葦筋、竹絲編制的竹絲索。
[0007]本發(fā)明所述的一種用于鹽潰環(huán)境中的耐腐蝕混凝土，該混凝土作為構(gòu)筑物和構(gòu)件的建筑材料，其制作方法和施工工藝為:對施工地區(qū)鹽潰環(huán)境的鹽分種類、濃度及比例進行測定，依據(jù)混凝土所處鹽潰環(huán)境的含鹽種類及含鹽量確定耐腐蝕混凝土的具體配比；確定各組分配比后，將礦渣、活性氧化鎂、石灰、礦物摻合料、骨料按照配比充分混合，再向其中加入水，攪拌均勻得到混凝土物料，然后按現(xiàn)行公知的混凝土施工工藝進行施工及養(yǎng)護。如使用本發(fā)明混凝土制作預(yù)制構(gòu)件，養(yǎng)護齡期為7~28天，養(yǎng)護條件:溫度為20±2°C，空氣濕度> 95%。 [0008]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0009](I)本發(fā)明提供的耐腐蝕混凝土能夠在鹽潰環(huán)境中凝結(jié)硬化、發(fā)展并保持強度，適用于普通硅酸鹽水泥混凝土無法使用的鹽潰土和齒水環(huán)境中；
[0010](2)本發(fā)明提供的耐腐蝕混凝土在鹵水中使用時不需要再使用其它方法進行防腐蝕保護，施工過程簡單、容易操作；
[0011](3)本發(fā)明提供的耐腐蝕混凝土制備中需要的材料成本低廉，適合大規(guī)模的工程應(yīng)用。
(四)【具體實施方式】:
[0012]本發(fā)明提供的一種用于鹽潰環(huán)境的耐腐蝕混凝土，適用于各種鹽潰環(huán)境中的構(gòu)筑物及構(gòu)件，如碼頭棧橋基礎(chǔ)、防浪堤壩、鹽湖鹵水池、鹵水渠及其它可能受鹽潰侵蝕的各類構(gòu)筑物及構(gòu)件基礎(chǔ)。
[0013]申請者研究發(fā)現(xiàn):利用礦渣、活性氧化鎂作為膠凝材料，與水、粗細(xì)骨料、礦物摻合料按一定比例混合制得的混凝土，不僅能在鹽潰環(huán)境中凝結(jié)硬化，產(chǎn)生并發(fā)展強度，并且能在鹽潰環(huán)境中保持強度和良好的耐久性。作為膠凝材料的礦渣、活性氧化鎂在鹽潰環(huán)境中水化硬化，與鹽潰環(huán)境中的鹽分發(fā)生反應(yīng)生成大量的新水化物Mg6Al2 (OH) 16C03.4Η20(ΗΤ)和Ca4Al2O6Cl2.IOH2O (Fs)，這兩種新水化物作為膠結(jié)強度的主要貢獻者，顯著區(qū)別于水泥水化產(chǎn)物CSH，HT和Fs必須在鹽潰環(huán)境中才能大量生成并提供強度，這一特點使利用礦渣、活性氧化鎂作為膠凝材料的混凝土具有良好的耐鹽蝕性，保證混凝土強度在鹽潰環(huán)境中的穩(wěn)定與耐久，從而也提出了一種適用于鹽潰環(huán)境的耐腐蝕混凝土的制作方法。
[0014]本發(fā)明提供一種用于鹽潰環(huán)境中的耐腐蝕混凝土，適用的鹽潰環(huán)境為:①鹽潰土為含鹽量1%_30% (質(zhì)量百分含量)、含水量20%~150%的鹽潰土,包含氯鹽潰土,硫酸鹽潰土，碳酸鹽潰土、亞氯鹽潰土和亞硫酸鹽潰土等。②礦化度為10g/L-500g/L的鹵水環(huán)境，鹵水中主要離子礦化度范圍為(g/L):K+和Na+:4.5~240，Ca2+:0.5~65,Mg2+:0.5~50.5，CF:4.5 ~180，SO廣:2.5 ~150.5，CO廣:0.3 ~45。
[0015]本發(fā)明所述的一種用于鹽潰環(huán)境中的耐腐蝕混凝土的具體配比，按重量份計算，由下述組分的原料制備而成:礦渣:100~800份；活性氧化鎂粉:40~300份；石灰:0~300份；礦物摻合料:50~400份;粗集料:200~1600份;細(xì)集料:100~900份；水:100~400份。所述礦渣比表面積不小于250m2/kg ;所述活性氧化鎂比表面積不小于300m2/kg ;所述石灰可以是生石灰、熟石灰或是兩者組合物；所述礦物摻合料可以采用粉煤灰、硅灰、鋼渣、赤泥尾礦粉、有色金屬渣、煅燒煤矸石粉等滿足粒徑要求的礦物摻合料，可以是其中的一種或由幾種混合而成，所述粉煤灰的比表面積不小于400m2/kg，硅灰的比表面積不小于15000m2/kg,磨細(xì)鋼洛與有色金屬洛的比表面積不小于350m2/kg,赤泥尾礦粉的比表面積不小于300m2/kg，煅燒煤矸石粉的比表面積不小于300m2/kg ;所述粗、細(xì)集料按照現(xiàn)行混凝土規(guī)范選用；所述的水可以使用淡水也可以使用施工現(xiàn)場就地取材的鹵水。
[0016]對本發(fā)明中提供的一種用于鹽潰環(huán)境的耐腐蝕混凝土進行強度試驗，分別采用礦渣、活性氧化鎂和普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料與礦物摻合料、粗細(xì)集料、齒水混合拌制成混凝土，振實裝入邊長為150mm混凝土立方體試模中，硬化脫模后分別將上述水泥混凝土和礦渣、活性氧化鎂混凝土直接浸泡于淡水、鹵水和埋覆于鹽潰土中，環(huán)境溫度控制在20 ± 2°C。試驗中混凝土的配比符合上述混凝土配比范圍，兩類混凝土的原料配合比相同，試驗所用齒水、 鹽潰土均取自某鹽潰土地區(qū)，鹽潰土和齒水中的濃度在本發(fā)明所述的鹽潰環(huán)境濃度范圍內(nèi)?；炷翉姸葴y試按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002)進行，各混凝土抗壓強度分別見表1、表2所示:
[0017]表1水泥混凝土在淡水、鹵水和鹽潰土中強度對比
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種用于鹽潰環(huán)境中的耐腐蝕混凝土，其特征在于:在含Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl'SO42' C032_等幾種或多種鹽離子的鹽潰環(huán)境中，通過所述混凝土各組分之間及其與鹽潰環(huán)境中的鹽分相互作用，保證混凝土在鹽潰環(huán)境中凝結(jié)硬化、產(chǎn)生、發(fā)展并長期保持強度。所述鹽潰環(huán)境為:①鹽潰土為含鹽量1%-30% (質(zhì)量百分含量)、含水量20%~150%的鹽潰土，包含氯鹽潰土，硫酸鹽潰土，碳酸鹽潰土、亞氯鹽潰土和亞硫酸鹽潰土等。②礦化度為IOg/L-500g/L的鹵水環(huán)境，鹵水中主要離子礦化度范圍為(g/L):K+和Na+:4.5~240，Ca2+:0.5 ~65，Mg2+:0.5 ~50.5，CF:4.5 ~180，SO廣:2.5 ~150.5，CO廣:0.3 ~45。所述混凝土按重量份由下述組分的原料制備而成:礦渣:100~800份；活性氧化鎂粉:40~300份；石灰:0~300份；礦物摻合料:50~400份；粗集料:200~1600份；細(xì)集料:100~900份；水:100~400份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于鹽潰環(huán)境中的耐腐蝕混凝土，其特征在于:所述的礦渣比表面積不小于250m2/kg ;所述的活性氧化鎂比表面積不小于300m2/kg ;所述的石灰可以是生石灰、熟石灰或是兩者組合物；所述礦物摻合料可以采用粉煤灰、硅灰、鋼渣、赤泥尾礦粉、有色金屬渣、煅燒煤矸石粉等滿足粒徑要求的礦物摻合料，可以是其中的一種或由幾種混合而成，所述粉煤灰的比表面積不小于400m2/kg,娃灰的比表面積不小于15000m2/kg,磨細(xì)鋼洛與有色金屬洛的比表面積不小于350m2/kg,赤泥尾礦粉的比表面積不小于300m2/kg，煅燒煤矸石粉的比表面積不小于300m2/kg ;所述粗、細(xì)集料按照現(xiàn)行混凝土規(guī)范選用；所述的水可以使用淡水也可以使用施工現(xiàn)場就地取材鹵水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于鹽潰環(huán)境中的耐腐蝕混凝土，其特征在于:所述混凝土根據(jù)設(shè)計要求制備加筋混凝土預(yù)制構(gòu)件、加筋混凝土現(xiàn)澆構(gòu)筑物或構(gòu)件、素混凝土現(xiàn)澆構(gòu)筑物或構(gòu)件、素混凝土預(yù) 制構(gòu)件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于高氯鹽鹵環(huán)境中的耐腐蝕混凝土，其特征在于:所述的加筋混凝土預(yù)制構(gòu)筑物或加筋混凝土現(xiàn)澆構(gòu)筑物采用的筋材為:經(jīng)過防腐處理的鋼筋，包括但不限于不銹鋼、樹脂涂層鋼筋；有色金屬筋材，包括但不限于鋁合金筋材；FRP筋材包括但不限于玻璃纖維增強塑料筋、碳纖維增強塑料筋、芳綸纖維增強塑料筋；植物纖維筋材:包括但不限于竹筋、竹絲索、葦筋。
5.一種用于鹽潰環(huán)境中的耐腐蝕混凝土的制作和施工工藝，其特征在于:對施工地區(qū)鹽潰環(huán)境的鹽分種類、濃度及比例進行測定，依據(jù)混凝土所處鹽潰環(huán)境的含鹽種類及含鹽量確定耐腐蝕混凝土的具體配比；確定各組分配比后，將礦渣、活性氧化鎂、石灰、礦物摻合料、骨料按照配比充分混合，再向其中加入水，攪拌均勻得到混凝土物料，然后按現(xiàn)行公知的混凝土施工工藝進行施工及養(yǎng)護。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作和施工工藝，其特征在于:預(yù)制混凝土構(gòu)件的養(yǎng)護齡期為7~28天，養(yǎng)護條件:溫度為20±2°C，空氣濕度≥95%。
【文檔編號】C04B7/14GK103626457SQ201310688307
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】程寅, 黃新 申請人:北京航空航天大學(xué)