阅读说明：本技术 一种海工抗冲磨耐氯盐侵蚀混凝土 (Marine engineering anti-abrasion chloride-corrosion-resistant concrete ) 是由 陈晓润 王军 赵日煦 张恒春 黄汉洋 刘凯 于 2019-11-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种海工抗冲磨耐氯盐侵蚀混凝土,由水泥、陶瓷粉、超细矿粉、碎石、河砂、聚羧酸高效减水剂和水按比例配制而成。本发明选用抗冲磨性能优良的花岗岩等碎石,并实现碎石骨料含量的最大化,有效提高混凝土的抗冲磨性能；采用陶瓷粉作为掺和料,在提高水泥浆体抗冲磨性能的同时,利用其后期发生二次水化反应生成的水化铝酸钙吸附氯离子,抑制氯离子向内传输,减少钢筋锈蚀；同时,采用超细矿粉作为掺和料,提高浆体-骨料界面粘结力并降低浆体孔隙率,提高混凝土抗冲磨性能的同时抑制侵蚀离子向内传输,减少钢筋锈蚀。本发明所制得的海工抗冲磨耐氯盐侵蚀混凝土具有高抗挟砂浪涌冲刷和高抗氯离子侵蚀的性能,具有重要的工程应用价值。(The invention discloses a marine anti-erosion and anti-corrosion concrete against chloride salt, which is prepared from cement, ceramic powder, superfine mineral powder, broken stone, river sand, polycarboxylic acid high-efficiency water reducing agent and water in proportion. According to the invention, granite and other gravels with excellent abrasion resistance are selected, the maximization of the aggregate content of the gravels is realized, and the abrasion resistance of concrete is effectively improved; ceramic powder is used as a blending material, so that the erosion and abrasion resistance of the cement paste is improved, and meanwhile, chloride ions are adsorbed by using hydrated calcium aluminate generated by secondary hydration reaction at the later stage, the inward transmission of the chloride ions is inhibited, and the corrosion of reinforcing steel bars is reduced; meanwhile, the superfine mineral powder is used as a blending material, so that the bonding force of a slurry-aggregate interface is improved, the porosity of the slurry is reduced, the erosion and abrasion resistance of concrete is improved, meanwhile, the inward transmission of erosion ions is inhibited, and the corrosion of reinforcing steel bars is reduced. The marine abrasion-resistant chloride corrosion-resistant concrete prepared by the invention has high sand-holding surge erosion resistance and high chloride ion erosion resistance, and has important engineering application value.)

一种海工抗冲磨耐氯盐侵蚀混凝土

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种海工抗冲磨耐氯盐侵蚀混凝土及其制备方法。

背景技术

处于海洋环境的桥梁墩柱在长期遭受氯盐侵蚀的同时，还会受到挟砂浪涌的冲磨作用。桥墩混凝土保护层在挟砂浪涌的冲蚀磨损作用下，会出现钢筋混凝土保护层厚度减薄、表面损伤等现象，从而缩短氯离子向结构内部渗透的路径，加速钢筋的锈蚀。与此同时，钢筋锈蚀引发的混凝土保护层开裂又会进一步加剧氯盐侵蚀和冲蚀磨损，影响桥梁的正常使用与安全运行。因此，在进行海工混凝土配合比设计时，应综合考虑混凝土抗氯离子渗透性能和抗冲耐磨性能。

目前，海工混凝土通常针对其抗氯离子渗透性、抗硫酸盐侵蚀性能、抗渗性等进行了改性设计，缺乏针对抗氯离子渗透性以及抗冲磨性能的协同设计；进一步探索海工抗冲磨、耐氯盐侵蚀混凝土，具有重要的研究和应用意义。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有海工混凝土存在的不足，提供一种海工抗冲磨耐氯盐侵蚀混凝土，可兼具优异的抗冲磨性能和抗氯离子渗透性能，可有效保障海工混凝土的使用性能和耐久性能，且涉及的制备方法简单，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种海工抗冲磨耐氯盐侵蚀混凝土，各组分及其用量为：水泥180～260kg/m³、陶瓷粉60～100kg/m³、超细矿粉80～130kg/m³、碎石1000～1200kg/m³、河砂720～800kg/m³、减水剂7～11kg/m³、水110～140kg/m³。

上述方案中，所述水泥为P.O42.5或P.II 42.5水泥，比表面积≤350m²/kg。

上述方案中，所述陶瓷粉的比表面积为400～500m²/kg；其中，各化学组分及其所占质量百分比包括：CaO 1～2％，SiO₂ 60～70％，Al₂O₃ 20～30％，MgO 2～3％，SO₃ 2～3％。

上述方案中，所述超细矿粉的比表面积为700～900m²/kg；其中，各化学组分及其所占质量百分比包括：CaO35～40％，SiO₂25～30％，Al₂O₃15～20％，MgO 5～10％，SO₃ 2～5％。

上述方案中，所述碎石为5～25mm连续级配的花岗岩、玄武岩、石英岩等碎石，压碎值≤5％。

上述方案中，所述河砂为中粗砂，细度模数为2.3～3.0，含泥量≤0.5wt％。

上述方案中，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率≥25％

根据上述方案所得海工混凝土，其28d抗压强度≥65MPa，28d抗冲磨强度≥0.8h/cm，56d氯离子扩散系数≤1.5×10^-12m²/s；适用于浪溅区等海工混凝土结构。

本发明的原理为：

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明将陶瓷粉作为微集料填充于水泥浆体中，有效提高混凝土中浆体组分的抗冲磨强度，进而提高混凝土整体的抗冲磨强度；与此同时，陶瓷粉发生二次水化反应过程中生成的铝酸盐，可有效结合更多的氯离子，进一步降低混凝土中氯离子的扩散系数。

2)本发明加入的超细矿粉能较大程度的参与二次水化反应，生成更多的对氯离子具有物理吸附作用的水化硅酸钙和对氯离子具有化学吸附作用的水化铝酸钙，并且细化孔径、提高混凝土密实度，从而延缓了氯离子向混凝土内部扩散的速率；与此同时，超细矿粉对浆体-骨料界面结构的改善作用降低了骨料从混凝土基体脱落的可能性，从而提高了混凝土抗冲磨强度。

3)本发明采用水泥-陶瓷粉-超细矿粉三元胶凝材料体系，细度较小的陶瓷粉填充于水泥粒子间的空隙，细度更小的超细矿粉填充于陶瓷粉粒子间的空隙，得到紧密堆积的粉体，并进一步结合陶瓷粉和超细矿粉的二次水化和界面改进效应，有效提高混凝土中硬化水泥浆体的抗冲磨性能和抗氯离子渗透性能，进而提升所得混凝土的抗冲磨强度并降低氯离子扩散系数。

4)本发明采用高用量且抗冲磨性能较好的花岗岩、玄武岩、石英岩等碎石骨料，在保证力学性能的同时，可进一步提高混凝土的抗冲磨强度和抗氯离子渗透性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明通过在海工混凝土中引入陶瓷粉、超细矿粉以及大掺量的抗冲磨碎石，在保证力学性能的同时，可兼具优异的抗冲磨性能和抗氯离子渗透性能，有效保障海工混凝土的使用性能和耐久性能。

2)本发明涉及的原料来源简单、制备工艺简单方便，适合推广应用。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下实施例中，采用的水泥为P.O42.5或P.II42.5水泥，比表面积分别为348m²/kg和329m²/kg；采用的陶瓷粉为瓷质砖在研磨和抛光过程中产生的陶瓷抛光粉，比表面积为480m²/kg，化学组成中CaO含量为1.48wt％，SiO₂含量为63.77wt％，Al₂O₃含量为26.34wt％，MgO含量为2.53wt％，SO₃含量为2.44wt％；采用的超细矿粉的比表面积为800m²/kg，其化学组成中CaO含量为37.17wt％，SiO₂含量为29.62wt％，Al₂O₃含量为16.87wt％，MgO含量为9.99wt％，SO₃含量为3.38wt％。

碎石为5～25mm连续级配的花岗岩或玄武岩碎石，压碎值均为4％；河砂为中粗砂，细度模数为2.85，含泥量为0.4wt％。

采用的聚羧酸高效减水剂，其减水率为25％。

以下实施例中，采用GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行抗压强度试验；采用DL/T5150-2017《水工混凝土试验规程》中的风砂枪法进行抗冲磨强度试验，风压为0.6MPa；采用GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行氯离子扩散系数试验。

实施例1

一种海工抗冲磨耐氯盐侵蚀混凝土，其制备方法包括如下步骤：

1)按配比称取各原料，各原料及其用量为：P.O42.5水泥240kg/m³、超细矿粉100kg/m³、陶瓷粉60kg/m³、花岗岩碎石1150kg/m³、河砂740kg/m³、聚羧酸高效减水剂10kg/m³、水132kg/m³；

2)将称取的P.O42.5水泥、超细矿粉、陶瓷粉、花岗岩碎石、河砂干拌均匀后，加入聚羧酸高效减水剂和水，充分搅拌，即得所述海工抗冲磨耐氯盐侵蚀混凝土。

实施例2

一种海工抗冲磨耐氯盐侵蚀混凝土，其制备方法包括如下步骤：

1)按配比称取各原料，各原料及其用量为：P.O42.5水泥210kg/m³、超细矿粉110kg/m³、陶瓷粉70kg/m³、花岗岩碎石1150kg/m³、河砂785kg/m³、聚羧酸高效减水剂11kg/m³、水124kg/m³；

2)将称取的P.O42.5水泥、超细矿粉、陶瓷粉、花岗岩碎石、河砂干拌均匀后，加入聚羧酸高效减水剂和水，充分搅拌，即得所述海工抗冲磨耐氯盐侵蚀混凝土。

实施例3

一种海工抗冲磨耐氯盐侵蚀混凝土，其制备方法包括如下步骤：

1)按配比称取各原料，各原料及其用量为：P.II 42.5水泥200kg/m³、超细矿粉120kg/m³、陶瓷粉70kg/m³、玄武岩碎石1180kg/m³、河砂770kg/m³、聚羧酸高效减水剂10kg/m³、水125kg/m³；

2)将称取的P.II 42.5水泥、超细矿粉、陶瓷粉、玄武岩碎石、河砂干拌均匀后，加入聚羧酸高效减水剂和水，充分搅拌，即得所述海工抗冲磨耐氯盐侵蚀混凝土。

对比例1

一种海工混凝土，其制备方法包括如下步骤：

1)按配比称取各原料，各原料及其用量为：P.II 42.5水泥270kg/m³、矿粉170kg/m³(比表面积为480m²/kg)、石灰岩碎石1100kg/m³(5～25连续级配，压碎值15.4％)、河砂740kg/m³、聚羧酸高效减水剂9kg/m³、水140kg/m³；

2)将称取的P.II 42.5水泥、矿粉、石灰岩碎石、河砂干拌均匀后，加入聚羧酸高效减水剂和水，充分搅拌，即得所述海工混凝土。

对比例2

一种海工抗冲磨耐氯盐侵蚀混凝土，其制备方法包括如下步骤：

1)按配比称取各原料，各原料及其用量为：P.O42.5水泥230kg/m³、矿粉160kg/m³(比表面积为480m²/kg)、花岗岩碎石1150kg/m³、河砂785kg/m³、聚羧酸高效减水剂8kg/m³、水128kg/m³；

2)将称取的P.O42.5水泥、矿粉、花岗岩碎石、河砂干拌均匀后，加入聚羧酸高效减水剂和水，充分搅拌，即得所述海工抗冲磨耐氯盐侵蚀混凝土。

对比例3

一种海工混凝土，其制备方法包括如下步骤：

1)按配比称取各原料，各原料及其用量为：P.II 42.5水泥200kg/m³、超细矿粉120kg/m³、陶瓷粉70kg/m³、石灰岩碎石1150kg/m³(5～25连续级配，压碎值15.4％)、河砂740kg/m³、聚羧酸高效减水剂12kg/m³、水128kg/m³；

2)将称取的P.II42.5水泥、超细矿粉、陶瓷粉、石灰岩碎石、河砂干拌均匀后，加入聚羧酸高效减水剂和水，充分搅拌，即得所述海工混凝土。

将实施例1～3和对比例1～3所得海工混凝土分别进行力学性能、抗冲磨性能和抗侵蚀性能测试，具体测试结果分别见表1。

表1实施例1～3和对比例1～3所得海工混凝土的性能测试结果

上述结果表明：胶凝材料体系中引入陶瓷粉和超细矿粉，可显著提高混凝土抗压强度和抗氯离子渗透性能，对抗冲磨强度也有一定的改善效果；花岗岩碎石取代石灰岩碎石，可以显著提高混凝土抗冲磨强度，对抗压强度也有一定的改善效果；同时引入陶瓷粉、超细矿粉以及花岗岩或玄武骨料，可以确保混凝土抗压强度、抗冲磨强度和抗氯离子渗透性能都有显著提高。本发明制得的海工抗冲磨耐氯盐侵蚀混凝土兼具优异的力学性能、抗冲磨性能和抗氯离子渗透性能，应用前景广阔。

上述实施例仅是为了清楚地说明所做的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或者变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。