阅读说明：本技术 一种水工用抗冲耐磨混凝土外加剂 (Anti-impact wear-resistant concrete additive for hydraulic engineering ) 是由 苏富赟 白永昇 蔺周 于 2020-12-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种水工用抗冲耐磨混凝土外加剂,涉及建筑材料领域,包括如下重量份的组分：超细硅灰300～700份,无机高弹模量纤维50～150份,硅酸锂100～300份,氟硅酸镁100～300份,三乙醇胺1～10份,木质纤维5～30份,天然无机纳米材料50～150份,纳米级二氧化硅10～50份。本发明所提供的水工用抗冲耐磨混凝土外加剂,能与水泥水化后的产物进行二次反应,生成不溶性结晶体,堵塞孔隙及裂缝,使水泥石更加密实,同时在遭受破坏时,未反应完的此纳米材料还能继续和水化产物反应,在破坏初期即进行了修复,从而达到阻止水泥基材料的进一步破坏,同时延长了建(构)物的使用寿命。(The invention discloses an impact-resistant and wear-resistant concrete admixture for hydraulic engineering, which relates to the field of building materials and comprises the following components in parts by weight: 300-700 parts of superfine silica fume, 50-150 parts of inorganic high-elastic modulus fiber, 100-300 parts of lithium silicate, 100-300 parts of magnesium fluosilicate, 1-10 parts of triethanolamine, 5-30 parts of wood fiber, 50-150 parts of natural inorganic nano material and 10-50 parts of nano silicon dioxide. The anti-impact wear-resistant concrete additive for hydraulic engineering provided by the invention can perform secondary reaction with a product after cement hydration to generate insoluble crystals to block pores and cracks, so that cement stones are more compact, and meanwhile, when the nano material is damaged, the unreacted nano material can continue to react with the hydration product, and is repaired at the initial stage of damage, so that the further damage of a cement-based material is prevented, and the service life of a building (structure) is prolonged.)

一种水工用抗冲耐磨混凝土外加剂

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及的是一种水工用抗冲耐磨混凝土外加剂。

背景技术

目前，在水利水电工程、桥梁工程中常常面临高速水流护面材料选择的问题。由于我国河流含有大量泥沙、碎石等推移质、悬移质，高速、含砂的推移质会在高速水流运移作用下对水工混凝土产生冲磨破坏。悬移质随着水流的运动，对水工混凝土的磨损程度逐渐增加，由于混凝土的非均匀性，过流表面形成各种旋涡流，这些旋涡流的强度随着流速的增加而加剧，继而出现空蚀破坏。

目前，我国运行中的大部分大坝泄水建筑物均存在不同程度的冲磨破坏问题，有的甚至非常严重，给经济社会的发展造成了较大损失。随着水利水电事业的发展，高水头大流量的水工建筑物是必然趋势，水工建筑物受磨蚀将愈来愈突出，这将成为水工建筑物在设计、兴建、运行和管理过程中的棘手问题。由于目前并没有很好的解决混凝土抗冲耐磨的措施，大多是以提高混凝土抗压强度等级来提高抗冲耐磨性能。虽然提高抗压强度等级会提高混凝土抗冲磨强度，但作用并不明显。因为抗冲磨作用力与抗压作用力方向不同，一个垂直于混凝土面，一个平行于混凝土面。因此对于水利水电工程建筑物而言，如何显著提高其混凝土在高速水流作用下的抗冲耐磨性能显得至关重要。

为了改善水工混凝土性能，增加混凝土抗裂、抗冲耐磨性能，延长其使用寿命，世界各国建筑材料研究部门大多采用向普通混凝土中掺入不同的掺合物的方法来进行改性，但掺合物的加入使得混凝土中引入氯盐或硫酸盐等有害离子，增加对钢筋的锈蚀作用，另一方面对混凝土的收缩也会产生不良影响。

发明内容

本发明旨在提供一种水工用抗冲耐磨混凝土外加剂，以克服现有水工用抗冲耐磨混凝土技术上存在的缺点，使得水工混凝土能具有抗冲耐磨的同时兼具防裂、防水、防渗、高抗疲劳等性能，由于提高了混凝土抗冲磨强度，所以可以使用低强度等级的混凝土添加抗冲耐磨混凝土外加剂方式以提高混凝土性能，达到甚至超过高强度等级混凝土的抗冲耐磨性能。同时，由于高强度等级混凝土往往在原材成本、原材料选择以及施工成本上都大于低强度等级混凝土，所以添加抗冲耐磨混凝土外加剂的混凝土不仅提高性能同时降低工程综合成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种水工用抗冲耐磨混凝土外加剂，包括如下重量份的组分：超细硅灰300～700份，无机高弹模量纤维50～150份，硅酸锂100～300份，氟硅酸镁100～300份，三乙醇胺1～10份，木质纤维5～30份，天然无机纳米材料50～150份，纳米级二氧化硅10～50份。

作为优选地，水工用抗冲耐磨混凝土外加剂，由如下重量份的组分组成：超细硅灰380份，无机高弹模量纤维50份，硅酸锂100份，氟硅酸镁100份，三乙醇胺5份，木质纤维5份，天然无机纳米材料50份，纳米级二氧化硅10份。

作为优选地，水工用抗冲耐磨混凝土外加剂，由如下重量份的组分组成：超细硅灰310份，无机高弹模量纤维150份，硅酸锂200份，氟硅酸镁200份，三乙醇胺10份，木质纤维30份，天然无机纳米材料50份，纳米级二氧化硅50份。

作为优选地，水工用抗冲耐磨混凝土外加剂，由如下重量份的组分组成：超细硅灰500份，无机高弹模量纤维75份，硅酸锂150份，氟硅酸镁150份，三乙醇胺5份，木质纤维30份，天然无机纳米材料60份，纳米级二氧化硅30份。

作为优选地，所述超细硅灰的活性指数不低于S105。

作为优选地，所述无机高弹模量纤维为玄武岩纤维。

作为优选地，所述天然无机纳米材料为天然含水的层链状镁质硅酸盐。

水工用抗冲耐磨混凝土外加剂的制备简单，将配方材料按照比例精确称量后，经搅拌机混合均匀后，称量包装即可。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明所提供的水工用抗冲耐磨混凝土外加剂，对水工混凝土的各种收缩无不良影响；

2、本发明所提供的水工用抗冲耐磨混凝土外加剂，氯盐和硫酸盐含量较低，对钢筋无锈蚀作用；

3、本发明所提供的水工用抗冲耐磨混凝土外加剂，在提高混凝土的抗冲耐磨性能的同时，还能能有效降低混凝土强度等级，可以选择抗压强度等级低的添加抗冲耐磨混凝土外加剂的混凝土，替代抗压强度等级高的混凝土，从而降低工程综合成本；

4、本发明所提供的水工用抗冲耐磨混凝土外加剂，无机纤维材料的加入，提高水工用抗冲耐磨混凝土性能的同时兼具防水、防渗、防腐、高抗疲劳等性能；

5、本发明所提供的水工用抗冲耐磨混凝土外加剂，天然无机纳米材料本身具有良好的微观结构特质，扫描电镜显示其结构呈链状，能有效改变水泥基材料界面的微观结构，提高水泥基材料的密实度和耐久性，材料具有良好的粘结性、吸附性并能降低水在混凝土界面的表面张力，同时具有非常良好的保水性能，从而提高混凝土性能；

6、本发明所提供的水工用抗冲耐磨混凝土外加剂，能与水泥水化后的产物进行二次反应，生成不溶性结晶体，堵塞孔隙及裂缝，使水泥石更加密实，同时在遭受破坏时，未反应完的此纳米材料还能继续和水化产物反应，在破坏初期即进行了修复，从而达到阻止水泥基材料的进一步破坏，同时延长了建(构)物的使用寿命；

7、本发明所提供的水工用抗冲耐磨混凝土外加剂，进一步提高水泥基材料的性能，通过超细粉的加入，由于其粒径较小，且具有活性，可以填充在水泥石材料的空隙中，并且可以进一步与水化产物反应，提高水泥的密实度，从而提高水泥石的耐久性及力学性能。

附图说明

图1为天然无机纳米材料的的TEM形貌图；

图2为纯的生石灰的SEM形貌图；

图3为天然无机纳米材料与碱反应的SEM形貌图；

图4为实施例1提供的抗冲耐磨混凝土外加剂与水泥水化反应SEM形貌图；

图5为实施例2提供的抗冲耐磨混凝土外加剂与水泥水化反应SEM形貌图；

图6为为实施例1提供的抗冲耐磨混凝土外加剂改善混凝土界面SEM形貌图；

图7为为实施例2提供的抗冲耐磨混凝土外加剂改善混凝土界面SEM形貌图；

图8为普通混凝土经水下钢球法试验后的内部微裂缝SEM形貌图；

图9为添加抗冲耐磨混凝土外加剂抗冲耐磨混凝土经水下钢球法试验后的内部微裂缝SEM形貌图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合各实施例对本发明作进一步说明，本发明的实现方式包括但不仅限于以下实施例。

实施例1

本实施例中，水工用抗冲耐磨混凝土外加剂由如下重量份的组分组成：

超细硅灰：680份，无机高弹模量纤维：50份，硅酸锂：100份，氟硅酸镁：100份，三乙醇胺：5份，木质纤维：5份，天然无机纳米材料：50份，纳米级二氧化硅：10份。

将配方材料按照上述比例精确称量后，经搅拌机混合均匀后，称量包装即可。

实施例2

本实施例中，水工用抗冲耐磨混凝土外加剂由如下重量份的组分组成：

超细硅灰：310份，无机高弹模量纤维：150份，硅酸锂：200份，氟硅酸镁：200份，三乙醇胺：10份，木质纤维：30份，天然无机纳米材料：50份，纳米级二氧化硅：50份。

将配方材料按照上述比例精确称量后，经搅拌机混合均匀后，称量包装即可。

实施例3

本实施例中，水工用抗冲耐磨混凝土外加剂由如下重量份的组分组成：

超细硅灰：500份，无机高弹模量纤维：75份，硅酸锂：150份，氟硅酸镁：150份，三乙醇胺：5份，木质纤维：30份，天然无机纳米材料：60份，纳米级二氧化硅：30份。

将配方材料按照上述比例精确称量后，经搅拌机混合均匀后，称量包装即可。

实施例1～3中，天然无机纳米材料为一种天然非金属粘土矿物，具体为含水的层链状镁质硅酸盐，具有独特的层链状结构特征，具有比表面积大，保水能力强，化学稳定性好，吸附能力强等特征，而且其单体在纳米尺寸。

对比实验

将实施例1～实施例3得到的外加剂按照10kg/m³混入C45混凝土，通过实验数据(如表1所示)可知，加入本发明提供的外加剂之后，C45混凝土的试件累计损失质量、磨损率以及收缩率比均小于C45混凝土以及强度更高的C60混凝土，同时抗冲磨强度高于C45混凝土以及强度更高的C60混凝土。

表1混凝土测试数据

从电镜扫描图看各成分的区别：

如图1所示，为天然无机纳米材料的的TEM形貌，呈纤维状，生长在一维方向上优先发育，链状结构方向与纤维轴向一致，长度约为500nm，直径尺寸约为20nm；

图2为纯的生石灰的SEM形貌图，图3为天然无机纳米材料与碱反应的SEM形貌图。从图2中可以看出，氢氧化钙生长良好，表面光滑。从图3可以看出，天然无机纳米材料与氢氧化钙发生了反应，表面粗糙，凹凸不平。从而证实了宏观中天然无机纳米材料能促进水泥水化，提高其性能；

图4、图5为抗冲耐磨混凝土外加剂与水泥水化反应的晶核现象。从图中可以看出，天然无机纳米材料的加入对混凝土中各级界面改善作用进一步增强。在新拌混凝土中不规则的布朗运动，起到一个类似晶核的作用，并且水化时间延长水化产物尺寸变大。

图6、图7为抗冲耐磨混凝土外加剂改善混凝土界面的SEM形貌图。从图6、图7中可以看出，晶核作用的形成，使界面薄弱的环境有了水化产物生长的空间，增加了水化产物生长的节点，减少了骨料底部的水囊厚度，降低了粗细骨料的界面过渡区宽度。

图8为普通混凝土经水下钢球法试验后的内部微裂缝。图9为添加抗冲耐磨混凝土外加剂抗冲耐磨混凝土经水下钢球法试验后的内部微裂缝。从图中我们可以得出，混凝土抗冲耐磨性能的提高，在宏观上表现为混凝土抗冲磨强度增加，作用力坏引起的内部界面破坏的减少。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。