一种海工混凝土及其制备方法与流程

本发明涉及混凝土生产加工技术领域，更具体地说，它涉及一种海工混凝土及其制备方法。

背景技术：

海工混凝土为海洋工程所用，也称海洋混凝土，但由于海工混凝土结构在海洋环境中受到水质、强潮、台风、冰冻等多种因素的作用，因此海工混凝土也是一种针对海工结构应用的特殊环境下研发配制的一种混凝土。

在公开号为cn109851294a的中国发明专利申请文件中公开了一种海工混凝土材料及其制备方法，每立方米混凝土包含以下重量的组分：普通硅酸盐水泥400-500kg、砂子600-800kg、石子1000-1200kg、掺合料10-100kg、改性剂3-10kg、致密剂1-10kg、憎水抗渗剂10-20kg、玄武岩纤维1-5kg和改性石墨烯0.1-1kg。其中，所述的改性剂包括以下原料：多聚三聚氰胺/改性三聚氰胺和聚羧酸减水剂，重量比为1:2；所述的致密剂包括纳米碳酸钙和纳米二氧化硅，其重量比为1:1；所述的憎水抗渗剂包括硅烷基粉末和硬脂酸钙，其重量比为1:1-1:3。

上述申请文件中，所采用的致密剂、改性剂可以有效地防止和抑制混凝土的离析倾向，并可显著减少甚至完全消除混凝土浇筑后所产生的裂缝，而仅依靠纤维和各种填料，虽能提高混凝土的致密度，使混凝土具有良好的抗渗水能力，但海水环境中富含氯离子，其渗透入混凝土的含量较高时，容易对混凝土的内部结构产生破坏，进而使混凝土的使用寿命大大降低，因此，需要提出一种新的方案来解决上述问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种海工混凝土，以解决上述技术问题，其在海工环境中应用时，能够发挥出良好稳定的抗氯离子侵蚀能力，整体结构不易被破坏，且使用寿命大大提高。

为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：

一种海工混凝土，包括如下重量份数的组分：

水泥原料210-230份；

矿渣微粉65-75份；

粉煤灰50-60份；

水150-170份；

中砂780-810份；

碎石1010-1050份；

泵送剂4-5份；

减水剂3-5份；

抗渗剂4-8份；

膨胀剂2-6份；

填充强化料10-15份；

聚丙烯纤维2-5份；

微硅粉1-3份；

石蜡3-5份。

通过采用上述技术方案，粉煤灰与氢氧化钙或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物，使海工混凝土保持良好稳定的结构强度。矿渣微粉可有效提高海工混凝土的抗压强度，降低海工混凝土的成本，同时能够抑制碱骨料反应，降低水化热，减少海工混凝土结构早期温度裂缝，提高海工混凝土密实度，且在提高抗渗和抗侵蚀能力上有明显效果。泵送剂可以在海工混凝土中引入大量的微小气泡，提高海工混凝土的流动性和保水性，减小坍落度损失，提高海工混凝土的抗渗抗冻耐久性，使海工混凝土在泵送过程中具有良好的流动性，且在泵送压力条件下具有较好的稳定定性。

聚丙烯纤维和微硅粉具有良好的分散性和填充性，能够提高海工混凝土整体的致密度和结构强敌，且聚丙烯纤维和硅粉之间能够起到良好的互补配合关系，能够提高和改善海工混凝土的抗渗和早期抗裂性能。而石蜡能够提高海工混凝土的防水和抗渗能力，且石蜡还能够与聚丙烯纤维、微硅粉之间起到良好的复配增效作用，利用海工混凝土在凝固过程中产生水化热，使石腊粉融化并裹附在聚丙烯纤维和微硅粉上，提高聚丙烯纤维和微硅粉整体的分散性和填充性，使海工混凝土整体的致密度大大提高，且裹附在聚丙烯纤维和微硅粉上的石蜡重新固化后，能够对海工环境中氯离子的渗透起到良好的阻隔作用，进而使海工混凝土在海工环境中应用时，能够发挥出良好稳定的抗氯离子侵蚀能力，整体结构不易被破坏，且使用寿命大大提高。

进一步优选为，所述微硅粉的粒径选用为100-200nm；所述聚丙烯纤维直径选用为0.2-0.3mm，纤维长度为3-12mm；所述石蜡分子量选用为500-1500。

通过采用上述技术方案，微硅粉、聚丙烯纤维和石蜡选择上述规格，不仅能够以微硅粉和特定长径比的聚丙烯纤维以最佳比例形成最紧密堆积，使海工混凝土整体具有优异的抗渗性能，还能使石蜡对聚丙烯限位和微硅粉起到良好的裹附作用，使海工混凝土保持良好稳定的抗氯离子渗透能力，且整体结构在海工环境中不易被破坏。

进一步优选为，所述海工混凝土的组分中还加入有重量份数为4-8的功能助剂，且所述功能助剂由异丁烯三乙氧基硅烷和聚丙烯酸钠按重量份数比为1:(1.4-1.8)混合而得。

通过采用上述技术方案，异丁烯三乙氧基硅烷可以提高海工混凝土的防腐性能，并使海工混凝土的表面具有较低对的氯离子渗透；而聚丙烯酸钠能够提高各组分原料间的结合能力，且聚丙烯酸钠形成的膜结构，能够在海工混凝土的内部形成氯离子阻隔网；同时，异丁烯三乙氧基硅烷和聚丙烯酸钠混合作为功能助剂使用时，其相互之间能够起到良好的复配增效作用，并配合聚丙烯纤维和微硅粉是海工混凝土内部的防水渗和抗氯离子渗透网络更加完善，进而使海工混凝土在海工环境中的稳定性大大提高。

进一步优选为，所述减水剂选用木质素磺酸钠、亚硫酸钠、丹宁和糖钙中的任意一种。

通过采用上述技术方案，木质素磺酸钠、亚硫酸钠、丹宁和糖钙均为良好的减水剂，且对海工混凝土的各组分原料具有良好的分散作用，能减少单位用水量，并改善海工混凝土的流动性，提高海工混凝土的密实度，进而降低海工混凝土的渗水性，具有良好的稳定性，并在应用过程中保持良好稳定的结构强度。

进一步优选为，所述抗渗剂选用三乙醇胺、甲酸钙、氯化钙和尿素中的任意一种。

通过采用上述技术方案，三乙醇胺、甲酸钙、氯化钙和尿素均为良好的抗渗剂，能够使海工混凝土在保持良好结构强度的前提下，具有良好的抗渗能力，进而使海工混凝土在使用过程中，是各组分原料之间能够保持良好稳定的界面结合强度，并且增强海工混凝土的稳固性。

进一步优选为，所述膨胀剂选用硫铝酸钙、氧化钙和十二水硫酸铝钾中的任意一种。

通过采用上述技术方案，硫铝酸钙、氧化钙和十二水硫酸铝钾均为良好的膨胀剂，加入上述膨胀剂，可在混凝土倒入预压应力抵消或部分抵消由于收缩变形而产生的拉应力，提高海工混凝土的抗裂性能，避免早期裂缝的产生，进而保证海工混凝土整体的抗渗能力。同时，上述膨胀剂在水化过程中生成大量钙矾石，堵塞了海工混凝土的毛细孔隙，使海工混凝土结构更加致密，且抗渗性能更加稳定。

进一步优选为，所述填充强化料选用石英粉、碳化硅、氮化硅、刚玉粉、硅酸铝纤维和玻璃纤维中的任意一种或多种混合物。

通过采用上述技术方案，石英粉、碳化硅、氮化硅、刚玉粉、硅酸铝纤维和玻璃纤维均为良好的增强剂，其在海工混凝土中具有良好的分散性，且与各组分原料之间具有良好的结合性，使海工混凝土在固化成型后的整体结构强度大大提高。同时，增强剂具有良好的强度和填充性，使海工混凝土整体的密实度和抗压强度大大提高。

本发明的目的二在于提供一种海工混凝土的制备方法，采用该方法制备的海工混凝土在海工环境中应用时，能够发挥出良好稳定的抗氯离子侵蚀能力，整体结构不易被破坏，且使用寿命大大提高。

为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案，一种海工混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将相应重量份数的中砂和碎石在烘干桶内进行搅拌烘干，温度控制在80-110℃，时间为12-18min，搅拌速度为100-300rpm，得到干燥的中砂和碎石；

步骤二，将相应重量份数的粉煤灰、水泥原料、矿渣微粉和填充强化料进行烘干搅拌混合，温度控制在80-110℃，时间为20-40min，搅拌速度为300-500rpm，冷却后加入干燥的中砂和碎石，继续搅拌混合10-20min，得到混合料；

步骤三，将混合料和水在搅拌站中混合，持续进行搅拌，搅拌速度为300-600rpm，搅拌20-30min，在加入相应重量份数的聚丙烯纤维、微硅粉和石蜡，搅拌速度为200-400rpm，搅拌时间为10-20min，得到半成品；

步骤四，在半成品中加入相应重量份数的减水剂、泵送剂、抗渗剂和膨胀剂，持续搅拌5-10min，即可得到海工混凝土。

通过采用上述技术方案，将中砂和碎石进行烘干搅拌处理，能够避免其相互之间由于水分而粘连在一起，并能使开裂部分裂开，且与其他各组分原料混合后，有利于减少海工混凝体的内部孔隙，进而使得到的海工混凝土具有较高的密实度和抗压强度和抗环境侵蚀能力。同时，该制备海工混凝土的工艺操作较为简单，且能够快速使各组分之间快速混合均匀，使海工混凝土具有较高的生产效率和绿色环保性能，整体品质也能得到保证。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)石蜡能够与聚丙烯纤维、微硅粉之间起到良好的复配增效作用，应用过程中，石腊粉融化并裹附在聚丙烯纤维和微硅粉上，提高聚丙烯纤维和微硅粉整体的分散性和填充性，使海工混凝土整体的致密度大大提高，且裹附在聚丙烯纤维和微硅粉上的石蜡重新固化后，能够对海工环境中氯离子的渗透起到良好的阻隔作用；

(2)微硅粉、聚丙烯纤维和石蜡选择上述规格，不仅能够以微硅粉和特定长径比的聚丙烯纤维以最佳比例形成最紧密堆积，使海工混凝土整体具有优异的抗渗性能，还能使海工混凝土保持良好稳定的抗氯离子渗透能力，且整体结构在海工环境中不易被破坏；

(3)异丁烯三乙氧基硅烷和聚丙烯酸钠混合作为功能助剂使用时，其相互之间能够起到良好的复配增效作用，并配合聚丙烯纤维和微硅粉是海工混凝土内部的防水渗和抗氯离子渗透网络更加完善，进而使海工混凝土在海工环境中的稳定性大大提高。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：一种海工混凝土，各组分及其相应的重量份数如表1所示，并通过如下步骤制备获得：

步骤一，将相应重量份数的中砂和碎石在烘干桶内进行搅拌烘干，温度控制在95℃，时间为15min，搅拌速度为200rpm，得到干燥的中砂和碎石；

步骤二，将相应重量份数的粉煤灰、水泥原料、矿渣微粉和石英粉进行烘干搅拌混合，温度控制在95℃，时间为30min，搅拌速度为400rpm，冷却后加入干燥的中砂和碎石，继续搅拌混合15min，得到混合料；

步骤三，将混合料和水在搅拌站中混合，持续进行搅拌，搅拌速度为450rpm，搅拌25min，在加入相应重量份数的聚丙烯纤维、微硅粉和石蜡，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为15min，得到半成品；

步骤四，在半成品中加入相应重量份数的木质素磺酸钠、泵送剂、三乙醇胺和硫铝酸钙，持续搅拌7.5min，即可得到海工混凝土。

注：上述步骤中，水泥原料选用为普通硅酸盐水泥42.5级，购自海盐秦山南方水泥有限公司；矿渣微粉选用s95级，购自上海宝田新型建材有限公司；粉煤灰选用ⅱ级，购自上海今电工贸有限公司；中砂购自泾县经协砂石经营部；碎石规格为5-25mm一级级配料，购自泾县经协砂石经营部；泵送剂选用为sh308(a)高效泵送剂，购自上海贝德混凝土外加剂有限公司；微硅粉的粒径选用为150nm；聚丙烯纤维直径选用为0.25mm，纤维长度为7.5mm；石蜡分子量选用为1000。

实施例2：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，具体由如下步骤制备获得：

步骤一，将相应重量份数的中砂和碎石在烘干桶内进行搅拌烘干，温度控制在80℃，时间为18min，搅拌速度为300rpm，得到干燥的中砂和碎石；

步骤二，将相应重量份数的粉煤灰、水泥原料、矿渣微粉和石英粉进行烘干搅拌混合，温度控制在80℃，时间为40min，搅拌速度为500rpm，冷却后加入干燥的中砂和碎石，继续搅拌混合20min，得到混合料；

步骤三，将混合料和水在搅拌站中混合，持续进行搅拌，搅拌速度为300rpm，搅拌30min，在加入相应重量份数的聚丙烯纤维、微硅粉和石蜡，搅拌速度为200rpm，搅拌时间为20min，得到半成品；

步骤四，在半成品中加入相应重量份数的木质素磺酸钠、泵送剂、三乙醇胺和硫铝酸钙，持续搅拌5min，即可得到海工混凝土。

实施例3：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，具体由如下步骤制备获得：

步骤一，将相应重量份数的中砂和碎石在烘干桶内进行搅拌烘干，温度控制在110℃，时间为12min，搅拌速度为100rpm，得到干燥的中砂和碎石；

步骤二，将相应重量份数的粉煤灰、水泥原料、矿渣微粉和石英粉进行烘干搅拌混合，温度控制在110℃，时间为20min，搅拌速度为300rpm，冷却后加入干燥的中砂和碎石，继续搅拌混合10min，得到混合料；

步骤三，将混合料和水在搅拌站中混合，持续进行搅拌，搅拌速度为600rpm，搅拌20min，在加入相应重量份数的聚丙烯纤维、微硅粉和石蜡，搅拌速度为400rpm，搅拌时间为10min，得到半成品；

步骤四，在半成品中加入相应重量份数的木质素磺酸钠、泵送剂、三乙醇胺和硫铝酸钙，持续搅拌10min，即可得到海工混凝土。

实施例4-5：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，各组分及其相应的重量份数如表1所示。

表1实施例1-5中各组分及其重量份数

实施例6：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，上述步骤中，微硅粉的粒径选用为100nm；聚丙烯纤维直径选用为0.2mm，纤维长度为3mm；石蜡分子量选用为500。

实施例7：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，上述步骤中，微硅粉的粒径选用为200nm；聚丙烯纤维直径选用为0.3mm，纤维长度为12mm；石蜡分子量选用为1500。

实施例8：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤四中的木质素磺酸钠等质量替换为亚硫酸钠。

实施例9：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤四中的木质素磺酸钠等质量替换为丹宁。

实施例10：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤四中的三乙醇胺等质量替换为甲酸钙。

实施例11：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤四中的三乙醇胺等质量替换为氯化钙。

实施例12：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤四中的硫铝酸钙等质量替换为氧化钙。

实施例13：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤四中的硫铝酸钙等质量替换为十二水硫酸铝钾。

实施例14：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤二中的石英粉等质量替换为碳化硅。

实施例15：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤二中的石英粉等质量替换为玻璃纤维。

实施例16：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤三具体设置为，将混合料和水在搅拌站中混合，持续进行搅拌，搅拌速度为450rpm，搅拌25min，在加入相应重量份数的聚丙烯纤维、微硅粉、石蜡和6的功能助剂，功能助剂由异丁烯三乙氧基硅烷和聚丙烯酸钠按重量份数比为1:1.6混合而得，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为15min，得到半成品。

实施例17：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤三具体设置为，将混合料和水在搅拌站中混合，持续进行搅拌，搅拌速度为450rpm，搅拌25min，在加入相应重量份数的聚丙烯纤维、微硅粉、石蜡和4的功能助剂，功能助剂由异丁烯三乙氧基硅烷和聚丙烯酸钠按重量份数比为1:1.4混合而得，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为15min，得到半成品。

实施例18：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤三具体设置为，将混合料和水在搅拌站中混合，持续进行搅拌，搅拌速度为450rpm，搅拌25min，在加入相应重量份数的聚丙烯纤维、微硅粉、石蜡和8的功能助剂，功能助剂由异丁烯三乙氧基硅烷和聚丙烯酸钠按重量份数比为1:1.8混合而得，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为15min，得到半成品。

对比例1：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤三具体设置为，将混合料和水在搅拌站中混合，持续进行搅拌，搅拌速度为450rpm，搅拌25min，在加入相应重量份数的聚丙烯纤维，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为15min，得到半成品。

对比例2：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤三具体设置为，将混合料和水在搅拌站中混合，持续进行搅拌，搅拌速度为450rpm，搅拌25min，在加入相应重量份数的微硅粉，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为15min，得到半成品。

对比例3：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤三具体设置为，将混合料和水在搅拌站中混合，持续进行搅拌，搅拌速度为450rpm，搅拌25min，在加入相应重量份数的石蜡，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为15min，得到半成品。

对比例4：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤三具体设置为，将混合料和水在搅拌站中混合，持续进行搅拌，搅拌速度为450rpm，搅拌25min，得到半成品。

对比例5：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，上述步骤中微硅粉的粒径选用为90nm；聚丙烯纤维直径选用为0.15mm，纤维长度为2.5mm；石蜡分子量选用为1600。

对比例6：一种海工混凝土，与实施例1的不同之处在于，上述步骤中，微硅粉的粒径选用为210nm；聚丙烯纤维直径选用为0.35mm，纤维长度为12.5mm；石蜡分子量选用为1600。

对比例7：一种海工混凝土，与实施例16的不同之处在于，步骤三具体设置为，将混合料和水在搅拌站中混合，持续进行搅拌，搅拌速度为450rpm，搅拌25min，在加入相应重量份数的聚丙烯纤维、微硅粉、石蜡和6的功能助剂，功能助剂为异丁烯三乙氧基硅烷，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为15min，得到半成品。

对比例8：一种海工混凝土，与实施例16的不同之处在于，步骤三具体设置为，将混合料和水在搅拌站中混合，持续进行搅拌，搅拌速度为450rpm，搅拌25min，在加入相应重量份数的聚丙烯纤维、微硅粉、石蜡和6的功能助剂，功能助剂为聚丙烯酸钠搅拌速度为300rpm，搅拌时间为15min，得到半成品。

性能测试

试验样品：采用实施例1-18中获得的海工混凝土作为试验样品1-18，采用对比例1-8中获得的海工混凝土作为对照样品1-8。

试验方法：将试验样品1-18和对照样品1-8根据“《混凝土氯离子扩散系数测试方法述评》，建筑技术开发，第36卷第11期，2009年11月”中的内容制作标准样品，然后测量其表观氯离子扩散系数da(e-12㎡/s)，此中da值为浸泡90天时的测试值，并记录；再根据gb/t50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》制作标准样品，在最大渗水压力为2.5mpa下测量渗水高度(mm),并记录。

试验结果：试验样品1-18和对照样品1-8的测试结果如表2所示。由表2可知，由试验样品1-3和对照样品1-4的测试结果对照可得，石蜡能够与聚丙烯纤维、微硅粉之间起到良好的复配增效作用，可大大降低海工混凝土的表观氯离子扩散系数和渗水高度。由试验样品16-18和试验样品1的测试结果对照可得，加入由异丁烯三乙氧基硅烷和聚丙烯酸钠混合成的功能助剂，能够大大降低海工混凝土的表观氯离子扩散系数和渗水高度，且再由试验样品16和对照样品7-8的测试结果对照可得，异丁烯三乙氧基硅烷和聚丙烯酸钠相互之间能够复配增效，而单一作为功能助剂时，则提升效果不佳。由试验样品1和对照样品5-6的测试结果对照可得，本发明选择的硅粉、聚丙烯纤维和石蜡规格为最优配合比，能够得到表观氯离子扩散系数和渗水高度较低的海工混凝土。

表2试验样品1-18和对照样品1-8的测试结果

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。