一种具有氯离子固化能力的碱激发海水海砂混凝土及制备方法与流程

1.本发明涉及混凝土制备技术领域，具体是一种具有氯离子固化能力的碱激发海水海砂混凝土及制备方法。


背景技术：

2.随着建筑工程的规模不断扩大，出现了砂石资源枯竭的问题。为了解决砂石资源的枯竭问题，人们将目光投向储量丰富的海砂资源。然而，海砂中的氯离子会加速混凝土结构的破坏，缩短混凝土的寿命，成为影响混凝土耐久性的主要问题。海水海砂混凝土中的氯离子分为自由氯离子和结合氯离子两部分，自由氯离子由于离子半径小，穿透能力强，可以通过混凝土中的孔径进入到钢筋表面，使钢筋表面的钝化膜被破坏，造成腐蚀。因此固化氯离子是保护钢筋不被腐蚀破坏的重要手段之一。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明的目的是提供一种具有氯离子固化能力的碱激发海水海砂混凝土及制备方法，防止海水海砂中的氯离子对钢筋的破坏。
4.技术方案：一种具有氯离子固化能力的碱激发海水海砂混凝土，包括以下重量份数的原料：胶凝材料310-400份；海水125-150份；粗骨料1200-1300份；细骨料650-750份；萘系减水剂1-5份；水玻璃0-15份。
5.优选的，所述胶凝材料为水泥和矿物掺合料。
6.优选的，所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫酸盐水泥中的一种；所述矿物掺合料为粉煤灰和/或矿粉。
7.优选的，所述粗骨料为天然碎石，压碎指标为9％。
8.优选的，所述细骨料为天然海砂，含泥量为1.33％，含水率为3.5％。
9.优选的，所述水玻璃为钠水玻璃，模数为1.0-2.8。
10.一种具有氯离子固化能力的碱激发海水海砂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
11.步骤1：原料混合
12.s1、按重量份比例，准备胶凝材料310-400份；海水125-150份；粗骨料1200-1300份；细骨料650-750份；萘系减水剂1-5份；水玻璃0-15份；
13.s2、将胶凝材料、粗骨料与细骨料充分混匀后，加入一半的海水搅拌均匀；
14.s3、将剩余的海水与萘系减水剂混匀后倒入步骤s2中得到的混合物内搅拌均匀，得到混凝土浆体；
15.s4、向步骤s3中得到的混凝土浆体中加入水玻璃，搅拌均匀得到具有氯离子固化能力的碱激发海水海砂混凝土浆体；
16.步骤二、装模与脱模：将步骤一中得到的具有氯离子固化能力的碱激发海水海砂混凝土浆体装入模具后进行振捣，在保湿条件下养护后拆模；
17.步骤三、拆模后在继续在保湿条件下养护，即可得到具有氯离子固化能力的碱激发海水海砂混凝土。
18.进一步的，所述s2中，加入一半的海水后搅拌的时间为30-60s；所述s3中，将剩余海水和萘系减水剂混匀后倒入s2中得到的混合物内搅拌的时间1-2min；所述s4中，向步骤s3中得到的混凝土浆体中加入水玻璃后，搅拌的时间为2-3min。
19.进一步的，步骤二中，在模具中的养护条件：在温度为20
±
2℃、相对湿度不低于95％的环境中养护24h；步骤三、拆模后的养护条件：在温度为20
±
2℃、相对湿度不低于95％的环境中养护28d。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
21.1)本发明的海水海砂混凝土在原有基础上添加一种或多种矿物掺合料，增加了混凝土中水化硅酸钙凝胶(c-s-h)和friedel盐的生成，提高了混凝土对氯离子的固化能力。
22.2)水玻璃作为碱激发剂，最大限度的激发了矿物掺合料的活性，生成量更多了水化产物，填充了混凝土的孔隙，使混凝土结构更为密实，阻碍氯离子的侵入，同时水化产物提高了混凝土对氯离子的固化能力。
23.3)本发明的碱激发海水海砂混凝土的制备工艺简单，成本较低，无需价格高昂的生产设备，具有潜在应用价值。
附图说明
24.图1为本发明碱激发海水海砂混凝土的3d、7d、28d抗压强度；
25.图2为本发明碱激发海水海砂混凝土的氯离子固化能力；
26.图3为本发明碱激发海水海砂混凝土的sem图；
27.图4为本发明碱激发海水海砂混凝土的x射线衍射图谱
具体实施方式
28.下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。需说明的是本发明采用的原料为现有公知的原料，均可从市场上购买获得。水泥为p.o.42.5普通硅酸盐水泥，粗骨料为级配良好的天然碎石，细骨料为天然海砂，减水剂为萘系类高效减水剂，水玻璃模数为1.8(调整模数使用的药品为na2o分析纯)。
29.实施例1：
30.该实施例的海水海砂混凝土采用的原料如下表1所示。
31.表1海水海砂混凝土原料
32.原料组分水泥218粉煤灰93海砂669粗骨料1249海水127减水剂2.5水玻璃0
33.该海水海砂混凝土的制备方法如下：
34.步骤一、按重量份数将称量好的水泥、粉煤灰、粗骨料与细骨料充分混匀，先加入海水的一半进行搅拌60s，加入萘系减水剂混匀后加入其中搅拌2min，得到海水海砂混凝土浆体；
35.步骤二、在试模内涂抹脱模油，将拌合好的海水海砂混凝土浆体装入100mm
×
100mm
×
100mm试模，将试模移至震动台进行振捣，用刮刀将混凝土表面多余浆体刮除后在温度为20
±
2℃、湿度不低于95％的标准养护箱中养护24h后拆模。
36.步骤三、拆模后在温度为20
±
2℃、相对湿度不低于95％的标准养护箱中养护28d，得到具有氯离子固化能力的海水海砂混凝土试块。
37.实施例2：
38.表2碱激发海水海砂混凝土原料
39.原料组分水泥218粉煤灰93海砂669粗骨料1249海水127减水剂2.5水玻璃6
40.碱激发海水海砂混凝土的制备方法如下：
41.步骤一、按重量份数将称量好的水泥、粉煤灰、粗骨料与细骨料充分混匀，先加入海水的一半进行搅拌60s，再将剩余海水与萘系减水剂混匀后加入其中搅拌2min，最后加入水玻璃搅拌3min,得到具有氯离子固化能力的碱激发海水海砂混凝土浆体。
42.步骤二、在试模内涂抹脱模油，将拌合好的海水海砂混凝土浆体装入100mm
×
100mm
×
100mm试模，将试模移至震动台进行振捣，用刮刀将混凝土表面多余浆体刮除后在温度为20
±
2℃、湿度不低于95％的标准养护箱中养护24h后拆模。
43.步骤三、拆模后在温度为20
±
2℃、相对湿度不低于95％的标准养护箱中养护28d，得到具有氯离子固化能力的海水海砂混凝土试块。
44.实施例3：
45.表3碱激发海水海砂混凝土原料
46.原料组分水泥218粉煤灰93海砂669粗骨料1249海水127减水剂2.5水玻璃12
47.该海水海砂混凝土的制备方法与实施例2相同。
48.将上述实施例中得到的混凝土进行性能测试：
49.1、抗压强度测试
50.取刚拆模后、拆模后养护龄期3天、拆模后养护龄期7天、拆模后养护龄期28天的混凝土试块，用hg-yw2000型微机电液伺服压力机进行测试，测试结果如图1所示。
51.2、氯离子固化能力测试
52.上述实施例制备的海水海砂混凝土的氯离子固化能力通过结合氯离子含量与水溶液氯离子含量比值得到；
53.氯离子含量测定参照国家标准jts/t236-2019《水运工程混凝土试验检测技术规范》中测定水溶性氯离子含量和氯离子总含量的方法，将混凝土样品研磨过筛烘干后一部分放入蒸馏水中浸泡用于测定水溶性氯离子含量(cf)，一部分放入稀硝酸浸泡测定氯离子总含量(c
t
)，结合氯离子(cb)含量为：cb＝c
t-cf。混凝土氯离子结合能力参数r为：
54.取刚拆模后、拆模后养护龄期3天、拆模后养护龄期7天、拆模后养护龄期28天的混凝土试块，分别放入5％nacl溶液浸泡28d后取出烘干，采用取芯机提取中心10mm
×
10mm
×
100mm长方体，剔除粗骨料，将浆体磨碎过筛后采用agcl滴定法测得混凝土中水溶性氯离子和总氯离子含量，按照上述方法计算氯离子固化能力，结果如图2所示。
55.下表4为实施例1-3中的混凝土抗压强度和氯离子固化能力的部分性能数据。
56.表4碱激发海水海砂混凝土性能
[0057][0058]
通过表4可知，本发明的碱激发海水海砂混凝土的强度变化范围较小，实施例1、例2和例3的28d抗压强度均达到30mpa以上。实施例2的氯离子固化能力为0.943，达到最强。
[0059]
3、对实施例2制备的混凝土试块进行了扫描电镜和xrd测试，获得的结果如图3和图4。
[0060]
通过图3可知，海水海砂混凝土在放大2000倍的条件下，可以很清楚的看见较小粒径的圆珠状的粉煤灰镶嵌在混凝土中，填充了混凝土的孔隙。在粉煤灰颗粒填充的周围生成了一些六边形的friedel盐，添加水玻璃后粉煤灰表面被侵蚀破坏严重并且在表面和被破坏的空洞内部附着了大量的c-s-h凝胶。通过图4可知，混凝土的主要水化产物为c-s-h凝胶、friedel盐、钙钒石(ettringite)、托贝莫来石(tobermorite)和ca(oh)2。
[0061]
氯离子的固化与海水海砂混凝土的水化产物密切相关，水泥水化产物主要包括水化硅酸钙凝胶(c-s-h)，氢氧化钙(ca(oh)2)，钙钒石(aft)，friedel盐等，这些水化产物可
以结合氯离子。本发明中添加了矿物掺合料，矿物掺合料的火山灰效应，减少了粗大晶体颗粒的水化产物ca(oh)2的数量，并生成了强度更高，稳定性更优的低碱度水化硅酸钙凝胶(c-s-h)，提高了海水海砂混凝土的氯离子固化能力。矿物掺合料中含量较高的al2o3，与氯离子、ca(oh)2生成friedel盐，有利于提高海水海砂混凝土的氯离子固化能力。
[0062]
水玻璃掺入到矿物掺合料中可以极大地激发矿物掺合料的火山灰活性并使其与碱性水化产物发生反应，其活性大小取决于sio2和al2o3含量以及碱浓度。水玻璃掺入后，矿物掺合料中的sio2和al2o3与碱性溶液中的oh-发生溶解反应，使si-o键和al-o键等共价键断裂。断裂后的si、al组分与碱性溶液中的na
+
和oh-作用形成大量的-si-o-na、和等硅铝酸盐低聚体，由于低聚体结构不稳定，随着反应的进行，形成新的聚合度较高的凝胶，能最大限度的填充试样孔隙，使得试样的微观结构更加致密，阻碍了氯离子的迁移，并且新形成的凝胶物质也提高海水海砂混凝土的氯离子固化能力。
[0063]
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。