一种抗硫酸盐侵蚀混凝土的制备方法

本发明的实施例涉及混凝土制备，具体地，涉及适用于一种抗硫酸盐侵蚀混凝土的制备方法。

背景技术：

1、世界大多数国家的水电站、水利工程、桥梁、隧道、海岸、港口、码头等建筑物混凝土，都存在遭受硫酸盐侵蚀破坏的耐久性问题，曾经给世界大多数国家造成上千亿美元的巨额经济损失，因此，硫酸盐侵蚀受到世界各国政府和学者的高度关注。自从米哈埃利斯发现“水泥杆菌”之后的100多年里，国内外学者对硫酸盐侵蚀破坏作用机理进行了大量深入的研究与探索，发现混凝土遭受硫酸盐侵蚀必须同时具备三个基本条件，即水泥石中含有一定数量的氢氧化钙和水化铝酸钙、水泥石微观结构中存在侵蚀介质渗入混凝土的“通道”和侵蚀介质中含有一定数量的硫酸盐。而硫酸盐侵蚀破坏的作用机理是当含有硫酸盐的侵蚀介质通过水泥石的缺陷渗入混凝土中以后，侵蚀介质首先与水化产物中的氢氧化钙反应生成石膏（caso4•2h2o）或氢氧化镁（水镁石），然后石膏继续与水化产物中的水化铝酸钙反应生成钙矾石（3cao•al2o3•3caso4•32h2o），这三种侵蚀产物均具有膨胀特性，并以钙矾石为主导，随着侵蚀产物钙矾石或石膏、水镁石生成数量的不断增加，其膨胀效应必将导致混凝土表面出现开裂和剥落，此时含有硫酸盐的侵蚀介质则大量渗入混凝土中，进一步加剧了混凝土硫酸盐侵蚀反应的破坏程度，如此循环往复，最终导致混凝土结构破坏。

2、依据硫酸盐侵蚀破坏的作用机理和国内外预防混凝土抗硫酸盐侵蚀的工程实践经验，我国水电行业修订、制定了dl/t5801-2019《抗硫酸盐侵蚀混凝土应用技术规程》，该规程在预防混凝土抗硫酸盐侵蚀方面，代表了国内外的先进技术水平。其中，第3.0.2条规定：环境水中硫酸盐对混凝土的侵蚀程度分无腐蚀、弱腐蚀、中腐蚀和强腐蚀四级；第3.0.4条规定：对强腐蚀侵蚀环境，应进行专门试验论证，并应根据具体情况采用防水层、降低环境水侵蚀性、排水、换填土、降低地下水位及设置防护层等工程措施；对弱、中腐蚀侵蚀环境，第4.1.1条规定：抗硫酸盐侵蚀混凝土宜采用抗硫酸盐水泥，在掺用掺合料时也可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥；第4.1.2条规定：当采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥时，水泥中的铝酸三钙含量应小于8%。

3、从上述规程中可以看出，第4.1.1条、4.1.2条规定是基础性的，在弱或中腐蚀侵蚀环境中，抗硫酸盐侵蚀混凝土宜采用抗硫酸盐水泥制备的，或采用掺有掺合料的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥制备的，或采用铝酸三钙含量小于8%的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥制备的。在强侵蚀腐蚀环境中，除了按第4.1.1条和4.1.2条规定的配制抗硫酸盐侵蚀混凝土外，还需按第3.0.4条规定采取辅助工程措施，但采取辅助工程措施存在的问题是：①混凝土的水泥石中依然含有相当数量的氢氧化钙和水化铝酸钙，在强侵蚀腐蚀环境中，一旦辅助工程措施存在工程质量问题，混凝土依然存在硫酸盐侵蚀破坏的风险；②第3.0.4条规定的辅助工程措施存在三个突出问题，即增加施工工艺、延长施工工期和提高工程造价。

4、近年来，为了解决强腐蚀侵蚀环境中混凝土抗硫酸盐侵蚀的耐久性问题，人们开始尝试在混凝土中添加防腐剂或采用专利产品，其中尚未发现有通过预先消除易被硫酸盐侵蚀的氢氧化钙和水化铝酸钙，来提高混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的技术先例。同时，使用防腐剂或专利技术产品配制抗硫酸盐侵蚀混凝土，存在价格昂贵的材料成本问题，会大幅度提高混凝土工程造价。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供了一种抗硫酸盐侵蚀混凝土的制备方法，包括：在新拌普通硅酸盐水泥混凝土中掺入8%~12%的pbl粉末；

2、其中，所述pbl粉末由磷石膏、菱镁矿和石灰石按4:2:1的干基质量比，采取粉磨工艺制备而成。

3、作为本发明的进一步说明，所述pbl粉末的主要矿物组分是二水石膏、碳酸镁和碳酸钙。

4、作为本发明的进一步说明，所述pbl粉末的制备过程包括：

5、将露天堆放的磷石膏在不超过650℃的温度条件下风干或烘干；

6、将菱镁矿和石灰石作为磷石膏的助磨剂，按照磷石膏、菱镁矿和石灰石的干基质量比4:2:1进行粉磨，当粉磨至比表面积≥400m2/kg为止，即可制备得到pbl粉末。

7、作为本发明的进一步说明，在进行混凝土配合比设计时，所述pbl粉末掺量占胶凝材料总量的8%~12%，其中磷石膏粉末采用内掺法，等质量代替胶凝材料的部分质量；菱镁矿粉末和石灰石粉末采用外掺法，等质量代替细骨料的部分质量，以调整及优化细骨料的级配，并参与二次水化反应。

8、与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益的技术效果：

9、本发明采用粉磨工艺技术，利用磷石膏、菱镁矿和石灰石工业固废制备一种pbl粉末，主要用于配制抗硫酸盐侵蚀混凝土。与现有技术相比，取得的明显的技术效果、经济效益和社会效益，主要体现以下三个方面。

10、1、技术效果

11、（1）不论环境水中硫酸盐侵蚀程度处于什么等级，只要在≥c30普通硅酸盐水泥混凝土中掺入8%~12%的pbl粉末，即使侵蚀介质硫酸盐渗入服役混凝土中以后，也不会发生硫酸盐侵蚀反应。

12、（2）按照gb/t50082-2019《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中规定的试验方法，对掺有8%~12%pbl粉末的普通硅酸盐水泥混凝土试件，进行抗硫酸盐侵蚀性能测试，当干湿循环次数达到150次时，混凝土抗压强度耐蚀系数为98.5%。

13、（3）只要在≥c30普通硅酸盐水泥混凝土中掺入6%~8%的pbl粉末，即使在强腐蚀侵蚀环境中，也不需要按dl/t5801—2019《抗硫酸盐侵蚀混凝土应用技术规程》的规定采用防水层、降低环境水侵蚀性、排水、换填土、降低地下水位及设置防护层等工程措施。

14、2、经济效益

15、（1）现行技术规程规定，配制抗硫酸盐侵蚀混凝土宜采用抗硫酸盐水泥，其市场价格约为600元/t左右，而本发明配制抗硫酸盐侵蚀混凝土则采用普通硅酸盐水泥，其市场价格约为400元/t左右，二者每吨价差约为200元。

16、（2）采用pbl粉末配制抗硫酸盐侵蚀混凝土，假设混凝土胶凝材料用量为400kg/m3,其技术掺量均为10%，预计市场价格为1000元/t，而防腐剂技术掺量为8%,预计市场价格为2500元/t，经对比分析，采用pbl粉末配制抗硫酸盐侵蚀混凝土，可节省资金40元/m3。

17、（3）在强腐蚀的侵蚀环境中，现行技术除了在采用高抗硫酸盐水泥或防腐剂配制混凝土中外，还需要按技术规程的要求采用防水层、降低环境水侵蚀性、排水、换填土、降低地下水位及设置防护层等工程措施，而采用pbl粉末配制抗硫酸盐侵蚀混凝土，则不需要采取任何辅助工程措施，可显著降低基础工程的综合造价。

18、3、社会效益

19、由于磷石膏、菱镁矿和石灰石等工业废渣资源化、规模化利用的技术水平较低，导致废弃的工业废渣占用大量的土地资源，污染生态环境，三者中磷石膏尤为严重突出。与此同时，我国沿海、盐湖和盐渍土的广袤地区，基础设施工程和基本建设工程需要规模巨大的抗硫酸盐侵蚀混凝土，若采用本发明技术可以消耗大量的工业废渣，缓解相关企业的环保压力，节省大量土地资源，降低工业废渣对生态环境污染程度，提升抗硫酸盐侵蚀混凝土技术水平，延长抗硫酸盐侵蚀混凝土使用寿命，降低抗硫酸盐侵蚀混凝土工程造价，而且生产pbl粉末与相关产品防腐剂相比，可实现零污染和co2零排放，具有显著的社会效益。

20、上述说明仅是本技术实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。