CN105924060B - 一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土及其制备方法，属于建筑材料技术领域。本发明一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土，由以下重量份的组分制成：水泥240～290份；炉石粉100～170份；水160～200份；粗骨料950～1150份；细骨料700～850份；阻锈剂4～10份；减水剂2～7份；膨胀剂1～5份。本发明采用特定组分及配比制备出满足盐碱地抗腐阻锈且无收缩特性的混凝土，和易性好、强度高，施工时间便于控制，混凝土施工便利；配方简单，节约了大量成本，配制方法简单易行，无需矿物掺和料，可在国内外推广应用。

Description

一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土及其制备方法

技术领域

本发明具体涉及一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土及其制备方法，属于建筑材料技术领域。

背景技术

对于海工建筑、海砂建筑和盐碱地区建筑，沿海地区或周围环境中含有大量的氯离子和硫酸根离子，易对钢筋及混凝土产生腐蚀效应，降低混凝土碱度，破坏钢筋表面的钝化膜，引发钢筋锈蚀和膨胀，进一步导致混凝土保护层开裂和剥落，结构使用功能和力学性能不断劣化。为此，国内外专家提出种种措施提高混凝土结构的防腐能力，其中在混凝土中添加阻锈剂就是一种经济实用、施工简便的有效措施。

混凝土基础长期处于这种高氯离子和硫酸根离子的环境中，会因为氯离子侵蚀混凝土，导致钢筋腐蚀而使结构发生早期损害，丧失了结构的耐久性能，降低了工程的实际使用寿命，所以在混凝土配合比设计方面必须考虑混凝土结构的防腐，已成为实际工程中的重要问题。

目前，抗腐蚀混凝土配合比设计的思路是“低水化热、低内部应力、低早期强度”，即采用低水化热水泥作为大体积混凝土的胶结料，使混凝土的早期内部应力低，同时早期强度也很低。而对于强度等级要求较高且对施工工期要求较紧的大体积混凝土，采用现有的配合比涉及技术很难达到沿海地区高强度防腐性能要求，且最终混凝土强度等性能也不能满足要求。

无收缩混凝土目前在国外研究较多，已是相对成熟的产品，例如美国科学家Lossier于1936年前后利用钙矾石的膨胀作用制备了化学预应力混凝土，奠定了重要的基础。随后，美国开始研发膨胀混凝土。1958年，美国人A.克莱因研制成功了一种硫铝酸盐型水泥，取名K水泥，并取得了膨胀水泥的专利。该水泥在1963年开始用于补偿收缩混凝土，并大量生产，在多种结构中推广使用。

1965～1972年间，日本购买了美国K型膨胀水泥专利，并在此基础上，研制成功了硫铝酸钙膨胀剂(Calcium Sulfo-Aluminate，简称CSA)。1970年，日本小野田公司还成功开发了石灰系膨胀剂，20世纪90年代后期，美国的P.K.Mehta等为解决大体积混凝土温差裂缝问题，提出了在水泥中掺入5％MgO的设想，并由此诞生了氧化镁类膨胀剂等。国内的膨胀剂技术发展较晚，但进步很快。

我国著名裂缝控制专家王铁梦教授总结分析个人经验和国内外的调查资料认为：工程实践中的机构物的裂缝原因，属于变形变化(温度、收缩、不均匀沉陷)引起的约占80％以上；属于由载荷引起的约占20％左右。现浇混凝土结构在正常使用前，即在施工期间经常产生裂缝，此时，结构通常尚未承受正常使用情况下的全部载荷，这种裂缝多因间接作用如非载荷(收缩、温度等)引起，，这种裂缝称为混凝土“施工期间间接裂缝”，施工期间间接裂缝出现的主要原因在于混凝土的收缩，因此，在混凝土制备过程中加入膨胀剂是解决这种问题最好的办法。膨胀剂主要应用于材料生产中，较为常见的是混凝土膨胀剂与耐火材料膨胀剂。混凝土与不定形耐火材料硬化过程中，常因为原材料本身的收缩特性造成开裂。引用膨胀剂是为了引入定量的体积膨胀，补偿材料本身的收缩值，防止材料出现收缩开裂，影响其结构、功能与外观。近年来，随着复合材料广泛研发使用，膨胀类材料也得到各个行业重视，广泛应用于材料的生产制造。

目前国内市场还缺乏功能齐全，综合性能优异的混凝土产品，许多重点工程不得不花巨资从国外引人，不但成本昂贵，还增加了使用风险，为此研发一种高炉项目中，如桩芯基础、框架基础、设备基础等施工部位的施工需求的混凝土材料具有重大的现实意义。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种成本低，既具有防腐阻锈的性能，又具有无收缩性能的多功能混凝土。

本发明一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土，由以下重量份的组分制成：

其中，所述的水泥优选为普通硅酸盐水泥，更优选为42.5R水泥。

所述粗骨料优选为碎石，更优选采用粒径为5～10mm连续级配细石，其细石符合国标GB/T14685-2011中对连续粒级的规定。

所述细骨料优选为河砂，更优选采用细度模数2.7～2.9的河砂，更优选采用细度模数2.8的河砂。

本领域常用的减水剂均适用于本发明，优选的，所述减水剂为聚羧酸系减水剂、萘系减水剂、木质磺酸盐减水剂中的至少一种，更优选为聚羧酸系减水剂。

上述所述的一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土，其中所述阻锈剂为亚硝酸盐、磷酸盐、碳酸盐、脂肪酸酯、MCI复合型阻锈剂、苯甲酸钠、铬酸钠、氯化亚锡、硅酸盐苯甲酸钠、甲酸钙中的至少一种；优选为复合型阻锈剂，所述复合型阻锈剂为苯甲酸钠+亚硝酸钠、亚硝酸钙+亚硝酸钠+甲酸钙中的一种。

上述所述的一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土，其中所述膨胀剂为硫铝酸钙类、硫铝酸钙-氧化钙类、氧化钙类中的至少一种；优选为硫铝酸钙类中的一种。

进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土，优选由以下重量份的组分制成：

本发明解决的第二个技术问题是提供本发明所述一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土的制备方法。

依次将粗骨料、细骨料、水泥及炉石粉、阻锈剂、膨胀剂加入到混凝土搅拌机中搅拌均匀，同时将减水剂加入到混凝土搅拌用水中混合均匀，然后将水和减水剂混合液体加入到混凝土搅拌机中，充分搅拌1～2.5min后，取出，施工后得一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土。

本发明主要通过选取混凝土水泥、砂、石、外加剂等原材料，进行混凝土配合比设计，在混凝土配合比中添加一定成分的阻锈剂、炉石粉及膨胀剂，不添加矿物掺和料，从而降低混凝土的水化热。通过混凝土配合比设计实验，采用特定组分及配比制备出满足盐碱地以及沿海地区环境下抗腐特性的混凝土。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明高炉用抗腐阻锈无收缩混凝土和易性好、强度高，其凝结时间可以通过调整减水剂的用量控制，施工时间便于控制，混凝土施工便利。可采用42.5R水泥，得到的混凝土强度高，其强度等级为C45，适用于施工工期要求较紧的抗腐阻锈无收缩混凝土。

2)本发明采用特定含量的水泥、砂、石、减水剂和水，通过添加特定比例的阻锈剂、炉石粉和膨胀剂，使其混凝土的抗腐蚀性能大大提高，其中膨胀剂与混凝土中的水泥、水水化反应来产生体积变大的结晶，从而引起混凝土体积膨胀，产生一定预应力，以助于控制混凝土收缩开裂，使得混凝土具有良好的抗收缩性能；另外，因为加入了阻锈剂，使得混凝土还具有良好的阻锈作用，完全满足国内外盐碱地环境下的混凝土使用。

3)本发明高炉用抗腐阻锈无收缩混凝土配方简单，有效地利用了越南当地混凝土原材料，节约了大量成本，配制方法简单易行，无需矿物掺和料，可在越南及国内盐碱地推广应用。

具体实施方式

本发明一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土，由以下重量份的组分制成：

拌制混凝土时所用的水和水泥的重量之比称为水灰比，水灰比影响混凝土的流变性能、水泥浆凝聚结构以及其硬化后的密实度，因而在组成材料给定的情况下，水灰比是决定混凝土强度、耐久性和其他一系列物理力学性能的主要参数。对某种水泥就有一个最适宜的比值，过大或过小都会使强度等性能受到影响，水灰比过小会使水化热较大，混凝土易开裂，砼的和易性较差，不利于现场施工操作，水灰比过大会降低混凝土的强度，因而本发明不发火花混凝土的水灰比采用0.55～0.83，不仅可以使混凝土具有良好的和易性，还能满足混凝土的力学性能和强度要求。

其中，所述的水泥优选为普通硅酸盐水泥，更优选为42.5R水泥。该水泥具有强度高、水化热大，抗冻性好、干缩小，耐磨性较好、抗碳化性较好等特点，能满足特殊施工场地对混凝土强度的要求。

所述粗骨料优选为碎石，更优选采用粒径为5～10mm连续级配细石，其细石符合国标GB/T14685-2011中对连续粒级的规定。

所述细骨料优选为河砂，更优选采用细度模数2.7～2.9的河砂，更优选采用细度模数2.8的河砂。河沙是天然石在自然状态下，经水的作用力长时间反复冲撞、摩擦产生的，河沙颗粒圆滑，比较洁净，含泥量少，对外加剂吸附性弱，可以充分发挥外加剂的作用，配制出来的混凝土和易性好，施工便利，混凝土不易因为骨料含泥量高而开裂。

本领域常用的减水剂均适用于本发明，优选的，所述减水剂为聚羧酸系减水剂、萘系减水剂、木质磺酸盐减水剂中的至少一种，更优选为聚羧酸系减水剂。

上述所述的一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土，其中所述阻锈剂可以选择以下种类：如亚硝酸盐、磷酸盐、碳酸盐、脂肪酸酯、MCI复合型阻锈剂等。其中阳极型阻锈剂使用最广泛的材料有：亚硝酸钠、亚硝酸钙，苯甲酸钠、铬酸钠和氯化亚锡等；阴极型阻锈剂使用最广泛的材料有(1)表面活性剂类物质：高级脂肪酸铵盐、磷酸脂等，成本较高，效果不如阳极型好，但是安全；(2)无机盐类：碳酸钠、磷酸氢钠.硅酸盐等有一定的阻锈作用，但是掺量较大；有些物质能提高阳极与阴极之问的电阻，从而阻止电化学反应过程，阻止钢筋锈蚀，因而本发明优先选择复合型阻锈剂，即多种阻锈成分的配合使用，由于协同效应，其综合效果大大优于单一组分的阻锈剂。例如：苯甲酸钠+亚硝酸钠；亚硝酸钙+亚硝酸钠+甲酸钙等。

本发明所述的炉石粉是一种高炉石粉，为炼钢厂在炼制生铁的过程中，为了降低生产温度而添加石灰石作为助熔剂使氧化铁还原所衍生的产物，经水淬方式冷却，研磨成细粉状，为高炉石粉，简称炉石粉。其化学成分主要是氧化硅、氧化铝，氧化钙和氧化镁四种。

膨胀剂主要应用于地下工程具有防水要求的结构部位，用于桥梁、重型设备的基座灌浆压浆，或者水利水电工程、核电、石化及其它水工结构等。能引发体积膨胀的材料均可以加工成膨胀剂。膨胀剂的技术核心就是做到周期可控、膨胀率可控。复合材料的强度是从零到有的过程，其收缩主要也出现在前期硬化过程，此时给予一定值域的膨胀，即可带来有利的结果。而到了硬化后期，复合材料强度与结构形态已经趋于稳定，体积膨胀不但无法带来有利结果，反而会引发结构破坏。综上所述，膨胀剂材料的技术核心不在于膨胀，而在于何时膨胀、多大膨胀。好的膨胀剂必然是周期可控、膨胀率可控的。膨胀剂按照国家行业标准规定，分为硫铝酸钙类、硫铝酸钙-氧化钙类与氧化钙类三种。硫铝酸钙类膨胀剂是目前的主流产品，国内外绝大多数膨胀混凝土都采用水化硫铝酸钙(即钙矾石)为膨胀源。另有一部分氧化钙类膨胀剂，硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂市场上很少见。硫铝酸钙和氧化钙膨胀剂各有特点，硫铝酸钙类膨胀剂具有膨胀缓和，可控制性好，使用安全，存放期长的特点，因而应用比较广泛。但该类膨胀剂配制的混凝土不适合用于长期环境温度为80℃以上的工程。氧化钙类膨胀剂具有膨胀能高，膨胀爆发力强、早期膨胀大的特点，但如果煅烧控制不好，容易引发后期膨胀，该类膨胀剂存放期短，控制比较困难，用氧化钙类膨胀剂配制的混凝土不适合用于海水或有侵蚀性水的工程。因此本发明所用膨胀剂优选为硫铝酸钙类中的一种。

进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土，优选由以下重量份的组分制成：

本发明还提供一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土的制备方法。

具体是依次将粗骨料、细骨料、水泥及炉石粉、阻锈剂、膨胀剂加入到混凝土搅拌机中搅拌均匀，同时将减水剂加入到混凝土搅拌用水中混合均匀，然后将水和减水剂混合液体加入到混凝土搅拌机中，充分搅拌1～2.5min后，取出，施工后得一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

一、混凝土的制备

以越南台塑河静钢铁兴业责任有限公司1号、2号高炉工程总承包项目为依托。通过选取越南当地混凝土水泥、砂、石、外加剂等原材料，进行混凝土配合比设计，主要通过在混凝土配合比中添加一定成分的阻锈剂、炉石粉和膨胀剂，因项目地处越南河静省奇英县沿海地区，地质勘察报告显示高炉区域地下水中含有大量的氯离子和硫酸根离子，通过添加阻锈剂来达到沿海地区建筑高抗腐蚀性能要求，其设计强度等级要求为C45。

表1 各组分成分及其重量配比

实施例中的原料水泥采用PCB40水泥(相当于国内普通42.5R水泥)；粗骨料采用粒径为5～10mm连续级配细石；细骨料采用细度模数为2.8的河砂；减水剂采用BMQ-06牌减水剂；膨胀剂选用当地的一种BMQ-KANA6型号膨胀剂；掺和料选取台湾系养水泥股份有限公司生产的炉石粉；阻锈剂采用北京建研昆仑科技有限公司生产的CABR-MS605阻锈剂；水符合混凝土搅拌用水标准。根据技术方案，经配合比优化后，按照表1中K1～K5各组分配比，用计量称分别称取水泥，5～20mm连续级配碎石，河砂，搅拌用水，西卡牌减水剂，阻锈剂，依次将碎石、河砂、水泥、炉石粉、阻锈剂、膨胀剂等原材料加入到混凝土搅拌机中搅拌均匀，注意同时减水剂首先须加入到混凝土搅拌用水中去混合，然后将水和外加剂混合液体加入到混凝土搅拌机中，充分搅拌1min～2.5min后，混凝土混合物从搅拌机中卸出，由混凝土罐车运输到施工现场，进行后续的施工。

施工过程中没有特殊要求，主要浇筑完混凝土后，要用抹刀进行二次抹压，加强养护，避免混凝土表面开裂。

二、混凝土性能测试

根据《混凝土质量控制标准》GB/50164-2011，《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009，《建筑结构检测技术标准》GB/T50344-2004，《混凝土中钢筋检测技术规程》JGJ/T52-2008，对混凝土的长期性能、抗硫酸盐侵蚀性能、抗氯离子渗透(用氯离子迁移系数-RCM法)、混凝土收缩量、钢筋混凝土锈蚀概率等性能进行检测。

表2 各试验组混凝土性能对比

从表2中可以看出，编号为K2、K3、K4、K5、D1、D2、D3由于混凝土配合比里面各种原材料之间不是最优化的用量，所配置出的混凝土综合性能欠佳。由于混凝土中加入了适量的阻锈剂，使混凝土具有一定的阻锈防腐功能；又由于混凝土中加入了适量的膨胀剂，该膨胀剂在混凝土的水化过程中有效弥补了混凝土的自收缩，使得混凝土内部收缩裂纹减少，同时也提高了混凝土的抗腐蚀能力，采用本发明特定重量配比下，用编号K1配方所配置得到的高炉用阻锈防腐无收缩混凝土由于加入了阻锈剂、膨胀剂等外加剂，经过混凝土配合比优化实验其配合比为最优，经过试验实测其混凝土侵蚀概率为5％，抗氯离子渗透性能等级为V级(很好)，混凝土28天收缩量为0.05mm，混凝土初始坍落度大，砼的和易性较好，保坍效果良好，经时坍落度损失最小，有利于混凝土的长距离运输和夏季高温施工，同时其早期7天强度以及28天评定强度都有较大的提升，综合效果十分明显，混凝土施工完成后，其强度符合要求，且混凝土耐腐蚀性能良好。

本发明所配制的制备出一种高炉用阻锈防腐无收缩细石混凝土，和易性好、强度符合要求，混凝土施工便利，因该混凝土中加入了优质的炉石粉、阻锈剂和膨胀剂，混凝土的阻锈防腐、无收缩性能得到提高，满足了越南盐碱地质环境下高炉项目的技术要求。该技术成果已经成功运用到越南台塑1号、2号高炉项目2万多方混凝土中，应用效果良好；本技术有效地利用了越南当地混凝土原材料，节约了大量成本，其配制方法简单易行、可在越南及国内盐碱地质环境下广泛推广应用。

Claims (11)

1.一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土，其特征在于，由以下重量份的组分制成：

水泥 254份；

炉石粉 140份；

水 174份；

粗骨料 1007份；

细骨料 760份；

阻锈剂 6份；

减水剂 3.15份；

膨胀剂 3.4份；

所述粗骨料采用粒径为5～10mm连续级配细石，所述细骨料采用细度模数2.7～2.9的河砂。

2.根据权利要求1所述的一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土，其特征在于：所述水泥为普通硅酸盐水泥。

3.根据权利要求2所述的一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土，其特征在于：所述水泥为42.5R水泥。

4.根据权利要求1所述的一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土，其特征在于：所述细骨料采用细度模数2.8的河砂。

5.根据权利要求1所述的一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸系减水剂、萘系减水剂、木质磺酸盐减水剂中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸系减水剂。

7.根据权利要求1所述的一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土，其特征在于：所述阻锈剂为亚硝酸盐、磷酸盐、碳酸盐、脂肪酸酯、MCI复合型阻锈剂、苯甲酸钠、铬酸钠、氯化亚锡、甲酸钙中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土，其特征在于：所述阻锈剂为复合型阻锈剂，所述复合型阻锈剂为苯甲酸钠+亚硝酸钠、亚硝酸钙+亚硝酸钠+甲酸钙中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土，其特征在于：所述膨胀剂为硫铝酸钙类、硫铝酸钙-氧化钙类、氧化钙类中的至少一种。

10.根据权利要求9所述的一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土，其特征在于：所述膨胀剂为硫铝酸钙类中的一种。

11.权利要求1～10任一项所述的一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土的制备方法，其特征在于：依次将粗骨料、细骨料、水泥及炉石粉、阻锈剂、膨胀剂加入到混凝土搅拌机中搅拌均匀，同时将减水剂加入到混凝土搅拌用水中混合均匀，然后将水和减水剂混合液体加入到混凝土搅拌机中，充分搅拌1～2.5min后，取出，施工后得一种高炉用阻锈防腐无收缩混凝土。