一种具有优异耐久性的高性能海工混凝土及其制备方法与流程

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种高性能混凝土及其制备方法，尤其涉及一种具有优异耐久性的高性能海工混凝土及其制备方法。

背景技术：

桥梁是基础设施建设的重要组成部分，在国民经济快速发展中扮演着十分重要的角色。近30年来，国内桥梁建设技术大幅度提高，在21世纪，我国已经建成并且投入使用的跨海大桥多不胜数，如杭州湾大桥、青岛海湾大桥、宁波象山港公路大桥、泉州湾大桥以及港珠澳大桥等。但是因为跨海大桥长期处于复杂的海洋环境中，会受到海水中氯盐、硫酸盐等各种腐蚀因素的侵蚀，影响桥梁结构的安全使用性能，对国家经济造成重大损失，因此制备一种具有高耐久性能的混凝土对于应对海洋环境对跨海大桥的腐蚀是十分必要的。跨海大桥的主要使用材料为混凝土，所以针对跨海大桥的大部分防护手段都以混凝土材料的防护为主体。

高性能海工混凝土是指用常规的水泥、粗集料、细集料为原材料，采用一定的工艺，主要是依靠减水剂的加入或掺入一定数量的掺合料，拌合后具有良好的和易性，在硬化后具有一定强度的混凝土。高性能海工混凝土与传统意义上的海工混凝土相比，在其工作性、体积稳定性、经济性以及耐久性方面具有许多显著优势。掺合料掺入到海工混凝土中不仅可以替换一部分的水泥，降低成本，而且因为掺合料的粒径远小于水泥颗粒的粒径，掺合料可以填充在水泥以及其水化物之间的微小空隙里，提高混凝土的致密度、抗渗性，并且提高混凝土的强度；与此同时掺合料还会与水泥水化产物ca(oh)2发生反应，继续水化形成新的水化产物，新的水化产物可以减少混凝土内部的孔隙，从而有效地提高混凝土的强度和耐久性，改善其致密性，提高抗渗性和抗腐蚀性。

为了使混凝土结构在复杂的海洋环境下具有更为良好的耐久性，延长混凝土结构的使用寿命，本发明提供一种高性能海工混凝土及其制备方法，综合考虑的各掺合料的复合效应，选择粉煤灰、矿粉等粗掺合料及硅灰、偏高岭土和微珠等精细掺合料的复合添加，使配制的混凝土具有更好的致密度、抗渗性；同时利用掺合料之间的复掺，改善胶凝材料的粒径分布，使得混凝土堆积的更紧密，更合理；获得兼具有高强度以及高耐久性能的高性能海工混凝土。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有优异耐久性的高性能海工混凝土及其制备方法，本发明使用水泥、水、砂、小石子、大石子、粉煤灰、矿渣粉、硅灰、偏高岭土、粉煤灰微珠、减水剂和阻锈剂制备了一种和易性好、致密度高、尤其是具有优异耐久性能的高性能海工混凝土。通过新引入粒度更细，更为均匀，可塑性更好的煅烧高岭土、微珠作为新的掺合料，从而大大优化了混凝土材料的耐久性能，实现服役寿命的延长。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种高性能海工混凝土，包括下述质量份数的原材料：水泥384-350份、水154份、砂785-797份、小石子100-106份、大石子901-951份、粉煤灰15-90份、矿粉15-50份、硅灰不高于16.4份、偏高岭土不高于27份、微珠不高于27份、减水剂5.64-6.9份、阻锈剂7.1-7.4份。

优选的，水泥为强度等级42.5的普通硅酸盐水泥。

优选的，砂选择集配良好的河砂中砂，粒径为0.1-0.6mm，表观密度不小于2590kg/m³。

优选的，石子是粒径为5-16mm的小石子与粒径16-25mm的大石子，石子级配为连续级配，小石子的表观密度不小于2690kg/m³，大石子的表观密度不小于2710kg/m³。

优选的，粉煤灰为ⅱ级粉煤灰，其45μm方孔筛筛余不大于23.8％，需水量比不大于98％，烧失量不大于1.96％。

优选的，矿粉密度不小于2.91g/cm³，比表面积不小于485m²/kg，烧失量不大于0.55％。

优选的，硅灰烧失量不大于5.28％。

优选的，偏高岭土比表面积不小于1500m²/kg，含水分不大于0.2％，烧失量不大于0.5％。

优选的，微珠密度不小于2.5g/cm3，需水量比不大于90％，烧失量不大于1％。

优选的，减水剂为缓凝型高性能减水剂，减水率不小于27％。

优选的，阻锈剂为ⅰ型阻锈剂。

进一步的，本发明的混凝土配合比各成分按质量分数计如下：水泥384份、水154份、砂797份、小石子106份、大石子951份、粉煤灰15-55份、矿粉20-50份、硅灰不高于16份、偏高岭土不高于27份、微珠不高于27份、减水剂6.9份、阻锈剂7.4份；为c50型高性能海工混凝土。

进一步的，本发明的混凝土配合比各成分按质量分数计如下：水泥350份、水154份、砂785份、小石子100份、大石子901份、粉煤灰20-90份、矿粉15-30份、硅灰不高于16.4份、偏高岭土不高于25.8份、微珠不高于25.8份、减水剂5.64份、阻锈剂7.1份；为c45型高性能海工混凝土，其耐久性能可在c50型高性能海工混凝土的基础上得到进一步提高。

上述高性能海工混凝土的制备方法，包含以下步骤：

称取上述质量份的水泥、砂、小石子、大石子放入搅拌机内先进行搅拌，之后加入粉煤灰、矿粉、硅灰、偏高岭土、微珠继续搅拌1-2分钟；

然后加入上述质量份的水、减水剂和阻锈剂搅拌1-2分钟；

(1)搅拌结束后取出新拌混凝土，放入模板，在振捣机上振捣均匀，排出气泡，最后在标准养护条件下养护。

普通的高性能海工混凝土一般掺加粉煤灰、矿粉与硅灰来实现耐久性的提高，本发明在此基础上，新引入粒度更细，更为均匀，可塑性更好的煅烧高岭土、微珠作为新的掺合料，从而大大优化了混凝土材料的耐久性能，实现混凝土结构服役寿命的延长。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，所述实施例中所用到的各组分满足如下：

所述水泥为强度等级42.5的普通硅酸盐水泥；所述砂选择集配良好的河砂中砂，粒径为0.1-0.6mm，表观密度不小于2590kg/m³。所述小石子是粒径为5-16mm，表观密度不小于2690kg/m³，大石子粒径为16-25mm，表观密度不小于2710kg/m³，石子级配为连续级配。所述粉煤灰为ⅱ级粉煤灰，其45μm方孔筛筛余不大于23.8％，需水量比不大于98％，烧失量不大于1.96％；所述矿粉密度不小于2.91g/cm³，比表面积不小于485m²/kg，烧失量不大于0.55％；所述硅灰烧失量不大于5.28％。所述偏高岭土比表面积不小于1500m²/kg，含水分不大于0.2％，烧失量不大于0.5％。所述微珠密度不小于2.5g/cm³，需水量比不大于90％，烧失量不大于1％。所述减水剂为缓凝型高性能减水剂，减水率不小于27％；所述阻锈剂为ⅰ型阻锈剂。

实施例1

一种高性能海工混凝土，由以下重量份的组分组成：水泥384份、水154份、砂797份、小石子106份、大石子951份、粉煤灰28份、矿粉30份、硅灰10份、偏高岭土20份、微珠20份、减水剂6.9份、阻锈剂7.4份。

上述高性能海工混凝土3d抗压强度为48.1mpa，7d抗压强度为64.8mpa，28d抗压强度为72.0mpa，28d电通量为129.99c。

实施例2

一种高性能海工混凝土，由以下重量份的组分组成：水泥384份、水154份、砂797份、小石子106份、大石子951份、粉煤灰38份、矿粉40份、硅灰4份、偏高岭土13份、微珠13份、减水剂6.9份、阻锈剂7.4份。

上述高性能海工混凝土3d抗压强度为55.6mpa，7d抗压强度为73.0mpa，28d抗压强度为71.5mpa，28d电通量为241.5c。

实施例3

一种高性能海工混凝土，由以下重量份的组分组成：水泥384份、水154份、砂797份、小石子106份、大石子951份、粉煤灰18份、矿粉20份、硅灰16份、偏高岭土27份、微珠27份、减水剂6.9份、阻锈剂7.4份。

上述高性能海工混凝土3d抗压强度为55.7mpa，7d抗压强度为60.2mpa，28d抗压强度为67.4mpa，28d电通量为142.7c。

实施例4

一种高性能海工混凝土，由以下重量份的组分组成：水泥384份、水154份、砂797份、小石子106份、大石子951份、粉煤灰30份、矿粉50份、硅灰4份、偏高岭土12份、微珠12份、减水剂6.9份、阻锈剂7.4份。

上述高性能海工混凝土3d抗压强度为45.4mpa，7d抗压强度为74.6mpa，28d抗压强度为74.9mpa，28d电通量为189.6c。

实施例5

一种高性能海工混凝土，由以下重量份的组分组成：水泥384份、水154份、砂797份、小石子106份、大石子951份、粉煤灰55份、矿粉50份、硅灰3份、减水剂6.9份、阻锈剂7.4份。

上述高性能海工混凝土3d抗压强度为54.2mpa，7d抗压强度为64.9mpa，28d抗压强度为71.7mpa，28d电通量为514.99c。

实施例6

一种高性能海工混凝土，由以下重量份的组分组成：水泥350份、水154份、砂785份、小石子100份、大石子901份、粉煤灰43份、矿粉30份、硅灰10.3份、偏高岭土18.4份、微珠18.4份、减水剂5.64份、阻锈剂7.1份。

上述高性能海工混凝土3d抗压强度为51.1mpa，7d抗压强度为67.9mpa，28d抗压强度为69.3mpa，28d电通量为197.62c。

实施例7

一种高性能海工混凝土，由以下重量份的组分组成：水泥350份、水154份、砂785份、小石子100份、大石子901份、粉煤灰22份、矿粉30份、硅灰16.4份、偏高岭土25.8份、微珠25.8份、减水剂5.64份、阻锈剂7.1份。

上述高性能海工混凝土3d抗压强度为50.9mpa，7d抗压强度为67.0mpa，28d抗压强度为69.8mpa，28d电通量为77.8c。

实施例8

一种高性能海工混凝土，由以下重量份的组分组成：水泥350份、水154份、砂785份、小石子100份、大石子901份、粉煤灰64份、矿粉30份、硅灰2.4份、偏高岭土11.8份、微珠11.8份、减水剂5.64份、阻锈剂7.1份。

上述高性能海工混凝土3d抗压强度为50.6mpa，7d抗压强度为59.0mpa，28d抗压强度为67.2mpa，由于精细掺合料添加量较少，28d电通量为648.8c。

实施例9

一种高性能海工混凝土，由以下重量份的组分组成：水泥350份、水154份、砂785份、小石子100份、大石子901份、粉煤灰43份、矿粉15份、硅灰14.4份、偏高岭土23.8份、微珠23.8份、减水剂5.64份、阻锈剂7.1份。

上述高性能海工混凝土3d抗压强度为51.0mpa，7d抗压强度为64.5mpa，28d抗压强度为68.5mpa，28d电通量为96.3c。

实施例10

一种高性能海工混凝土，由以下重量份的组分组成：水泥350份、水154份、砂785份、小石子100份、大石子901份、粉煤灰90份、矿粉30份、减水剂5.64份、阻锈剂7.1份。

上述高性能海工混凝土3d抗压强度为49.6mpa，7d抗压强度为56.9mpa，28d抗压强度为67.2mpa，56d抗压强度为77.1mpa，28d电通量为712.83c。

电通量可以体现混凝土的抗氯离子渗透性能，在本领域通常也用来表征混凝土的耐久性能，可以看出，实施例1-4所制得的c50高性能海工混凝土不仅具有高强度，而且耐久性能要远高于常规高性能海工混凝土(28d电通量通常为700-1000c)；实施例6-9所制得的c45高性能海工混凝土的耐久性能能够得到进一步提高；而实施例5、10中未掺加硅灰、偏高岭土与微珠等精细掺合料，抗压强度与抗氯离子渗透性能均有所降低，可见精细掺合料的掺加会提高混凝土的抗压强度与耐久性能。

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