專利名稱：：海洋工程混凝土保護層強化材料及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于建筑材料類，具體涉及一種海洋工程混凝土保護層強化材料及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
：海洋環(huán)境下氯離子侵蝕引發(fā)鋼筋銹蝕導(dǎo)致海洋工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性下降的問題是當前工程界需要迫切解決的問題之一，也是目前混凝土材料領(lǐng)域的研究熱點之一。美國從20世紀50年代就開始了氯鹽環(huán)境下鋼筋腐蝕的研究，在20世紀80年代中期專門針對公路工程在全國范圍內(nèi)實施了"戰(zhàn)略公路研究計劃"，研究公路橋梁的鋼筋腐蝕問題；英國于20世紀70年代啟動"海洋研究計劃"，針對海洋環(huán)境中鋼筋混凝土的腐蝕進行研究；目前我國工程界對氯離子侵蝕環(huán)境下鋼筋腐蝕的嚴重性也有了比較清醒地認識，中國工程院土木、水利與建筑工程學(xué)部于2001年起，已連續(xù)舉辦過五屆有關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)工程安全性和耐久性現(xiàn)狀問題與對策的工程科技論壇或?qū)W術(shù)討論會，大力呼吁重視氯離子侵蝕環(huán)境下鋼筋腐蝕給國家和社會造成的危害。針對海洋環(huán)境下侵蝕性介質(zhì)特別是氯離子對鋼筋混凝土造成嚴重腐蝕的情況，國內(nèi)外相關(guān)科研成果和長期工程實踐調(diào)研顯示，當前較為成熟的提高海洋環(huán)境下鋼筋混凝土耐久性的主要技術(shù)方案有采用海工高性能混凝土，提高混凝土保護層厚度和質(zhì)量，噴涂混凝土保護涂層，使用耐腐蝕鋼筋，慘加鋼筋阻銹劑，采取電化學(xué)保護等。其中海工高性能混凝土由于具有優(yōu)異的耐久性和性價比已受到國際上混凝土材料領(lǐng)域和土木工程界的認同，近年來，圍繞海工高性能混凝土國內(nèi)外也開展了大量的研究，但絕大多數(shù)的研究還是單純地從混凝土材料角度出發(fā)的，如基本上是采用優(yōu)質(zhì)礦物摻合料和新型高效減水劑復(fù)合，配以與之相適應(yīng)的水泥和級配良好的粗細骨料，形成低水膠比、低缺陷、高密實、高耐久的海工高性能混凝土。ZL02137419.8《高性能海工混凝土專用摻合料及其生產(chǎn)方法》闡述了一種以多元膠凝材料交互疊加效應(yīng)的理論為指導(dǎo)，將礦渣微粉、粉煤灰、硅灰等工業(yè)活性外摻原料以合適的配比，通過混磨配制成高性能海工混凝土專用摻合料。在海工混凝土中摻入該專用摻合料，可以改善混凝土和易性、耐久性，尤其是其抗氯離子腐蝕性能。ZL00116326.5《高活性混凝土摻合料的制備技術(shù)和方法》闡述了一種由礦渣、鋼渣、晶種、表面改性劑和激發(fā)劑組成，經(jīng)物理磨細活化、化學(xué)激發(fā)共同作用下而制得的高活性混凝土摻合料。在混凝土中摻入該摻合料，可以改善混凝土和易性，降低水化熱，提高抗硫酸鹽侵蝕性能。實際上，海洋環(huán)境下鋼筋混凝土耐久性的首要影響因素是海水中的氯離子在混凝土中的"侵蝕"速度，而氯離子在混凝土中的"侵蝕"速度主要取決于混凝土保護層抵抗侵蝕性介質(zhì)(如C廠、S0/—、Mg2+等)侵入的能力，混凝土抵抗侵蝕性介質(zhì)侵入的能力可通過其離子傳輸性能來表征，由此可見，海洋環(huán)境下鋼筋混凝土耐久性與其離子傳輸性能，特別是其保護層的離子傳輸性能密切相關(guān)?；炷帘Ｗo層是阻止環(huán)境水和各種侵蝕性介質(zhì)向混凝土內(nèi)部遷移的第一道防線，也是最主要防線。因此，提高海洋環(huán)境下鋼筋混凝土耐久性的關(guān)鍵是提高混凝土保護層質(zhì)量，改善混凝土離子傳輸性能，特別是其保護層的離子傳輸性能，從而實現(xiàn)有效提高海洋工程混凝土耐久性的目的。在以往應(yīng)用海工高性能混凝土的海洋工程中，更多地是在海洋工程中整體地利用海工高性能混凝土來達到提高海洋工程混凝土耐久性的目的，很少考慮采用專門的高性能水泥基材料來制備海洋工程混凝土保護層。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種海洋工程混凝土保護層強化材料，以提高混凝土保護層質(zhì)量，改善混凝土保護層的離子傳輸性能，從而實現(xiàn)有效提高海洋工程混凝土耐久性的目的。本發(fā)明的另一目的在于提供海洋工程混凝土保護層強化材料的生產(chǎn)方法。本發(fā)明基于水泥基材料的復(fù)合化思路，根據(jù)逾滲理論和界面過渡區(qū)增強機理，細化水泥基材料界面過渡區(qū)，減少因界面過渡區(qū)相互貫通而形成的逾滲路徑，從而大大改善水泥基材料的離子傳輸性能，為海洋工程混凝土保護層提供關(guān)鍵材料支撐。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的海洋工程混凝土保護層強化材料，是采用膠凝組分、骨架組分和性能調(diào)整組分，按一定的配比經(jīng)過混磨工藝配制而成。本發(fā)明海洋工程混凝土保護層強化材料包括下列組分及含量組分含量(質(zhì)量％)膠凝組分40—50。％骨架組分50—60%性能調(diào)整組分0.5—1.5%所述的膠凝組分包括水泥、礦物摻合料、改性劑，其各占膠凝組分的質(zhì)量百分比為水泥45—65%、礦物摻合料35—55%、改性劑1—3%。其中水泥是強度等級^52.5MPa的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥；礦物摻合料包括比表面積為400—450m7kg的礦渣微粉、比表面積為350—400m7kg的粉煤灰、比表面積為18000—22000m2/kg的硅粉，其各占礦物摻合料的質(zhì)量百分比為礦渣微粉40—50%、粉煤灰30—40%、硅粉20—30%;改性劑包括助磨劑(三乙醇胺、甲醇、乙二醇或木質(zhì)素磺酸鈣中的一種)、激發(fā)劑(硫酸鹽激發(fā)劑或堿激發(fā)劑中的一種)、表面活性劑(聚羧酸鹽、萘磺酸鹽或氨基磺酸鹽中的一種)，其各占改性劑的質(zhì)量百分比為助磨劑0.2—2.0%、激發(fā)劑45—55%、表面活性劑40—50%。所述的骨架組分是粒徑為115—380um且細度模數(shù)為1.10—1.50的特細石英砂。所述的性能調(diào)整組分包括裂紋細微化組分、微裂紋自愈合組分，其各占性能調(diào)整組分的質(zhì)量百分比為裂紋細微化組分10—20%、微裂紋自愈合組分80—90%。其中裂紋細微化組分是混雜的聚丙烯纖維，由短纖維(長度為1—3mm)和長纖維(長度為9一19mm)按質(zhì)量比1:l一l:3組成；微裂紋自愈合組分是粉狀的水泥基滲透結(jié)晶型防水材料。礦渣微粉、粉煤灰、硅粉等礦物摻合料起輔助膠凝、填充密實作用，可以填充和堵塞孔隙，降低孔隙率，細化孔徑，改善孔結(jié)構(gòu)和界面過渡區(qū)，提高密實度；改性劑起激發(fā)組分活性、改善加工性能的作用；骨架材料采用特細石英砂，起構(gòu)建主體骨架、限制收縮、細化界面過渡區(qū)的作用；裂紋細微化組分起細微化裂紋，提高抗裂能力的作用；微裂紋自愈合組分起增強裂縫自愈合能力，堵塞滲入通道的作用。由于海洋工程混凝土保護層強化材料的組分較多，為減小其制備過程中的計量誤差，加強其質(zhì)量控制，在制備海洋工程混凝土保護層之前，應(yīng)預(yù)先生產(chǎn)出海洋工程混凝土保護層強化材料，以便在海洋工程混凝土保護層的施工現(xiàn)場，只需要把預(yù)先生產(chǎn)的海洋工程混凝土保護層強化材料與水、水劑外加劑按一定比例混合攪拌即可。這樣既簡化了海洋工程混凝土保護層強化材料的現(xiàn)場生產(chǎn)工序，同時也有利于加強海洋工程混凝土保護層的質(zhì)量控制。本發(fā)明海洋工程混凝土保護層強化材料的生產(chǎn)方法按上述配方先將改性劑與礦渣微粉、粉煤灰、水泥進行一次混磨10—20分鐘，直至混磨料勃氏比表面積^450m7kg，然后加入硅粉、微裂紋自愈合組分進行二次混磨5—10分鐘，接著均勻加入裂紋細微化組分進行三次混磨5—IO分鐘，直至混磨料的勃氏比表面積^650m7kg，最后加入骨架組分進行四次混磨5—10分鐘。本發(fā)明的優(yōu)點是應(yīng)用于海洋工程混凝土保護層，可以有效提高海洋工程混凝土的耐久性，尤其是其抗氯離子滲透性能。具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但實施例不應(yīng)視作對本發(fā)明權(quán)利的限制。實施例1海洋工程混凝土保護層強化材料的生產(chǎn)先將礦渣微粉1800kg、粉煤灰1420kg、P1152.5水泥5600kg與三乙醇胺7kg、硫酸鈉71kg、萘磺酸鹽69kg加入磨機中混磨15分鐘，磨機轉(zhuǎn)速為18轉(zhuǎn)/分，然后加入硅粉980kg、水泥基滲透結(jié)晶型防水材料(上海滲克防水材料有限公司生產(chǎn)的THINKABLE防水材料)117.6kg繼續(xù)混磨8分鐘，接著均勻加入長度為3mm和lOmm的聚丙烯纖維各9.lkg繼續(xù)混磨8分鐘，直至混磨料的勃氏比表面積》650mVkg，最后加入特細砂11760kg繼續(xù)混磨8分鐘。出料，得海洋工程混凝土保護層強化材料21.5t。其性能測試數(shù)據(jù)見表1。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例2海洋工程混凝土保護層強化材料的工程應(yīng)用將實施例1生產(chǎn)的海洋工程混凝土保護層強化材料用于海洋工程混凝土保護層的預(yù)制澆注。為了說明海洋工程混凝土保護層強化材料的各種性能，實施例設(shè)計了一組C50海工高性能混凝土作為對比樣。生產(chǎn)的海洋工程混凝土保護層強化材料(編號MECS)和C50海工高性能混凝土(編號腿PC)的配合比見表2，其性能測試數(shù)據(jù)見表3。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注MECS的水膠比為0.22;腿PC的水膠比為0.30，采用P'042.5水泥；減縮劑為上海麥斯特公司的TatzaguardAS20抗收縮劑(水劑)；高效減水劑為上?；ㄍ趸瘜W(xué)有限公司生產(chǎn)的Mighty-150高濃型萘系高效減水劑(水劑)。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>試驗結(jié)果表明MECS的擴展度為145腿，能夠滿足預(yù)制構(gòu)件澆注時擴展度120—160mm的要求，MHPC的坍落度為50腿，也能夠滿足預(yù)制混凝土澆注時擴展度40—60mm的要求；MECS和MHPC的抗壓強度均滿足C50混凝土的要求。MECS在各個齡期的收縮值均要大于MHPC的，應(yīng)該不利于保護層收縮開裂的控制，然而，采用裂縫測寬儀觀測預(yù)制構(gòu)件保護層外表面的裂縫后可以發(fā)現(xiàn)，采用MECS制備保護層的外表面上纖維分布均勻，且裂縫寬度在0.02—0.08mm之間，而裂縫寬度<0.lmm的微裂紋是可以接受的，MECS的收縮較大但是沒有開裂，主要是由于海洋工程混凝土保護層強化材料中加入了裂紋細微化組分和微裂紋自愈合組分，同時，摻入的高活性礦物摻合料也起到了一定的作用。采用NEL法測試的MECS和MHPC的氯離子擴散系數(shù)分別為0.56X10—13m2/s和12.75X10—13m2/s，MECS的氯離子擴散系數(shù)比MHPC的低一個數(shù)量級；采用電量法測試的MECS和MHPC的6小時導(dǎo)電量分別為96庫侖和459庫侖，MECS的6小時導(dǎo)電量也比MHPC的低一個數(shù)量級?？梢?，MECS的抗氯離子滲透性能遠高于MHPC的，采用MECS制備海洋工程混凝土保護層可以有效提高海洋工程混凝土的耐久性。權(quán)利要求1.一種海洋工程混凝土保護層強化材料，其特征在于它包括下列質(zhì)量百分數(shù)的組分膠凝組分40-50％、骨架組分50-60％、性能調(diào)整組分0.5-1.5％；所述的膠凝組分包括水泥、礦物摻合料、改性劑，其各占膠凝組分的質(zhì)量百分比為水泥45-65％、礦物摻合料35-55％、改性劑1-3％；所述的性能調(diào)整組分包括裂紋細微化組分、微裂紋自愈合組分，其各占性能調(diào)整組分的質(zhì)量百分比為裂紋細微化組分10-20％、微裂紋自愈合組分80-90％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋工程混凝土保護層強化材料，其特征在于所述的水泥是強度等級^52.5MPa的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋工程混凝土保護層強化材料，其特征在于所述的礦物摻合料包括比表面積為400—450m7kg的礦渣微粉、比表面積為350一400m7kg的粉煤灰、比表面積為18000—22000m7kg的硅粉，其各占礦物摻合料的質(zhì)量百分比為礦渣微粉40—50%、粉煤灰30—40%、硅粉20—30%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋工程混凝土保護層強化材料，其特征在于所述的改性劑包括助磨劑、激發(fā)劑、表面活性劑，其各占改性劑的質(zhì)量百分比為助磨劑0.2—2.0%、激發(fā)劑45—55%、表面活性劑40—50%，所述的助磨劑為三乙醇胺、甲醇、乙二醇或木質(zhì)素磺酸鈣中的一種，所述的激發(fā)劑為硫酸鹽激發(fā)劑或堿激發(fā)劑中的一種，所述的表面活性劑為聚羧酸鹽、萘磺酸鹽或氨基磺酸鹽中的一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋工程混凝土保護層強化材料，其特征在于所述的骨架組分是粒徑為115—380um且細度模數(shù)為1.IO—I.50的特細石英砂。6.根據(jù)權(quán)利要求l所述的海洋工程混凝土保護層強化材料，其特征在于所述的裂紋細微化組分是混雜的聚丙烯纖維，由短纖維和長纖維按質(zhì)量比1:1—1:3組成。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋工程混凝土保護層強化材料，其特征在于所述的微裂紋自愈合組分是粉狀的水泥基滲透結(jié)晶型防水材料。8.—種權(quán)利要求1所述的海洋工程混凝土保護層強化材料的生產(chǎn)方法，其特征在于先將改性劑與礦渣微粉、粉煤灰、水泥進行一次混磨10—20分鐘，直至混磨料勃氏比表面積》450m7kg，然后加入硅粉、微裂紋自愈合組分進行二次混磨5—10分鐘，接著均勻加入裂紋細微化組分進行三次混磨5—10分鐘，直至混磨料的勃氏比表面積^650m7kg，最后加入骨架組分進行四次混磨5—IO分鐘。全文摘要一種海洋工程混凝土保護層強化材料及其生產(chǎn)方法，由膠凝組分(包括水泥、礦物摻合料、改性劑)、骨架組分(特細砂)和性能調(diào)整組分(包括裂紋細微化組分、微裂紋自愈合組分)，按一定的配比經(jīng)過混磨工藝配制而成。在海洋工程混凝土保護層的施工現(xiàn)場，采用預(yù)先生產(chǎn)的海洋工程混凝土保護層強化材料來制備海洋工程混凝土保護層，可以簡化混凝土施工工序，便于質(zhì)量控制。本發(fā)明應(yīng)用于海洋工程混凝土保護層，可以有效提高海洋工程混凝土的耐久性，尤其是其抗氯離子滲透性能。文檔編號C04B14/04GK101289304SQ200810106868公開日2008年10月22日申請日期2008年5月20日優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日發(fā)明者宋固全,李細保,王信剛,胡明玉,趙世忠申請人:南昌大學(xué)