一种用于海洋工程钢筋混凝土结构的复掺矿物掺合料

摘要

本发明涉及海洋工程混凝土外加剂领域，旨在提供一种用于海洋工程钢筋混凝土结构的复掺矿物掺合料。该复掺矿物掺合料由以下质量百分比的组分组成：粉煤灰：20%～35%；沸石：5%～10%；矿渣：20%～40%；硅灰：5%～15%；阻锈剂：5%～15%；分散剂：2%～5%；减缩剂：0～10%；抗裂剂：0～16%。本发明通过多元组分设计，利用各组分功能的叠加与协同，优化结构的抗裂性与阻锈性，提高海洋工程结构耐久性。通过将多种功能组分复配到掺合料中，可保证功能组分在混凝土里均匀分散，发挥稳定的抗裂阻锈效果。此外，还可降低混凝土搅拌条件，减少企业使用成本，便于大规模推广应用。

说明书

技术领域

本发明属于海洋工程混凝土外加剂领域，特别涉及一种用于海洋工程 钢筋混凝土结构的复掺矿物掺合料。

背景技术

近年来，随着我国海港码头、跨海大桥、海上石油开采平台、海底隧 道等海洋工程的建设，以及对环保和节约资源的要求，如何提高钢筋 混凝土结构耐久性受到了广泛关注。影响海洋工程混凝土腐蚀的因素 主要有钢筋锈蚀、冻害、化学腐蚀及海洋微生物作用。其中钢筋锈蚀 是钢筋混凝土结构破坏的主要原因。针对混凝土结构的耐久性问题， 目前主要采用的技术有：混凝土表面涂层保护、化学外加剂、矿物掺 合料等。其中掺入矿物掺合料可以有效改善混凝土的性能指标，提高 混凝土结构耐久性，在工程上得到了广泛的应用。

一直以来，普通混凝土中会产生大量的水化产物氢氧化钙，使混凝土 呈强碱性(pH > 12)，在钢筋表面形成一层致密的钝化膜，抵抗腐蚀 介质的侵蚀。然而传统的矿物掺合料加入后，活性组分与水泥水化产 物的氢氧化钙反应，降低混凝土碱性，最终导致钢筋表面碱性钝化膜 的稳定性下降，当氯离子从外部渗入到混凝土的钢筋表面时，将很快 引起钢筋的腐蚀，因此，有必要加入阻锈剂等防腐措施来解决上述问 题。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种具有耐氯离 子、耐硫酸盐腐蚀功能的钢筋混凝土复掺矿物掺合料。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种用于海洋工程钢筋混凝土结构的复掺矿物掺合料，包括粉煤 灰，其特征在于，该复掺矿物掺合料由以下质量百分比的组分组成：

粉煤灰：20%～35%；

沸石：5%～10%；

矿渣：20%～40%；

硅灰：5%～15%；

阻锈剂：5%～15%；

分散剂：2%～5%；

减缩剂：0～10%；

抗裂剂：0～16%。

本发明中，所述粉煤灰为Ⅱ级灰，符合GB1596-1991执行标准，粉煤灰 的比表面积为300～600 m²/kg。

本发明中，所述沸石符合GB/T2847-1996执行标准，沸石的比表面积为 320～700 m²/kg。

本发明中，所述矿渣符合GB/T203-1994执行标准，矿渣的比表面积为 330～600 m²/kg。

本发明中，所述硅灰符合JTJ275-2000执行标准，硅灰的比表面积为3 30～1000 m²/kg。

本发明中，所述阻锈剂为复合迁移型阻锈剂，具体制备方法为：将16 5份聚乙烯醇和20份碳酸氢钠加到2140份去离子水中，并加热到70℃， 待完全溶解，再滴加100份的苯乙烯单体、100份丙烯酸丁酯单体、4份 KH792型有机硅单体、4份KH550型有机硅单体，然后，加入6份过氧化 氢叔丁基，获得具有迁移特性的阻锈剂；所述份数均为质量份。

本发明中，所述分散剂是市购产品，其主要成分为粉状聚羧酸盐，添 加了三乙醇胺作为助剂，对其具体组分无特别要求。

本发明中，所述减缩剂为聚氧乙烯醚类聚合物，符合GB8076-2003执行 标准。

本发明中，所述抗裂剂为硬石膏、铝质熟料中的一种或多种组分的混 合物，硬石膏、铝质熟料分别符合GB/T 5463.3-1986、GB23439-200 9执行标准。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过多元组分设计，利用各组分功能的叠加与协同，优化结构的抗裂 性与阻锈性，提高海洋工程结构耐久性。利用超细矿物组分、耐蚀组 分复合，充实工程结构，减少裂缝产生；并通过减缩剂使海洋工程结 构塑性收缩和自收缩大幅减少、内部孔隙结构得到优化，从而提高海 洋工程结构耐腐蚀性能；采用抗裂剂对海洋工程结构收缩进行合理有 效的早期和后期补偿，减少海洋工程结构因收缩而引起的裂缝和微裂 缝，进一步增强海洋工程结构的抗裂抗渗能力；特别是将特制阻锈剂 引入到复掺矿物掺合料中，利用阻锈剂的苯环结构增加阻锈剂分子与 Fe成键的结合能，增加金属吸附膜的稳定性；利用丙烯酸丁酯中—CO OR较强的电负性增强与Fe络合形成分子保护膜；利用KH792和KH550型 有机硅分子结构中的—NH₂与—COOR进行交联反应，并与Fe的d轨道上 的空轨道成键，增加金属吸附膜的稳定性；通过控制分子量、分子结 构增加阻锈分子迁移性能。通过将多种功能组分复配到掺合料中，可 保证功能组分在混凝土里均匀分散，发 挥稳定的抗裂阻锈效果。此外，还可降低混凝土搅拌条件，减少企业 使用成本，便于大规模推广应用。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明一种用于海洋工程钢筋混凝土结构的复掺矿物掺合料，由以下 质量百分比的组分组成：

粉煤灰：20%～35%；

沸石：5%～10%；

矿渣：20%～40%；

硅灰：5%～15%；

阻锈剂：5%～15%；

分散剂：2%～5%；

减缩剂：0～10%；

抗裂剂：0～16%。

其中，所述粉煤灰为Ⅱ级灰，比表面积为300～600 m²/kg，符合GB1 596-1991执行标准，起到填充、助磨、降低水化热等作用。所述沸石 的比表面积为320～700 m²/kg，符合GB/T2847-1996执行标准，起到 致密、吸附等作用。所述矿渣的比表面积为330～600 m²/kg，符合G B/T203-1994执行标准，起到胶凝、填充等作用。所述硅灰的比表面积 为330～1000 m²/kg，符合JTJ275-2000执行标准，起到胶凝、致密、 填充等作用。所述阻锈剂为复合迁移型阻锈剂，具体制备方法为：将 165份聚乙烯醇和20份碳酸氢钠加到2140份去离子水中，并加热到70℃ ，待完全溶解，再滴加100份的苯乙烯单体、100份丙烯酸丁酯单体、 4份KH792型有机硅单体、4份KH550型有机硅单体。然后，加入6份过氧 化氢叔丁基，使得苯乙烯单体和丙烯酸树脂单体聚合成小分子量聚合 物分子，同时有机硅烷碳链上的官能团与丙烯酸丁酯酯键上的活化官 能团产生交联而接枝到小分子量聚合物分子上，获得具有迁移特性的 阻锈剂。该种复合迁移型阻锈剂对环境绿色、环保，可以有效抑制或 者减缓钢筋腐蚀的电化学作用过程，同时，复合型阻锈剂兼具阳极阻 锈剂和阴极阻锈剂的优点，使钢筋表面处于钝化状态，免受氯离子的 侵蚀。所述分散剂是水泥生产过程中通用组分，市场上有很多厂家在 生产销售；产品一般均以粉状聚羧酸盐为主要成分、以三乙醇胺（C₆H₁₅NO₃）为助剂组成，起到分散各组分的作用；本发明对其型号或具体 配比组成并无特别要求，市购普通分散剂产品均可用于本发明。所述 减缩剂为聚氧乙烯醚类聚合物，符合GB8076-2003执行标准，起到减少 收缩 的作用。所述抗裂剂为硬石膏、铝质熟料中的一种或多种组分的混合 物，其中硬石膏、铝质熟料分别符合GB/T 5463.3-1986、GB23439-2 009执行标准，起到补偿收缩作用。

以下结合具体实施例对本发明的组分和效果做进一步的说明：

实施例1：该种用于海洋工程钢筋混凝土结构的复掺矿物掺合料，按照 以下质量百分比的组分配方：粉煤灰：35%；沸石：5%；矿渣：40%； 硅灰：10%；阻锈剂：5%；分散剂：5%。

该配方以各种超细矿物组分经特定工艺有机复合而成的新型混凝土掺 合料，是以矿渣粉，粉煤灰为主体，进一步改进其早期、后期强度等 力学性能，从而达到增强混凝土耐腐蚀性能、降低混凝土水化热、提 高混凝土耐久性以及改善掺入大量矿物外加剂而引起的混凝土早期强 度下降的目的，并适用于氯离子和硫酸盐侵蚀严重的海洋钢筋混凝土 工程。

实施例2：该种用于海洋工程钢筋混凝土结构的复掺矿物掺合料，按照 以下质量百分比的组分配方：粉煤灰：20%；沸石：10%；矿渣：35%； 硅灰：5%；阻锈剂：15%；分散剂：5%；减缩剂：10%。

该配方掺入的减缩组分通过调节溶液表面张力等物理手段，减少混凝 土的收缩尤其是早期收缩，有着良好的化学适应性，使得混凝土的收 缩大幅度减少、内部孔隙结构得到优化，从而大幅度提高混凝土的耐 腐蚀性能。同时，掺入的复合迁移型阻锈剂，有利于在钢筋表面形成 钝化膜，适用于腐蚀严重的工程及水位变化区等腐蚀严重区域的钢筋 混凝土结构。

实施例3：该种用于海洋工程钢筋混凝土结构的复掺矿物掺合料，按照 以下质量百分比的组分配方：粉煤灰：20%；沸石：5.5%；矿渣：30% ；硅灰：5%；阻锈剂：15%；分散剂：3.5%；减缩剂：5%；抗裂剂：1 6%。

该配方掺加适量的复合抗裂组分，从而对混凝土的收缩进行合理有效 的补偿，减少混凝土因收缩而引起的裂缝和微裂缝，提高混凝土的抗 裂抗渗性能。掺加的复合抗裂组分，不仅含有早期起作用的普通抗裂 剂，更重要的是其复合了后期抗裂效果良好的长效微抗裂组元，从而 更容易保证补偿混凝土收缩的良好效果。同时，掺入的复合迁移型阻 锈剂，具有很好的抗氯离子性能，适用于海洋工程中防腐蚀和抗裂抗 渗等要求较高的钢筋混凝土结构。

实施例4：该种用于海洋工程钢筋混凝土结构的复掺矿物掺合料，按照 以下质量百分比的组分配方：粉煤灰：27.5%；沸石：7.5%；矿渣：2 0%；硅灰：15%；阻锈剂：10%；分散剂：2%；减缩剂：10%；抗裂剂： 8%。

在实例3的基础上，该配方对各组分含量进行优化调整。硅灰含量的增 加，有利于水泥净浆早期和后期抗压强度的上升，减缩组分含量的提 高有利于更好的减少混凝土结 构的早期收缩，而抗裂组分的掺入有助于后期混凝土结构裂缝的修复 补偿。同时，掺入的复合迁移型阻锈剂，具有良好的耐腐蚀作用，该 复掺矿物掺合料适合于高强度、重防腐和抗裂等要求的海洋工程混凝 土结构。

表1 复掺矿物掺合料在钢筋混凝土性能的应用

表2 钢筋混凝土性能测试结果

表1是实施例1、2、3和4中所示的复掺矿物掺合料在钢筋混凝土性能的 应用；表2表示应用了实施例1、2、3和4中复掺矿物掺合料的钢筋混凝 土性能测试结果。表2的结果显示本发明各项指标符合《高强高性能混 凝土用矿物外加剂》（GB18736-2002）、《海港工程混凝土结构防腐 蚀技术规程》（JTJ275-2000）要求，另外，根据《普通混凝土长期性 能和耐久性能试验方法》（GBJ 82-1981）进行混凝土的抗冻性试验 ，经过多次冻融循环后，混凝土试件的质量损失和强度损失均符合要 求。

当然，以上四个实施例子只是用于说明本发明，而不是限定本发明的 范围。