一种兼具氯离子固化能力和韧性的海水海砂混凝土的制作方法

1.本发明涉及一种兼具氯离子固化能力和韧性的海水海砂混凝土，属于建筑材料技术领域。

背景技术：

2.近年来，我国沿海工程的建设是基础工程建设的重点区域，对混凝土的需求量日益增长。河砂是混凝土原材料中不可或缺的一部分，但是由于过度开采、监管不力、运输等原因使河砂的使用对生态环境造成了一定的影响。因此，沿海工程可以将目光投向储备丰富的海砂资源，我国拥有的各类砂体面积达到34.2
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105km3，为替代河砂作为混凝土原材料打下了夯实的基础。淡水资源一直以来都是地球上最珍贵的资源之一。据报道，地球上有70％的区域被水覆盖，然而可以被人们直接使用的淡水资源与海水资源的比例是1:32，因此将海水资源利用到混凝土中可以解决混凝土工程的大量需水量问题，同时也可以缓解淡水资源短缺的问题。然而，海砂和海水中富含大量的氯离子，氯离子的存在会加速混凝土结构的破坏，缩短混凝土的寿命，成为影响混凝土耐久性的主要原因之一。海水海砂混凝土中的氯离子分为自由氯离子和结合氯离子两部分，结合氯离子为孔结构表面物理吸附和化学结合的氯离子，结合氯离子对混凝土结构不会产生危害；自由氯离子由于离子半径小，穿透能力强，可以通过混凝土中的孔径进入到钢筋表面，使钢筋表面的钝化膜被破坏造成腐蚀。因此，对氯离子进行固化是保护钢筋不被腐蚀破坏的重要手段之一。
3.目前，国内外学者在海水海砂混凝土的氯离子固化方面做了大量的研究，取得了一定的研究进展。有报道称往海水海砂混凝土中直接掺入矿物掺合料可提高氯离子固化能力，然而研究表明，在海水海砂混凝土中直接掺入矿物掺合料不仅会影响混凝土的早期强度，而且矿物掺合料在早期并不会参与到水化反应中生成有利于氯离子固化能力的水化产物；还有研究表明可通过使用纤维增强复合材料阻碍自由氯离子对钢筋造成破坏，纤维增强复合材料的确可以填充混凝土的孔隙，使混凝土的结构更为密实，但混凝土内部存在的大量氯离子仍然存在，并未得到有效的固化。因此，急需研究出一种兼具氯离子固化能力和韧性的海水海砂混凝土。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决上述现有技术的不足，提供一种海水海砂混凝土，其不光具有优异的氯离子固化能力，还具有优良的韧性。
5.技术方案
6.本发明通过使用价格低廉的橡胶粉，利用水玻璃对橡胶粉进行改性，增强混凝土的密实性，阻碍氯离子迁移通道，并且通过水玻璃激发胶凝材料活性，促进海水海砂混凝土在早期生成更多水化产物，提高海水海砂混凝土的氯离子的固化能力。具体方案如下：
7.一种兼具氯离子固化能力和韧性的海水海砂混凝土，包括如下重量份的原料：胶凝材料500-600份，细骨料400-500份，粗骨料1000-1100份，海水200-220份，减水剂3-6份，
橡胶粉80-90份，水玻璃0-15份；
8.所述胶凝材料由水泥和矿物掺合料组成。优选水泥占胶凝材料总质量的65-80％，矿物掺和料占胶凝材料总质量的20-35％。
9.所述细骨料为天然海砂，含泥量为1-2％，含水率为3-5％，细度模数为0.7-1.2。
10.进一步，所述水泥选自硅酸盐水泥、铝酸盐水泥或硫酸盐水泥中的任意一种。
11.进一步，所述矿物掺合料选自粉煤灰、矿粉或硅灰中的一种或两种以上任意比例的组合物。由于矿物掺合料的火山灰效应，减少了粗大晶体颗粒的水化产物ca(oh)2的数量，并生成了强度更高，稳定性更优的低碱度水化硅酸钙凝胶(c-s-h)，c-s-h凝胶提高了海水海砂混凝土的氯离子固化能力。同时矿物掺合料中含量较高的al2o3，与氯离子、ca(oh)2生成friedel盐，进一步提高海水海砂混凝土的氯离子固化能力。
12.进一步，所述粗骨料为5-10mm连续级配的碎石。
13.进一步，所述橡胶粉的目数为30-60目。本发明采用废旧轮胎破碎的橡胶粉作为集料制备海水海砂混凝土。橡胶的刚度低，是良好的吸能材料，具有良好的吸能效果和抗冲磨、冲击性能，可以显著提高混凝土的韧性。然而，普通橡胶粉作为不溶不熔颗粒，与水泥砂浆的界面粘结处是薄弱区域，通常存在大量小气泡，因此加入水玻璃对橡胶颗粒的表面进行改性，使橡胶颗粒表面更为平整，提高橡胶颗粒与水泥砂浆的界面粘结强度，同时橡胶粉可以填充水泥砂浆与集料之间的空隙，降低孔隙率提高混凝土的密实度，进而提高了混凝土对氯离子的固化作用。
14.上述兼具氯离子固化能力和韧性的海水海砂混凝土的制备方法，包括如下步骤：
15.(1)按海水海砂混凝土的原料配方称取原料，将胶凝材料、橡胶粉、粗骨料与细骨料混合均匀，然后加入一半用量的海水，搅拌均匀，得到混合料；
16.(2)将减水剂加入到另一半用量的海水中，混合均匀后，加入到步骤(1)的混合料中，搅拌均匀，最后再加入水玻璃，搅拌均匀后，得到海水海砂混凝土。
17.本发明的有益效果：
18.本发明提供了一种兼具氯离子固化能力和韧性的海水海砂混凝土，通过使用价格低廉的橡胶粉，利用水玻璃对橡胶粉进行改性，增强混凝土的密实性，阻碍氯离子迁移通道，并且通过水玻璃激发胶凝材料活性，促进海水海砂混凝土在早期生成更多水化产物，提高海水海砂混凝土的氯离子的固化能力。本发明的海水海砂混凝土具有优异的氯离子固化能力，还具有优良的韧性，并且制备工艺简单，成本较低，无需价格高昂的生产设备，可大范围推广应用。
附图说明
19.图1为实施例2制备的海水海砂混凝土的扫描电镜图；
20.图2为实施例2制备的海水海砂混凝土的xrd图。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
22.需说明的是，本发明采用的原料均为现有公知的原料，均可从市场上购买获得。为了清楚、详细地说明本发明的技术方案，下述实施例中，水泥为p.o.52.5普通硅酸盐水泥；
粗骨料为5-10mm连续级配的天然碎石，堆积密度为1477kg/m3，；细骨料为天然海砂，经测试含泥量为1.33％，含水率为3.5％，细度模数为0.9；减水剂为聚羧酸类高效减水剂；橡胶粉目数为30-60目；水玻璃为钠水玻璃，模数为2.6(调整模数使用的药品为na2o分析纯)。但都不限于此。
23.实施例1
24.一种兼具氯离子固化能力和韧性的海水海砂混凝土，包括如下重量份的原料：胶凝材料538份(由377份水泥和161份粉煤灰组成)，细骨料465份，粗骨料1016份，海水205份，减水剂3份，橡胶粉82份，水玻璃0份。
25.上述海水海砂混凝土的制备方法：
26.(1)按海水海砂混凝土的原料配方称取原料，将胶凝材料、橡胶粉、粗骨料与细骨料混合均匀，然后加入一半用量的海水，搅拌50s，得到混合料；
27.(2)将减水剂加入到另一半用量的海水中，混合均匀后，加入到步骤(1)的混合料中，搅拌2min，最后再加入水玻璃，搅拌3min后，得到海水海砂混凝土。
28.实施例2
29.一种兼具氯离子固化能力和韧性的海水海砂混凝土，包括如下重量份的原料：胶凝材料538份(由377份水泥和161份粉煤灰组成)，细骨料465份，粗骨料1016份，海水205份，减水剂3份，橡胶粉82份，水玻璃7份。
30.上述海水海砂混凝土的制备方法：
31.(1)按海水海砂混凝土的原料配方称取原料，将胶凝材料、橡胶粉、粗骨料与细骨料混合均匀，然后加入一半用量的海水，搅拌50s，得到混合料；
32.(2)将减水剂加入到另一半用量的海水中，混合均匀后，加入到步骤(1)的混合料中，搅拌2min，最后再加入水玻璃，搅拌3min后，得到海水海砂混凝土。
33.实施例3
34.一种兼具氯离子固化能力和韧性的海水海砂混凝土，包括如下重量份的原料：胶凝材料538份(由377份水泥和161份粉煤灰组成)，细骨料465份，粗骨料1016份，海水205份，减水剂3份，橡胶粉82份，水玻璃14份。
35.上述海水海砂混凝土的制备方法：
36.(1)按海水海砂混凝土的原料配方称取原料，将胶凝材料、橡胶粉、粗骨料与细骨料混合均匀，然后加入一半用量的海水，搅拌50s，得到混合料；
37.(2)将减水剂加入到另一半用量的海水中，混合均匀后，加入到步骤(1)的混合料中，搅拌2min，最后再加入水玻璃，搅拌3min后，得到海水海砂混凝土。
38.图1为实施例2制备的海水海砂混凝土的扫描电镜图，可以看到大量橡胶颗粒附着在粉煤灰以及水化产物表面，并且经过水玻璃改性后的橡胶粉表面变得光滑，与粉煤灰、c-s-h凝胶等水化产物的粘结性变得更强，使混凝土结构更加密实，从而阻碍氯离子在混凝土内部的迁移通道，提高了海水海砂混凝土的氯离子固化能力，图中还可以清晰的可见粉煤灰镶嵌在混凝土中，填充了混凝土的孔隙，使混凝土更为密实。
39.图2为实施例2制备的海水海砂混凝土的xrd图，可以看出，制得的海水海砂混凝土的主要水化产物为c-s-h凝胶、friedel盐、钙钒石(ettringite)、托贝莫来石(tobermorite)和ca(oh)2。
40.性能测试：
41.将实施例1-3的海水海砂混凝土拌合好后，装入100mm
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100mm
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100mm的试模，将试模移至震动台进行振捣，用刮刀将混凝土表面多余浆体刮除后在温度为20
±
2℃、湿度不低于95％的养护室中养护24h后拆模，拆模后继续在标准养护室内养护28d，得到混凝土试块。测试混凝土试块的抗压强度和抗折强度，并测试海水海砂混凝土的氯离子固化能力。
42.氯离子固化能力测试方法：将混凝土试块放入质量浓度为5％的nacl溶液中浸泡28d后，取出烘干，采用取芯机提取中心10mm
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10mm
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100mm长方体，剔除粗骨料后，磨碎并过筛，参照jts/t236-2019《水运工程混凝土试验检测技术规范》测定水溶性氯离子含量(cf)和氯离子总含量(c
t
)，固化氯离子含量为cb，cb＝c
t-cf，按如下公式计算氯离子固化率r：
43.r＝cb/cf44.测试结果见表1：
45.表1实施例1-3制得的海水海砂混凝土的性能测试结果
[0046][0047]
由表1的测试结果可知，本发明的海水海砂混凝土28d抗压强度随着水玻璃掺量的增加而降低，28d抗折强度随水玻璃掺量的增加而增长，折压比随着水玻璃掺量的增加而增长，海水海砂混凝土的韧性也越来越高。本发明实施例2的海水海砂混凝土的氯离子固化率为0.81，优于实施例1和3的海水海砂混凝土。

技术特征：

1.一种兼具氯离子固化能力和韧性的海水海砂混凝土，其特征在于，包括如下重量份的原料：胶凝材料500-600份，细骨料400-500份，粗骨料1000-1100份，海水200-220份，减水剂3-6份，橡胶粉80-90份，水玻璃0-15份；所述胶凝材料由水泥和矿物掺合料组成；所述细骨料为天然海砂，含泥量为1-2％，含水率为3-5％，细度模数为0.7-1.2。2.如权利要求1所述兼具氯离子固化能力和韧性的海水海砂混凝土，其特征在于，所述胶凝材料中，水泥占胶凝材料总质量的65-80％，矿物掺和料占胶凝材料总质量的20-35％。3.如权利要求1所述兼具氯离子固化能力和韧性的海水海砂混凝土，其特征在于，所述水泥选自硅酸盐水泥、铝酸盐水泥或硫酸盐水泥中的任意一种。4.如权利要求1所述兼具氯离子固化能力和韧性的海水海砂混凝土，其特征在于，所述矿物掺合料选自粉煤灰、矿粉或硅灰中的一种或两种以上任意比例的组合物。5.如权利要求1所述兼具氯离子固化能力和韧性的海水海砂混凝土，其特征在于，所述粗骨料为5-10mm连续级配的碎石。6.如权利要求1至5任一项所述兼具氯离子固化能力和韧性的海水海砂混凝土，其特征在于，所述橡胶粉的目数为30-60目。7.权利要求1至6任一项所述兼具氯离子固化能力和韧性的海水海砂混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按海水海砂混凝土的原料配方称取原料，将胶凝材料、橡胶粉、粗骨料与细骨料混合均匀，然后加入一半用量的海水，搅拌均匀，得到混合料；(2)将减水剂加入到另一半用量的海水中，混合均匀后，加入到步骤(1)的混合料中，搅拌均匀，最后再加入水玻璃，搅拌均匀后，得到海水海砂混凝土。

技术总结

本发明涉及一种兼具氯离子固化能力和韧性的海水海砂混凝土，包括如下重量份的原料：胶凝材料500-600份，细骨料400-500份，粗骨料1000-1100份，海水200-220份，减水剂3-6份，橡胶粉80-90份，水玻璃0-15份；所述胶凝材料由水泥和矿物掺合料组成；所述细骨料为天然海砂。本发明通过使用价格低廉的橡胶粉，利用水玻璃对橡胶粉进行改性，增强混凝土的密实性，阻碍氯离子迁移通道，并且通过水玻璃激发胶凝材料活性，促进海水海砂混凝土在早期生成更多水化产物，提高海水海砂混凝土的氯离子的固化能力，本发明的海水海砂混凝土具有优异的韧性和氯离子固化能力，还具有优良的韧性，并且制备工艺简单，成本低。成本低。成本低。