專利名稱：一種用于鹽堿腐蝕環(huán)境中高性能混凝土的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混凝土，特別涉及一種高性能混凝土。
技術(shù)背景
自從1擬4年波特蘭水泥發(fā)明開始，混凝土材料使用至今已經(jīng)接近190年的歷史， 以水泥為膠結(jié)材的混凝土也取得了具大的發(fā)展，混凝土作為主要建筑材料之一在世界各國得到了最廣泛的應(yīng)用。隨著時代的發(fā)展，人類對科學(xué)技術(shù)認識能力的提高，節(jié)約資源、能源， 環(huán)境保護理念的提出，對于大跨度橋梁、高層及超高層建筑、高速公路、地下結(jié)構(gòu)、海底隧道、大型提壩等混凝土結(jié)構(gòu)物，由于其所處環(huán)境和受力特點對混凝土材料從強度到耐久性均提出了更高的要求，于是“高性能混凝土的理論”就基于工程建筑的這些需求而產(chǎn)生。
高性能混凝土不是混凝土的一個品種，而是達到工程結(jié)構(gòu)耐久性的質(zhì)量要求和目標，是滿足不同工程要求的性能和具有勻質(zhì)性的混凝土，是能更好地滿足結(jié)構(gòu)功能要求和施工工藝要求的混凝土，能最大限度地延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限，降低工程綜合造價。
我國一些地域?qū)冫}堿地區(qū)，如濱海鹽堿地區(qū)，其環(huán)境特殊CL_、^^—、mg2+三種離子的含量極高，因為水分蒸發(fā)后留下鹽堿結(jié)晶體，使得這些地區(qū)的離子濃度高出正常環(huán)境的幾倍甚至十幾倍，腐蝕程度已經(jīng)不能用F級(注F級為環(huán)境作用等級6級中的最高級極端嚴重)去評定。這就是一些高濃鹽堿地區(qū)的新建混凝土橋梁結(jié)構(gòu)在運營不到一年的時間里就發(fā)生嚴重的鹽吸附的原因。從鋼筋混凝土的各種腐蝕因素看，大部分都與混凝土的滲透有關(guān)。實踐證明采用高性能混凝土是在惡劣的的鹽堿腐蝕環(huán)境下提高結(jié)構(gòu)耐久性的基本措施，它具有較強的抗?jié)B性，同時有利于提高結(jié)構(gòu)對破張力的抵抗能力，且有利于橋梁結(jié)構(gòu)輕型化。如何提高混凝土耐久性，保證鹽堿地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)壽命，是當前需要解決的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)鹽堿地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)壽命短的問題，提供一種能夠提高鋼筋混凝土對腐蝕環(huán)境的抵抗能力，實現(xiàn)混凝土耐久性的高性能混凝土。
本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下
一種用于鹽堿腐蝕環(huán)境中高性能混凝土，每立方米混凝土中各材料用量為水泥 300-400kg,礦渣粉 60-120kg,砂 700_720kg，石 1130-1150kg，外加齊[J 10-12. 5kg,水 145-153kgo
所述水泥為硅酸鹽類水泥。
所述礦渣粉為S95或S95以上級別礦渣粉。
所述礦渣粉含量較佳為70_100kg/m3。
所述外加劑為高效減水劑或復(fù)合高效減水劑，所述高效減水劑或復(fù)合高效減水劑減水率大于20%。
所述外加劑摻加阻銹劑或復(fù)合防腐阻銹劑成分。
所述砂細度模數(shù)為2. 8-3. 0。
所述石為碎石5_25mm連續(xù)級配，壓碎值6%。
所述高性能混凝土材料用于橋面鋪裝和伸縮縫的還含有鋼纖維。所述鋼纖維抗拉強度大于等于600Mpa，最大長度小于等于粗集料最大公稱粒徑的2倍，最短長度大于等于粗集料最大公稱粒徑的1/3。
本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明的高性能混凝土通過降低水灰比和擴大膠結(jié)材料的比表面積而達到高強度，高密實度，高早期強度，同時抵抗氯離子的滲透性。同時在混凝土配合比中摻入適量鋼筋阻銹劑，提高了混凝土中鋼筋抵抗氯離子的能力，加強了對混凝土中鋼筋的保護。根據(jù)鋼筋混凝土中的鋼筋腐蝕破壞成因，一般我國水泥中含堿較高的特點， 在混凝土配比中通過摻入適量的礦渣粉、高效減水劑等，加強對混凝土的試驗檢測，嚴格控制混凝土的堿含量等措施，可以抑制混凝土堿集料反應(yīng)，從而使配制的高性能混凝土達到抗?jié)B、抗氯離子、抗碳化的優(yōu)異性能，大大降低混凝土腐蝕破壞的可能性，提高混凝土的耐久性。
具體實施方式
下面結(jié)合天津市濱海新區(qū)獨流減河特大橋高性能混凝土系列配合比技術(shù)成果實例具體闡述本發(fā)明的實施方式。
1.獨流減河特大橋結(jié)構(gòu)形式簡述
獨流減河特大橋是天津市濱海新區(qū)海景大道南延線布置的主要橋涵構(gòu)筑物，它的橋位位于天津市大港區(qū)東南，橋梁全長1454. 160m，全寬25m，修筑起點樁號K6+439. 170，終點樁號K7+893. 330，修筑面積為36354m2。橋梁起點橋臺位于荒地排污河北提岸，橫跨荒地排污河、熱火河、海得潤滋料場、獨流減河，終點橋臺坐落于獨流減河南提岸，線路走線與河道基本垂交。橋梁主要設(shè)計技術(shù)指標橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準期為100年；橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計安全等級一級；設(shè)計洪水頻率P = 1/200 ；基本地震烈度VII度；抗震重要性系數(shù)1. 7 ；橋梁上、下行橋結(jié)構(gòu)分開，上下行橋間中央分隔帶位置設(shè)置防撞護欄，上部結(jié)構(gòu)采用30米、27米跨徑的簡支預(yù)應(yīng)力小箱梁。橋梁下部結(jié)構(gòu)中墩、邊墩基礎(chǔ)分幅設(shè)置，中墩采用樁接柱上設(shè)牛角蓋梁形式，邊墩采用邊蓋梁形式，墩位為直徑1. 5m的圓柱形墩柱，樁基是直徑1. 2m和 1. 8m的單排鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁基之間通過系梁連接。根據(jù)特大橋設(shè)計要求及濱海鹽堿地區(qū)腐蝕環(huán)境特點，特大橋混凝土全部采用高性能混凝土。橋梁下部結(jié)構(gòu)的樁基、承臺、系梁、 蓋梁、橋臺混凝土采用C35高性能混凝土 ；橋梁上部結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力箱梁、濕接縫、橫隔梁現(xiàn)澆、 橋面鋪筑采用C50高性能混凝土。
2.獨流減河特大橋高性能混凝土配合比設(shè)計總體思路
獨流減河特大橋混凝土配合比設(shè)計方案考慮濱海鹽堿地區(qū)腐蝕環(huán)境特點，重點以滿足橋梁混凝土耐久性要求為設(shè)計目標，特大橋混凝土設(shè)計均采用高性能混凝土
(1)橋梁下部結(jié)構(gòu)樁基采用大塌落度C35高性能混凝土 ；
(2)橋梁系梁、墩柱、蓋梁、地揪、搭板采用C35高性能混凝土 ；
(3) 27米、30米預(yù)應(yīng)力小箱梁預(yù)制梁體采用C50高性能混凝土 ；
(4)梁端封錨、懸臂、橫隔梁現(xiàn)澆采用C50微膨脹高性能混凝土 ；
(5)橋面鋪裝采用C50防水高性能混凝土 ；
(6)梁伸縮縫兩側(cè)采用C50銑削鋼纖維高性能混凝土。
3.獨流減河特大橋混凝土品質(zhì)要求
混凝土要求下部結(jié)構(gòu)混凝土最大水膠比控制在0.40，最大氯離子含量0. 10%, 最大堿含量3. 0kg/m3。上部結(jié)構(gòu)最大水膠比控制在0. 36，最大氯離子含量0. 06%，最大堿含量 3. 0kg/m3 ；
混凝土環(huán)境作用等級防護要求上部結(jié)構(gòu)混凝土需滿足環(huán)境作用等級E級，墩柱、 防撞墻和橋面鋪裝混凝土作用等級為F級，橋梁下部結(jié)構(gòu)的樁基、承臺、系梁、蓋梁、橋臺等結(jié)構(gòu)混凝土按環(huán)境作用D級采取防護措施；
混凝土耐久性要求混凝土抗凍性的耐久性指數(shù)DF(% )，樁基、墩柱、承臺、蓋梁、 橋臺DF值取70 %，防撞墻和橋面鋪裝取80 %，上部結(jié)構(gòu)梁體DF值取60 %。
4.獨流減河特大橋混凝土所用材料品質(zhì)要求
(1)水泥因為本工程存在腐蝕，因此要求水泥中C3A含量不得超過8 %，水泥細度不得大于350m2/kg，游離氧化鈣不超過1. 5%。氯離子含量預(yù)應(yīng)力混凝土要求小于 0.06%。堿含量要求小于0.60%。應(yīng)選用硅酸二鈣含量較高而水化熱較低的硅酸鹽類水泥。配合比試驗選取天津本地產(chǎn)42. 5水泥、山東產(chǎn)普通42. 5R (兩水泥的28天抗壓強度均超過 50. OMpa)。
(2)礦粉依據(jù)國家標準(GB/T18046-2008)〈用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉 > 有如下規(guī)定礦渣粉共分為三級，S105、S95、S75，應(yīng)選用S95以上級別的礦渣粉，技術(shù)指標礦渣粉密度不小于2. 8g/cm3 ；比表面積不小于350m2/kg，三氧化硫不大于4. 0%， 氯離子含量不大于0. 06%，燒失量不大于3. 0%。混凝土配合比應(yīng)適當加大礦物摻合料摻量，控制摻量在60-120kg/m3，配比試驗選用天津本地和唐山生產(chǎn)S95礦渣粉對比試驗(兩礦粉的活性指數(shù)均達到S105級)。
(3)外加劑應(yīng)選用減水效果好的高效減水劑或復(fù)合高效減水劑。要求減水率大于20 %，實測減水率大于25 %，并應(yīng)摻加阻銹劑或復(fù)合防腐阻銹劑成分，所有外加劑在試配使用前需要做與水泥的適應(yīng)性試驗。
(4)細骨料配制混凝土用砂為閩江河砂，質(zhì)地堅硬，篩分曲線居中。含泥量 0.2%，泥塊含量0.0%，細度模數(shù)為Mx = 2. 8，堆積密度為U4g/cm3，表觀密度為2. 62g/ cm3。
(5)粗骨料碎石為薊縣產(chǎn)碎石5-25mm連續(xù)級配，最大公稱粒徑為25mm，含泥量 0.2%,泥塊含量0.0%，針片狀含量7 %，壓碎值6 %，表觀密度為2. 74g/cm3。
(6)鋼纖維銑削型鋼纖維要求抗拉強度不應(yīng)低于600MPa ；鋼纖維最大長度不應(yīng)大于50mm(粗集料最大公稱粒徑的2倍)，最短長度不小于10mm(粗集料最大公稱粒徑的 1/3)，每立方米混凝土加入50kg鋼纖維。
5.高性能混凝土配合比設(shè)計及試配過程(以C50混凝土為例)
橋梁箱梁C50高性能混凝土配合比設(shè)計依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》 (JGJ55-2000)、((JTJ275-2000海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)規(guī)范》
工程應(yīng)用時施工條件與實驗室條件差異對混凝土的強度和有關(guān)參數(shù)指標的影響特別大，高性能混凝土尤為突出。試驗配合比會和施工配合比有差異，這一點要引起注意。
(1)膠凝材料用量的選擇根據(jù)經(jīng)驗，C50混凝土膠凝材料用量450kg_550kg能夠滿足強度要求，我們選擇500kg進行試驗，實際施工中根據(jù)強度評定情況給予適當調(diào)整。
(2)摻合料選擇因為特大橋工程處于潮濕環(huán)境，水中環(huán)境和潮濕土中環(huán)境，地下水化學(xué)腐蝕較為嚴重，不得單獨采用硅酸鹽或普通硅酸鹽，也不得單獨采用抗硫酸鹽水泥， 不選擇摻加粉煤灰的方案。選擇大摻量或較大摻量礦物摻合料的的配合比設(shè)計方案。
(3)礦物摻合料礦粉的主要特點a減少坍落度損失；b大大提高混凝土耐久性；c 對混凝土的顯著增強作用；d優(yōu)良的堿骨料抑制劑；f增強混凝土的抗腐蝕性；g提高混凝土的可泵性；h減少混凝土泌水。性能；強度較高、凝結(jié)硬化較快、耐凍性好、和易性好。
(4)礦粉摻量選擇為滿足生產(chǎn)進度要求，保證混凝土的早期強度，達到2 3天脫模的要求，我們選擇水泥摻量20-40%左右礦粉摻量。
(5)砂率的選擇高性能混凝土常用砂率在36% -42%之間，但從泵送混凝土角度考慮，砂率過小，導(dǎo)致流變參數(shù)下降，對可泵性不利，容易堵塞管道。工程實踐證明，使用中砂時，砂率一般控制在40 %左右最佳。通常情況下，砂率的稍微調(diào)整對混凝土的強度無明顯影響，較大砂率有利于減少粗骨料界面氫氧化鈣聚集和混凝土在輸送管內(nèi)的阻力，能提高混凝土強度的穩(wěn)定性。試拌混凝土?xí)r砂率控制為40%，確定其他材料摻量后，再細調(diào)最佳砂率。
(6)坍落度的控制箱梁混凝土入模坍落度應(yīng)不小于120mm。為確保其可泵性，考慮到環(huán)境溫度和輸送距離及混凝土在輸送管內(nèi)的坍落度損失，混凝土出機坍落度應(yīng)該控制在140士20mm，30min內(nèi)損失不大于20mm。
(7)含氣量的控制提高含氣量對混凝土的耐久性有較大好處，但對外觀質(zhì)量影響較大。混凝土出機含氣量控制在2-4%。
(8)確定基準配合比根據(jù)以上方案原則，我們將選定的原材料分兩批進行配制。 第一批配制了 18組、平均強度Ii28 = 66. 4MPa，運用18組試驗結(jié)果進行回歸分析，確定初步配合比。第二批運用初步配合比進行調(diào)試和驗證制件12組，平均強度Ii28 = 67. 8MPa，再次用12組試驗結(jié)果進行回歸分析和建立回歸方程。通過對兩批配制混凝土進行強度結(jié)果比較，并進行經(jīng)濟分析，確定基準配合比如表1
表1混凝土基準配合比(kg/m3)
編號水泥粉煤灰礦粉砂石外加劑水G-C50400/100710113012.5150
6.混凝土拌合性能試驗
試驗采用60L的攪拌機，攪拌采用二次攪拌工藝，其投料順序為投入砂一投入膠凝材料一預(yù)拌30s —投入液態(tài)材料一繼續(xù)攪拌30s —投入粗骨料繼續(xù)攪拌120s —出機。出機后立即進行初始坍落度、擴散度試驗和含氣量測試，靜置30min，再做坍落度、擴散度和泌水率試驗。所配制的C50高性能混凝土具有如下性能指標
(1)坍落度130-160mm，不離析，不泌水，和易性良好；
(2)坍落度損失30min損失最大值為20mm ；
(3)擴展度450-490mm ；
(4)含氣量2.8%-3.5% ；
(5)表觀密度2400-M20kg/m3
(6)高性能混凝土和普通混凝土力學(xué)性能試驗對照表2
表2列出了 C50、C35強度等級的高性能混凝土(G)與普通混凝土(P)的不同齡期力學(xué)性能數(shù)據(jù)的對比資料，可以看出高性能混凝土顯著優(yōu)于普通混凝土，其特點是早期強度高，后期強度增長穩(wěn)定，C35低強度等級的3-5可達設(shè)計強度，C50高強度等級的5-7天可達設(shè)計強度等級，彈性模量的數(shù)據(jù)也比普通混凝土的好的多。試驗數(shù)據(jù)表明C35、C50高性能混凝土強度具有穩(wěn)定性和可行性，滿足C35、C50混凝土的配制要求，富余系數(shù)合理，且強度發(fā)展情況良好，能夠滿足結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計和施工要求。
表2普通和高性能混凝土力學(xué)性能試驗結(jié)果對比
權(quán)利要求
1.一種用于鹽堿腐蝕環(huán)境中高性能混凝土，其特征在于，每立方米混凝土中各材料用量為水泥300-400kg，礦渣粉60-120kg，砂700_720kg，石1130-1150kg，外加劑 10-12. 5kg，水 145-153kg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于鹽堿腐蝕環(huán)境中高性能混凝土，其特征在于，所述水泥為硅酸鹽類水泥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于鹽堿腐蝕環(huán)境中高性能混凝土，其特征在于，所述礦渣粉為S95或S95以上級別礦渣粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于鹽堿腐蝕環(huán)境中高性能混凝土，其特征在于，所述礦渣粉含量為 70-100kg/m3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于鹽堿腐蝕環(huán)境中高性能混凝土，其特征在于，所述外加劑為高效減水劑或復(fù)合高效減水劑，所述高效減水劑或復(fù)合高效減水劑減水率大于20%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于鹽堿腐蝕環(huán)境中高性能混凝土，其特征在于，所述外加劑摻加阻銹劑或復(fù)合防腐阻銹劑成分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于鹽堿腐蝕環(huán)境中高性能混凝土，其特征在于，所述砂細度模數(shù)為2. 8-3.0。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于鹽堿腐蝕環(huán)境中高性能混凝土，其特征在于，所述石為碎石5-25mm連續(xù)級配，壓碎值小于6%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于鹽堿腐蝕環(huán)境中高性能混凝土，其特征在于，所述高性能混凝土材料還含有鋼纖維。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述用于鹽堿腐蝕環(huán)境中高性能混凝土，其特征在于，所述鋼纖維抗拉強度大于等于600Mpa，最大長度小于等于粗集料最大公稱粒徑的2倍，最短長度大于等于粗集料最大公稱粒徑的1/3。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于鹽堿腐蝕環(huán)境中高性能混凝土，每立方米混凝土中各材料用量為水泥300-400kg，礦渣粉60-120kg，砂700-720kg，石1130-1150kg，外加劑10-12.5kg，水145-153kg。本發(fā)明的高性能混凝土通過降低水灰比和擴大膠結(jié)材料的比表面積而達到高強度，高密實度，高早期強度，同時抵抗氯離子的滲透性。同時在混凝土配合比中摻入適量鋼筋阻銹劑，提高了混凝土中鋼筋抵抗氯離子的能力，加強了對混凝土中鋼筋的保護。
文檔編號C04B111/20GK102491706SQ20111037764
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月24日
發(fā)明者馮笳時, 張少昆, 徐蕾, 李修權(quán), 焦迎杰, 王天賓 申請人:天津二十冶建設(shè)有限公司