一种耐腐蚀防渗混凝土材料及其制备方法

技术领域

本申请涉及混凝土材料领域，更具体地说，它涉及一种一种耐腐蚀防渗混凝土材料及其制备方法。

背景技术

在工业、民用建筑的地下构筑物、储水构筑物等建筑工程中，一般会对混凝土的耐腐蚀以及抗渗性能有一定的要求。

普通混凝土通过改善级配提高混凝土的密实度，减少混凝土内部结构孔隙连续相通性，以提高混凝土的抗渗性能，但仅通过改善级配难以完全消除混凝土内部结构的孔隙，水中的硫酸盐或氯盐等有害离子容易渗入至混凝土外部孔隙中分解混凝土的水化产物，使得混凝土的孔隙从外到内被破坏连通，致使混凝土的抗渗性能逐渐降低，混凝土的强度也随之降低。

基于上述现有技术，发明人认为，现有的混凝土存在外部水分容易渗入至混凝土的孔隙中，对混凝土的内部结构容易造成侵蚀性的问题，影响混凝土的防渗性和耐久性。

发明内容

为了提高混凝土材料的防渗以及耐腐蚀性能，本申请提供一种耐腐蚀防渗混凝土材料及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种耐腐蚀防渗混凝土材料，采用如下的技术方案：

一种耐腐蚀防渗混凝土材料，包含以下重量份的原料组成：

水泥420～450份；

水190～210份；

细砂：520～550份；

碎石：300～320份；

矿物掺和料55～73份；

氧化镁5.5～8.5份；

聚硅氧烷消泡剂6.9～7.8份；

纳米硫磺4.8～6.3份；

所述聚硅氧烷消泡剂包括六甲基二硅氧烷、八甲基环四硅氧烷以及十二甲基环六硅氧烷。

优选的，所述六甲基二硅氧烷、八甲基环四硅氧烷以及十二甲基环六硅氧烷按重量份的比例为1：(1.2～1.5)：(0.5～0.8)

优选的，所述矿物掺和料包括硅粉、粒化高炉矿渣粉、以及粉煤灰，所述硅粉、粒化高炉矿渣粉、以及粉煤灰，所述硅粉、粒化高炉矿渣粉、以及粉煤灰按重量份占比为1：(1～2)：(1～2)。

通过采用上述技术方案，由于采用氧化镁、聚硅氧烷消泡剂以及纳米硫磺的相互配合，使得制备的混凝土材料具有良好的防渗性能以及耐腐蚀的性能，且具有适宜的初凝时间和终凝时间以满足施工需求，广泛适用于对耐水土腐蚀有一定要求的建筑工程中。

发明人猜测，聚硅氧烷消泡剂不仅起到了减少混凝土内部的孔隙的作用，并且与氧化镁、纳米硫磺相互配合，纳米硫磺与包含有六甲基二硅氧烷、八甲基环四硅氧烷以及十二甲基环六硅氧烷的聚硅氧烷消泡剂在混凝土内部结构的孔隙界面形成疏水的网状结构，减缓了水分蒸发速度以配合氧化镁延迟性的水化膨胀，使混凝土在养护过程中内部的孔隙被填充，纳米硫磺与氧化镁的水化产物一同粘附在孔隙界面之间，使有害离子受到纳米硫磺的隔挡不易渗入孔隙内部，从而提高了混凝土的防渗性能以及耐腐蚀性能，使混凝土材料具有良好的耐久性。

优选的，还包括重量份为7～10份的液态硅酸钠。

通过采用上述技术方案，使混凝土的终凝时间缩短，可能的原因是氧化镁在水化反应时一部分的镁离子与硅酸钠生成硅酸镁晶体，提高了混凝土的粘聚性，同时能够提高纳米硫磺的粘附性，使纳米硫磺更好地依附于孔隙界面以堵塞混凝土内部结构的毛细孔隙，进一步提高了混凝土的防渗性能和耐腐蚀性能。

优选的，所述细砂的平均粒径为1～2mm，所述碎石平均粒径为10～20mm。

通过采用上述技术方案，适宜的细沙和碎石粒径，能够减少混凝土内部孔隙，使混凝土固化后具有较好的防渗性，并且具备一定的抗压强度，有较好的耐久性。

第二方面，本申请提供一种耐腐蚀防渗混凝土材料的制备方法，采用如下的技术方案：

一种耐腐蚀防渗混凝土材料的制备方法，至少包括以下步骤：

步骤一、按相应重量份称取矿物掺和料和氧化镁，混合均匀得到掺和料组分一；

步骤二、按相应重量称取纳米硫磺和聚硅氧烷消泡剂，混合均匀得到掺和料组分二；

步骤三、将掺和料组分一、掺和料组分二以及其他原料混合搅拌均匀，制得耐腐蚀防渗混凝土材料。

通过采用上述技术方案，使氧化镁更好地分布在矿物掺和料中进行水化反应，纳米硫磺与聚硅氧烷消泡剂相互配合形成均质性良好的疏水界面，封闭混凝土内部孔隙促进氧化镁充分膨胀，从而减小混凝土稳定孔隙率，使混凝土具有较好的密实性，纳米硫磺稳定地固结堵塞于孔隙中，对有害离子的渗入有一定的阻隔效果，使混凝土具有良好的防渗性能和防腐蚀性能。

优选的，步骤三中将掺和料组分一、掺和料组分二以及其他原料置于真空搅拌机中并抽真空至-0.08Mpa～-0.1Mpa进行搅拌。

通过采用上述技术方案，使搅拌过程中混凝土的内部气泡能够更好的排出，减少了混凝土的孔隙率，提高了混凝土的结构密实性，从而使混凝土具有更好的防渗性能和防腐蚀性能。

优选的，步骤二中的纳米硫磺和聚硅氧烷消泡剂，升温至60～70℃进行搅拌。

通过采用上述技术方案，使纳米硫磺不易在聚硅烷消泡剂中团聚，提高了纳米硫磺的在聚硅氧烷消泡剂中的分散性，从而使纳米硫磺更均匀通过聚硅氧烷消泡剂分布在混凝土的孔隙界面，提高了混凝土的防腐蚀性能。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请采用在混凝土中掺入氧化镁、纳米硫磺以及含有六甲基二硅氧烷、八甲基环四硅氧烷和十二甲基环六硅氧烷的聚硅氧烷消泡剂，聚硅氧烷消泡剂与纳米硫磺能够减缓混凝土的水化反应，与氧化镁相配合延长混凝土的养护时间，使混凝土内部孔隙充分被氧化镁水化反应生成的晶体所填充，从而减少混凝土的孔隙率，同时，粘附于混凝土孔隙界面的纳米硫磺有较好的耐腐蚀性，能够阻碍有害离子破坏混凝土中的水化产物，从而使混凝土具备优良的防渗性能和耐腐蚀性能。

2、本申请中优选采用在混凝土中加入液态硅酸钠，提高混凝土的粘聚性以缩短终凝时间，使混凝土在施工时具有良好的塑性，同时，液态硅酸钠在混凝土中反应生成的晶体有利于提高纳米硫磺的粘附性，从而使纳米硫磺更好地堵塞混凝土内部孔隙，进一步提高混凝土的防渗性能和耐腐蚀性能。

3、本申请的方法，通过在搅拌过程中抽真空，使孔隙中的空气更好地溢出，从而降低了混凝土的孔隙率，使混凝土具有更好的密实性。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

以下制备例、实施例以及对比例中所用的原料来源信息详见表1。

表1

实施例

实施例1-3

步骤一、按照表2称取相应重量份的矿物掺和料和氧化镁，以转速60r/min常温常压搅拌5min得到掺和料组分一；

步骤二、按照表2称取相应重量份的纳米硫磺和聚硅氧烷消泡剂，以转速为80r/min常温常压搅拌30min，得到掺和料组分二；

步骤三、将掺和料组分一、掺和料组分二以及其他原料置于搅拌机中，以转速为60r/min常温常压搅拌30min，制得耐腐蚀防渗混凝土材料。

实施例1-3所使用的矿物掺和料为粉煤灰，聚硅氧烷消泡剂为六甲基二硅氧烷、八甲基环四硅氧烷以及十二甲基环六硅氧烷按照重量份1:1:1的配比组成，详细用量(单位：kg)见表2。

表2

实施例1-3中，细砂的平均粒径为2mm，碎石的平均粒径为10mm。

实施例4

本实施例与实施例3的区别仅在于，聚硅氧烷消泡剂为六甲基二硅氧烷、八甲基环四硅氧烷以及十二甲基环六硅氧烷按照重量份1:1.2:0.8的配比组成。

实施例5

本实施例与实施例3的区别仅在于，聚硅氧烷消泡剂为六甲基二硅氧烷、八甲基环四硅氧烷以及十二甲基环六硅氧烷按照重量份1:1.5:0.5的配比组成。

实施例6

本实施例与实施例3的区别仅在于，矿物掺和料为硅粉、粒化高炉矿渣粉、以及粉煤灰按照重量份1:1:2的配比组成。

实施例7

本实施例与实施例3的区别仅在于，矿物掺和料为硅粉、粒化高炉矿渣粉、以及粉煤灰按照重量份1:2:1的配比组成。

实施例8-10

实施例8-10与实施例3的区别仅在于，步骤三中还投入液态硅酸钠,实施例8-10的液态硅酸钠投加量分别为7kg、8kg、10kg。

实施例11

实施例11与实施例3的区别仅在于，细砂的平均粒径为1mm，碎石的平均粒径为20mm。

实施例12-14

实施例12-14与实施例3的区别仅在于，步骤二中将纳米硫磺与聚硅烷消泡剂进行加热搅拌，实施例12-14的加热温度分别为40℃、60℃、70℃。

实施例15-16

实施例15-16与实施例3的区别仅在于，步骤三中将掺和料组分一、掺和料组分二以及其他原料置于真空搅拌机中抽真空搅拌，实施例15-16中分别抽真空至-0.08Mpa、-0.1Mpa。

对比例

对比例1

对比例1与实施例3的区别仅在于，由等重量份的细砂替换氧化镁。

对比例2

对比例2与实施例3的区别仅在于，由等重量份的细砂替换纳米硫磺。

对比例3

对比例3与实施例3的区别仅在于，聚硅氧烷消泡剂为八甲基环四硅氧烷和十二甲基环六硅氧烷按照重量份1:1的配比组成。

对比例4

对比例4与实施例3的区别仅在于，聚硅烷消泡剂为六甲基二硅氧烷和十二甲基环六硅氧烷按照重量份1:1的配比组成。

对比例5

对比例5与实施例3的区别仅在于，聚硅烷消泡剂为六甲基二硅氧烷和八甲基环四硅氧烷按照重量份1:1的配比组成。

性能检测试验

实验1

根据《GB/T 50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》检测各实施例和对比例制备的耐腐蚀防渗混凝土试件在养护28d后的平均渗水高度(单位：mm)，试件的平均渗水高度值越大，则试件的抗水渗透性能越差。

实验2

根据《GB/T 50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》检测各实施例和对比例制备的耐腐蚀防渗混凝土试件在150次受硫酸盐腐蚀干湿循环后的抗压强度(单位：Mpa)，以及在标准养护同龄期后的抗压强度(单位：Mpa)。

实验3

根据《GB/T 1346-2011水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法》检测各实施例和对比例制备的耐腐蚀防渗混凝土试件的初凝时间(单位：min)和终凝时间(单位：min)。

实验1-3的具体检测数据详见表3。

表3

根据表3中对比例1-5与实施例3的数据对比可得，当氧化镁、纳米硫磺以及含有六甲基二硅氧烷、八甲基环四硅氧烷以及十二甲基环六硅氧烷的聚硅氧烷消泡剂共同作用于混凝土材料中时，大幅减低了混凝土的渗水高度，使混凝土材料具有良好的防渗效果，同时，使混凝土材料在硫酸盐腐蚀环境中体现出优异的耐腐蚀性能。此外，氧化镁、纳米硫磺以及聚硅氧烷消泡剂相互配合，使混凝土的初凝时间较长、终凝时间较短，更能满足施工需求，并且对混凝土固化后的抗压强度无明显影响，使耐腐蚀防渗混凝土材料具有优良的质量。

根据实施例4-5与实施例3的数据对比可得，六甲基二硅氧烷、八甲基环四硅氧烷以及十二甲基环六硅氧烷三者的混合比例在适宜的范围内，与纳米硫磺以及氧化镁的配合能够发挥更好的防渗和耐腐蚀效果。根据实施例6-7与实施例3的数据对比可得，矿物掺和料选择由硅粉、粒化高炉矿渣粉、以及粉煤灰并按适宜的比例混合，能够改善水泥与其他原料混合的相容性，使耐腐蚀防渗混凝土材料能够体现更佳的防渗性和耐腐蚀性。

根据实施例8-10与实施例3的数据对比可得，液态硅酸钠能够减小耐腐蚀防渗混凝土材料的平均渗水高度，对提高耐腐蚀防渗混凝土材料的抗压强度、耐硫酸盐腐蚀性能均有帮助，并且使混凝土维持较长的初凝时间的同时，进一步缩短了混凝土的终凝时间，使耐腐蚀防渗混凝土材料的质量更佳。

根据实施例12-14与实施例3的数据对比可得，在对耐腐蚀防渗混凝土材料的制备过程中，将纳米硫磺与聚硅烷消泡剂加热至一定温度范围中进行搅拌混合时，能够提高纳米硫磺与聚硅烷消泡剂的均质性，加强耐腐蚀防渗混凝土材料的耐硫酸盐腐蚀性能。而相比实施例15-16与实施例3的数据可得，各原料组分置于适宜的真空度中进行混合搅拌时，能够减少混凝土的孔隙率，提高耐腐蚀防渗混凝土材料的防渗性能。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。