一种适用于海洋环境的抗裂耐腐蚀混凝土及其制备方法与流程

本发明涉及复合材料制备领域，尤其涉及一种适用于海洋环境的抗裂耐腐蚀混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、海洋混凝土结构的寿命取决于混凝土的力学性能和耐久性能，耐久性问题通常是由环境因素导致的性能下降引起的，特别是在恶劣的环境中。除氯化物和硫酸盐的侵蚀和冲刷作用，海洋混凝土也会受到其他因素的破坏，例如干湿、冻融和碳化。在潮汐带，混凝土在干湿和冻融循环的作用下不仅受到海水的侵蚀作用，还要受到海水的冲刷作用。在飞溅区，混凝土受到海水干湿循环的影响更为严重，并伴有一定量的碳化，从而加剧了海洋混凝土耐久性和力学性能的恶化。在淹没区，海洋混凝土完全浸没在海水中，大部分被腐蚀性介质侵蚀。在大气区，暴露在空气中的海洋混凝土通常会受到二氧化碳的侵蚀，导致混凝土碳化。因此，海洋环境下的各类工程对混凝土的力学性能和耐久性具有更高的要求。

2、为了更好地解决海洋环境下混凝土在多种环境因素耦合作用下的力学性能和耐久性退化问题，研究人员和工程技术人员研发出多种针对海洋环境的混凝土。

3、例如，公开号为cn115304325b的中国发明专利公开了一种防开裂耐腐蚀的海洋混凝土，该混凝土按重量分数配比，其成分包括水泥55-60份，粉煤灰20-25份，矿渣粉25-40份，粗骨料195-205份，细骨料272-322份，减水剂1-3份，水30-45份，pmma包覆二氧化钛纳米颗粒3-7份；

4、公开号为cn111978036b的中国发明专利公开了一种c50级海洋高性能混凝土，该混凝土由以下配比的组分制成：水泥330-340kg/m、粉煤灰30-40kg/m3、矿粉60-70kg/m3、煅烧高岭土30-40kg/m3、细集料750-800kg/m3、粗集料1050-1100kg/m3、减水剂8-10kg/m3、阻锈剂8-9kg/m3、水150-160kg/m3、乙酰化二淀粉磷酸酯0.4-0.6kg/m3、焦磷酸一氢三钠0.4-0.6kg/m3；

5、上述专利在一定程度上提高了混凝土的耐久性，使得混凝土在海洋环境下的使用寿命得以提高，但都忽略了对混凝土抗裂性能的增强。然而，混凝土在使用过程中难免会出现开裂，一旦混凝土开裂，各种有害物质通过裂缝进入混凝土基体内部，混凝土寿命会严重下降，而上述混凝土并未针对混凝土的抗裂性能做出配合比调整措施。对于混凝土基体而言，混凝土开裂后，裂缝若能及时愈合，有害离子进入混凝土的通道关闭，混凝土的耐久性会受到保障。因此，基于上述内容，为了提高混凝土的抗裂性能，本发明研究了一种适用于海洋环境的抗裂耐腐蚀混凝土及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术的不足，而提供一种适用于海洋环境的抗裂耐腐蚀混凝土及其制备方法。

2、本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种适用于海洋环境的抗裂耐腐蚀混凝土，包括以下质量份数的组分：水泥300-310份、粉煤灰30-40份、矿粉20-30份、微硅粉10-15份、细骨料770-790份、粗骨料900-950份、减水剂8-10份、拌合水130-135份、重质碳酸钙15-18份、复合抗裂剂12-17份、聚丙烯纤维0.6-0.8份；

3、复合抗裂剂由膨润土、l-天冬氨酸、乙二胺四乙酸四钠、纳米二氧化硅、柠檬酸和甲基硅酸钠组成，且膨润土、l-天冬氨酸、乙二胺四乙酸四钠、纳米二氧化硅、柠檬酸和甲基硅酸钠之间的质量之比为100:70：7：15：10：90；膨润土为工业级钠基膨润土，纳米二氧化硅的平均粒径为25-35nm。

4、特别的，水泥为p·o42.5级普通硅酸盐水泥。

5、特别的，粉煤灰为f类ⅰ级或ⅱ级粉煤灰。

6、特别的，矿粉为s95级以上粒化高炉矿渣粉。

7、特别的，细骨料为河砂，细度模数为2.5-2.9，含泥量小于1.8％，泥块含量小于0.5％。

8、特别的，粗骨料的粒径范围为5-20mm，级配为连续级配，含泥量小于0.6％，泥块含量小于0.3％。

9、特别的，减水剂为高效聚羧酸减水剂。

10、特别的，重质碳酸钙的粒度为400-500目。

11、特别的，聚丙烯纤维的直径为20-30μm，长度为12-15mm，抗拉强度不小于500mpa。

12、一种适用于海洋环境的抗裂耐腐蚀混凝土的制备方法，包括以下步骤：

13、p1、按质量份称取原料成分：水泥300-310份、粉煤灰30-40份、矿粉20-30份、微硅粉10-15份、细骨料770-790份、粗骨料900-950份、减水剂8-10份、拌合水130-135份、重质碳酸钙15-18份、复合抗裂剂12-17份、聚丙烯纤维0.6-0.8份；

14、p2、依次将水泥、粉煤灰、矿粉、微硅粉、细骨料、粗骨料、重质碳酸钙加入到搅拌机中混合均匀，搅拌时长为3-4min；

15、p3、将聚丙烯纤维加入到搅拌机中继续搅拌，搅拌时长为2-3min；

16、p4、将拌合水、减水剂和复合抗裂剂加入到搅拌机中继续搅拌，搅拌时长为2-3min；

17、p5、将得到的新拌混凝土倒入模具中进行振实，从而得到用于海洋环境的抗裂高耐久型混凝土。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

19、1、本发明中的粉煤灰、矿粉、微硅粉组成矿物掺合料，本发明使用了粒度不同的矿物掺和料，利用粒度差异填充粉体颗粒之间的孔隙，充分发挥掺和料颗粒的级配填充效应，且矿物掺合料和基体中的ca(oh)2发生火山灰效应会生成更多的c-s-h凝胶，有利于混凝土形成更致密的微观结构，减少孔隙率，提高混凝土抗渗性能和力学性能，此外，微硅粉可提升混凝土基体的抗冲刷性。

20、2、本发明中复合抗裂剂与传统抗裂剂不同，传统抗裂剂的效果会随着时间的推移而逐渐减弱，而本发明中的复合抗裂剂含有多种活性化学物质，可长久有效提升混凝土的抗裂性能和防水性能，例如柠檬酸或乙二胺四乙酸四钠可与混凝土基体中的游离钙离子形成络合结构，促进钙离子与硅酸盐网络结构形成结晶物质，增强混凝土抗裂性能；甲基硅酸钠具有良好的渗透结晶性，其分子结构中的硅醇基与硅酸盐材料反应脱水交联，增强混凝土的防水性能和密实度；膨润土具有良好的离子交换能力和保水能力，增强混凝土的防水性能，且膨润土的成本低；l-天冬氨酸具有促进生成碳酸钙晶体的作用，增强混凝土的抗裂性能。

21、3、本发明中复合抗裂剂中活性物质具有很强的渗透性，借助基体中的水在混凝土裂缝和孔隙中流动，与游离钙离子反应生成致密晶体网络，粘附于混凝土基体表面并填充孔隙和裂缝，从而使混凝土基体更加致密，进而提高防水效果。当基体开裂后，钙离子络合物在裂缝面上生成不溶于水的晶体或沉淀物，阻断裂缝继续发展并恢复裂缝，提高混凝土的抗渗水平，实现混凝土对裂缝的自修复能力。

22、4、本发明中复合抗裂剂的成分和中间反应产物，例如纳米二氧化硅和钙离子络合物，通过促进凝胶和不溶性晶体的生成，使混凝土基体更加致密，有效增强了混凝土抗氯离子扩散和抗硫酸盐腐蚀的性能，提升混凝土的耐久性和力学性能。

23、5、本发明中聚丙烯纤维抑制混凝土凝固和硬化过程中的收缩开裂，减小了裂纹宽度；另一方面，分布在混凝土基体中的聚丙烯纤维抑制混凝土表面剥落，并减少混凝土中的质量损失，降低了混凝土的孔隙率，提高混凝土的抗渗性。此外，聚丙烯纤维与复合抗裂剂对混凝土基体发挥协同增强作用，对混凝土的耐久性具有双重保障。

24、6、本发明通过在混凝土中添加矿物掺和料、复合抗裂剂和聚丙烯纤维，实现了混凝土的“三重”抗裂效果。

25、7、本发明通过优化搭配多种活性化学物质形成复合抗裂剂，可长久有效提升混凝土的抗裂性能、力学性能和耐久性能，与矿物掺和料和聚丙烯纤维的协同作用能进一步增强混凝土性能，同时赋予混凝土裂缝自修复能力，有效延长混凝土结构使用寿命，使得混凝土具有高耐久性且能够适用于海洋工程，具有良好的工程应用价值。