[发明专利]一种高抗裂高耐蚀海工混凝土及其制备方法

说明书

本申请涉及一种高抗裂高耐蚀海工混凝土及其制备方法，按质量份数计，包括以下原料：复合水泥220‑260份、粉煤灰100‑120份、矿粉60‑80份、细骨料700‑800份、粗骨料1000‑1100份、改性内养护材料5‑15份、减水剂4.4‑6.2份、缓凝剂1‑2份、水140‑160份；其中，所述改性内养护材料包括内养护剂、石墨烯纳米片和粘结剂。本申请添加以石墨烯改性的内养护材料，在减少混凝土收缩裂纹的基础上，石墨烯一方面可以起到支撑内养护剂坍缩孔隙的作用，提升混凝土强度性能，另一方面可以大幅度提升混凝土导热性能，缓解硫(铁)铝酸盐水泥类海工混凝土早期放热量集中的问题，降低混凝土内外温差，从而减少温度裂纹，最终得到的海工混凝土力学性能、抗裂、耐腐蚀性能强。

技术领域

本申请涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种高抗裂高耐蚀海工混凝土及其制备方法。

背景技术

作为海洋设施建设用的主要材料，海工混凝土受到海洋环境腐蚀主要分为两个方面：一方面是物理破坏，海水中的泥沙、冰凌等随着海浪对混凝土结构的冲刷作用；处于潮汐浪溅区的混凝土结构长期受到潮水的干湿交替作用，导致盐分结晶析出使混凝土结构发生破坏；冬季海水对混凝土结构的冻融破坏等。

另一方面是混凝土结构裂纹导致的化学侵蚀，Cl^-作为极强的阳极活化剂，会破坏混凝土中钢筋表面的Fe₃O₄·γFe₂O₃·βH₂O钝化膜，形成原电池，造成钢筋锈蚀；硫酸盐会与水泥水化产物反应形成膨胀性产物，导致混凝土结构破坏；海水的长期浸泡作用还会造成水泥水化产物中相对易溶组分Ca(OH)₂的溶解，从而导致混凝土结构密实程度以及内部碱度降低的情况。以上所言各种腐蚀原因往往同时发生且相互促进，对海工混凝土结构的耐腐蚀性能提出了更严苛的要求。

混凝土内部出现腐蚀多是由于混凝土表面裂纹，混凝土表面裂纹的产生方式有自收缩、干燥收缩以及温度应力等，其中因收缩产生的裂纹数量更多。在混凝土中添加内养护材料可以明显降低混凝土的自收缩和自干燥，提高混凝土的抗裂性能，原因在于内养护材料在混凝土中主要起到“蓄水池”的作用，当添加内养护材料的混凝土水泥水化不足时，混凝土中的多个“蓄水池”就会释放自身水分出来进而达到原位养护的效果。目前最常用的内养护材料为2001年由丹麦学者Jensen提出的高吸水树脂(SAP)，SAP不仅能够迅速吸收其自重几百倍乃至上千倍的液态水，同时其三维网络结构能够很好地将液态水储存在聚合物网络内部。相比于其它内养护材料，SAP具有掺量小，吸水快且吸水倍率大的特点。然而SAP在混凝土内部释水过后会留下与SAP颗粒原始形状大小相当的孔隙，且难以被水泥水化产物完全填充，严重影响混凝土的力学性能。

除此之外，当前工程常用的海工混凝土的水泥组分为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，难以满足耐久性要求。20世纪70-80年代，我国首先发明了以硫铝酸钙为主要矿物的硫铝酸盐水泥和以矿物以及铁相6CaO·Al₂O₃·2Fe₂O₃(C₆AF₂₎为主要矿物的铁铝酸盐水泥，这两种水泥统称硫(铁)铝酸盐水泥。

硫铝酸盐水泥的水化产物包括钙钒石(AFt)与水化硅酸钙(C-S-H)，铁铝酸盐水泥的水化产物包括AFt、C-S-H、Ca(OH)₂与铁胶体(FH₃)。硫(铁)铝酸盐水泥水化产物的主要组分AFt使得此类水泥制备的混凝土具有快硬早强以及优异的抗渗和抗腐蚀性能，此外，铁铝酸盐水泥水化产物中FH₃的存在，使得其制备的混凝土具有耐海水、耐硫酸盐腐蚀性能。然而将硫(铁)铝酸盐水泥应用于海工混凝土耐腐蚀性能增强方面还存在以下不足之处：