CN114507036B - 灭活杀菌高耐腐玄武岩纤维改性混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了灭活杀菌高耐腐玄武岩纤维改性混凝土，混凝土按质量配比具体包括：水泥336kg/m3，砂770kg/m3，碎石1155kg/m3，减水剂3.6kg/m3，玄武岩2.5kg/m3，矿粉80kg/m3，硅灰20kg/m3，二氧化钛0.5kg/m3，明矾1kg/m3，石英砂5kg/m3，硫化铜0.3kg/m3，甲基硅酸钠1.2kg/m3，无机盐6kg/m3，水160kg/m3；本发明还公开了灭活杀菌高耐腐玄武岩纤维改性混凝土的制备方法，该种混凝土可较好应对生物与无机物双重腐蚀环境。通过添加二氧化钛和硫化铜后，可杀灭混凝土表面细菌及藻类，降低其对混凝土的侵蚀作用，显著提升耐腐蚀能力。
Description
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，具体涉及灭活杀菌高耐腐玄武岩纤维改性混凝土。
本发明还涉及灭活杀菌高耐腐玄武岩纤维改性混凝土。
背景技术
混凝土凭借良好的受力性能及低廉的价格，在土木工程当中应用最为广泛。由于工程结构服役环境的多样性，当遭遇海洋、盐渍土、低温冻融等严苛环境时，混凝土材料受到各类腐蚀介质侵蚀，主要包括酸、盐等，当混凝土的服役环境中含有腐蚀介质时，混凝土中的化学成分便会和盐或酸发生化学反应，生成可溶物质或稀松的物质，这就使得混凝土结构破坏，强度降低。材料性能发生快速衰退，工程结构寿命远达不到设计预期，给结构安全造成严重影响。
混凝土的耐久性是其抵抗大气作用、化学侵蚀、磨损或其他劣化过程而维持原有形状、质量和使用性能的能力。混凝土结构性能的劣化过程可以是物理作用或化学作用，但在实际工程中更多的是多种因素共同作用的结果。混凝土耐久性影响因素包括：
(1)混凝土抗渗性：抗渗性是指混凝土在压力水的作用下不渗水的能力。(2)混凝土抗冻性：混凝土的抗冻性是指混凝土在含水饱和情况下，在反复冻结和融化作用下，仍较好的保持原有性能的能力(3)抗侵蚀性：当混凝土所处环境的水中含有一些盐或酸时，混凝土中的化学成分如氢氧化钙便会和上述物质发生化学反应，生成可溶物质或松软的物质，继而使混凝土结构破坏，强度降低。(4)混凝土碳化：混凝土中的碱，在潮湿的环境下会和空气中的二氧化碳和水一起发生化学反应，有碳酸钙生成。发生这个反应的后果一是体积收缩，使混凝土产生裂缝，二是使混凝土碱度Ca(OH)2降低。这样混凝土中的钢筋在潮湿空气的作用下，钢筋开始生锈，钢筋生锈引起膨胀，引起混凝土表面强度和内部强度的差异。(5)碱-骨料反应：碱-骨料反应是指在有水的条件下，水泥中过量的碱性氧化物与骨料中的活性二氧化硅之间发生的反应。碱-骨料反应的速度很慢，一般在混凝土浇筑成型后几年逐渐开始，反应生成的碱-硅酸凝胶，能从周围介质中吸收水分而产生3倍以上体积膨胀，严重影响混凝土的耐久性。
在实际工程当中，人们发现生物腐蚀在一定程度上也十分严重，微生物腐蚀有相当的普遍性，凡是与水、土壤或潮湿空气相接触的设施，都可能遭受到微生物的腐蚀。生物对混凝土的腐蚀大致有两种形式：1)生物力学作用；生长在基础设施周围的植物的根茎会钻入混凝土的孔隙中，破坏其密实度；2)类似于混凝土的化学腐蚀。典型的是硫化细菌在它的生命过程中，能把环境中的硫元素转化成硫酸。这种情况在海洋环境及城市污水结构当中十分普遍及严重。当结构工程遭受环境及生物双重腐蚀作用时，结构性能退化速度极快，有的仅服役5年，就需要修复，维护成本巨大。
因此，对于无机与生物双重腐蚀作用的结构工程必须面对更加严苛混凝土耐久性问题，提出一种高耐久及抗生物腐蚀的混凝土材料，可大幅度延长使用寿命，减少后期维护成本，可获得巨大经济与社会效益，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供灭活杀菌高耐腐玄武岩纤维改性混凝土，解决了现有技术中存在的混凝土结构自身存在孔隙，其密实性低；由于其自身孔隙的存在，密实性低，混凝土结构容易出现透水、漏水的现象；有机物对结构会产生侵蚀破坏。
本发明还提供了灭活杀菌高耐腐玄武岩纤维改性混凝土的制备方法。
本发明的第一个技术方案是，灭活杀菌高耐腐玄武岩纤维改性混凝土，混凝土按质量配比具体包括：水泥336kg/m3，砂770kg/m3，碎石1155kg/m3，减水剂3.6kg/m3，玄武岩2.5kg/m3，矿粉80kg/m3，硅灰20kg/m3，二氧化钛0.5kg/m3，明矾1kg/m3，石英砂5kg/m3，硫化铜0.3kg/m3，甲基硅酸钠1.2kg/m3，无机盐6kg/m3，水160kg/m3。
本发明第一个技术方案的特点还在于：
其中硫化铜可替换为铜粉、硫磺粉或硫化银中的一种。
本发明的第二个技术方案是，灭活杀菌高耐腐玄武岩纤维改性混凝土，具体按以下步骤实施：
步骤1，将砂进行预处理；将砂进行清洗晒干至含水率小于0.3％，用80目筛过滤，将筛过的细砂取部分与水用玄武岩和聚丙烯打散，具体为：将砂和水按质量比为1000:15混合，然后将砂揉搓均匀，玄武岩和聚丙烯加入湿润的砂中搓散；
步骤2，按每立方米混凝土试块，取少量水拌入4kg减水剂、0.5kg二氧化钛、1.2kg甲基硅酸钠搅拌均匀得到备用混合液；
步骤3，每立方米混凝土中骨料为1155kg水泥，770kg砂，胶凝材料为80kg矿粉、20kg硅灰、5kg石英砂、1kg明矾、0.3kg硫化铜、6kg无机铝盐防水剂；按每立方米混凝土，将骨料放入强制性混凝土搅拌机搅拌60s～70s，再倒入胶凝材料搅拌90s～100s，搅拌均匀后倒入剩余水与备用混合液，继续搅拌240s～250s。
本发明的有益效果是：
本发明的灭活杀菌高耐腐玄武岩纤维改性混凝土在玄武岩纤维加入混凝土后，可有效降低混凝土孔隙率，甲基硅酸钠：在基层表面生成一层不溶于水的防水树脂薄膜，无机铝盐防水剂：形成不透水性的复盐，具有抗渗透、减水、增强作用，硫化铜、二氧化钛：主要作用是杀菌，从根本上抑制生物硫酸的生成，但是硫化铜的过量加入会使强度大大降低(掺入比例经过科学研究)；二氧化钛：良好的易分散性，并且无毒、无味、无刺激性，使用安全，还兼有杀菌除臭的作用；硫化铜：极难溶于水，因此不会对水体产生污染，硫化铜；具有硫和铜的杀菌作用，可杀灭混凝土表面细菌及藻类，防止其在混凝土表面生长繁殖。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了灭活杀菌高耐腐玄武岩纤维改性混凝土，混凝土按质量配比具体包括：水泥336kg/m3，砂770kg/m3，碎石1155kg/m3，减水剂3.6kg/m3，玄武岩2.5kg/m3，矿粉80kg/m3，硅灰20kg/m3，二氧化钛0.5kg/m3，明矾1kg/m3，石英砂5kg/m3，硫化铜0.3kg/m3，甲基硅酸钠1.2kg/m3，无机盐6kg/m3，水160kg/m3。
本发明混凝土核心材料比例与含量：玄武岩纤维在混凝土体积掺量为0.1％左右，甲基硅酸钠(与胶凝材料相比)掺量为0.29％左右，无机铝盐防水剂(与胶凝材料相比)掺量为1.44％左右，明矾(与胶凝材料相比)掺量为0.24％左右，灭活杀菌材料，硫化铜(与胶凝材料相比)掺量为0.72‰左右，二氧化钛(与胶凝材料相比)掺量为1.2‰左右；
本发明还提供了灭活杀菌高耐腐玄武岩纤维改性混凝土，具体按以下步骤实施：
步骤1，将砂进行预处理；将砂进行清洗晒干至含水率小于0.3％，用80目筛过滤；将筛过的细砂取部分与水用玄武岩和聚丙烯打散，具体为：将砂和水按质量比为1000:15混合，然后将砂揉搓均匀，玄武岩和聚丙烯加入湿润的砂中搓散；
步骤2，按每立方米混凝土试块，取少量水拌入4kg减水剂、0.5kg二氧化钛、1.2kg甲基硅酸钠搅拌均匀得到备用混合液；
步骤3，按每立方米混凝土，将骨料放入强制性混凝土搅拌机搅拌60s～70s，再倒入胶凝材料搅拌90s～100s，搅拌均匀后倒入剩余水与备用混合液，继续搅拌240s～250s，每立方米混凝土中骨料为1155kg水泥，770kg砂，胶凝材料为80kg矿粉、20kg硅灰、5kg石英砂、1kg明矾、0.3kg硫化铜、6kg无机铝盐防水剂。
实施例
具体配合比如下表1
表1混凝土配合比
(1)玄武岩纤维
玄武岩纤维是将玄武岩通过高温拉伸技术，制作而成的一种无机纤维，绿色环保，已被列为“国家重点发展项目”。加入混凝土后，可有效降低混凝土孔隙率，在混凝土内部形成网状拉结作用，阻隔离子传递路径，提高混凝土耐久性能；
(2)明矾
作为一种膨胀剂，添加进混凝土后，通过膨胀可使混凝土更加密实；同时，可减少混凝土在凝固过程中形成的干缩裂缝；
(3)二氧化钛
可填充混凝土内部孔隙，增加混凝土的密实度，同时，具有抑菌抗菌作用，抵抗微生物侵蚀；
(4)无机铝盐防水剂
具有抗渗透、减水、增强作用。将该产品加入混凝土中拌和能加速水泥颗粒水化和分散，大幅度减少用水量，封闭混凝土硬化后毛细孔孔道和水分蒸发留下的孔隙，使混凝土不产生干收缩裂，降低吸水率，达到防水防裂抗渗，增强之目的；
(5)甲基硅酸钠
一种新型刚性建筑防水材料，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中的硅醇基反应脱水交联，从而实现“反毛细管效应”形成优异的憎水层，同时具有微膨胀、增加密实度功能；这就是有机硅防水剂具有高效防水作用的机理。
3.制备流程
(1)将普通河砂清洗晒干至含水率小于0.3％，用80目筛过滤。制作混凝土试块时，按照所需配置量，称好各材料，取部分细砂与水用于纤维打散。每公斤砂加约15克水，将砂揉搓均匀润湿。含水率过大，纤维“聚团”情况会加重；过小，则会发生“打毛”情况。将纤维拌入湿润砂中搓散均匀备用。
(2)按每立方米混凝土试块，取少量水拌入4kg减水剂、0.5kg二氧化钛、1.2kg甲基硅酸钠搅拌均匀备用。
(3)按每立方米混凝土，将骨料(1155kg水泥，770kg砂(包含搓散纤维用砂))放入强制性混凝土搅拌机搅拌60s，再倒入胶凝材料(80kg矿粉、20kg硅灰、5kg石英砂、1kg明矾、0.3kg硫化铜、6kg无机铝盐防水剂)搅拌90s，搅拌均匀后倒入剩余水与备用混合液，继续搅拌240s左右。
为检测本新型混凝土的力学性能(抗压试验)，针对污水腐蚀进行了相关试验研究。
表2实验数据
项目配置灭活杀菌高耐腐玄武岩纤维改性混凝土试块采用先进材料，对各添加剂配合比进行正交试配，筛选得到较优配合比；配置了高浓度污水，利用实验室条件对污水环境侵蚀进行模拟；
试验研究发现，经过10个月的腐蚀，普通混凝土仅剩余55％强度，灭活杀菌高耐腐玄武岩纤维改性混凝土剩余强度为66％，寿命提高较明显；通过添加二氧化钛和硫化铜后，能有效抑制有机物在混凝土表面的附着，保证混凝土质量不受其影响，但硫化铜的过量加入会使其强度大大降低。
Claims (2)
1.灭活杀菌高耐腐玄武岩纤维改性混凝土，其特征在于，混凝土按质量配比具体包括：水泥336kg/m3，砂770kg/m3，碎石1155kg/m3，减水剂3.6kg/m3，玄武岩2.5kg/m3，矿粉80kg/m3，硅灰20kg/m3，二氧化钛0.5kg/m3，明矾1kg/m3，石英砂5kg/m3，硫化铜0.3kg/m3，甲基硅酸钠1.2kg/m3，无机铝盐防水剂6kg/m3，水160kg/m3；
具体按以下步骤实施：
步骤1，将砂进行清洗晒干至含水率小于0.3%，用80目筛过滤，得到细砂；
将筛过的细砂取部分与水用玄武岩和聚丙烯打散，具体为：将砂和水按质量比为1000:15混合，然后将砂揉搓均匀，玄武岩和聚丙烯加入湿润的砂中搓散；
步骤2，按每立方米混凝土试块，取少量水拌入4Kg减水剂、0.5Kg二氧化钛、1.2Kg甲基硅酸钠搅拌均匀得到备用混合液；
步骤3，按每立方米混凝土，将骨料放入强制性混凝土搅拌机搅拌，再倒入胶凝材料搅拌，搅拌均匀后倒入剩余水与备用混合液，继续搅拌；
每立方米混凝土中骨料为1155kg碎石，770kg砂，胶凝材料为80kg矿粉、20kg硅灰、5kg石英砂、1kg明矾、0.3kg硫化铜、6kg无机铝盐防水剂。
2.根据权利要求1所述的灭活杀菌高耐腐玄武岩纤维改性混凝土，其特征在于，所述步骤3中按每立方米混凝土，将骨料放入强制性混凝土搅拌机搅拌60s~70s，再倒入胶凝材料搅拌90s~100s，搅拌均匀后倒入剩余水与备用混合液，继续搅拌240s~250s。
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| 《玄武岩纤维混凝土氯盐侵蚀行为及力学性能试验研究》;王振山等;《力学实验》;20201215;第35卷(第6期);第1060-1070页 * |
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