【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑材料，具体涉及一种海洋工程用超高延性水泥基复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、高延性混凝土(hdc)，又称工程水泥基复合材料(ecc)，是一种高性能纤维增强水泥基材料，其具有多缝开裂特征、应变硬化特性以及优异的裂缝控制能力，在受到弯曲和拉伸荷载时由于纤维的桥联作用，裂缝能够稳定扩展表现出明显的多缝开裂特征和应变硬化行为。基于这些特性，高延性混凝土成为新的研究热点，作为结构材料、功能梯度材料和修补加固材料，可用于抗震结构、喷射支护、公路、铁路、港口码头等韧性与耐久要求较高的混凝土结构中。
2、海洋工程建筑应用中的高延性大体积混凝土制备通常选择如高强度钢筋、高性能混凝土和高强度钢纤维等材料，在高温高湿、高盐度的服役环境下，钢筋、钢纤维等金属材料首当其冲遭受氯化物及其他有害物质的腐蚀。氯化物的渗透主要依靠混凝土毛细孔液的氯离子浓度差的扩散作用。海洋环境下，高浓度的氯离子在浓度扩散作用下由海洋环境扩散进入混凝土并渗透到钢筋表面，与钢筋、混凝土之间形成化学腐蚀与电化学腐蚀，破坏钢筋表面的钝化膜，导致钢材表面状态、力学性能大幅下降；长期服役下，钢筋锈蚀破坏，混凝土内部应力集中造成局部膨胀，混凝土与钢筋之间的黏结受影响，导致混凝土涨裂；甚至还会威胁到工程结构的安全性，诱发安全事故。
3、此外，混凝土结构在海洋平台等工程中承受着反复的波浪荷载与冲刷，因此要求混凝土具有较好的抗冲击性能与抗疲劳性能；且随着地震、台风等灾害频发，造成基础设施损失巨大，将对基础设施的大体积混凝土结构韧性与耐久性提出更高要求。
技术实现思路
1、为了解决海洋服役环境下的高延性混凝土抗渗性、耐腐蚀性与耐久性有待提高的问题，本部分旨在提供一种海洋工程用超高延性水泥基复合材料及其制备方法。
2、一方面，本专利技术提供一种海洋工程用超高延性水泥基复合材料，按重量份计，包括以下原料：水泥熟料250～500份、粉煤灰400～600份、矿粉200～300份、硅灰100～150份、偏高岭土160～240份、石英砂600～900份、有机合成纤维10～20份、有机阻锈剂20～30份、水180～240份、减水剂1～8份；
3、所述有机阻锈剂，具有如下分子结构：
4、
5、进一步的，所述水泥熟料为硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的其中一种，强度等级为42.5及以上；所述粉煤灰为ⅰ级粉煤灰，比表面积≥350m2/kg；所述硅灰中二氧化硅含量≥92％；所述矿粉为s95级矿粉，比表面积≥400m2/kg；所述偏高岭土粉为高岭土在700～900℃下焙烧2～4h所得，磨至比表面积＞350m2/kg。
6、粉煤灰、硅灰、矿渣粉、偏高岭土具有火山灰效应，能促进更多的水化硅酸钙凝胶形成，增强混凝土颗粒间的粘结力；硅灰与偏高岭土的活性更高，能迅速增加混凝土密实度、提高抗渗性，极大降低氯离子的扩散。密度较低的硅灰还起到填充和润滑作用、优化微孔隙结构，降低空隙率。
7、进一步的，所述石英砂粒径为100～200目；所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率≥25％。
8、与机制砂不同之处在于，石英砂本身具有一定的活性，可以进行水化，可以进一步降低水泥与骨料间的孔隙率，增加混凝土的密实度；石英砂还可以形成结晶中心，使水泥水化时在石英粉/砂的周围结晶并使晶体生长，改善了骨料与胶凝材料的整体性与混凝土机械性能。
9、进一步的，所述有机合成纤维选自聚乙烯醇(pva)纤维、聚丙烯(pp)纤维、聚乙烯(pe)纤维、聚甲醛(pom)纤维的至少一种。
10、有机合成纤维本身具有一定的抗拉强度与模量，不改变混凝土中其他材料的化学性质与构成，较大程度地提升混凝土的延性，获得更好的抗渗、防裂、抗拉、抗弯等力学能力，且合成纤维与混凝土有良好的亲和性与结合力，容易在混凝土中均匀分布，增强界面结合力。
11、进一步的，所述有机阻锈剂由：1)n,n,n',n'-四(2-羟基丙基)乙二胺与顺式-3,4-二氯环丁烯在碱试剂下取代得产物；2)取代产物与dota-巯基在光引发剂、紫外辐照条件下进行点击反应得到；
12、所述n,n,n',n'-四(2-羟基丙基)乙二胺与顺式-3,4-二氯环丁烯的反应摩尔比为1:(2.01～2.2)；所述取代产物与dota-巯基的反应摩尔比为1:(2.1～2.4)。
13、进一步的，所述碱试剂为三乙胺、吡啶、n-二异丙基乙胺、碳酸钠、碳酸钾的至少一种，用量为顺式-3,4-二氯环丁烯摩尔量的1.05～1.2倍；所述光引发剂为安息香二甲醚、双二甲氨基萘、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰叔丁酯和过氧化甲乙酮的至少一种，用量为烯基摩尔当量的2～3倍。
14、本专利技术从两方面着手，改善海洋工程用混凝土的性能。第一是通过选用低渗透性的硅质集料粉煤灰、硅灰、矿渣粉、偏高岭土，改善了混凝土的整体性与致密性、减少孔隙和缺陷，从而降低收缩开裂，以减少水分和盐分的渗透，提高混凝土结构的耐久性；掺入弹性模量高的有机合成纤维，使混凝土的抗疲劳性能和抗冲击性能并；第二是研发新型的有机阻锈剂，一方面其极性基团与有机纤维、胶凝材料的相容性增强了混凝土与合成纤维的界面结合力，另一方面发挥阻锈作用，可化学结合钢筋中的fe离子产生金属钝化保护层、同时也可通过静电吸附作用结合渗入的阴离子，有效阻止了氯离子及其他有害离子在混凝土孔相中的迁移。
15、另一方面，本专利技术提供了上述海洋工程用超高延性水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
16、量取相应重量份数的水泥、粉煤灰、硅灰、偏高岭土、矿粉在搅拌机中干拌2～3min得到混合胶凝材料；再沿着搅拌方向分批缓慢加入有机合成纤维，继续干拌1～2min；然后加入水、减水剂、有机阻锈剂，进行湿拌2～5min至砂浆拌合物呈流态；将砂浆拌合物浇注、振捣成型，静置24h脱模，标准养护28d，得到ecc混凝土。
17、为保证低坍落度三级配混凝土搅拌均匀，搅拌机设定的搅拌时间不少于130s；在混凝土浇筑过程中加强对出机口、卸料口混凝土的坍落度检测，严密监控混凝土入仓振捣状态，保证混凝土经振捣后不出现浮浆以及泌水。
18、本专利技术中，所使用的搅拌、研磨、焙烧设备，根据实际使用情况选择现有的设备即可，对设备型号不做特殊要求。
19、本专利技术也提供了上述海洋工程用超高延性水泥基复合材料在海洋工程大体积混凝土外保护层中的应用。
20、本专利技术的有益效果：
21、在本专利技术中，所用有机阻锈剂含羧酸、叔氨、仲氨、氮杂环、硫基团，一方面氨基可以与cl-静电物理吸附在钢筋表面形成吸附层，有效阻止cl-的入侵；另一方面氨基、硫基团、氧基团中含有较大的孤对电子密度，可以与fe原子配位成键强化学吸附，形成致密的钝化保护膜。双重吸附作用进一步抑制腐蚀过程中的电荷转移、提高了钢筋表面保护膜的稳定性与致密性，有效抑制金属腐蚀，提升混凝土耐久性。且阻锈剂分子亲水性强，能迅速渗透扩散到混凝土或钢筋表面，抑制本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海洋工程用超高延性水泥基复合材料，其特征在于，按重量份计，包括以下原料：水泥熟料250～500份、粉煤灰400～600份、矿粉200～300份、硅灰100～150份、偏高岭土160-240份、石英砂600～900份、有机合成纤维10～20份、有机阻锈剂20～30份、水180～240份、减水剂1～8份；
2.如权利要求1所述的一种海洋工程用超高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥熟料为硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的其中一种，强度等级为42.5及以上；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，比表面积≥350m2/kg；所述硅灰中二氧化硅含量≥92％；所述矿粉为S95级矿粉，比表面积≥400m2/kg；所述偏高岭土粉为高岭土在700～900℃下焙烧2～4h所得，磨至比表面积＞350m2/kg。
3.如权利要求1所述的一种海洋工程用超高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述石英砂粒径为80～200目；所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率≥25％。
4.如权利要求1所述的一种海洋工程用超高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述有机合成纤维选自聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维
5.如权利要求1所述的一种海洋工程用超高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述有机阻锈剂由：1)N,N,N',N'-四(2-羟基丙基)乙二胺与顺式-3,4-二氯环丁烯在碱试剂下取代得取代产物；2)取代产物与DOTA-巯基在光引发剂、紫外辐照条件下进行点击反应得到；
6.如权利要求5所述的一种海洋工程用超高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述碱试剂为三乙胺、吡啶、N-二异丙基乙胺、碳酸钠、碳酸钾的至少一种，用量为顺式-3,4-二氯环丁烯摩尔量的1.01～1.2倍；所述光引发剂为安息香二甲醚、双二甲氨基萘、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰叔丁酯和过氧化甲乙酮的至少一种，用量为烯基摩尔当量的2～3倍。
7.如权利要求1～6任一项所述的一种海洋工程用超高延性水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.如权利要求1～6任一项所述的一种海洋工程用超高延性水泥基复合材料在海洋工程大体积混凝土外保护层中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种海洋工程用超高延性水泥基复合材料，其特征在于，按重量份计，包括以下原料：水泥熟料250～500份、粉煤灰400～600份、矿粉200～300份、硅灰100～150份、偏高岭土160-240份、石英砂600～900份、有机合成纤维10～20份、有机阻锈剂20～30份、水180～240份、减水剂1～8份；
2.如权利要求1所述的一种海洋工程用超高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥熟料为硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的其中一种，强度等级为42.5及以上；所述粉煤灰为ⅰ级粉煤灰，比表面积≥350m2/kg；所述硅灰中二氧化硅含量≥92％；所述矿粉为s95级矿粉，比表面积≥400m2/kg；所述偏高岭土粉为高岭土在700～900℃下焙烧2～4h所得，磨至比表面积＞350m2/kg。
3.如权利要求1所述的一种海洋工程用超高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述石英砂粒径为80～200目；所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率≥25％。
4.如权利要求1所述的一种海洋工程用超高延性水泥基复合材料，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：于林江，刘平，王兆忠，梁杰忠，岑文杰，陆鹤升，夏显煌，
申请(专利权)人：中交第四航务工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：
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