一種耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片，其特征在于，由鋼筋骨架和耐腐蝕混凝土組成；其中，鋼筋骨架由國標螺紋鋼筋加工，外涂環氧樹脂、熱塑性樹脂或鍍鋅工藝或根據環境條件不進行涂層處理的鋼筋。耐腐蝕混凝土由復合水泥、活性膠凝材料、緩凝劑、天然砂、碎石、減水劑和水組成。本發明提供耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片適合于地鐵管片周圍有水環境對管片混凝土產生的溶蝕作用，減少酸性水環境的對管片的侵蝕作用，抵抗氯鹽、硫酸鹽對地鐵管片的腐蝕作用，延長管片的使用壽命。
【專利說明】—種耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片
【技術領域】
[0001]本發明涉及地鐵盾構法施工【技術領域】，特別是一種耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片。【背景技術】
[0002]目前，公知的城市地鐵大多數是采用盾構法掘進施工。盾構法施工是利用機械在地下鉆取一個圓形空間，然后在盾構機械的尾部用鋼筋混凝土管片拼裝形成一個圓形空間，這個圓形空間就是地鐵軌道的運行空間。
[0003]眾所周知，地鐵是公眾建筑，安全高于一切，然而，由于地下結構是復雜性，地下土壤、水不可避免地會對地鐵管片的結構壽命產生影響，特別是地下水中的cr離子、So3-2離子的長期侵蝕會使普通鋼筋混凝土產生體積膨脹，從而失去結構強度。
[0004]從已經報道的國內外技術發展情況看，設計上一般對腐蝕地段采用提高混凝土強度等級，增大鋼筋直徑、使用防腐涂層鋼筋、使用混凝土防腐劑、增大鋼筋混凝土保護層厚度的辦法解決耐久性的問題。
[0005]實驗證明，這些方法不能從根本上解決混凝土遭受侵蝕的問題，延長管片的耐久性需要從材料抗腐蝕的能力上做起。
[0006]雖然，在本領域中，硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、石膏三元體系復合膠凝材料的試驗研究為干混快凝水泥砂漿提供了一種實現方法。但是，由于硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥復合后凝聚時間較快，加入石膏后會形成大量的鈣礬石使混凝土體積產生微膨脹，從而降低了其早期強度。`
【發明內容】
[0007]本發明的發明目的在于，針對上述存在的問題，提供一種防腐性能佳、耐久性好的地鐵鋼筋混凝土管片。
[0008]本發明提供的耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片，具有這樣的技術特征，由鋼筋骨架和耐腐蝕混凝土組成，其外形由設計單位確定，產品通過模注加工成型。
[0009]此外，在本發明提供的耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片中，鋼筋骨架由國標螺紋鋼筋加工，外層采用涂環氧樹脂、熱塑性樹脂或鍍鋅的工藝，以此來提高鋼筋的耐腐蝕能力。根據環境條件，也可以不采用涂層鋼筋；
[0010]上述加工的具體工藝要求為:對國標螺紋鋼筋進行預先防腐蝕涂層加工，彎制節點進行防腐補漏，骨架綁扎完畢按排進行電阻檢測，再進行絕緣處理的生產工藝。
[0011]另外，在本發明提供的耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片中，耐腐蝕混凝土由復合水泥、活性摻合材料、緩凝劑、天然砂、碎石、減水劑和水組成。
[0012]其中，復合水泥與活性摻合材料組成膠凝材料；
[0013]地鐵鋼筋混凝土管片中復合水泥的摻加量為380kg/m3-500kg/m3，一般其總量不超過 480kg/m3,優選為 380kg/m3-410kg/m3_ ；
[0014]此外，活性膠凝材料的摻加量為膠凝材料總量的5%_10%，優選為8%，其水膠比不大于0.30。
[0015]在本發明中，為進一步提高管片的耐腐蝕性能，所采用的復合水泥由硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥組成。其配合比中普通硅酸鹽水泥摻加量為90%-95%，硫鋁酸鹽水泥摻加量為為5%-10%。優選硫鋁酸鹽水泥摻加量為硅酸鹽水泥的5%-10%。
[0016]這種設計的優勢在于，利用硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥這兩種材料本身的性能，將其按規定的配比進行混合后，使礦物結構發生改變，從而能在不添加防腐蝕劑的情況下，就能達到良好的防腐蝕效果；另一方面，硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥這兩種材料配合使用后較之常規工藝中添加防腐劑的水泥，還兼備良好的耐久性。
[0017]在本發明中，活性摻合材料為礦粉及偏高嶺土的混合物，其可根據目標管片的性能要求進行任一比例的調配。優選使用1:1的配比。 [0018]這種設計的優勢在于，處于介穩狀態的偏高嶺土無定形硅鋁化合物，經復合水泥中堿性激活劑作用，硅鋁化合物由解聚到再聚合后，會形成類似于地殼中一些天然礦物的鋁硅酸鹽凝膠的網絡狀結構。使其混凝土更加密實，增強其后期強度和抗腐蝕的能力，因而具有更優越的性能。
[0019]根據這一礦物特征，本發明中的硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥混合時，硅酸鹽水泥中的硅酸三鈣和硫鋁酸鹽水泥中的硫鋁酸三鈣相互作用會加速水化進程，得到較高的早期強度，再配合礦粉，激發礦粉中的硅酸二鈣成分，得到后期強度持續增長的混凝土。因此，該混凝土具有早期強度高，后期強度也高的特點，而且具有較強的耐腐蝕性和良好的耐久性，在5%酸性條件下，其強度損失原低于常規混凝土。
[0020]本發明中，為了使混凝土在澆筑成型階段具有較好的工作性能，需要延長混凝土的凝聚時間，添加了緩凝劑。上述緩凝劑可選自市售的硼酸鹽、硼酸鹽與硫酸鹽的混合物。優選使用硼砂為緩凝劑。
[0021 ] 其摻加量為硫鋁酸鹽水泥摻加量的0.2%-0.5%。
[0022]在本發明中，天然砂的細度模數為2.3-2.8，含泥量小于2% ;其在地鐵管片鋼筋混凝土中的總摻加量為25%-30%，優選為27.5%。
[0023]在本發明中，碎石由5mm-10mm和10mm-25mm兩種單粒級的顆粒組成；
[0024]此外,5mm-1Omm的碎石顆粒與10mm-25mm的碎石顆粒的摻加量比為1:1_2，優選為I:1.5 ；
[0025]其在地鐵管片鋼筋混凝土中的總摻加量45%_50%，優選為47.5%。
[0026]在本發明中，選用特定等級和規格的天然砂及碎石，一方面可降低成本，另一方面，此類特定的物理粒徑天然砂及碎石，在填充的過程中，能有效的配合本發明所涉及的活性摻合材料和復合水泥等，形成較傳統工藝更為緊密的密實體。從而進一步提高產品耐久性和強度。
[0027]在本發明中，減水劑選用減水率大于25%的減水劑，可選自市售的多環芳香族鹽類、水溶性樹脂磺酸鹽類、萘磺酸鹽減水劑、密胺系減水劑、粉末聚羧酸酯、干酪素和聚羧酸系聞性能減水劑。
[0028]其用量為膠凝材料總量的0.6%_1%，優選為0.8%。
[0029]在本發明中，選用減水率大于25%的減水劑可進一步起到提高產品強度的作用。
[0030]水的用量為余量，一般為5%_7%，優選為5.8%。[0031]本發明中，耐腐蝕混凝土的加工工藝為:
[0032]步驟一、將硫鋁酸鹽水泥、礦粉、偏高嶺土共同攪拌組成復合摻合料；
[0033]步驟二、將水泥、復合摻合料組成膠凝材料，復合摻合料優選占膠凝材料總量的20%-25% ；
[0034]步驟三、將水泥、砂、石、緩凝劑、減水劑、復合摻合料和水等材料通過精確計量攪拌站攪拌后組成適合于工程施工的混凝土。
[0035]在本發明中，混凝土強度等級為C50或大于C50。
[0036]本發明的作用和效果:
[0037]本發明提供的耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片能有效運用于領域為大體積混凝土或者早期強度要求較高、環境為有腐蝕的工程領域中，通過特定組分間的有效配合，解決了現有產品中凝結過快，后期強度倒縮的問題。
[0038]本發明提供的耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片，通過對管片結構鋼筋預先涂鍍一層防腐材料，使結構鋼筋表層對化學侵蝕的能力提高，這種涂層可以環氧樹脂涂層，熱塑性涂層、鍍鋅涂層等。
[0039]本發明提供的耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片，其復合水泥由硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥按照一定比例組成，為延長混凝土的凝聚時間，需要在攪拌水中添加緩凝劑(如:硼砂等)，由于兩種水泥的 水化產物不同，可以達到互相彌補的作用，從而大幅度提高混凝土的抗硫酸鹽性能和抗氯鹽侵蝕的性能。
[0040]此外，本發明在混凝土中添加摻合材料主要是礦粉和偏高嶺土材料，兩種材料在堿性環境下激發其活性，提高混凝土的早期強度和后期強度和解決倒縮的問題。
【具體實施方式】
[0041]實施例一、
[0042]1#耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片
[0043]鋼筋骨架的加工:用環氧樹脂對國標螺紋鋼筋進行預先防腐蝕涂層加工，彎制節點進行防腐補漏，骨架綁扎完畢按排進行電阻檢測，其電阻值用500V搖表測試電阻，要求其電阻值大于2MQ。
[0044]耐腐蝕混凝土的加工:根據下列配比進行混合加工得到混凝土 ；
[0045]地鐵鋼筋混凝土管片中復合水泥的摻加量為380kg/m3(水泥中硅酸鹽水泥為95% ；硫鋁酸鹽水泥為5%)，
[0046]活性摻合材料(礦粉:偏高嶺土 =1: I)的摻加量為膠凝材料總量的8%，其水膠比不大于0.30 ；
[0047]緩凝劑硼砂或硼砂與硫酸鋁的混合物，其摻加量為硫鋁酸鹽水泥摻加量的0.2% ；
[0048]天然砂(細度模數為2.3-2.8，含泥量小于2%)在地鐵鋼筋混凝土中的總摻加量為27.5% ；
[0049]碎石(5mm-10mm:10mm-25mm=l: 1.5)在地鐵鋼筋混凝土中的總摻加量47.5% ；
[0050]減水劑(市售減水率大于25%的萘系類減水劑)為膠凝材料總量的0.8% ；
[0051]水的用量為余量。
[0052]耐腐蝕地鐵管片通過模型將鋼筋骨架、混凝土組合澆筑成型。[0053]實施例二、
[0054]2#耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片
[0055]鋼筋骨架的加工:用熱塑性樹脂對國標螺紋鋼筋進行預先防腐蝕涂層加工，彎制節點進行防腐補漏，骨架綁扎完畢按排進行電阻檢測，其電阻值用500V搖表測試電阻，要求其電阻值大于2ΜΩ。
[0056]耐腐蝕混凝土的加工:根據下列配比進行混合加工得到混凝土 ；
[0057]地鐵鋼筋混凝土管片中復合水泥的摻加量為410kg/m3(水泥中硅酸鹽水泥為90% ；硫鋁酸鹽水泥為10%)，
[0058]活性摻合材料(礦粉:偏高嶺土 =1:1.5)的摻加量為膠凝材料總量的5% ；
[0059]緩 凝劑硼砂或硼砂與硫酸鋁的混合物，其摻加量為硫鋁酸鹽水泥摻加量的0.5% ；
[0060]天然砂(細度模數為2.3-2.8，含泥量小于2%)在地鐵鋼筋混凝土中的總摻加量為25% ；
[0061 ] 碎石(5mm-10mm: 10mm-25mm=l:1)在地鐵鋼筋混凝土中的總摻加量50% ；
[0062]減水劑(市售減水率大于25%的聚羧酸系高性能減水劑)為膠凝材料總量的1% ；
[0063]水的用量為余量。
[0064]耐腐蝕地鐵管片通過模型將鋼筋骨架、混凝土組合澆筑成型。
[0065]實施例三、
[0066]3#耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片
[0067]鋼筋骨架的加工:采用鍍鋅工藝對國標螺紋鋼筋進行預先防腐蝕涂層加工，彎制節點進行防腐補漏，骨架綁扎完畢按排進行電阻檢測，其電阻值用500V搖表測試電阻，要求其電阻值大于2ΜΩ。
[0068]耐腐蝕混凝土的加工:根據下列配比進行混合加工得到混凝土 ；
[0069]地鐵鋼筋混凝土管片中復合水泥的摻加量為400kg/m3(水泥中硅酸鹽水泥為93% ；硫鋁酸鹽水泥為7%)，
[0070]活性摻合材料(礦粉:偏高嶺土 =2:1)的摻加量為膠凝材料總量的10% ；
[0071]緩凝劑硼砂或硼砂與硫酸鋁的混合物，其摻加量為硫鋁酸鹽水泥摻加量的0.4% ；
[0072]天然砂(細度模數為2.3-2.8)在地鐵鋼筋混凝土中的總摻加量為30% ；
[0073]碎石(5mm-10_: 10mm-25mm=l: 2)在地鐵鋼筋混凝土中的總摻加量48% ；
[0074]減水劑(市售減水率大于25%的粉末聚羧酸酯減水劑)為膠凝材料總量的0.6% ；
[0075]水的用量為余量。
[0076]耐腐蝕地鐵管片通過模型將鋼筋骨架、混凝土組合澆筑成型。
[0077]實施例四、
[0078]4#耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片
[0079]鋼筋骨架的加工:用國標螺紋鋼筋進行加工骨架。
[0080]耐腐蝕混凝土的加工:根據下列配比進行混合加工得到混凝土 ；
[0081]地鐵鋼筋混凝土管片中復合水泥的摻加量為480kg/m3(水泥中硅酸鹽水泥為92% ；硫鋁酸鹽水泥為8%)，
[0082]活性膠凝材料(礦粉:偏高嶺土 =1:2)的摻加量為膠凝材料總量的6% ；
[0083]緩凝劑高糖木質素磺酸鹽摻加量為硫鋁酸鹽水泥摻加量的0.3% ；[0084]天然砂(細度模數為2.3-2.8，含泥量小于2%)在地鐵鋼筋混凝土中的總摻加量為27.5% ；
[0085]碎石(5mm-10mm:10mm-25mm=l: 1.5)在地鐵鋼筋混凝土中的總摻加量45% ；
[0086]減水劑(市售減水率大于25%的密胺系減水劑)為膠凝材料總量的0.7% ；
[0087]水的用量為余量。
[0088]耐腐蝕地鐵管片通過模型將鋼筋骨架、混凝土組合澆筑成型。
[0089]研發發現，在本發明的實施例1-4中，當活性膠凝材料中礦粉和偏高嶺土為其他比例關系時、當緩凝劑被替換為其他本領域常用的緩凝劑(如:市售的硼酸鹽、硼酸鹽與硫鋁酸鹽的混合物、高糖木質素磺酸鹽中的一種或幾種得混合物)時、當減水劑被替換為其他本領域常用的減水劑(如:市售的多環芳香族鹽類、水溶性樹脂磺酸鹽類、萘磺酸鹽減水劑、密胺系減水劑、粉末聚羧酸酯、干酪素和聚羧酸系高性能減水劑)時也能實現本發明的目的。`
【權利要求】
1.一種耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片，其特征在于，由鋼筋骨架和耐腐蝕混凝土組成； 其中，所述耐腐蝕混凝土由復合水泥、活性膠凝材料、緩凝劑、天然砂、碎石、減水劑和水組成。
2.如權利要求1所述的一種耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片，其特征在于:所述鋼筋骨架由國標螺紋鋼筋加工，外涂環氧樹脂、熱塑性樹脂或鍍鋅工藝，也可以根據環境條件，采用不涂層的鋼筋。
3.如權利要求2所述的一種耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片，其特征在于:對國標螺紋鋼筋進行預先防腐蝕涂層加工，彎制節點進行防腐補漏，骨架綁扎完畢按排進行電阻檢測，再進行絕緣處理的生產工藝。
4.如權利要求1所述的一種耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片，其特征在于:所述復合水泥與活性膠凝材料組成膠凝材料； 所述地鐵鋼筋混凝土管片中復合水泥的摻加量為380kg/m3-500kg/m3，所述活性材料的摻加量為膠凝材料總量的5%-10%，其水膠比不大于0.30 ； 所述緩凝劑摻加量為所述硫鋁酸鹽水泥摻加量的0.2%-0.5% ； 所述天然砂在所述地鐵鋼筋混凝土中的總摻加量為25%-30% ； 所述碎石在所述地鐵鋼筋混凝土中的總摻加量45%-50% ； 所述減水劑為所述膠凝材料總量的0.6%-1% ； 所述水的用量為單位立方米混凝土重量的5.5%-6.0%余量。
5.如權利要求1-4任一所述的一種耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片，其特征在于，所述復合水泥由占水泥總質量的質量百分比含量如下的物質組成: 硅酸鹽水泥 90%-95% ； 硫鋁酸鹽水泥 5%-10%。
6.如權利要求1-4任一所述的一種耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片，其特征在于:所述活性摻合材料為礦粉及偏高嶺土的混合物。
7.如權利要求1-4任一所述的一種耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片，其特征在于:所述緩凝劑可選自硼酸鹽、硼酸鹽與硫酸鹽的復合物、高糖木質素磺酸鹽。
8.如權利要求1-4任一所述的一種耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片，其特征在于:所述天然砂的細度模數為2.3-2.8。
9.如權利要求1-4任一所述的一種耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片，其特征在于:所述碎石由5mm-10mm和10mm-25mm兩種單粒級的顆粒組成； 其中的碎石顆粒與10mm-25mm的碎石顆粒的摻加量比為1:1-2。
10.如權利要求1-4任一所述的一種耐腐蝕地鐵鋼筋混凝土管片，其特征在于:所述減水劑的減水率大于25%。
【文檔編號】C04B14/06GK103693926SQ201310724442
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月24日 優先權日:2013年12月24日
【發明者】林曉波, 潘微旺, 于賀, 譚斌, 鄭紅兵, 張長春 申請人:中鐵二十三局集團軌道交通工程有限公司