【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于新型多功能材料領(lǐng)域，主要涉及一種用于海底隧道的新型高強(qiáng)度隔熱、防腐自修復(fù)的水泥基材料。
技術(shù)介紹
1、海底隧道所處的環(huán)境條件非常特殊和苛刻，因此海底隧道的養(yǎng)護(hù)與地面建筑相比更加困難。海底隧道必須能夠承受巨大的水壓，在100米深的海底，隧道頂部每平方米大約承受10.1兆帕的水壓。除此之外，海底隧道的設(shè)計(jì)還需要考慮土壓力、波浪作用、地震作用等因素，這些因素會(huì)導(dǎo)致水泥基材料表面產(chǎn)生空隙和微裂縫，此外，海水中的氯離子可以通過上述因素產(chǎn)生的孔隙和微裂縫滲透進(jìn)入水泥基材料內(nèi)部，鋼筋處于水泥基材料中時(shí)，常有一層鈍化膜予以保護(hù)，該鈍化膜是在氫氧化鈣形成的堿性環(huán)境下產(chǎn)生的。這層膜可避免鋼筋接觸氧氣和水分，起到防腐蝕的作用。但當(dāng)氯離子濃度超出臨界值時(shí)，氯離子會(huì)替換鈍化膜中的氫氧根離子，進(jìn)而破壞鈍化膜的穩(wěn)定性。鈍化膜被破壞后，鋼筋表面暴露在氧氣和水分中，就會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕從而產(chǎn)生鐵的氫氧化物，即銹蝕產(chǎn)物。銹蝕產(chǎn)物的體積遠(yuǎn)大于原來的鋼筋體積，其體積可能是原來鐵的2至6倍。這種體積膨脹會(huì)對(duì)周圍的水泥基材料產(chǎn)生巨大的壓力從而導(dǎo)致水泥基材料內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)這種拉應(yīng)力超過水泥基材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，水泥基材料會(huì)發(fā)生開裂。隨著腐蝕的進(jìn)一步發(fā)展，裂縫會(huì)擴(kuò)大，最終導(dǎo)致水泥基材料保護(hù)層的剝落。影響結(jié)構(gòu)的承載能力和安全性。裂縫和剝落還可能加速氯離子的進(jìn)一步滲透，形成惡性循環(huán)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)更快地退化，損失在每公里數(shù)百萬到數(shù)千萬美元不等。
2、此外，極端的溫度差會(huì)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)造成損害，隧道內(nèi)部的溫暖空氣接觸到冷的外壁時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生冷凝水，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)腐蝕，影響隧
3、為提高材料強(qiáng)度，降低海底隧道養(yǎng)護(hù)難度，減少海底隧道的養(yǎng)護(hù)成本，各國采取了各種手段。例如定期進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，如清潔、涂層更新、排水系統(tǒng)檢查等。采用無損檢測技術(shù)，如超聲波檢測、紅外熱成像等，減少破壞性檢測的成本。制定長期的養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，合理分配資源，避免緊急維修的高成本。使用長效防水材料和涂層，減少滲水和腐蝕問題。
4、但是，目前沒有一種手段可以同時(shí)、有效的解決海底隧道氯離子腐蝕、內(nèi)外溫度差距大、養(yǎng)護(hù)困難的問題。因此，需要找到一種有效的解決方案，既能隔熱、減少海水中氯離子的滲透，又能實(shí)現(xiàn)在海底環(huán)境中自我修復(fù)。
5、本專利技術(shù)公開了一種用于海底隧道的新型隔熱、防腐自修復(fù)的水泥基材料，由離子絡(luò)合劑三乙醇胺，普通硅酸鹽水泥，納米二氧化硅，膨脹珍珠巖顆粒等部分共同構(gòu)成。其中，離子絡(luò)合劑三乙醇胺用于與海洋中的離子反應(yīng)，生成沉淀物填補(bǔ)形成的裂紋，恢復(fù)結(jié)構(gòu)的完整性。此外，納米二氧化硅用于減少氯離子和其他有害物質(zhì)的滲透從而防止水泥基材料腐敗。膨脹珍珠巖顆粒用于減少外部溫度對(duì)水泥基材料內(nèi)部和隧道空間的影響，維持海底隧道內(nèi)部的溫度穩(wěn)定，提高結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)旨在解決現(xiàn)有水泥基材料構(gòu)成的海底隧道內(nèi)外溫差大且易被海水中的氯離子滲透造成結(jié)構(gòu)破壞難以養(yǎng)護(hù)的問題，本專利技術(shù)設(shè)計(jì)并公開了一種用于海底隧道的新型隔熱、防腐自修復(fù)的水泥基材料。
2、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實(shí)施例一種用于海底隧道的新型隔熱、防腐自修復(fù)的水泥基材料，采用裹殼工藝和二次攪拌方法處理憎水性膨脹珍珠巖顆粒骨料。首先，將珍珠巖浸水約5分鐘至接近飽和，然后晾干至表面干燥。接著，將水泥和水混合攪拌，再加入預(yù)濕的珍珠巖繼續(xù)攪拌，直至珍珠巖表面被水泥凈漿完全覆蓋。最后將混合物倒出，自然靜置6小時(shí)，形成硬殼包裹的膨脹珍珠巖顆粒骨料。
3、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實(shí)施例一種用于海底隧道的新型隔熱、防腐自修復(fù)的水泥基材料，含離子絡(luò)合劑三乙醇胺的水泥凈漿試樣的制備以內(nèi)摻的方式在凈漿攪拌過程中將離子絡(luò)合劑隨拌合用水直接加入，有效提高開裂水泥凈漿試樣的抗?jié)B性能，試樣可修復(fù)的最大裂縫寬度達(dá)到400-600μm。摻入1.5％的離子絡(luò)合劑三乙醇胺會(huì)導(dǎo)致漿體屈服應(yīng)力增加，損害工作性能，延長終凝時(shí)間，增加硬化漿體中的大孔徑和大孔數(shù)量，并降低各齡期的水泥膠砂強(qiáng)度使，其滿足或超越現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。
4、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實(shí)施例一種用于海底隧道的新型隔熱、防腐自修復(fù)的水泥基材料，確保納米二氧化硅和水泥的干燥狀態(tài)，并且符合所需的規(guī)格和質(zhì)量要求。根據(jù)設(shè)計(jì)配比，準(zhǔn)確稱量所需的納米二氧化硅和和水泥的質(zhì)量比例為1：9將稱量好的納米二氧化硅和水泥放入攪拌機(jī)中。啟動(dòng)攪拌機(jī)，采用機(jī)械攪拌法進(jìn)行混合，低速干拌90s使納米二氧化硅顆粒能夠均勻分散在水泥粉末中，避免團(tuán)聚現(xiàn)象。
5、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實(shí)施例一種用于海底隧道的新型隔熱、防腐自修復(fù)的水泥基材料，采用裹殼工藝和二次攪拌方法處理憎水性膨脹珍珠巖顆粒骨料。首先，將珍珠巖浸水約5分鐘至接近飽和，然后晾干至表面干燥。接著，將水泥和水混合攪拌，再加入預(yù)濕的珍珠巖繼續(xù)攪拌，直至珍珠巖表面被水泥凈漿完全覆蓋。最后，將混合物倒出，自然靜置6小時(shí)，形成硬殼包裹的膨脹珍珠巖顆粒骨料。
6、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實(shí)施例一種用于海底隧道的新型隔熱、防腐自修復(fù)的水泥基材料，其中普通硅酸鹽水泥水泥基材料的水灰比為0.34，將水與高效減水劑混合，用玻璃棒攪拌均勻。將含有納米二氧化硅的水泥、含有高效減水劑的水溶液倒入攪拌鍋內(nèi)，先低速攪拌30秒，再高速攪拌150秒后，然后依次放入相應(yīng)水灰比的水、1.5％的離子絡(luò)合劑三乙醇胺以及形成硬殼包裹的膨脹珍珠巖顆粒骨料，先低速攪拌30秒，再高速攪拌90秒，制成水泥基材料。
7、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實(shí)施例一種用于海底隧道的新型隔熱、防腐自修復(fù)的水泥基材料，可以隔熱減少海水中的氯離子滲透并自我修復(fù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的特點(diǎn)是：
8、(1)一種用于海底隧道的新型隔熱、防腐自修復(fù)的水泥基材料強(qiáng)度高于正常污水管道水泥基材料，可以進(jìn)行自我修復(fù)從而減少海底隧道維修頻率。
9、(2)一種用于海底隧道的新型隔熱、防腐自修復(fù)的水泥基材料可以減少海底環(huán)境和隧道內(nèi)部熱量交換和氯離子滲透腐蝕，從而增加結(jié)構(gòu)的耐久和穩(wěn)定性。
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1.一種用于海底隧道的新型隔熱、防腐自修復(fù)的水泥基材料，其特征在于：一種用于海底隧道的新型隔熱、防腐自修復(fù)的水泥基材料的混凝土示意樣塊(1)，是由膨脹珍珠巖顆粒(1-1)、離子絡(luò)合劑三乙醇胺(1-2)、納米二氧化硅(1-3)和普通硅酸鹽水泥(1-4)按照一定比例混合后共同澆筑而成；其中，膨脹珍珠巖顆粒(1-1)，維持海底隧道內(nèi)部的溫度穩(wěn)定，減少外部溫度對(duì)水泥基材料內(nèi)部和隧道空間的影響；離子絡(luò)合劑三乙醇胺(1-2)，用于和海底中的離子發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生沉淀物從而達(dá)到自修復(fù)的效果；納米二氧化硅(1-3)，其中納米二氧化硅(1-3)粒徑在100nm左右，用于減少氯離子滲透；普通硅酸鹽水泥(1-4)，作為水泥膠凝材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于海底隧道的新型隔熱、防腐自修復(fù)的水泥基材料，其特征在于：膨脹珍珠巖顆粒(1-1)是由珍珠巖礦石經(jīng)過預(yù)熱焙燒后形成的材料，其種類為憎水性膨脹珍珠巖且導(dǎo)熱系數(shù)約為0.0245～0.048W/(m·K)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于海底隧道的新型隔熱、防腐自修復(fù)的水泥基材料，其特征在于：離子絡(luò)合劑三乙醇胺(1-2)是一種有
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于海底隧道的新型隔熱、防腐自修復(fù)的水泥基材料，其特征在于：納米二氧化硅(1-3)比表面積大于600m2/g，可以填充水泥基材料中的微孔和毛細(xì)孔，從而減少水泥基材料的孔隙率，形成一個(gè)更加致密和均勻的微觀結(jié)構(gòu)，減少氯離子滲透的通道；納米二氧化硅能夠與水泥水化時(shí)產(chǎn)生的氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而生成更多的水化硅酸鈣凝膠；這對(duì)提升水泥基材料的密實(shí)度和抗?jié)B透性是有幫助的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于海底隧道的新型隔熱、防腐自修復(fù)的水泥基材料，其特征在于：經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整后材料中各組分的配比，膨脹珍珠巖顆粒(1-1)作為骨料摻量為水泥重量的90％，離子絡(luò)合劑三乙醇胺(1-2)比例為1.5％～2％，納米二氧化硅(1-3)比例為2％～8％，水灰比為0.34，混凝土強(qiáng)度在C50以上，以確保水泥基材料的保溫防腐自修復(fù)性能。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于海底隧道的新型隔熱、防腐自修復(fù)的水泥基材料，其特征在于：一種用于海底隧道的新型隔熱、防腐自修復(fù)的水泥基材料的混凝土示意樣塊(1)，是由膨脹珍珠巖顆粒(1-1)、離子絡(luò)合劑三乙醇胺(1-2)、納米二氧化硅(1-3)和普通硅酸鹽水泥(1-4)按照一定比例混合后共同澆筑而成；其中，膨脹珍珠巖顆粒(1-1)，維持海底隧道內(nèi)部的溫度穩(wěn)定，減少外部溫度對(duì)水泥基材料內(nèi)部和隧道空間的影響；離子絡(luò)合劑三乙醇胺(1-2)，用于和海底中的離子發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生沉淀物從而達(dá)到自修復(fù)的效果；納米二氧化硅(1-3)，其中納米二氧化硅(1-3)粒徑在100nm左右，用于減少氯離子滲透；普通硅酸鹽水泥(1-4)，作為水泥膠凝材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于海底隧道的新型隔熱、防腐自修復(fù)的水泥基材料，其特征在于：膨脹珍珠巖顆粒(1-1)是由珍珠巖礦石經(jīng)過預(yù)熱焙燒后形成的材料，其種類為憎水性膨脹珍珠巖且導(dǎo)熱系數(shù)約為0.0245～0.048w/(m·k)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于海底隧道的新型隔熱、防腐自修復(fù)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉秀，付軍霖，夏奇警，王浩龍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東北林業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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