CN100400456C - 混凝土硫酸盐结晶破坏抑制材料 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种混凝土硫酸盐结晶破坏抑制材料。由引气剂、减水剂及活性掺合料组成，其中，所述减水剂为木质素磺酸盐、β-甲基萘磺酸盐缩聚物、三聚氰胺甲醛缩聚物或聚羧酸盐减水剂中的一种或几种；所述引气剂为三萜皂甙表面活性剂、松香树脂类的钠盐化合物、脂肪酸盐类化合物、磺化碳氢化合物或烷基-苯甲基磺酸盐类化合物中的一种或几种；所述活性掺合料为粉煤灰、矿渣微粉、硅灰或煤矸石粉中的一种或几种。将本发明掺入混凝土中，可显著减小混凝土硫酸盐结晶产生的膨胀率，盐结晶引起的混凝土剥落量、强度损失的大幅度减小，混凝土的抗硫酸盐结晶破坏能力显著提高。本发明生产工艺简单，价格便宜，也易于推广应用。

Description

混凝土硫酸盐结晶破坏抑制材料
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种混凝土硫酸盐结晶破坏抑制材料。
背景技术
硫酸盐侵蚀是影响混凝土耐久性的最主要的形式之一，在铁路、公路、矿山和水电工程中都发现地下水对混凝土建筑物的硫酸盐侵蚀问题，有的已严重危及建筑物的安全运行，如青海省的一些人防工程、成昆铁路的部分隧道工程、青海盐湖地区的公路工程，在盐湖卤水和盐渍土中混凝土建筑物不到一年就完全崩溃，在盐湖卤水或盐渍土交界部位，混凝土的腐蚀速度更快。混凝土硫酸盐侵蚀问题已受到学术界和工程的关注，但是与混凝土的其它耐久性如抗冻性、碳化、钢筋锈蚀、碱集料反应的研究相比，对混凝土硫酸盐侵蚀的研究相对较薄弱，研究过程中以及实际工程中出现的一些现象还较难用具有说服力的观点给予解释。由于研究方法和测试手段各异，研究人员对硫酸盐侵蚀破坏的许多问题没有形成一致的意见，有的甚至截然相反。一些工程单位对硫酸盐侵蚀的机理认识不够，在处理和修补遭受硫酸盐侵蚀混凝土建筑物时，因材料设计不当，不能取得预期的效果。
一般都认为钙矾石和石膏膨胀引起混凝土硫酸盐破坏的最主要原因。硫酸盐侵蚀可归纳为以下几种破坏形式：1.由钙矾石引起的膨胀破坏。硫酸盐溶液中的阳离子为可溶性的离子(如Na+、K+)时，硫酸盐与C3A反应生成钙矾石，钙矾石的生成被认为是体积增加了2.5倍，导致膨胀应力的产生，而使混凝土开裂破坏。事实上由Na2SO4、CaSO4或MgSO4引起的盐结晶也是造成混凝土硫酸盐侵蚀破坏的重要原因，在西部盐碱地区及潮汐区这个问题更加突出。在自然使用环境中，盐结晶引起多孔材料如混凝土和石材等表面剥蚀是常见的现象，其中以Na2SO4引起的破坏最普遍和严重。
在淡水中进行干湿循环引起的试件长度变化很小，然而在硫酸盐溶液中进行干湿循环将引起试件的膨胀率逐渐增大，盐浓度愈高，增加速度愈快。我们的研究表明C40的普通混凝土在10％Na2SO4溶液中浸泡180天，抗压强度损失很小甚至有所提高，在Na2SO4溶液中而经过14次干湿循环后，抗压强度损失60％、抗折强度损失35％，经18次循环后混凝土已完全破坏。
此外，Na2SO4的溶解度受温度影响很大，当温度降低时，很容易以Na2SO4·10H2O析晶，将产生较大的体积膨胀和盐结晶压。随着Na2SO4浓度的增加，盐溶液开始产生体积膨胀的温度也提高，即更容易达到过饱和度而结晶，其盐结晶膨胀率也显著提高。
对于硫酸盐侵蚀的防治措施，大多采用控制C3A、C3S含量和掺加活性掺合料等方法，来预防由钙矾石和石膏引起的硫酸盐侵蚀；我国水泥标准规定，抗硫酸盐水泥的C3A含量应小于5％，C3A+C4AF＜22％，C3S＜50％，高级抗硫酸盐水泥C3A＜3.5％。最新颁布的建设部和铁道部混凝土结构耐久性行业标准对硫酸盐侵蚀环境下混凝土胶凝材料的针对不同的使用环境，分别采用普硅水泥、中抗硫酸盐水泥和高抗硫酸盐水泥C3A含量分别控制在8％、5％和3％以下，对环境作用等级高的情况下，必须掺加20％以上的粉煤灰或矿渣粉。然而对于盐结晶造成的硫酸盐侵蚀，C3A含量并不是决定因素，研究表明在干湿交替的恶劣环境中，抗硫酸盐水泥混凝土的抗侵蚀性能并不比普通水泥混凝土好。
在现场使用环境条件下，由于混凝土结构表面将遭受频繁的干湿循环作用，盐溶液将在混凝土内部不断析晶和富积，最终产生盐结晶压破坏。因此，在一些盐浓度较高地区、干湿循环频繁的使用环境下，混凝土遭受的盐结晶破坏要比实验室中更加严重。事实上，混凝土在实际使用环境中不少工程的硫酸盐侵蚀破坏主要由硫酸盐结晶破坏引起的。
发明内容
本发明的目的在于提出一种混凝土硫酸盐结晶破坏抑制材料。
本发明提出的混凝土硫酸盐结晶破坏抑制材料，由引气剂、减水剂及活性掺合料组成，其组分的重量配比为：
组分          重量百分比
减水剂        5-98％
引气剂        0.1-5％
活性掺合料    1.9-94％
其总量满足100％。
其中，所述减水剂为木质素磺酸盐、三聚氰胺甲醛缩聚物或聚羧酸盐减水剂等中的一种或几种；所述引气剂为三萜皂甙表面活性剂、松香树脂类的钠盐化合物、脂肪酸盐类化合物、磺化碳氢化合物或烷基-苯甲基磺酸盐类化合物等中的一种或几种；所述活性掺合料为粉煤灰与矿渣微粉、硅灰或煤矸石粉等中任一种组合。
本发明在混凝土中的掺入量为混凝土胶凝材料重量的1-20％。本发明在混凝土中较佳的的掺入量为混凝土胶凝材料重量的1-10％。
本发明中，混凝土中加入引气剂后，可在水泥浆体中引入的大量微小气泡，起到了体积膨胀的“缓冲阀”的作用，可以有效的减小和延迟因硫酸盐侵蚀引起的体积膨胀。混凝土中加入减水剂，可降低混凝土的水灰比，可弥补混凝土引气造成的抗压强度损失。加入活性掺合料可细化混凝土的孔结构，提高密实度，减少混凝土中易受硫酸盐侵蚀组分C3A和CH的含量，并改善混凝土中浆体与集料过渡区的结构。
本发明中，减水剂、引气剂应符合国家标准GB8076-1997混凝土外加剂》对减水剂和引气剂质量的要求。粉煤灰的等级为I、II级粉煤灰，粉煤灰的需水量比小于105％，烧失量小于5％。矿渣微粉的比表面积大于350m2/kg，硅灰的烧失量小于5％，SiO2含量大于80％。煤矸石粉由自燃煤矸石或天然煤矸石经煅烧后磨细而成，比表面积大于300m2/kg。
本发明的制备方法如下：
对于粉状材料，将各组分材料按比例加入混合机中，搅拌3-5分钟，混合即得所需制品。对于液体材料，将各组分材料加入分散机中，搅拌8-12分钟，称量包装，即得所需制品。
混凝土中掺入本发明后，引入的气泡产生的空间可以容纳更多的盐晶体，即引入的微小气泡能有效的缓冲硫酸盐结晶引起的膨胀。盐结晶压产生的膨胀率、剥落量显著降低、强度损失的大幅度减小，混凝土的抗硫酸盐结晶破坏能力显著提高。本发明对提高混凝土的耐久性，尤其对提高西部盐碱地区及沿海潮汐区混凝土使用寿命具有很高的价值，本材料生产工艺简单，价格便宜，也易于推广应用。
本发明能有效抑制混凝土硫酸盐结晶引起的破坏，对防治混凝土的硫酸盐侵蚀，尤其是对硫酸盐浓度较高和干湿循环频繁的使用环境(如西部盐碱地、路面、潮汐区等)混凝土耐久性的提高，具有重要的现实意义。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1
三聚氰胺甲醛缩合物      73％(重量百分比，下同)
木质素磺酸盐            25％
改性松香热聚物          2％
总量                    100％
上述材料均为液体，将上述材料放入分散机中，搅拌10分钟，称量包装，即得所需产品。将所得产品掺入混凝土中，其在混凝土中的掺入量为混凝土胶凝材料重量1％。混凝土拌和物的含气量、膨胀率、剥落量、抗压强度损失、抗折强度损失性能见表1。
实施例2
粉煤灰        50％
矿渣微粉      35％
β-甲基萘磺酸盐缩聚物     14.5％
三萜皂甙引气剂            0.5％
重量                      100％
将上述各组分材料按比例加入混合机中，搅拌3-5分钟，混合即得所需产品，装袋封口包装。将所得产品掺入混凝土中，在混凝土中的掺入量为混凝土胶凝材料重量的5％。混凝土拌和物的含气量、膨胀率、剥落量、抗压强度损失、抗折强度损失性能见表1。
实施例3
粉煤灰                   42％
硅灰                     50％
β-甲基萘磺酸盐缩聚物    7.7％
三萜皂甙引气剂           0.3％
重量                     100％
将上述各组分材料按比例加入混合机中，搅拌3-5分钟，混合即得所需产品，装袋封口包装。将所得产品掺入混凝土中，其在混凝土中的掺入量为混凝土胶凝材料重量的10％。混凝土拌和物的含气量、膨胀率、剥落量、抗压强度损失、抗折强度损失性能见表1。
实施例4
粉煤灰                62％
煤矸石粉              32％
β-甲基萘磺酸盐缩聚物 4.4％
木质素磺酸盐          1.5％
十二烷基硫酸钠        0.1％
总量                  100％
将上述各组分材料按比例加入混合机中，搅拌3-5分钟，混合即得所需产品，装袋封口包装。将所得产品掺入混凝土中，其在混凝土中的掺入量为掺量为混凝土胶凝材料重量的15％，混凝土拌和物的含气量、膨胀率、剥落量、抗压强度损失、抗折强度损失性能见表1。
表1.使用本发明前后混凝土性能对比
  试样   膨胀率(×10<sup>-4</sup>)   剥落量(g/m<sup>2</sup>)   抗压强度损失(％)   抗折强度损失(％)
  基准   18.75   3570   75.5   56.0
  实施例1   7.34   1728   60.8   35.3
  实施例2   3.97   1011   58.3   26.1
  实施例3   5.31   1370   61.1   28.6
  实施例4   6.55   1531   62.5   31.8
表1中含气量是指混凝土拌和物的含气量；膨胀率、剥落量、抗压强度损失、抗折强度损失为硬化混凝土试件经28天标准养护后，在10％Na2SO4溶液中经18次干湿循环后测得的数据，其中抗压、抗折强度的损失是指混凝土试件在Na2SO4溶液中经18次循环后的强度与28后标养试件相比的损失率。从表1中可以看到，使用本发明后混凝土在10％Na2SO4溶液中的膨胀率、剥落量显著降低，抗压强度损失、抗折强度损失大幅度减小，即混凝土的抗硫酸盐结晶破坏的能力得到显著提高。

Claims (4)

1.一种混凝土硫酸盐结晶破坏抑制材料，其特征在于由引气剂、减水剂及活性掺合料组成，其组分的重量配比为：
组分         重量百分比
减水剂       5-98％，
引气剂       0.1-5％，
活性掺合料   1.9-94％，
其总量满足   100％；
其中，所述减水剂为木质素磺酸盐、三聚氰胺甲醛缩聚物或聚羧酸盐减水剂中的一种或几种；所述引气剂为三萜皂甙表面活性剂、脂肪酸盐类化合物、磺化碳氢化合物或烷基-苯甲基磺酸盐类化合物中的一种或几种；所述活性掺合料为粉煤灰与矿渣微粉、硅灰或煤矸石粉中任一种组合。
2.一种如权利要求1所述的混凝土硫酸盐结晶破坏抑制材料的使用方法，其特征在于抑制材料在混凝土中的掺入量为混凝土胶凝材料重量的1-20％。
3.根据权利要求2所述的混凝土硫酸盐结晶破坏抑制材料的使用方法，其特征在于抑制材料在混凝土中的掺入量为混凝土胶凝材料重量的1-10％。
4.根据权利要求1所述的混凝土硫酸盐结晶破坏抑制材料，其特征在于所述的粉煤灰等级为I、II级，粉煤灰的需水量比小于105％，烧失量小于5％；所述的矿渣微粉比表面积大于350m2/kg；所述的硅灰烧失量小于5％，SiO2含量大于80％；所述的煤矸石粉比表面积大于300m2/kg。
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