CN102617067A - 一种高性能火山灰水泥基材掺合料 - Google Patents
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Abstract
一种高性能火山灰水泥基材掺合料，以克服传统天然火山灰在应用过程中出现干缩大、抗硫酸盐侵蚀性能差的缺点，改善了水泥基材料拌合物性能、水化放热以及硬化后的性能，缓解建筑原材料日益紧缺的现状，确保工程建设的顺利进行。该掺合料的组份和按重量份的配合比为火山灰77、I级粉煤灰15、生石膏粉4、聚乙烯醇聚合物可再分散乳胶粉3.5、羟丙基甲基纤维素0.05、木质素磺酸钙0.5。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料，特别涉及一种高性能火山灰水泥基材掺合料。
背景技术
水泥基材料作为工程结构的物质基础，一直是最大宗的建筑材料之一，也是大量消耗能源、资源的一种工程材料，世界各国为此相继制定了水泥基材料的可持续发展的战略。各国相关科学家们在提升水泥基材料性能的同时，也一直在寻求包括发展水泥替代材料(辅助性胶凝材料)在内的水泥基材料可持续发展途径，并取得了很大进展，如粉煤灰、矿渣等工业废渣以及作为水泥基材料并大量应用；同时，对天然火山灰的利用等进行了大量研究。尽管火山灰(质)材料作为一种重要的辅助性胶凝材料有较长的应用历史，但由于天然火山灰本身的特性及其性质差异等原因，火山灰在我国基本上仅用于水泥混合材，而很少作为掺合料在水泥基材料生产制备时取代水泥而掺用，这很大程度上制约了火山灰资源的高效利用。我国的火山灰资源不少，包括云南、海南、广西、黑龙江、西藏等地区均分布了丰富的火山灰资源，但一直未能得到有效利用；而另一方面，为了满足社会经济快速、健康发展的需求，我国开展了大规模的工程设施建设，包括高速公路、高速铁路以及现代化城市设施的建设，不仅对工程材料提出了更高的性能要求，而且由于工程材料用量的大大增加，导致原材料供应日趋紧张，大型工程建设中缺少优质的水泥基材料原材料。迫切需要加强我国火山灰资源的高效利用，这不仅增加了可替代的建筑原材料，满足了工程需要，确保了工程建设的顺利进行，而且也将为水泥基材料的可持续发展做出重要贡献。
火山灰是火山喷发时随同熔岩一起喷发的大量熔岩碎屑和粉尘沉积在地表面或水中形成松散或轻度胶结的物质，具有玻璃体结构，有一定的化学活性，其活性组分SiO2和Al2O3，能分别与水泥熟料水化产生的高碱性的水化硅酸钙凝胶和Ca(OH)2发生反应，即火山灰效应，其化学反应如式如下：
xCa(OH)2+SiO2+mH2O——xCaO·SiO2·nH2O
yCa(OH)2+A12O3+mH2O——yCaO·A12O3·nH2O
式中：x、y值决定于氢氧化钙与活性氧化硅及活性A12O3的比例、环境温度以及反应所延续的时间等，一般为1或稍大，n值一般为1～2.5。
在Ca(OH)2和SiO2相互作用的过程中，无定性的硅酸吸收了钙离子，开始形成不定成分的吸附系统，然后形成无定形的水化硅酸钙，再经过较长一段时间后慢慢转变为微晶体或凝胶。氢氧化钙与活性氧化铝相互作用形成水化铝酸钙。当液相中有石膏存在时，水化铝酸钙与石膏反应生成水化硫铝酸钙。这些水化物发生凝结硬化后，具有一定强度。然而，火山灰颗粒具有疏松多孔，内比表面积大，易吸水、易反应，干缩较大；同时，不同火山灰的化学组成变化较大，特别是活性Al2O3含量各异，不少火山灰掺入水泥基材料后导致其抗硫酸盐侵蚀性能较差。上述方面使得火山灰在应用中存在一定的技术风险。如何减少或避免天然火山灰的上述不足是促进火山灰进一步高效利用亟需开展的研究课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高性能火山灰水泥基材掺合料，以克服传统天然火山灰在应用过程中出现干缩大、抗硫酸盐侵蚀性能差的缺点，改善了水泥基材料拌合物性能、水化放热以及硬化后的性能，缓解建筑原材料日益紧缺的现状，确保工程建设的顺利进行。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的一种高性能火山灰水泥基材掺合料，其特征是：该掺合料的组份和按重量份的配合比为火山灰77、I级粉煤灰15、生石膏粉4、聚乙烯醇聚合物可再分散乳胶粉3.5、羟丙基甲基纤维素0.05、木质素磺酸钙0.5。
本发明的有益效果是，以天然火山岩(凝灰岩、浮石等)为主要原材料，克服传统天然火山灰在应用过程中出现干缩大、抗硫酸盐侵蚀性能差的缺点，改善水泥基材料拌合物性能、水化放热以及硬化后的影响，提供了一种具有技术、经济和环保综合效应的用于水泥基材料中的高性能火山灰掺合料；能有效地缓解建筑原材料日益紧缺的现状，确保工程建设的顺利进行；适用性强，价格合理，应用方便。
附图说明
本说明书包括如下四幅附图：
图1为对比例和实施例水泥基材料试样的28d龄期抗压强度测试对比结果；
图2为对比例和实施例水泥基材料试样的抗硫酸盐侵蚀性能(5％硫酸盐溶液浸泡)对比结果。
图3为对比例和实施例砂浆试样的抗硫酸盐侵蚀性能(抗蚀系数)对比结果(5％硫酸盐溶液浸泡)。
图4为对比例和实施例砂浆试样的抗硫酸盐侵蚀性能(线度膨胀率)对比结果(5％硫酸盐溶液浸泡)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明一种高性能火山灰水泥基材掺合料，其特征是：该掺合料的组份和按重量份的配合比为火山灰77、I级粉煤灰15、生石膏粉4、聚乙烯醇聚合物可再分散乳胶粉3.5、羟丙基甲基纤维素0.05、木质素磺酸钙0.5。所述火山灰由凝灰岩、浮石磨细的粉体，其细度为45μm方孔筛筛余≤6％。
实施例及对比实验结果：
实施例为坍落度为160±20mm的C30水泥基材料，对比例采用粉煤灰掺合料，实施例、对比例采用相同的胶凝材料，进行了相应砂浆试件对比试验。
实施例、对比例的组分如表1所示。
表1试验用不同试样的组分(kg/m3)
试验根据相应的配比和原材料以及相应的规定成型试件，成型好的试件置于标准环境条件下1d拆模，将水泥基材料试件继续置于室内标准环境下养护至28d，按标准方法测试试件的抗压强度；按GB/T50082-2009方法进行试件的干缩试验测试；采用5％Na2SO4溶液全浸泡试验方法测试试件的抗硫酸盐化学侵蚀性能，试验环境温度均为(20±2)℃。对比例和实施例水泥基材料干缩率测试结果如表2所示。
表2对比例和实施例水泥基材料干缩率测试结果
图1为对比例和实施例水泥基材料试样的28d龄期抗压强度测试对比结果。图2为对比例和实施例水泥基材料试样的抗硫酸盐侵蚀性能对比结果(5％硫酸盐溶液浸泡)，试件标准养护28d后，一部分试件置于20±2℃条件下5％Na2SO4溶液中浸泡，一部分继续标准养护，测试浸泡试件与标准养护试件的抗压强度比值作为抗蚀系数。图3为对比例和实施例砂浆试样的抗硫酸盐侵蚀性能(抗蚀系数)对比结果(5％硫酸盐溶液浸泡)，此图A0、A1、B1～B3系列中水泥、掺合料均与表1中对应，未采用石子，仅采用相同河砂按胶砂比1∶1制成砂浆试件，水胶比0.35，浸泡试验条件同图2。图4为对比例和实施例砂浆试样的抗硫酸盐侵蚀性能(线度膨胀率)对比结果(5％硫酸盐溶液浸泡)。
从图1、图2、图3图4以及表2中的性能测试结果可知：与对比例相比，掺本发明高性能火山灰水泥基材掺合料水泥基材料的试样强度随龄期延长而增加，且28d龄期强度要稍大；试件的干缩率较小，与掺粉煤灰试件的相当；不管是水泥基材料试件还是砂浆试件，采用本发明材料试样的抗硫酸盐侵蚀性能更优。试验结果表明，本发明高性能火山灰掺合料掺入水泥基材料后可显著改善其性能，具有良好的综合效益。
Claims (2)
1.一种高性能火山灰水泥基材掺合料，其特征是：该掺合料的组份和按重量份的配合比为火山灰77、I级粉煤灰15、生石膏粉4、聚乙烯醇聚合物可再分散乳胶粉3.5、羟丙基甲基纤维素0.05、木质素磺酸钙0.5。
2.如权利要求1所述的一种高性能火山灰水泥基材掺合料，其特征是：所述火山灰由凝灰岩、浮石磨细的粉体，其细度为45μm方孔筛筛余≤6％。
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