CN103130467A - 一种改性水泥及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改性水泥及其应用，属于建筑材料制备领域。一种改性水泥，其特征在于：所述改性水泥，包括胶凝材料和添加剂，其中，胶凝材料由普通水泥和矿渣微粉组成，矿渣微粉占胶凝材料总重量的40～60%；添加剂由纳米粘土粒子和减水剂组成，纳米粘土粒子重量为胶凝材料总重量的1%，减水剂重量为胶凝材料总重量的1.5～2%。本发明根据配合比选取适量材料制备大掺量矿渣微粉高性能混凝土，能显著提高混凝土的抗电化学侵蚀特性，其抗渗性可以提高40～60%，抗冻性能提高30%以上，对钢筋的抗锈蚀性能可提高2～4倍，使混凝土结构的使用寿命延长3～4倍。

Description

一种改性水泥及其应用
技术领域
本发明涉及一种改性水泥及其应用，特别涉及一种适用于北方沿海环境抗海水电化学腐蚀的大掺量矿渣微粉高性能水泥及混凝土，属于建筑材料制备领域。
背景技术
在我国北方沿海地区的混凝土结构不仅遭受海水中氯离子的侵蚀造成钢筋锈蚀，在寒冷冬季还要遭受冻融破坏的作用，造成混凝土的开裂破损，并使得氯离子的侵入更加容易，加剧了混凝土结构的破坏，降低了混凝土结构的耐久性，缩短了其使用寿命，给社会造成了严重的损失，如何提高北方沿海环境下混凝土结构的抗海水侵蚀性能，提高其耐久性已成为国内外研究的热点问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是研制一种适用于北方沿海环境下具有显著的抗海水电化学侵蚀的高性能水泥及混凝土，从而解决北方沿海地区混凝土结构遭受海水侵蚀耐久性降低的问题。本发明所述适用于北方沿海环境抗海水电化学侵蚀混凝土，是大掺量矿渣微粉高性能混凝土，具有显著的抗氯离子渗透性、抗冻融破坏性能以及显著提高混凝土的电阻率，具有优越的抗海水电化学侵蚀特性，阻碍钢筋锈蚀。
一种改性水泥，所述改性水泥包括胶凝材料和添加剂，其中，
胶凝材料由普通水泥和矿渣微粉组成，矿渣微粉占胶凝材料总重量的40～60%；
添加剂由纳米粘土粒子和减水剂组成，纳米粘土粒子重量为胶凝材料总重量的1%，减水剂重量为胶凝材料总重量的1.5～2%。
本发明所述改性水泥在使用时需加水，水的加入量的确定为本领域的现有技术，本发明优选胶凝材料与水的质量比为2:1。
本发明所述矿渣微粉属于矿物废料，具有较高的潜在活性，能促进混凝土的水化反应，提高后期强度，并且其颗粒粒径小数水泥颗粒，能够在混凝土中填充微小空隙，使结构密实性提高。矿渣微粉可提高提高混凝土的抗电化学侵蚀特性从而提高北方沿海环境下混凝土结构的耐久性。
一种改性水泥，优选所述改性水泥由胶凝材料和添加剂组成，其中，
胶凝材料由普通水泥和矿渣微粉组成，矿渣微粉占胶凝材料总重量的40～60%；
添加剂由纳米粘土粒子和减水剂组成，纳米粘土粒子重量为胶凝材料总重量的1%，减水剂重量为胶凝材料总重量的1.5～2%。
本发明所有技术方案中所述矿渣微粉优选为S95级矿渣微粉。
本发明所有技术方案中所述矿渣微粉优选其粒径为6.5～8.4μm。
本发明所有技术方案中所述减水剂为本领域技术人员所知的可用于水泥的减水剂，优选为β-萘磺酸盐甲醛聚合物减水剂。
本发明所有技术方案中所述纳米粘土粒子为纳米高岭土粒子，其平均粒径为300～500nm，平均片层厚度为20～50nm。
本发明的另一目的是提供上述改性水泥的制备方法。
一种改性水泥的制备方法，首先将纳米粘土粒子在水中分散30分钟，再与减水剂混合，最后将纳米粘土与减水剂的混合液倒入胶凝材料中搅拌均匀。
上述方法中优选胶凝材料与水的质量比为2:1。
本发明的另一目的是提供包含上述改性水泥的混凝土。
一种抗冻融混凝土，所述混凝土由上述改性水泥、水、砂子和石子组成。
本发明的有益效果是：本发明充分利用了矿物废料，实现了废料的再利用，节能环保，原材料价格低廉。本发明根据配合比选取适量材料制备大掺量矿渣微粉高性能混凝土，能显著提高混凝土的抗电化学侵蚀特性，其抗渗性可以提高40～60%，抗冻性能提高30%以上，对钢筋的抗锈蚀性能可提高2～4倍，使混凝土结构的使用寿命延长3～4倍；建立了通过电阻率评定矿渣微粉混凝土质量损失率与相对动弹模量变化的定量的关系；为定量评价冻融循环作用下矿渣微粉混凝土材料的损伤提供了一条新途径。本发明所述的混凝土具有优越的抗海水侵蚀性能，抗氯离子渗透性能、抗冻性能显著提高，耐久性显著增强。
附图说明
本发明附图4幅，
图1（a）为矿渣微粉的微观形貌照片；
图1（b）为纳米粘土的微观形貌照片；
图2（a）为混凝土的质量损失率与冻融循环次数的关系图；
图2（b）为混凝土的相对动弹模量与冻融循环次数的关系图；
图3为混凝土电阻率与冻融循环次数的关系图；
图4（a）为混凝土电阻率与质量损失率的关系图；
图4（b）为混凝土电阻率与相对动弹模量的关系图。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
（1）本发明所用矿渣微粉是大连金桥超细粉有限公司生产的S95级矿渣微粉，其颗粒粒径为6.5～8.4μm，图1（a）给出了矿渣微粉的微观形貌；纳米粘土为河北邢台华良橡塑材料有限公司生产的纳米高岭土，平均颗粒直径为300～500nm，平均片层厚度为20～50nm，图1（b）给出了纳米粘土的微观结构；所用减水剂为大连邦达建材有限公司生产的β-萘磺酸盐甲醛聚合物高效减水剂；水泥为大连小野田水泥有限公司生产的PO·42.5R普通硅酸盐水泥；砂子为大河中砂，石子为1～3mm的碎石。
（2）试验混凝土试件配合比
本次试验中选用矿渣微粉掺量为胶凝材料总质量的50%，纳米粘土占胶凝材料总量的1%，高效减水剂掺量为胶凝材料的2%，混凝土具体配合比见表1。
表1混凝土配合比
Figure BDA00002982286500031
试验中采用水胶比为0.5，根据混凝土配合比称取各类材料拌制混凝土试件，首先将纳米粘土粒子在水中分散30分钟，再与减水剂混合，最后将纳米粘土与减水剂的混合液倒入胶凝材料中搅拌均匀，水泥混凝土试件按照（JTG E30-2005）公路工程水泥及水泥混凝土试验规程制备。氯离子渗透试件尺寸为Φ100mm×100mm圆柱体，冻融循环试件尺寸为100mm×100mm×400mm长方体。试件制备完成后在标准养护室（温度为20±1℃、相对湿度≥95%）中养护，1天后拆模，再继续养护至28天龄期进行实验。
（3）实验设备
氯离子渗透试验采用北京耐尔公司出品的RCM-DAL型氯离子扩散系数测定仪。冻融循环试验采用北京首瑞测控技术有限公司研制的快速冻融试验箱，冻融试验按照以下条件设定：每次冻融循环控制在2～4h内完成，其中融化时间不得小于整个冻融循环时间的1/4，在冻结和融化终了时，试件中心温度分别控制在-17士2℃和8℃士2℃；每块试件从6℃降至-15℃所用时间不低于冻结时间的1/2；每块试件从-15℃升至6℃所用时间不低于融化时间的1/2，试件内外温差不超过28℃。利用Resitest-400电阻率测试仪测量混凝土电阻率。
（4）试验结果
在混凝土试件养护到28天试验龄期时，取出氯离子渗透试件和冻融循环试件进行氯离子渗透试验和冻融循环试验，通过测定氯离子扩散系数、质量损失率、相对动弹模量来评定混凝土抗氯离子渗透性和抗冻性，通过测定混凝土的电阻率来评定混凝土的抗电腐蚀特性。具体试验结果如下。
A、氯离子渗透试验
表2氯离子扩散系数
测试试件 氯离子扩散系数/m2/s 增长百分比/%
S0 1.73755E-11
S5 4.78341E-12 -72.47%
表2给出了具体的氯离子扩散系数，由此可得，混凝土中掺入矿渣微粉及粉煤灰后，能显著降低其氯离子扩散系数，较普通混凝土降低72.47%。可见，掺量矿渣微粉和纳米粘土能显著提高混凝土的抗氯离子渗透性能。
B、冻融循环试验
图2（a）和（b）分别给出了混凝土的质量损失率和相对动弹模量与冻融循环次数的关系，由图中可以看出S0混凝土随冻融循环次数的增加，其质量损失率增加明显，而S5混凝土质量损失率变化较平缓；S0混凝土的相对动弹模量在125次冻融循环时，减小到0.6左右，视为已破坏，而S5混凝土在200次冻融循环时，相对动弹模量为0.75左右，未达到破坏状态。可见，掺量矿渣微粉和纳米粘土能显著提高混凝土的抗冻性能。
C、电阻率
由图3可以得出，掺量矿渣微粉和纳米粘土能显著提高混凝土的电阻率，随着冻融循环次数的增加，S0混凝土的电阻率迅速减小，S5混凝土电阻率减小较平缓。可见，掺量矿渣微粉和纳米粘土能显著提高混凝土的抗电腐蚀特性，阻碍了钢筋的锈蚀。
D、混凝土电阻率与质量损失率和相对动弹模量的关系
图4（a）和（b）分别给出了混凝土电阻率与质量损失率和相对动弹模量的定量关系，由图中数据可确定混凝土不同电阻率所对应的质量损失率与相对动弹模量的大小，为定量评价冻融循环作用下混凝土材料的损伤提供了一条新途径。
综上所述，大掺量矿渣微粉能够显著提高混凝土的抗氯离子渗透性能、抗冻性能、抗电腐蚀特性，阻碍了钢筋的锈蚀，能显著提高混凝土的耐久性，延长其使用寿命。

Claims (6)

1.一种改性水泥，其特征在于：所述改性水泥，包括胶凝材料和添加剂，其中，胶凝材料由普通水泥和矿渣微粉组成，矿渣微粉占胶凝材料总重量的40～60%；添加剂由纳米粘土粒子和减水剂组成，纳米粘土粒子重量为胶凝材料总重量的1%，减水剂重量为胶凝材料总重量的1.5～2%。
2.根据权利要求1所述的改性水泥，其特征在于：所述矿渣微粉的粒径为6.5～8.4μm。
3.根据权利要求1所述的改性水泥，其特征在于：所述纳米粘土粒子为纳米高岭土粒子，其平均粒径为300～500nm，平均片层厚度为20～50nm。
4.根据权利要求1所述的改性水泥，其特征在于：所述减水剂为β-萘磺酸盐甲醛聚合物减水剂。
5.一种改性水泥的制备方法，其特征在于：首先将纳米粘土粒子在水中分散30分钟，再与减水剂混合，最后将纳米粘土与减水剂的混合液倒入胶凝材料中搅拌均匀。
6.一种抗冻融混凝土，其特征在于：所述混凝土由权利要求1所述改性水泥、水、砂子和石子组成。
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