CN104529212B - 一种裹覆轻质骨料的制备方法和应用 - Google Patents

一种裹覆轻质骨料的制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种裹覆轻质骨料的制备方法和应用，属于混凝土制备技术领域。本发明以碱激发剂溶液、工业废渣、轻质骨料为原料制备裹覆轻质骨料，本发明所述方法制备得到的轻质骨料制备混凝土经过1200℃高温作用10小时，无爆裂情况，残余30%‑40%力学强度。该混凝土具有成本低廉、耐高温性能优越等特点，可应用于冶炼、石油开采和核等高温作业的基础性设施建设以及喷射于一般混凝土结构表面作为防火层。

Description

一种裹覆轻质骨料的制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种裹覆轻质骨料的制备方法和应用，属于混凝土制备技术领域。
背景技术
混凝土结构经常置于高温环境或火灾隐患中。高温作用会使混凝土力学性能衰减，还有可能发生爆裂，破坏混凝土结构完整性，造成经济损失，威胁人身财产安全。轻质骨料为火山喷发或人工煅烧而成，热导率低，耐高温性能优越。经800-1000℃高温作用后，轻质骨料混凝土相对残余力学性能明显优于普通骨料混凝土，仍具备一定的承载能力（孙洪梅等，高铝水泥耐火混凝土火灾高温后强度及耐久性试验研究. 工业建筑,2003,33(9):60-62；Turkmen I and Findik SB, Several properties of mineral admixtured lightweight mortars at elevated temperatures. Fire and Mateirals, 2013,37:337-349；Tanyildizi H, Variance analysis of crack characteristics of structural lightweight concrete containing silica fume exposed to high temperature. Construction and Building Materials, 2013,47:1154-1159；Sancak E et al., Effects of elevated temperature on compressive strength and weight loss of the light-weight concrete with silica fume and superplasticizer. Cement and Concrete Composites, 2008,30:715-721；蒋玉川等，页岩陶粒混凝土高温性能特征研究.建筑材料学报，2013,16:888-893）。相较于普通骨料，轻质骨料孔隙率大，吸水率高。如果将未经饱水预处理的轻质骨料用于混凝土的制作，轻质骨料极大可能吸收大量拌合用水，造成混凝土坍落度经时损失以及收缩开裂，影响轻质骨料混凝土的工程应用。但是，经过饱水预处理的轻质骨料将会携带额外大量水份进入混凝土。混凝土经高温作用时，如果其内部水蒸汽不能及时逸出，就会在混凝土内部形成强大的蒸汽压，导致混凝土发生爆裂。在以上文献中，研究所用轻质骨料并未做饱水预处理，或在高温作用前先将混凝土试件做干燥处理。所以在这些研究中，轻质骨料混凝土并未发生高温爆裂，轻质骨料的耐高温性能得到了发挥。但在文献（Lindgard J and Hammer TA, Fire resistance of structural lightweight aggregate concrete: a literature survey with focus on spalling. Nordic Concrete Research, 1998, 21: 14-25）中就报道了由于轻质骨料的吸湿作用而造成轻质骨料混凝土高温爆裂的情况。因此，如果在拌制混凝土前能够对轻质骨料进行裹覆预处理，减小其在混凝土新拌阶段的吸水率，同时裹覆层又能在高温作用时协同发挥耐高温作用，即可使轻质骨料充分发挥其优越的耐高温性能。但是目前并没有找到轻骨料预裹覆的相关文献报道。
碱激发工业废渣硬化后为致密的水泥石结构，用其裹覆轻质骨料，可在轻质骨料表面形成一致密层，减小轻质骨料的吸水率。而且碱激发工业废渣具有优越的耐高温性能。Rovnanik et al. （Rovnanik, P et al., Characterization of alkali activated slag paste after exposure to high temperatures. Construction and Building Materials, 2013, 47: 1479-1487）的研究发现，在600℃之前，硅酸钠激发高炉矿渣的抗压强度仅损失15%。尽管在600℃之后，该材料的抗压强度下降至原强度的36%，但在1200℃时，其抗压强度恢复至原强度的60%。该材料的抗折强度变化规律和抗压强度的类似。在1200℃时，其抗折强度超过原强度高达80%。根据Fernandez-Jimenez and Palomo （Fernandez-Jimenez, A and Palomo, A, New cementitious materials based on alkali-activated fly ash: performance at high temperatures. Journal of American Ceramic Society, 2008, 91: 3308-3314）的研究，氢氧化钠激发粉煤灰的抗压强度随温升（20℃~1000℃）一直呈增长趋势。1000℃时，氢氧化钠激发粉煤灰的抗压强度为其在20℃时的1.2倍。因此，碱激发工业废渣裹覆层以及耐高温水泥可协同增强轻质骨料的耐高温性能，降低轻质骨料混凝土高温爆裂的可能性，提高轻质骨料混凝土耐高温性能。
发明内容
本发明为了克服由于轻质骨料吸水率高而易导致轻质骨料混凝土高温爆裂的不足，提供了一种裹覆轻质骨料的制备方法，所述方法具体包括以下步骤：
（1）配制碱激发剂溶液，浓度为6 ~10 mol/L；
（2）将碱激发剂溶液和工业废渣按质量比为1:5~1:8的比例混合后配制得到碱激发工业废渣裹覆浆体；
（3）将步骤（2）中得到的浆体按浆体：轻质骨料质量比为1~3:1裹覆于干燥轻质骨料表面，并过滤多余浆体；
（4）将浆体裹覆处理后的轻质骨料置于工业废渣粉末中进行二次裹覆至轻质骨料颗粒分明；
（5）将步骤（4）得到的轻质骨料颗粒在60~80℃干燥5~24小时裹覆轻质骨料。
本发明所述碱激发剂为氢氧化钠、氢氧化钙、硅酸钠、硫酸钠、碳酸钠中一种。
本发明所述工业废渣为粉煤灰和粒化高炉矿渣中一种。
本发明所述轻质骨料为陶粒、膨胀珍珠岩和浮石中一种。
本发明的另一目的是提供所述裹覆轻质骨料用于制备耐高温混凝土的方法，将耐高温水泥、水、砂和裹覆轻质骨料按350~450kg/m3、150~300kg/m3、600~750kg/m3和450~550kg/m3的配合比进行搅拌成型；所述耐高温混凝土为高铝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和掺偏高岭土硅酸盐水泥中的一种。
本发明的有益效果：本发明提供了一种成本低廉的、耐高温性能优越的轻质骨料的制作方法，用本发明制备得到的轻质骨料制备混凝土经过1200℃高温作用10小时，无爆裂情况，残余30%-40%力学强度，可应用于冶炼、石油开采和核等高温作业的基础性设施建设以及喷射于一般混凝土结构表面作为防火层。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1
本实施例所述裹覆轻质骨料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）配制碳酸钠溶液，浓度为6mol/L；
（2）将碳酸钠溶液和粉煤灰按质量比为1:5的比例混合后配制得到碳酸钠激发粉煤灰裹覆浆体；
（3）将步骤（2）中得到的浆体按浆体：陶粒质量比为1:1裹覆于干燥陶粒表面，并过滤多余浆体；
（4）将浆体裹覆处理后的陶粒置于粉煤灰中进行二次裹覆至陶粒颗粒分明；
（5）60℃干燥24小时后得到裹覆陶粒。
本实施例制备得到的裹覆轻质骨料用于制备耐高温混凝土：将矿渣硅酸盐水泥、碳酸钠激发粉煤灰裹覆陶粒、砂和水按350kg/m3、450kg/m3、600kg/m3和150kg/m3的配合比搅拌成型混凝土，标准养护28天，经1200℃高温作用10小时，无爆裂情况，残余30%力学强度；普通混凝土大多经800-1000℃高温作用2小时后力学强度损失殆尽；说明本发明制作的混凝土具有优越的耐高温性能。
实施例2
本实施例所述裹覆轻质骨料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）配制硫酸钠溶液，浓度为8mol/L；
（2）将硫酸钠溶液和粉煤灰按质量比为1:6的比例混合后配制得到硫酸钠激发粉煤灰裹覆浆体；
（3）将步骤（2）中得到的浆体按浆体：膨胀珍珠岩质量比为2:1裹覆于干燥膨胀珍珠岩表面，并过滤多余浆体；
（4）将浆体裹覆处理后的膨胀珍珠岩置于粉煤灰中进行二次裹覆至膨胀珍珠岩颗粒分明；
（5）70℃干燥24小时后得到裹覆膨胀珍珠岩。
本实施例制备得到的裹覆轻质骨料用于制备耐高温混凝土：粉煤灰硅酸盐水泥、硫酸钠激发粉煤灰裹覆膨胀珍珠岩、砂和水按400kg/m3、500kg/m3、700kg/m3和200kg/m3的配合比搅拌成型混凝土，标准养护28天，经1200℃高温作用10小时，无爆裂情况，残余36%力学强度。普通混凝土大多经800-1000℃高温作用2小时后力学强度损失殆尽；说明本发明制作的混凝土具有优越的耐高温性能。
实施例3
本实施例所述裹覆轻质骨料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）配制氢氧化钠溶液，浓度为10mol/L；
（2）将氢氧化钠溶液和粒化高炉矿渣按质量比为1:8的比例混合后配制得到氢氧化钠激发粒化高炉矿渣裹覆浆体；
（3）将步骤（2）中得到的浆体按浆体：浮石质量比为3:1裹覆于干燥浮石表面，并过滤多余浆体；
（4）将浆体裹覆处理后的浮石置于粒化高炉矿渣中进行二次裹覆至浮石颗粒分明；
（5）80℃干燥5小时后得到裹覆浮石。
本实施例制备得到的裹覆轻质骨料用于制备耐高温混凝土：高铝水泥、氢氧化钠激发粒化高炉矿渣裹覆浮石、砂和水按450kg/m3、550kg/m3、750kg/m3和300kg/m3的配合比搅拌成型混凝土，标准养护28天，经1200℃高温作用10小时，无爆裂情况，残余40%力学强度；普通混凝土大多经800-1000℃高温作用2小时后力学强度损失殆尽；说明本发明制作的混凝土具有优越的耐高温性能。

Claims (5)

1.一种裹覆轻质骨料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）配制碱激发剂溶液，浓度为6 ~10 mol/L；
（2）将碱激发剂溶液和工业废渣按质量比为1:5~1:8的比例混合后配制得到碱激发工业废渣裹覆浆体；
（3）将步骤（2）中得到的浆体按浆体：轻质骨料质量比为1:1~3:1裹覆于干燥轻质骨料表面，并过滤多余浆体；
（4）将浆体裹覆处理后的轻质骨料置于工业废渣粉末中进行二次裹覆至轻质骨料颗粒分明；
（5）将步骤（4）得到的轻质骨料颗粒在60~80℃干燥5~24小时得到裹覆轻质骨料。
2.根据权利要求1所述的裹覆轻质骨料的制备方法，其特征在于：所述碱激发剂为氢氧化钠、氢氧化钙、硅酸钠、硫酸钠、碳酸钠中一种。
3.根据权利要求1所述的裹覆轻质骨料的制备方法，其特征在于：所述工业废渣为粉煤灰和粒化高炉矿渣中一种。
4.根据权利要求1所述的裹覆轻质骨料的制备方法，其特征在于：所述轻质骨料为陶粒、膨胀珍珠岩和浮石中一种。
5.权利要求1所述裹覆轻质骨料的制备方法制备得到裹覆轻质骨料用于制备耐高温混凝土的方法，其特征在于：将耐高温水泥、水、砂和裹覆轻质骨料按350~450kg/m3、150~300kg/m3、600~750kg/m3和450~550kg/m3的配合比进行搅拌成型；所述耐高温混凝土为高铝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和掺偏高岭土硅酸盐水泥中的一种。
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