CN105347755B - 高耐久性水泥基复合胶凝材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高耐久性水泥基复合胶凝材料，它由以下重量百分比的组分组成：硅酸盐水泥50～70%；碱渣11～15%；粉煤灰4～10%；矿渣9～15%；纳米添加剂3～5%；阳离子迁移型阻锈剂3～5%；以上各组分的重量百分比之和为100%；本发明既可克服碱渣等工业废料的回收利用问题，又能用于海洋环境中作为钢筋混凝土结构，能够有效减缓氯离子侵蚀。

Description

高耐久性水泥基复合胶凝材料
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体讲是一种高耐久性水泥基复合胶凝材料。
背景技术
2014年我国纯碱年产量达到2514.68万吨，其中在沿海地区广泛采用的氨碱法产能为1200万吨。由于氨碱法生产工艺上的特点，每生产1t纯碱要排放约0.3t碱渣。碱渣池、废生石灰、粉煤灰堆放占用地用量均有几千亩，由于没有合适的技术手段处理废渣，使土地占用量越来越大，而大型碱厂大多和发电厂、石灰厂连在一起，周围是工业城镇，土地资源都很宝贵。碱渣的堆放一方面占用大量土地，且堆积的碱渣易滑坡、塌方；另一方面对区域环境造成很大危害，严重制约着制碱企业的可持续发展。
另外，海洋环境混凝土工程建设中，耐久性水泥基胶凝材料的使用必不可少，其性能关系着整个工程建设的质量，其技术发展对进一步提升钢筋混凝土结构耐蚀性能和工程结构服役寿命意义重大。钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的重要问题，而 Cl-在混凝土中的渗透入侵又是造成钢筋锈蚀的主要原因，目前工程中主要采用的防护技术为混凝土表面涂层保护，但是表面防护涂层使用年限往往较低，一旦失效将使混凝土结构的耐久性快速降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上现有技术的缺点：提供一种既克服碱渣等工业废料的回收利用问题，又能用于海洋环境中作为钢筋混凝土结构，能够有效减缓氯离子侵蚀的高耐久性水泥基复合胶凝材料。
本发明的技术解决方案如下：一种高耐久性水泥基复合胶凝材料，它由以下重量百分比的组分组成：硅酸盐水泥50～70%；碱渣11～15%；粉煤灰4～10%；矿渣9～15%；纳米添加剂3～5%；阳离子迁移型阻锈剂3～5%；以上各组分的重量百分比之和为100%。
所述硅酸盐水泥为强度等级为标号325、425和525水泥中的一种。
所述碱渣为制碱企业利用氨碱法生产纯碱过程中产生的固体废料，pH值为10~12。
作为优化，所述粉煤灰的比表面积为200～500 m2/kg。
作为优化，所述矿渣的比表面积为300～600 m2/kg。
作为优化，所述纳米添加剂为比表面积为400～500 m2/kg的纳米硅粉或者纳米碳酸钙。
所述的阳离子迁移型阻锈剂的制备方法为：将原料酸与三乙烯二胺以1︰1.1～1.3的重量比例混合，并使用加热套进行加热和搅拌，在 120～180℃范围内进行脱水酰胺化，反应2～4h 后，逐渐将温度升高至200～260℃进行环化反应，反应 3～6h后，与季铵化试剂氯乙酸钠在80～100℃下进行反应7～10h，最终制备得到阳离子迁移型阻锈剂。
所述原料酸为硬脂酸，油酸，月桂酸，环烷酸中的一种。
本发明的制备方法：按照上述重量百分比称取各组分，先将纳米添加剂与阳离子迁移型阻锈剂混合均匀，再加入粉煤灰、碱渣、矿渣与硅酸盐水泥混合均匀即可制得高耐久性水泥基复合胶凝材料。
本发明的有益效果是：本发明大量利用碱厂排放的碱渣和矿渣，有效解决了碱渣矿渣的露天堆积问题，节约大量土地资源。采用碱渣、粉煤灰、废渣等工业废料作为原料，既克服碱渣等工业废料的回收利用问题，又能用于海洋环境中的钢筋混凝土结构，本发明的迁移型阻锈剂能在新建混凝土工程中渗透到钢筋表面，形成一层防护层，起到有效减缓氯离子侵蚀的作用。
具体实施方式
下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。
实施例1
高耐久性水泥基复合胶凝材料原料重量百分比的组成为硅酸盐水泥50%，碱渣15%，粉煤灰10%，矿渣15%，纳米添加剂5%，阳离子迁移型阻锈剂5%。
所述的阳离子迁移型阻锈剂的制备方法为：将硬脂酸与三乙烯二胺以1︰1.2的重量比例混合，并使用加热套进行加热和搅拌，在 120～180℃范围内进行脱水酰胺化，反应2～4h 后，逐渐将温度升高至200～260℃进行环化反应，反应 3～6h后，与季铵化试剂氯乙酸钠在80～100℃下进行反应7～10h，最终制备得到阳离子迁移型阻锈剂。
按照上述重量百分比称取各组分，先将纳米添加剂与阳离子迁移型阻锈剂混合均匀，再加入粉煤灰、碱渣、矿渣与硅酸盐水泥混合均匀即可制得高耐久性水泥基复合胶凝材料。
对所述高耐久性水泥基复合胶凝材料进行抗压强度测量，测量获取所述胶凝材料的3天抗压强度为12.1MPa，3天抗折强度为3.0MPa ；28天抗压强度为34.5MPa、抗折强度为6.5MPa。初凝时间130min，终凝时间235min，试饼法、雷氏夹法安定性都合格。
实施例2
高耐久性水泥基复合胶凝材料原料重量百分比的组成为硅酸盐水泥70%，碱渣11%，粉煤灰4%，矿渣9%，纳米添加剂3%，阳离子迁移型阻锈剂3%。
所述的阳离子迁移型阻锈剂的制备方法同实施例1。
按照上述重量百分比称取各组分，先将纳米添加剂与阳离子迁移型阻锈剂混合均匀，再加入粉煤灰、碱渣、矿渣与硅酸盐水泥混合均匀即可制得高耐久性水泥基复合胶凝材料。
对所述胶凝材料进行抗压强度测量，测量获取所述高耐久性水泥基复合胶凝材料的3天抗压强度为13.1MPa，3天抗折强度为3.2MPa ；28天抗压强度为40.5MPa、抗折强度为8.5MPa。初凝时间145min，终凝时间260min，试饼法、雷氏夹法安定性都合格。
实施例3
高耐久性水泥基复合胶凝材料原料重量百分比的组成为硅酸盐水泥60%，碱渣13%，粉煤灰7%，矿渣12%，纳米添加剂4%，阳离子迁移型阻锈剂4%。
所述的阳离子迁移型阻锈剂的制备方法同实施例1。
按照上述重量百分比称取各组分，先将纳米添加剂与阳离子迁移型阻锈剂混合均匀，再加入粉煤灰、碱渣、矿渣与硅酸盐水泥混合均匀即可制得高耐久性水泥基复合胶凝材料。
对所述胶凝材料进行抗压强度测量，测量获取所述高耐久性水泥基复合胶凝材料的3天抗压强度为16.1MPa，3天抗折强度为4.5MPa；28天抗压强度为37.5MPa、抗折强度为7.5MPa。初凝时间140min，终凝时间255min，试饼法、雷氏夹法安定性都合格。
表1 实例1-3高耐久性水泥基复合胶凝材料在钢筋混凝土的应用
表2 钢筋混凝土性能测试结果
由表2钢筋混凝土性能测试结果可知，本发明各项指标符合《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规程》（JTJ275-2000）、《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》GBJ 82-1981的耐久性要求。
以上仅是本发明的特征实施范例，对本发明保护范围不构成任何限制。凡采用同等交换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高耐久性水泥基复合胶凝材料，其特征在于：它由以下重量百分比的组分组成：硅酸盐水泥50～70％；碱渣11～15％；粉煤灰4～10％；矿渣9～15％；纳米添加剂3～5％；阳离子迁移型阻锈剂3～5％；以上各组分的重量百分比之和为100％；
所述纳米添加剂为比表面积为400～500m2/kg的纳米硅粉或者纳米碳酸钙；
所述的阳离子迁移型阻锈剂的制备方法为：将原料酸与三乙烯二胺以1︰1.1～1.3的重量比例混合，并加热和搅拌，在120～180℃范围内进行脱水酰胺化，反应2～4h后，逐渐将温度升高至200～260℃进行环化反应，反应3～6h后，与氯乙酸钠在80～100℃下进行反应7～10h，最终制备得到阳离子迁移型阻锈剂；
所述原料酸为硬脂酸，油酸，月桂酸，环烷酸中的一种。
2.根据权利要求 1所述的高耐久性水泥基复合胶凝材料，其特征在于：所述硅酸盐水泥为强度等级为标号325、425和525水泥中的一种。
3.根据权利要求 1所述的高耐久性水泥基复合胶凝材料，其特征在于：所述碱渣为制碱企业利用氨碱法生产纯碱过程中产生的固体废料，比表面积为300～600m2/kg。
4.根据权利要求 1所述的高耐久性水泥基复合胶凝材料，其特征在于：所述粉煤灰的比表面积为200～500m2/kg。
5.根据权利要求 1所述的高耐久性水泥基复合胶凝材料，其特征在于：所述矿渣的比表面积为300～600m2/kg。
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