CN108455961B - 一种磷铝酸盐水泥基氯离子固化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磷铝酸盐水泥基氯离子固化剂，其是由富铁磷铝酸盐水泥熟料60‑72％，烧高岭土8‑16％，水铝英石5‑9％，海泡石粉3‑7％，硅灰3‑7％组成。本发明利用富铁磷铝酸盐水泥早强高强、耐腐蚀、抗渗抗冻等性能，复合高岭土、水铝英石和海泡石等硅铝质粘土类矿物，使其具有良好的氯离子固化能力；同时通过掺加硅灰，改善水泥浆体结构，充分发挥硅铝质矿物的性能，适用于海工工程建设。

Description

一种磷铝酸盐水泥基氯离子固化剂
技术领域
本发明涉及一种磷铝酸盐水泥基氯离子固化剂，属于建筑建材领域。
背景技术
海水是自然界中具有强腐蚀性的天然电解质，它含有大量腐蚀性离子，而混凝土中的氯离子是造成混凝土中钢筋锈蚀的主要原因，评估氯离子侵蚀考虑的两个因素分别为：混凝土对氯离子渗透的扩散阻碍性能及对氯离子的物理或化学固化能力。未淡化的海砂氯离子含量较高，且其中含有各种海洋生物，在处理前不能直接应用于海工设施建设，普通水泥混凝土结构材料不能兼顾抗氯离子渗透与固化。因此海工用水泥混凝土结构材料除应具有高的力学性能与抗渗性能外，也应具有优异的氯离子固化能力，保证海工设施的耐久性。
目前海洋工程使用的结构材料主要为水泥混凝土，水泥混凝土材料是一种较好的结构材料。已公开的氯离子固化剂都以辅助胶凝材料和各种外加剂为主，已知的外加剂如亚硝酸盐，可提高体系固化氯离子能力，但高剂量的亚硝酸盐具有毒性，会对人体造成危害；应用广泛的粉煤灰、矿渣等活性矿物掺合料具有很强的固化氯离子能力，但粉煤灰其较强的初始固化能力主要为水化粉煤灰的较大比表面积和特殊的表面结构，即物理吸附来实现的，矿渣不具备粉煤灰的特殊空心结构，浆体水化初期的固化作用较小，两者都不能在前期与海砂中氯离子有效的化学结合；超细硅粉的掺入可改善水泥浆体结构，提高致密性，但大量超细硅粉的掺入会增加水泥需水量，且价格昂贵。针对混凝土的抗氯离子侵蚀性能，已经有了很多研究，但以往研究局限在对普通硅酸盐水泥水化产物与氯离子的相互作用，特种水泥混凝土原材料本身对氯离子的固化能力缺乏足够的研究。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种磷铝酸盐水泥基氯离子固化剂，以富铁磷铝酸盐水泥为主要原料，同时添加高岭土、水铝英石、海泡石粉和硅灰四种粘土类矿物制备而成，其具有良好的氯离子固化能力。
本发明采用以下技术方案：
一种磷铝酸盐水泥基氯离子固化剂，是由以下重量百分比的原料制得：富铁磷铝酸盐水泥熟料60-72％，高岭土8-16％，水铝英石5-9％，海泡石粉3-7％，硅灰3-7％。
所述富铁磷铝酸盐水泥容积密度为2.98g/cm3，比表面积为319m2/kg，水泥细度为200目，筛余3.1％，凝结时间为初凝220min、终凝260min，铁相含量11％。
所述高岭土80％粒度小于2.8μm，可塑性＞130，比表面积12m2/g。
所述水铝英石比表面积70m2/g，二氧化硅含量＞30％，三氧化二铝含量＞55％。
所述海泡石粉密度为1.8g/cm3，SiO2含量55％，比表面积＞550m2/g。
所述硅灰二氧化硅含量95％，平均粒径为0.2μm，比表面积为24m2/g。
本发明利用富铁磷铝酸盐水泥早强高强、耐腐蚀、抗渗抗冻等性能，复合高岭土、水铝英石和海泡石等硅铝质粘土类矿物，使其具有良好的氯离子固化能力；同时通过掺加硅灰，改善水泥浆体结构，充分发挥硅铝质矿物的性能。
本发明所用富铁磷铝酸盐水泥，其熟料主要组成为特征矿相磷铝酸钙、磷酸钙、铝酸钙和铁铝酸四钙。高岭土属于层状硅酸盐结构，可以与非塑性原料结合形成可塑性泥团，具有一定强度，且高岭土具有从周围介质中吸附各种离子及杂质的性能，并且在溶液中具较弱的离子交换性质，可以有效吸附氯离子。水铝英石是一种含水的铝硅酸盐为纳米中空球结构，属于非晶质矿物，非晶质矿物最大的特性，就是在于其具有吸收各种不同离子的能力，其比表面积较大。海泡石是一种的纤维状的含水硅酸镁，具有非金属矿物中最大的比表面积和独特的内容孔道结构，是公认的吸附能力最强的粘土矿物，对氯离子有着优异的的吸附能力，易分散于水并形成网络，几乎不受电解质的影响。硅灰可以改善水泥浆体结构，填充孔隙，提高浆体的抗渗能力，并可以与富铁磷铝酸盐中水化铝酸钙等矿相反应生成stratlingite(水化硅铝酸钙)，即C2ASH8(水化钙铝黄长石)，提高水泥硬化浆体的强度，且C2ASH8比表面积较小，对氯离子具有一定的吸附作用。
本发明的有益效果是：本发明利用富铁磷铝酸盐水泥、高岭土、水铝英石、海泡石粉与硅灰之间存在的协同作用，水泥的片状水化产物与高岭土的层状结构及纤维片状的海泡石形成相互交错的网状，硅灰的微集料填充作用也可以改善这种网状结构，使浆体更为致密。这些硅铝质矿物都可参与富铁磷铝酸盐水泥中水化铝酸钙对氯离子的固化生成Friedel盐，即Ca4Al2O6Cl2·10H2O和Ca2Al(OH)6Cl2·2H2O，及与铁铝酸四钙的水化产物生成Ca4Fe2O6Cl2·10H2O。水铝英石和海泡石粉作为含水矿物，可以保证低水泥添加量下固化体达到较高的强度，较小的体积变化以及很好的干湿耐久性，同时还具有良好的氯离子固化能力，适用于海工工程建设。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
一种磷铝酸盐水泥基氯离子固化剂，按照以下重量百分比配制的：
富铁磷铝酸盐水泥熟料72％
高岭土8％
水铝英石9％
海泡石粉7％
硅灰4％
实施例2
一种磷铝酸盐水泥基氯离子固化剂，按照以下重量百分比配制的：
富铁磷铝酸盐水泥熟料66％
高岭土16％
水铝英石6％
海泡石粉5％
硅灰7％
实施例3
一种磷铝酸盐水泥基氯离子固化剂，按照以下重量百分比配制的：
富铁磷铝酸盐水泥熟料61％
高岭土16％
水铝英石9％
海泡石粉7％
硅灰7％
对比例1
富铁磷铝酸盐水泥熟料100％
对比例2
一种水泥基氯离子固化剂，按照以下重量百分比配制的：
425普通硅酸盐水泥熟料72％
高岭土8％
水铝英石9％
海泡石粉7％
硅灰4％
对比例3
一种水泥基氯离子固化剂，按照以下重量百分比配制的：
425硫铝酸盐水泥熟料72％
高岭土8％
水铝英石9％
海泡石粉7％
硅灰4％
对比例4
一种氯离子固化剂，按照以下重量百分比配制的：
高岭土28％
水铝英石29％
海泡石粉27％
硅灰16％
将上述实施例1-3制备的磷铝酸盐水泥基氯离子固化剂和对比例1-4的材料用于海工工程建设，对其力学及机械性能进行测试，并采用成型内掺法测试其氯离子固化能力，RCM法测试28d氯离子扩散系数，测试结果如下表1所示。
表1性能测试结果
Figure BDA0001575029040000041
氯离子在水泥混凝土中有两种固化形式，一种是物理吸附，一种是化学结合。化学结合方式固化的氯离子远比物理吸附方式稳定，固化态氯离子数量表征了成型内掺法下此种胶凝材料中两种方式的总氯离子固化能力，值越大说明固化的氯离子越多；化学结合氯离子的量占总结和氯离子的量表征了化学结合方式的氯离子固化能力，其值越高表明化学结合方式固化的氯离子含量越多，固化能力更为稳定。将实施例1-3与对比例1-3数据相比，其固化态氯离子数量和化学结合氯离子的量占总结合氯离子的量数值均明显要高与对比例1-3，这说明本发明的材料结合氯离子的能力较强，且稳定性更好。此外，通过RCM法测试养护28d的试件的氯离子扩散系数可以发现，本发明制备的试件抗氯离子扩散能力明显也高于对比例。对比例4为不掺加富铁磷铝酸盐水泥的对比例，水化形成凝胶有限，力学性能差，由于矿物特性，有着一定的氯离子固化能力，但结构远不及与水泥基材料所形成的结构致密，氯离子扩散系数大，表明抗氯离子渗透能力差。本发明是以富铁磷铝酸盐水泥为基体，主要起氯离子固化作用的为富铁磷铝酸盐水泥，但同时也与其他几种矿物具有协同作用，单一富铁磷铝酸盐水泥及单一混合矿物均达不到本发明的效果。几种矿物的复合不仅可以替代部分水泥，在保证其强度的同时还可以兼顾物理吸附与化学结合两种方式来固化氯离子，固化能力更稳定。

Claims (1)

1.一种磷铝酸盐水泥基氯离子固化剂，其特征在于，是由以下重量百分比的原料制得：
富铁磷铝酸盐水泥熟料60-72％，高岭土8-16％，水铝英石5-9％，海泡石粉3-7％，硅灰3-7％；
所述富铁磷铝酸盐水泥容积密度为2.98g/cm3，比表面积为319m2/kg，水泥细度为200目，筛余3.1％，凝结时间为初凝220min、终凝260min，铁相含量11％；所述高岭土80％粒度小于2.8μm，可塑性＞130，比表面积12m2/g；所述水铝英石比表面积70m2/g，二氧化硅含量＞30％，三氧化二铝含量＞55％；所述海泡石粉密度为1.8g/cm3，SiO2含量55％，比表面积＞550m2/g；所述硅灰二氧化硅含量95％，平均粒径为0.2μm，比表面积为24m2/g。
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