CN109437649A - 一种混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂，由以下重量百分比的组分组成：石灰石粉15‑20份；铝硅酸盐矿物5‑10份；粒化高炉矿渣15‑30份；水玻璃3‑8份；高性能膨胀剂5‑10份；吸水性树脂2‑5份；锂渣粉10‑20份；钡盐6‑10份；引气剂0.001‑0.01份。本发明的防腐剂的制备方法，包括如下步骤：S1）将石灰石粉、粒化高炉矿渣、铝硅酸盐矿物、锂渣粉按比例依次加入球磨机中磨至所要求的细度；S2）按比例加入水玻璃、高性能膨胀剂、吸水性树脂、钡盐和引气剂，混合均匀后继续研磨至450m²/kg；S3）将制备好的防腐剂冷却至室温后装袋封存。本发明可有效阻止或延缓混凝土硫酸盐腐蚀。

Description

一种混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土外加剂材料技术领域，具体涉及一种混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂及其制备方法。

背景技术

混凝土在工程建设中的应用历史悠久，被广泛应用于道路、建筑、堤坝等结构中，但是硫酸盐侵蚀问题一直是影响其耐久性的重要因素。硫酸盐侵蚀通常会引起混凝土结构的膨胀破坏和软化剥落，有的由于没有及时防治，导致其服役年限降低；有的甚至在施工阶段就受到硫酸盐侵蚀破坏，造成人力、物力、财力的浪费。

在实际施工中，为了预防混凝土的硫酸盐侵蚀破坏，一般会采用抗硫酸盐水泥，但是抗硫酸盐水泥价格昂贵，且实际效果并不理想；或者在混凝土配合比设计时考虑加入粉煤灰、矿渣、硅灰等矿物掺合料，虽然会有一定的效果，但同时也引起了混凝土其他性能的降低；或者降低水胶比，增加混凝土保护层等，这种手段增大了混凝土的造价，且并不能长久的保证混凝土不发生硫酸盐侵蚀。目前市场上也出现了一些高分子聚合物类防腐剂，通过改善混凝土的孔结构来抑制硫酸盐的侵蚀，但其造价昂贵，寿命周期不长；还有一些无机复合类防腐剂，虽然价格低廉，但是并不能很有效地抑制硫酸盐侵蚀破坏的发生，特别是当混凝土处于温度低于10 ℃的环境下且结构体系中存在大量钙离子、硅酸盐、硫酸盐、碳酸盐及充足的水的条件下时。

近年来，水泥基材料的耐久性问题已成为水泥基材料科学与研究中的热点，其对国民经济的社会效益、经济效益及对工程安全性的重要性越来越被人们所重视。因此，发明一种能全面性预防混凝土各种硫酸盐侵蚀的防腐剂非常有意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种能有效阻止或延缓混凝土硫酸盐腐蚀、作用持久、效果明显、生产简易、价格低廉、材料无毒无害、绿色环保的防腐剂及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂，由以下重量百分比的组分组成：

石灰石粉15-20份；铝硅酸盐矿物5-10份；粒化高炉矿渣15-30份；水玻璃3-8份；高性能膨胀剂5-10份；吸水性树脂2-5份；锂渣粉10-20份；钡盐6-10份；引气剂0.001-0.01份。

进一步地，所述铝硅酸盐矿物为长石粉、高岭土中的一种或组合。

进一步地，所述水玻璃的模数范围为2-3。

进一步地，所述膨胀剂为硫铝酸钙-氧化钙类复合膨胀剂。

进一步地，所述吸水性树脂为聚丙烯酸系或聚乙烯醇系或聚氧乙烯系的合成聚合物系。

进一步地，所述钡盐为氢氧化钡。

进一步地，所述引气剂为三萜类皂角苷、松香树脂类的一种或组合。

一种混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂的制备方法，包括如下步骤：

S1）将石灰石粉、粒化高炉矿渣、铝硅酸盐矿物、锂渣粉按比例依次加入球磨机中磨至所要求的细度；

S2）按比例加入水玻璃、高性能膨胀剂、吸水性树脂、钡盐和引气剂，混合均匀后继续研磨至450m²/kg；

S3）将制备好的防腐剂冷却至室温后装袋封存。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明一种混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂及其制备方法，可有效阻止或延缓混凝土硫酸盐腐蚀，作用持久，效果明显，生产简易，价格低廉，材料无毒无害，绿色环保。

本发明的混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂所选用的石灰石粉、粒化高炉矿渣、锂渣粉均为工业废料，属于废物的再利用，其他材料对环境均无毒害作用，所配置而成的防腐剂为绿色环保产品。此外，本发明的防腐剂不是单纯提高混凝土的密实性，而是降低可侵入混凝土中SO4^2-浓度并细化水泥石孔径，抑制CH从水泥石中的析出，从而延缓石膏、AFT、DEF以及TSA的生成。因此，本发明的混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂能有效阻止石膏结晶膨胀破坏、钙矾石结晶膨胀破坏以及碳硫硅钙石结晶破坏，从而提高混凝土结构耐久性。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作进一步详细的描述。

一种混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂，由以下重量百分比的组分组成：

石灰石粉15-20份；铝硅酸盐矿物5-10份；粒化高炉矿渣15-30份；水玻璃3-8份；高性能膨胀剂5-10份；吸水性树脂2-5份；锂渣粉10-20份；钡盐6-10份；引气剂0.001-0.01份。

所述石灰石粉的细度大于2500m²/kg。石灰石粉便于开采且价格低廉，在混凝土中具有填充和分散作用，通过优化颗粒级配，可以改善新拌混凝土的和易性、保水性，以及提高硬化混凝土的抗渗性、耐久性等优良性能。此外，石灰石粉能沉积氢氧化钙，起到晶核作用，加速水泥颗粒的水化，提高混凝土早期强度，从而提高混凝土抗硫酸盐侵蚀性。

所述铝硅酸盐矿物为长石粉、高岭土中的一种或组合，铝硅酸盐矿物的细度大于450 m²/kg。石灰石粉与普通硅酸盐水泥在早期不会发生水化反应，但在铝硅酸盐的激发下，石灰石粉就能在早期参与水化。但是，铝硅酸盐矿物的加入会提高混凝土中Al³⁺的含量，促进钙矾石的生成，因此，要注意铝酸盐矿物中Al³⁺的含量，当其略高于激发石灰石粉的量为佳。

所述粒化高炉矿渣的细度大于600m²/kg。作为一种活性掺合料，粒化高炉矿渣具有良好的形态效应、微集料效应和火山灰效应，可以改善胶凝材料的水化机理以及混凝土的微观结构，细化混凝土孔径，增加无害孔、少害孔的总比例。其水化后可以生成颗粒状的水化铝硅酸钠钙矿物、CSH 凝胶和少量的无定型凝胶物质，这些胶凝物质可以填充混凝土界面孔隙，使混凝土结构更密实。

所述水玻璃的模数范围为2-3。粒化高炉矿渣为惰性材料，它的水化反应需要达到一定的碱度方可进行。水玻璃作为激发剂可以促使粒化高炉矿渣参与早期水化反应，主要生成低碱度的水化硅酸钙及沸石类矿物，因而具有较好的抗硫酸盐侵蚀性。

所述膨胀剂为硫铝酸钙-氧化钙类复合膨胀剂。不管是普通混凝土还是高性能混凝土，均会有体积收缩。在混凝土中掺入膨胀剂可以减少其因温度收缩和自生体积收缩而引起的开裂，减少了硫酸盐侵入的可能性。

所述吸水性树脂为聚丙烯酸系或聚乙烯醇系或聚氧乙烯系的合成聚合物系。吸水性树脂通过吸水膨胀、密实微裂缝或孔隙，从而截断硫酸盐介质的入侵，以此提高混凝土抗硫酸盐侵蚀性。

所述锂渣粉为提炼锂盐的固体废弃物磨细而成，具有一定火山灰活性，其细度大于450m²/kg。锂渣粉中含有较多的无定型活性 SiO₂，在水泥水化过程中与CH发生反应，破坏了石膏及延迟性钙矾石的生成条件，使得混凝土在高硫酸盐浓度介质的环境下也不易被侵蚀。

所述钡盐为氢氧化钡。硫酸钡的溶解度低于硫酸钙，因此侵入混凝土中的SO4^2-优先与Ba²⁺离子反应生成硫酸钡。硫酸钡的生成消耗了SO4^2-，同时其沉积物填充了混凝土的毛细孔，从而降低了SO4^2-的侵蚀速度。

所述引气剂为三萜类皂角苷、松香树脂类的一种或组合。在防腐剂中加入引气剂可以消除混凝土中的大孔、连通孔及不稳定孔，增加细小、均匀、稳定的无害孔和少害孔的总体比例，从而改善混凝土的孔隙结构，提高混凝土的工作性、强度及耐久性。

所述混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂在使用过程中，其掺量为混凝土胶凝材料的8%-12%。

一种混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂的制备方法，包括如下步骤：

S1）将石灰石粉、粒化高炉矿渣、铝硅酸盐矿物、锂渣粉按比例依次加入球磨机中磨至所要求的细度；

S2）按比例加入水玻璃、高性能膨胀剂、吸水性树脂、钡盐和引气剂，混合均匀后继续研磨至450m²/kg；

S3）将制备好的防腐剂冷却至室温后装袋封存。

实施例1

混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂，按重量百分比其组成为：石灰石粉20份、粒化高炉矿渣20份、铝硅酸盐矿物10份、锂渣粉15份、模数为2.5的水玻璃5份、高性能膨胀剂8份、吸水性树脂（聚乙烯醇系）4份、钡盐（氢氧化钡）6份和引气剂（三萜类皂角苷）0.003份。

实施例2

混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂，按重量百分比其组成为：石灰石粉15份、粒化高炉矿渣30份、铝硅酸盐矿物5份、锂渣粉20份、模数为2.5的水玻璃5份、高性能膨胀剂8份、吸水性树脂（聚乙烯醇系）4份、钡盐（氢氧化钡）6份和引气剂（三萜类皂角苷）0.005份。

实施例3

混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂，按重量百分比其组成为：石灰石粉20份、粒化高炉矿渣30份、铝硅酸盐矿物10份、锂渣粉20份、模数为2.5的水玻璃8份、高性能膨胀剂6份、吸水性树脂（聚乙烯醇系）5份、钡盐（氢氧化钡）8份和引气剂（三萜类皂角苷）0.006份。

实施例4

混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂，按重量百分比其组成为：石灰石粉20份、粒化高炉矿渣15份、铝硅酸盐矿物10份、锂渣粉10份、模数为2.5的水玻璃4份、高性能膨胀剂8份、吸水性树脂（聚乙烯醇系）4份、钡盐（氢氧化钡）6份和引气剂（三萜类皂角苷）0.004份。

将上述实施例1-4中制备的混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂按照规范要求进行试验测定，实验结果见表1所示。

表1 混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂性能测试表

实验中，水泥选用尖峰水泥P.O42.5普通硅酸盐水泥，砂选用标准砂，防腐剂掺量为胶凝材料的8%。

以上所述仅是本发明优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims (8)

1.一种混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂，其特征在于：由以下重量百分比的组分组成：

石灰石粉15-20份；铝硅酸盐矿物5-10份；粒化高炉矿渣15-30份；水玻璃3-8份；高性能膨胀剂5-10份；吸水性树脂2-5份；锂渣粉10-20份；钡盐6-10份；引气剂0.001-0.01份。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂，其特征在于：所述铝硅酸盐矿物为长石粉、高岭土中的一种或组合。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂，其特征在于：所述水玻璃的模数范围为2-3。

4.根据权利要求1所述的一种混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂，其特征在于：所述膨胀剂为硫铝酸钙-氧化钙类复合膨胀剂。

5.根据权利要求1所述的一种混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂，其特征在于：所述吸水性树脂为聚丙烯酸系或聚乙烯醇系或聚氧乙烯系的合成聚合物系。

6.根据权利要求1所述的一种混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂，其特征在于：所述钡盐为氢氧化钡。

7.根据权利要求1所述的一种混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂，其特征在于：所述引气剂为三萜类皂角苷、松香树脂类的一种或组合。

8.一种混凝土抗硫酸盐侵蚀的防腐剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

S1）将石灰石粉、粒化高炉矿渣、铝硅酸盐矿物、锂渣粉按比例依次加入球磨机中磨至所要求的细度；

S2）按比例加入水玻璃、高性能膨胀剂、吸水性树脂、钡盐和引气剂，混合均匀后继续研磨至450m²/kg；

S3）将制备好的防腐剂冷却至室温后装袋封存。