CN109824288A

CN109824288A - 一种水泥基材料固氯剂及其制备方法

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Publication number: CN109824288A
Application number: CN201910207440.7A
Authority: CN
Inventors: 水中和; 王云摇; 黄赟
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2019-05-31
Anticipated expiration: 2039-03-19
Also published as: CN109824288B

Abstract

本发明涉及一种水泥基材料固氯剂及其制备方法，该固氯剂固含量为30～60％，原料组分及质量份如下：纳米铝溶胶100份；偏高岭土5～20份；氧化铝10～45份；氢氧化铝10～30份。本发明提供的水泥基材料固氯剂效果明显，按有效组分掺量为2～9％时，养护28天的海砂或海水拌制的水泥基材料内部游离氯子含量可降低15.1～40.9％，对水泥基材料力学性能无明显的不利影响，对延长使用了富氯原料的钢筋混凝土服役寿命意义重大。

Description

一种水泥基材料固氯剂及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种水泥基材料固氯剂及其制备方法。

背景技术

随着河砂资源的枯竭和海洋工程项目的不断开展，海砂在混凝土结构中的应用越来越广泛。然而，由于海砂中含有较多的氯离子，用于制备钢筋混凝土时，氯离子溶解于孔溶液中致使体系自由氯离子含量增加，自由氯离子在微电池的作用下向钢筋周围聚集，引发钢筋过早锈蚀，致使混凝土结构破坏。另外，特别对于远海工程，制备混凝土用的拌合水同样十分短缺，由于海水中富含氯离子，用作拌合水同样会造成体系自由氯离子含量增加，致使混凝土结构快速失效。

为了应对海砂造成的钢筋锈蚀问题，目前常用的方法为对海砂进行淡化。海砂的淡化需要占用一定的场地，消耗大量的淡水并产生大量含盐废水，于生态环境不利；不仅如此，海砂淡化后依然有一定量的氯离子残余，这些氯离子在海砂混凝土服役过程中逐渐溶出，引发钢筋锈蚀。因此，淡化海砂在实际结构工程中的使用受到较大限制。另外，对于远海工程建设所用的淡水，一般是通过使用选择性透过膜除去其中的盐份，以对海水进行淡化。若以淡化海水作为拌合水，其代价较高，且产能有限。因此，通过合理的方法减弱或消除含氯离子原材料在混凝土结构中使用带来的不利影响对混凝土行业的可持续发展尤为重要。

众所周知，硅酸盐水泥具有一定的固化氯离子的能力，其熟料中的铝相及其水化产物能与氯离子反应形成范氏盐(3CaO·Al₂O₃·CaCl₂·10H₂O)，使自由氯离子被固化。使用高铝矿物掺合料如偏高岭土、粉煤灰、矿粉可提升水泥基材料的氯离子固化能力，但由于其中惰性成分较多并且非晶态硅水化会消耗大量氢氧化钙，致使其固氯能力有限。因此，为了提升海砂混凝土服役过程中性能的稳定性，需要针对水泥基材料的氯离子固化特性，开发高效氯离子固化剂，以进一步提升水泥基材料的氯离子固化能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种水泥基材料固氯剂及其制备方法，该固氯剂能够提升水泥基材料的氯离子固化能力，优化海砂或海水拌制的混凝土服役过程中性能的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种水泥基材料固氯剂，该固氯剂固含量为30～60％，原料组分及质量份如下：

按上述方案，所述纳米铝溶胶的固含量(偏氢氧化铝含量)大于5％，氯离子含量低于0.1％。

按上述方案，所述偏高岭土为煅烧高岭土，煅烧前高岭土中高岭石含量大于80％，煅烧温度为600～850℃，煅烧时间为30～120min，偏高岭土平均粒径小于15μm。

按上述方案，所述氧化铝纯度≥80％，其平均粒径小于30μm。

按上述方案，所述氢氧化铝纯度≥80％，其平均粒径小于30μm。

本发明还提供上述水泥基材料固氯剂的制备方法，具体步骤如下：

1)按比例称取原料组分，备用；

2)将称取的偏高岭土、氧化铝、氢氧化铝投入到纳米铝溶胶中得到混合物，然后将所得混合物置于球磨机中球磨5～24小时得到水泥基材料固氯剂。

本发明还提供上述水泥基材料固氯剂的使用方法，具体为：将所述水泥基材料固氯剂按其有效组分含量(固含量)计以2～9％等质量取代水泥使用。

水泥基材料中的氯离子主要以形成范氏盐(3CaO·Al₂O₃·CaCl₂·10H₂O)的形式固化，范氏盐的形成需要氢氧化钙，活性铝相和水的参与。使用高铝矿物掺合料可提升水泥基材料的氯离子固化能力，但由于高铝矿物掺合料中含大量的活性硅，活性硅的水化需要消耗大量的氢氧化钙，致使参与形成范氏盐的氢氧化钙减少，对氯离子固化行为不利；另外，由于常用高铝矿物材料中含有大量的惰性物质，其本身无法水化，这也同样限制了矿物材料的固氯行为。因此，本发明针对性地使用在硅酸盐水泥体系下具备较高反应活性的原材料，在配方设计过程中减少硅质材料的使用，使得更多的氢氧化钙可参与范氏盐的形成；并且，考虑到海砂混凝土在拌合阶段便有大量氯离子溶出，本发明引入高活性的纳米材料增强早期的氯离子固化作用。本发明各组分的作用机理如下表1所示。

表1

以上各组分协同作用，在保证水泥基材料力学性能的同时，提升水泥基材料在早期和后期对氯离子的固化能力，全面增强了含氯原材料的混凝土结构对氯离子侵蚀的防御能力。

另外，本发明使用的以铝相为主的氯离子固化剂配方，其引入并不会造成体系的体积稳定性不良。这是因为铝相的引入促进了体系AFm和CASH凝胶的形成，减少了氢氧化钙的含量，降低了硫/铝比，其二次钙矾石的形成在一定程度上反而受到了抑制。

本发明的有益效果在于：1、本发明提供的水泥基材料固氯剂效果明显，按有效组分掺量为2～9％时，养护28天的海砂或海水拌制的水泥基材料内部游离氯子含量可降低15.1～40.9％，对水泥基材料力学性能无明显的不利影响，对延长使用了富氯原料的钢筋混凝土服役寿命意义重大。2、该固氯剂制备工艺简单，成本较低。

附图说明

图1为本发明实施例1不同养护龄期掺固氯剂的浆体游离氯离子含量；

图2为实施例2不同养护龄期掺固氯剂的胶砂游离氯离子含量。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

本发明实施例所用偏高岭土为将高岭石含量大于85％的高岭土在800℃煅烧90min制得，平均粒径约为4μm；所用铝溶胶为市售固含量(偏氢氧化铝含量)为10％和20％的铝溶胶，氯离子含量为0.02％；所用氧化铝纯度90％，平均粒径10μm；所用氢氧化铝纯度为85％，平均粒径12μm。

实施例1

一种水泥基材料氯离子固化剂，所用原材料及配比为：100份纳米铝溶胶(固含量10％)、10份偏高岭土、30份氧化铝、20份氢氧化铝，四种原材料混合后经球磨12小时，即得固氯剂成品浆料，其固含量为43.8％。

将本实施例制备的固氯剂按有效组分等质量取代水泥制备净浆，固氯剂有效组份加入量为应加入水泥总质量的3％、6％和9％；另外，由于当前公认偏高岭土具有较强的氯离子固化能力，本实施例特别地加入偏高岭土掺量为3％、6％和9％净浆组别进行对比，配合比和浆体28天强度如表2所示。

表2掺固氯剂水泥净浆的配合比及强度

表2中REF1表示不加偏高岭土和固氯剂的基准组，M1、M2和M3分别表示偏高岭土掺量为3％、6％和9％的组别；T1、T2和T3表示固氯剂有效组成(固含量)掺量为3％、6％和9％的组别。所有配比中均加入6.58g氯化钠，以使拌合水(包括固氯剂浆料中的水)的氯离子浓度为0.5mol/L(与海水中氯离子浓度相近)。浆体中游离氯离子含量的测定参照行业标准JTJ 270-98《水运工程混凝土实验规程》中“7.16混凝土中砂浆的水溶性氯离子含量测定”进行。浆体拌制好后放入自封袋中密封保存，在3、7和28天时取出，将新鲜浆捶碎至通过0.63mm筛子。取10g捶碎的浆体，泡于100mL的去离子水中，剧烈摇晃1-2分钟后静置24小时，然后以铬酸钾为指示剂，用硝酸盐对可溶性氯离子含量进行滴定。测得的结果如图1所示，可见固氯剂有效组分掺量为3％、6％和9％时，浆体内部28天的游离氯离子含量分别降低15.1％、29.2％和40.9％；偏高岭土掺量为3％、6％和9％时，浆体内部28天的游离氯离子含量分别降低11.4％、24.4％和22.9％。由此可知，固氯剂相较偏高岭土对氯离子的固化作用明显更强。固氯剂掺量较高时，对浆体28天强度发展有一定的抑制作用，但并不十分显著。

实施例2

一种水泥基材料氯离子固化剂，所用原材料及配比为：100份纳米铝溶胶(固含量20％)、15份偏高岭土、35份氧化铝、15份氢氧化铝，四种原材料混合后经球磨8小时，即得固氯剂成品浆料，其固含量为51.5％。

将本实施例制备的固氯剂按有效组分等质量取代水泥制备海砂胶砂，固氯剂有效组分加入量为应加入水泥总质量的4％和8％，样品分别记为S1，S2，配合比及28天强度如表3所示，表中REF2表示不加固氯剂的基准样。

表3掺固氯剂海砂砂浆的配合比及强度

胶砂的制备过程和强度检验按照国标GB/T 176-1991《水泥胶砂强度检验方法》进行。其中海砂氯离子含量为0.2％。砂浆中氯离子含量的测定按照行业标准JTJ 270-98《水运工程混凝土实验规程》中“7.16混凝土中砂浆的水溶性氯离子含量测定”进行。用于测定游离氯离子含量的胶砂试件拌制好后装与自封袋中密封保存。然后分别在3、7和28天将其捶碎、浸泡和滴定。测得的胶砂中游离氯离子含量如图2所示，如固氯剂有效组分掺量为4％和8％时，海砂砂浆内部28天的游离氯离子含量分别降低18.3％和36.4％。固氯剂掺量较高时，对胶砂强度发展有抑制作用，但并不十分明显。

Claims

1.一种水泥基材料固氯剂，其特征在于，该固氯剂固含量为30～60％，原料组分及质量份如下：

2.一种权利要求1所述的水泥基材料固氯剂，其特征在于，所述纳米铝溶胶的固含量大于5％，氯离子含量低于0.1％。

3.一种权利要求1所述的水泥基材料固氯剂，其特征在于，所述偏高岭土为煅烧高岭土，煅烧前高岭土中高岭石含量大于80％，煅烧温度为600～850℃，煅烧时间为30～120min，偏高岭土平均粒径小于15μm。

4.一种权利要求1所述的水泥基材料固氯剂，其特征在于，所述氧化铝纯度≥80％，其平均粒径小于30μm。

5.一种权利要求1所述的水泥基材料固氯剂，其特征在于，所述氢氧化铝纯度≥80％，其平均粒径小于30μm。

6.一种权利要求1-5任一所述的水泥基材料固氯剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)按比例称取原料组分，备用；

7.一种权利要求1-5任一所述的水泥基材料固氯剂的使用方法，其特征在于，具体为：将所述水泥基材料固氯剂按其有效组分含量计以2～9％等质量取代水泥使用。