CN110937866A - 一种基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于EDTA‑2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料，包括以下重量份的组分：水泥12‑20份，矿渣3‑5份，砂30‑70份，石子0‑50份；还包括EDTA‑2Na螯合剂，所述EDTA‑2Na螯合剂的质量占胶凝材料（水泥+矿渣）质量的0.5%‑1%。该水泥基材料在不降低材料早期力学性能的前提下，能够长期同时抵抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀。
Description
技术领域
本发明涉及一种水泥基材料，尤其涉及一种基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料。
背景技术
在现代建筑工程中，水泥基材料因原材料丰富，价格低廉被广泛使用。但与此同时，水泥混凝土在干湿交替，冻融循环和化学腐蚀等恶劣环境下经常由于耐久性不足而破坏。其中，在硫酸盐环境下的破坏更为复杂；研究表明水泥混凝土在硫酸钠和硫酸镁环境中的侵蚀机理不同，很难找到一种合适的方法同时抵抗两种溶液的侵蚀。为了提高水泥基材料的耐久性，矿渣作为炼铁过程中的副产物被广泛使用。但矿渣的使用又会降低水泥基材料的早期强度。蒸汽养护作为一种提高水泥混凝土早期强度的方法，在工程中广泛使用，但其又会降低材料抵抗硫酸盐侵蚀的能力。所以，在实际工程中，很有必要找到一种同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀的水泥基材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水泥基材料，该水泥基材料在不降低材料早期力学性能的前提下，能够长期同时抵抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀。基于上述目的，本发明提供了一种基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料。
本发明所采取的技术方案为：一种基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料，包括以下重量份的组分：
水泥12-20份，
矿渣3-5份，
砂30-70份，
石子0-50份；
还包括EDTA-2Na螯合剂，所述EDTA-2Na螯合剂的质量占胶凝材料（水泥+矿渣）质量的0.5%-1%。
进一步的，所述EDTA-2Na螯合剂的纯度大于99.5%。
进一步的，水泥基材料中硫酸盐含量小于0.03%,氯化物含量小于0.005%，重金属含量小于0.001%。
进一步的，所述EDTA-2Na螯合剂的堆积密度为850-1050kg/m3。
进一步的，所述石子粒径为5-20mm。
进一步的，所述水泥为42.5级或52.5级的普通硅酸盐水泥。
进一步的，所述砂为天然河砂，二氧化硅含量大于96%，含泥量小于0.6%，粒径范围在0.08-2mm。
进一步的，所述矿渣为S95级或S105级矿渣微粉。
进一步的，水泥基材料中添加有5-15重量份的水。
本发明还提供了一种基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料的制备方法，包括以下步骤
将EDTA-2Na螯合剂溶于水中后和水泥、矿渣、砂、石子混合并搅拌均匀得到水泥砂浆或混凝土；
水泥砂浆浆或混凝土成型并进行蒸汽养护，蒸汽养护条件为：恒温（20-25）℃保持（2-3）h，以（10-15）℃/h的升温速率升温（2-3）h到（50-65）℃，恒温保持（7-9）h后，以（10-15）℃/h的降温速率降温（2-3）h到（20-25）℃。
本发明所产生的有益效果包括：本发明结合蒸汽养护提高了水泥混凝土的早期力学性能；利用EDTA-2Na螯合剂的螯合能力，降低混凝土孔溶液中钙离子含量，延缓石膏和钙矾石的生成；另外，在硫酸镁溶液中，可以对侵入的镁离子进行螯合，效果更佳。本发明所用材料简单易得，产品便于应用，能长期抵抗硫酸钠和硫酸镁的侵蚀。
附图说明
图1实施例和对比例所制备的试件置于硫酸钠溶液中侵蚀270天后试件的XRD图谱（E代表钙矾石，G代表石膏，CH代表氢氧化钙）；
图2实施例和对比例所制备的试件置于硫酸镁溶液中侵蚀270天后试件的XRD图谱（E代表钙矾石，G代表石膏，CH代表氢氧化钙）。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料及其制备方法，包括以下份数：水泥18份，矿渣5份，砂66份，水11份，EDTA-2Na螯合剂为胶凝材料（水泥+矿渣）重量的0.5%。
其中，水泥为42.5级的普通硅酸盐水泥， 所用砂为天然河砂（二氧化硅含量为98%，含泥量0.5%，粒径范围在0.08-2mm），所用矿渣为S105级矿渣微粉，所用EDTA-2Na螯合剂的纯度为99.6%，硫酸盐含量为0.02%,氯化物含量为0.003%，堆积密度为850 kg/m3
其制备方法包括以下步骤：将EDTA-2Na螯合剂溶于水中，搅拌5min后和水泥、矿渣、砂混合，采用强制式搅拌机搅拌均匀，于70.7mm×70.7mm×70.7mm塑料磨具中震荡密实；2h后将装有拌合物的塑料磨具置于蒸汽养护箱中16h，取出脱模，置于标准养护室内养护28d。
蒸汽养护条件为：恒温20℃保持2h，以13.3℃/h的升温速率升温3h到60℃，恒温保持8h后，以13.3℃/h的降温速率降温3h到20℃。
将养护后的试件浸泡在7.5%硫酸钠以及7.5%的硫酸镁溶液中270天，对其抗压强度进行测试。结果如下，试件养护3天的强度为29.3MPa，养护28天的强度为41.1 MPa，在7.5%硫酸钠溶液中侵蚀270天后强度为37.6 MPa，在7.5%硫酸镁溶液中侵蚀270天后强度为40.9MPa。
实施例2
一种基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料及其制备方法，包括以下份数：水泥18份，矿渣5份，砂66份，水11份，EDTA-2Na螯合剂为胶凝材料（水泥+矿渣）重量的1%。
其中，水泥为42.5级的普通硅酸盐水泥， 所用砂为天然河砂（二氧化硅含量为98%，含泥量0.5%，粒径范围在0.08-2mm），所用矿渣为S105级矿渣微粉，所用EDTA-2Na螯合剂的纯度为99.6%，硫酸盐含量为0.02%,氯化物含量为0.003%，堆积密度为850 kg/m3
其制备方法包括以下步骤：将EDTA-2Na螯合剂溶于水中，搅拌5min后和水泥、矿渣、砂混合，采用强制式搅拌机搅拌均匀，于70.7mm×70.7mm×70.7mm塑料磨具中震荡密实；2h后将装有拌合物的塑料磨具置于蒸汽养护箱中16h，取出脱模，置于标准养护室内养护28d。
蒸汽养护条件为：恒温20℃保持2h，以13.3℃/h的升温速率升温3h到60℃，恒温保持8h后，以13.3℃/h的降温速率降温3h到20℃。
将养护后的试件浸泡在7.5%硫酸钠以及7.5%的硫酸镁溶液中270天，对其抗压强度进行测试。结果如下，试件养护3天的强度为24.9MPa，养护28天的强度为35.2 MPa，在7.5%硫酸钠溶液中侵蚀270天后强度为45.4MPa，在7.5%硫酸镁溶液中侵蚀270天后强度为40.1 MPa。
实施例3
一种基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料及其制备方法，包括以下份数：水泥15.2份，矿渣3.8份，砂30份，石子45份，水6份，EDTA-2Na螯合剂为胶凝材料（水泥+矿渣）重量的0.5%。
其中，水泥为42.5级的普通硅酸盐水泥， 所用砂为天然河砂（二氧化硅含量为97%，含泥量0.4%，粒径范围在0.08-2mm），所用石子粒径为5-20mm，所用矿渣为S95级矿渣微粉，所用EDTA-2Na螯合剂的纯度为99.8%，硫酸盐含量为0.02%,氯化物含量为0.004%，堆积密度为1050 kg/m3
其制备方法包括以下步骤：将EDTA-2Na螯合剂溶于水中，搅拌5min后和水泥、矿渣、砂和石子混合，采用强制式搅拌机搅拌均匀，于100mm×100mm×100mm塑料磨具中震荡密实；2h后将装有拌合物的塑料磨具置于蒸汽养护箱中15h，取出脱模，置于标准养护室内养护28d。
蒸汽养护条件为：恒温20℃保持2h，以15℃/h的升温速率升温2h到50℃，恒温保持9h后，以15℃/h的降温速率降温2h到20℃。
将养护后的试件浸泡在7.5%硫酸钠以及7.5%的硫酸镁溶液中270天，对其抗压强度进行测试。结果如下，试件养护3天的强度为21.9MPa，养护28天的强度为30.2 MPa，在7.5%硫酸钠溶液中侵蚀270天后强度为26.8MPa，在7.5%硫酸镁溶液中侵蚀270天后强度为29.5 MPa。
实施例4
一种基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料及其制备方法，包括以下份数：水泥15.2份，矿渣3.8份，砂30份，水6份，石子45份，EDTA-2Na螯合剂为胶凝材料（水泥+矿渣）重量的1%。
其中，水泥为42.5级的普通硅酸盐水泥， 所用砂为天然河砂（二氧化硅含量为97%，含泥量0.4%，粒径范围在0.08-2mm），所用石子粒径为5-20mm，所用矿渣为S95级矿渣微粉，所用EDTA-2Na螯合剂的纯度为99.8%，硫酸盐含量为0.02%,氯化物含量为0.004%，堆积密度为1050 kg/m3
其制备方法包括以下步骤：将EDTA-2Na螯合剂溶于水中，搅拌5min后和水泥、矿渣、砂和石子混合，采用强制式搅拌机搅拌均匀，于100mm×100mm×100mm塑料磨具中震荡密实；2h后将装有拌合物的塑料磨具置于蒸汽养护箱中15h，取出脱模，置于标准养护室内养护28d。
蒸汽养护条件为：恒温20℃保持2h，以15℃/h的升温速率升温2h到50℃，恒温保持9h后，以15℃/h的降温速率降温2h到20℃。
将养护后的试件浸泡在7.5%硫酸钠以及7.5%的硫酸镁溶液中270天，对其抗压强度进行测试。结果如下，试件养护3天的强度为17.3MPa，养护28天的强度为26.5 MPa，在7.5%硫酸钠溶液中侵蚀270天后强度为34.6MPa，在7.5%硫酸镁溶液中侵蚀270天后强度为30.9MPa。
实施例5
一种基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料及其制备方法，包括以下份数：水泥12份，矿渣5份，砂35份，水5份，石子50份，EDTA-2Na螯合剂为胶凝材料（水泥+矿渣）重量的0.7%。
其中，水泥为52.5级的普通硅酸盐水泥， 所用砂为天然河砂（二氧化硅含量为97%，含泥量0.4%，粒径范围在0.08-2mm），所用石子粒径为5-20mm，所用矿渣为S95级矿渣微粉，所用EDTA-2Na螯合剂的纯度为99.6%，硫酸盐含量为0.02%,氯化物含量为0.003%，堆积密度为850 kg/m3
其制备方法包括以下步骤：将EDTA-2Na螯合剂溶于水中，搅拌5min后和水泥、矿渣、砂和石子混合，采用强制式搅拌机搅拌均匀，于100mm×100mm×100mm塑料磨具中震荡密实；2h后将装有拌合物的塑料磨具置于蒸汽养护箱中16h，取出脱模，置于标准养护室内养护28d。
蒸汽养护条件为：恒温25℃保持3h，以15℃/h的升温速率升温3h到65℃，恒温保持7h后，以15℃/h的降温速率降温3h到20℃。
将养护后的试件浸泡在7.5%硫酸钠以及7.5%的硫酸镁溶液中270天，对其抗压强度进行测试。结果如下，试件养护3天的强度为37.3MPa，养护28天的强度为53.7 MPa，在7.5%硫酸钠溶液中侵蚀270天后强度为48.2MPa，在7.5%硫酸镁溶液中侵蚀270天后强度为52.9MPa。
对比例1
一种基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料及其制备方法，包括以下重量百分比：水泥18份，矿渣5份，砂66份，水11份。
其中，水泥为42.5级的普通硅酸盐水泥， 所用砂为天然河砂（二氧化硅含量为98%，含泥量0.5%，粒径范围在0.08-2mm），所用矿渣为S105级矿渣微粉。
其制备方法包括以下步骤：将水泥、矿渣、砂混合，采用强制式搅拌机搅拌均匀，于70.7mm×70.7mm×70.7mm塑料磨具中震荡密实；2h后将装有拌合物的塑料磨具置于蒸汽养护箱中16h，取出脱模，置于标准养护室内养护28d。
蒸汽养护条件为：恒温20℃保持2h，以13.3℃/h的升温速率升温3h到60℃，恒温保持8h后，以13.3℃/h的降温速率降温3h到20℃。
将养护后的试件浸泡在7.5%硫酸钠以及7.5%的硫酸镁溶液中270天，对其抗压强度进行测试。结果如下，试件在养护3天强度为30.4MPa，养护28天强度为41.3 MPa，在7.5%硫酸钠溶液中侵蚀270天后强度为14.2MPa，在7.5%硫酸镁溶液中侵蚀270天后强度为34.6MPa。
对比例2
一种基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料及其制备方法，包括以下重量百分比：水泥15.2%，矿渣3.8%，砂30%，水6%，石子45%。
其中，水泥为42.5级的普通硅酸盐水泥， 所用砂为天然河砂（二氧化硅含量为97%，含泥量0.4%，粒径范围在0.08-2mm），所用石子粒径为5-20mm，所用矿渣为S95级矿渣微粉。
其制备方法包括以下步骤：将水泥、矿渣、砂和石子混合，采用强制式搅拌机搅拌均匀，于100mm×100mm×100mm塑料磨具中震荡密实；2h后将装有拌合物的塑料磨具置于蒸汽养护箱中15h，取出脱模，置于标准养护室内养护28d。
蒸汽养护条件为：恒温20℃保持2h，以15℃/h的升温速率升温2h到50℃，恒温保持9h后，以15℃/h的降温速率降温2h到20℃。
将养护后的试件浸泡在7.5%硫酸钠以及7.5%的硫酸镁溶液中270天，对其抗压强度进行测试。结果如下，试件养护3天的强度为22.2MPa，养护28天的强度为31.6 MPa，在7.5%硫酸钠溶液中侵蚀270天后强度为11.3MPa，在7.5%硫酸镁溶液中侵蚀270天后强度为23.5 MPa。
对比例3
一种基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料及其制备方法，包括以下份数：水泥12份，矿渣5份，砂35份，水5份，石子50份。
其中，水泥为52.5级的普通硅酸盐水泥， 所用砂为天然河砂（二氧化硅含量为97%，含泥量0.4%，粒径范围在0.08-2mm），所用石子粒径为5-20mm，所用矿渣为S95级矿渣微粉。
其制备方法包括以下步骤：将水泥、矿渣、砂和石子混合，采用强制式搅拌机搅拌均匀，于100mm×100mm×100mm塑料磨具中震荡密实；2h后将装有拌合物的塑料磨具置于蒸汽养护箱中16h，取出脱模，置于标准养护室内养护28d。
蒸汽养护条件为：恒温25℃保持3h，以15℃/h的升温速率升温3h到65℃，恒温保持7h后，以15℃/h的降温速率降温3h到20℃。
将养护后的试件浸泡在7.5%硫酸钠以及7.5%的硫酸镁溶液中270天，对其抗压强度进行测试。结果如下，试件养护3天的强度为40.0MPa，养护28天的强度为56.2 MPa，在7.5%硫酸钠溶液中侵蚀270天后强度为21.5MPa，在7.5%硫酸镁溶液中侵蚀270天后强度为45.9MPa。
对比发现，掺0.5% EDTA-2Na螯合剂的水泥基材料与未掺EDTA-2Na螯合剂的水泥基材料在养护阶段的强度无明显差异，但前者在270天的硫酸钠侵蚀后具有更高的强度，而未掺EDTA-2Na螯合剂的水泥基材料在270天硫酸钠侵蚀后出现大量的强度损失。掺入1%EDTA-2Na螯合剂的水泥基材料虽然在养护阶段的强度较低，但其抗硫酸钠侵蚀极佳，在270天的硫酸盐侵蚀后的强度最高。在270天的硫酸镁侵蚀后，未掺EDTA-2Na螯合剂的水泥基材料发现了明显的强度损失，而掺0.5%和1% EDTA-2Na螯合剂的试件都未发现强度损失。具体来说，在硫酸钠溶液中侵蚀270天，掺0.5% EDTA-2Na螯合剂的试件强度是未掺EDTA-2Na螯合剂的试件强度的2.3-2.6倍，掺1% EDTA-2Na螯合剂的试件强度是未掺EDTA-2Na螯合剂的试件强度的2.6-3.2倍；在硫酸镁溶液中侵蚀270天，掺0.5%或者1%EDTA-2Na螯合剂的试件强度是未掺EDTA-2Na螯合剂的试件强度的1.1-1.5倍。考虑水泥基材料在不同工程中对强度和抗硫酸盐侵蚀的不同要求，可选择不同的EDTA-2Na螯合剂掺量。
为了更好的对现象进行解释，选取实施例2和对比例1中试件进行XRD分析，XRD图谱见图1与图2。可以发现，实施例中试件中水化产物氢氧化钙（CH）的峰值与硫酸盐侵蚀产物钙矾石（E）和石膏（G）的峰值明显降低，从微观上解释了EDTA-2Na螯合剂对水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性能的提高。
上述仅为本发明的优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明的技术方案范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：
水泥12-20份，
矿渣3-5份，
砂30-70份，
石子0-50份；
还包括EDTA-2Na螯合剂，所述EDTA-2Na螯合剂的质量占胶凝材料质量的0.5%-1%,所述胶凝材料包括水泥和矿渣。
2.根据权利要求1所述的基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料，其特征在于：所述EDTA-2Na螯合剂的纯度大于99.5%。
3.根据权利要求1所述的基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料，其特征在于：水泥基材料中硫酸盐含量小于0.03%,氯化物含量小于0.005%，重金属含量小于0.001%。
4.根据权利要求1所述的基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料，其特征在于：所述EDTA-2Na螯合剂的堆积密度为850-1050kg/m3。
5.根据权利要求1所述的基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料，其特征在于：所述石子粒径为5-20mm。
6.根据权利要求1所述的基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料，其特征在于：所述水泥为42.5级或52.5级的普通硅酸盐水泥。
7.根据权利要求1所述的基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料，其特征在于：所述砂为天然河砂，二氧化硅含量大于96%，含泥量小于0.6%，粒径范围在0.08-2mm。
8.根据权利要求1所述的基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料，其特征在于：所述矿渣为S95级或S105级矿渣微粉。
9.根据权利要求1所述的基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料，其特征在于：水泥基材料中添加有5-15重量份的水。
10.一种基于EDTA-2Na螯合剂的同时抗硫酸钠和硫酸镁侵蚀水泥基材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤
将EDTA-2Na螯合剂溶于水中后和水泥、矿渣、砂、石子混合并搅拌均匀得到水泥砂浆或混凝土；
水泥砂浆或混凝土成型并进行蒸汽养护，蒸汽养护条件为：恒温（20-25）℃保持（2-3）h，以（10-15）℃/h的升温速率升温（2-3）h到（50-65）℃，恒温保持（7-9）h后，以（10-15）℃/h的降温速率降温（2-3）h到（20-25）℃。
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2019
- 2019-11-27 CN CN201911177972.7A patent/CN110937866A/zh active Pending
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