CN111548046A - 一种提高抗氯离子渗透能力的混凝土矿物掺合料及混凝土 - Google Patents

一种提高抗氯离子渗透能力的混凝土矿物掺合料及混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种提高抗氯离子渗透能力的混凝土矿物掺合料，其特征在于，按照重量百分比所述混凝土矿物掺合料包括煅烧高岭土尾矿40~70%，石灰石粉20~50%，石膏0~10%，熟石灰0~5%，保水剂0~0.02%及早强剂0~0.5%。该矿物掺合料使用了大量堆积的高岭土尾矿，与广泛存在的石灰石为原料，配合其他外加剂，生产工艺简单，成本低廉，节能环保。该矿物掺合料能够有效的提高混凝土早期抵抗氯离子渗透的能力。

Description

一种提高抗氯离子渗透能力的混凝土矿物掺合料及混凝土
技术领域
本发明属于建筑材料领域，尤其涉及一种提高抗氯离子渗透能力的混凝土矿物掺合料及 混凝土。
背景技术
钢筋混凝土中钢筋的引入提高了混凝土的力学性能，在工程建筑领域中有着广泛的应用。 钢筋在混凝土碱性条件会在钢筋表面产生一层钝化膜，这使得钢筋混凝土中的钢筋，有着较 好的抗锈蚀性能。但氯离子的存在能够破坏钢筋钝化膜的结构，使得钢筋易于发生电化学腐 蚀，从而强度下降导致钢筋失效。同时钢筋锈蚀时会产生膨胀，最终导致构件失效，造成极 大的经济损失。
混凝土中的氯离子来源主要分为两个方面，一方面是在混凝土拌合时各种原料中引入的 氯离子，如外加剂、砂石、拌和用水中含有的氯离子等，但这些原料中氯离子含量一般符合 规范要求，氯离子含量较低。另一方面是自然环境中的氯离子在氯离子浓度差的驱使下，通 过混凝土中细小的孔隙逐渐渗透进入到混凝土内部。氯离子引起的侵蚀现象与混凝土孔隙分 布、密实性、工程质量、设计保护层厚度等多方面因素有关。为了改善混凝土的耐久性一般 会选择使用部分矿物外加剂来改善混凝土的耐久性能。优质的矿物掺合料已经成为拌制高性 能混凝土不可缺少的一部分。高性能混凝土主要的矿物掺合料有矿粉和粉煤灰。但随着国家 对高污染企业的限制、处理工艺的改变等。局部地区粉煤灰、矿粉等资源紧缺，急需新型高 性能混凝土矿用外加剂。
发明内容
本发明为解决上述技术问题提供一种提高抗氯离子渗透能力的混凝土矿物掺合料及混凝 土。该矿物掺合料使用了大量堆积的高岭土尾矿，与广泛存在的石灰石为原料，配合其他外 加剂，生产工艺简单，成本低廉，节能环保。该矿物掺合料能够有效的提高混凝土早期抵抗 氯离子渗透的能力。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种提高抗氯离子渗透能力的混凝土矿物掺合料，按照重量百分比所述混凝土矿物掺合 料包括煅烧高岭土尾矿40～70％，石灰石粉20～50％，石膏0～10％，熟石灰0～5％，保水剂 0～0.02％及早强剂0～0.5％。
优选地，煅烧高岭土尾矿的制备方法为：将高岭土尾矿于750-850℃下煅烧完全，冷却后， 加入占尾矿质量分数0.05-0.2％的助磨剂，粉磨成煅烧高岭土尾矿粉料。
优选地，所述助磨剂为链烷醇胺系。
优选地，所述助磨剂为三异丙醇胺或二乙醇单异丙醇胺中的一种或两种。
优选地，粉磨时将助磨剂与无水乙醇按照体积比为1:3-1:1稀释成溶液使用，粉磨时间为 20-40min。
优选地，所述煅烧高岭土尾矿为比表面积大于500m2/kg的煅烧高岭土尾矿粉料。
优选地，所述保水剂为改性淀粉。
优选地，所述早强剂包括芒硝。
优选地，所述矿物掺合料中石灰石粉的比表面积大于520m2/kg。
优选地，煅烧高岭土尾矿中二氧化硅含量小于60％，氧化铝含量大于30％。
一种混凝土，所述混凝土包括胶凝材料，其特征在于，还包括所述的混凝土矿物掺合料， 所述混凝土矿物掺合料的掺量占所述混凝土矿物掺合料和胶凝材料两者总质量的30％～60％。
本发明的石灰石粉在与高岭土煅烧尾矿复掺后，部分石灰石粉能与煅烧尾矿中高活性的 铝相反应生成碳铝酸盐，改善混凝土的孔隙结构。同时在高氯离子浓度的条件下，碳铝酸盐 会发生转化将自由的氯离子以F盐的形式固定下来，降低内部氯离子含量。将煅烧尾矿与石 灰石粉复合作为矿物掺合料利用，一方面能够解决粉煤灰、矿粉资源紧缺的问题。另一方面 也能处理大量存在的高岭土尾矿，还能提高钢筋混凝土的耐久性，有着显著的经济价值和环 境价值。同时，所用的熟石灰主要作为激发剂使用，在早期就能发生火山灰反应产生较多的 水化产物，使混凝土结构在早期就更为密实。同时，在合适的氢氧化钙掺量下，煅烧尾矿中 的活性铝能充分与混凝土中的自由氯离子反应生成F盐类产物，从而降低混凝土中自由氯离 子含量，提高混凝土抵抗氯离子侵蚀的能力。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：本发明主要涉及的矿物掺和料能够增强混凝 土抗氯离子渗透的能力，增大氯离子渗透扩散的阻力，阻止氯离子在混凝土结构中进一步扩 散，以提高钢筋混凝土的耐久性能。此矿物掺合料的掺量应为混凝土胶材总重量的30％～60％， 不仅可以降低水泥的使用量节约成本，有效地利用尾矿资源保护环境，降低混凝土水化热减 少裂纹的产生，而且可以发挥煅烧高岭土尾矿较好的火山灰效应填补孔隙，且有一定的氯离 子固化效果，所配置的混凝土具有优良的抵抗氯离子侵蚀的效果，从而大幅提高钢筋混凝土 的耐久性。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进 一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发 明。下面通过实施例详述本发明。
以下所有实施例涉及物料的厂家及型号如下所示：
煅烧高岭土尾矿:比表面积500～600m2/kg，广东茂名高岭科技有限公司。
矿粉:S95级，比表面积450～500m2/kg，广州信佳化工。
粉煤灰:二级灰，广东国华台山电厂。
水泥:标号为PⅡ42.5R的水泥，华润水泥。
实施例1
本实施例提供一种提高抗氯离子渗透能力的混凝土矿物掺合料，按照重量百分比所述混 凝土矿物掺合料包括煅烧高岭土尾矿63％，石灰石粉32％，石膏2.69％，熟石灰2％，改性淀 粉0.01％及芒硝0.3％。
在搅拌机中混合均匀后得到混凝土矿物掺合料L1。
本实施例中，煅烧高岭土尾矿的制备方法为：将高岭土尾矿于750-850℃下煅烧完全，冷 却后，加入占尾矿质量分数0.05-0.2％的助磨剂，粉磨成煅烧高岭土尾矿粉料，比表面积大于 500m2/kg。粉磨时将助磨剂与无水乙醇按照体积比为1:3-1:1稀释成溶液使用，粉磨时间为 20-40min。所述助磨剂为链烷醇胺系。在本实施例中，所述助磨剂为三异丙醇胺或二乙醇单 异丙醇胺中的一种或两种。在本实施例中，石灰石粉的比表面积大于520m2/kg。在本实施例 中，煅烧高岭土尾矿中二氧化硅含量小于60％，氧化铝含量大于30％。
实施例2
本实施例与实施例1大致相同，不同之处在于，按照重量百分比所述混凝土矿物掺合料 包括煅烧高岭土尾矿50％，石灰石粉45％，石膏4.38％，熟石灰0.5％，改性淀粉0.02％及芒 硝0.1％。
在搅拌机中混合均匀后得到混凝土矿物掺合料L2。
实施例3
本实施例与实施例1大致相同，不同之处在于，按照重量百分比所述混凝土矿物掺合料 包括煅烧高岭土尾矿65％，石灰石粉25％，石膏4.49％，熟石灰5％，改性淀粉0.01％及芒硝 0.5％。
在搅拌机中混合均匀后得到混凝土矿物掺合料L3。
配置混凝土使用的原料有水泥，上述矿物掺合料L1至L3，以及用来作为对比的粉煤灰 和矿粉。细骨料采用的是模数为2.5的河砂，粗骨料采用的是5-25mm连续级配碎石，水为自 来水。具体配合比列入表1。使用的减水剂是固含量为20％的聚羧酸高效减水剂。
混凝土抗氯离子侵蚀实验，参照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法 标准》中规定的快速氯离子迁移系数法(RCM法)和电通量法对到达一定龄期的混凝土试样氯 离子迁移系数和离子迁移总量进行测定，结果列于表3和表4中。
表1混凝土配合比(单位：kg)
Figure BDA0002471289280000041
表2混凝土基本性能指标
Figure BDA0002471289280000042
由表2可以看出，L1、L2、L3掺合料混凝土均能达到较为良好的工作性能并满足一定的 强度要求。与C0、CSL-50、CFA-30相比，此矿物掺合料对于混凝土强度有一定的提升，尤 其对于较早的龄期7d、28d抗压强度提升较大，后期强度也能有保障。
表3氯离子迁移系数
Figure BDA0002471289280000043
表4各组混凝土
Figure BDA0002471289280000044
由表3、表4均表明L1、L2、L3矿物掺合料能够显著降低氯离子迁移系数与电通量，这 说明这种掺合料能够密实混凝土结构，氯离子更难以渗透，大幅提高混凝土抵抗氯离子侵蚀 的能力，其他掺合料如掺入优质矿粉和粉煤灰在养护一定龄期后，才能体现出对混凝土抗氯 离子渗透的能力的提升。L1、L2、L3矿物掺合料在养护28d后就能大幅的降低氯离子在混凝 土中的渗透系数，且随着养护龄期的增长渗透系数进一步减小。此矿物掺合料，采用的是高 岭土尾矿与广泛存在的石灰石为主要原料，掺合料在混凝土中普遍掺量较大，且具有较好的 抵抗氯离子渗透的能力，适合使用于需要考虑氯离子侵蚀的环境中，提高混凝土的耐久性， 大范围的使用将产生较好的经济效益和环境效益。

Claims (10)

1.一种提高抗氯离子渗透能力的混凝土矿物掺合料，其特征在于，按照重量百分比所述混凝土矿物掺合料包括煅烧高岭土尾矿40~70%，石灰石粉20~50%，石膏0~10%，熟石灰0~5%，保水剂0~0.02%及早强剂0~0.5%。
2.如权利要求1所述的混凝土矿物掺合料，其特征在于，煅烧高岭土尾矿的制备方法为：将高岭土尾矿于750-850℃下煅烧完全，冷却后，加入占尾矿质量分数0.05-0.2%的助磨剂，粉磨成煅烧高岭土尾矿粉料。
3.如权利要求1所述的混凝土矿物掺合料，其特征在于，所述助磨剂为链烷醇胺系。
4.如权利要求1所述的混凝土矿物掺合料，其特征在于，所述助磨剂为三异丙醇胺或二乙醇单异丙醇胺中的一种或两种。
5.如权利要求1所述的混凝土矿物掺合料，其特征在于，粉磨时将助磨剂与无水乙醇按照体积比为1:3-1:1稀释成溶液使用，粉磨时间为20-40min。
6.如权利要求1所述的混凝土矿物掺合料，其特征在于，所述煅烧高岭土尾矿为比表面积大于500 m2/kg的煅烧高岭土尾矿粉料。
7.如权利要求1所述的混凝土矿物掺合料，其特征在于，所述保水剂为改性淀粉。
8.如权利要求1所述的混凝土矿物掺合料，其特征在于，所述早强剂包括芒硝。
9.如权利要求1所述的混凝土矿物掺合料，其特征在于，所述矿物掺合料中石灰石粉的比表面积大于520 m2/kg。
10.一种混凝土，所述混凝土包括胶凝材料，其特征在于，还包括如权利要求1至9任一项所述的混凝土矿物掺合料，所述混凝土矿物掺合料的掺量占所述混凝土矿物掺合料和胶凝材料两者总质量的30%~60%。
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WO2022159034A1 (en) * 2021-01-19 2022-07-28 Nanyang Technological University Cementitious material and uses thereof

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