CN111620662A - 一种掺改性沸石的混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种掺改性沸石的混凝土,以水泥、硅灰、粉煤灰、石英砂、改性沸石、钢纤维、水和减水剂为主要原料制成。本发明的改性沸石是天然沸石经过干燥磨细筛分后由NH4CL溶液改性得到,可替代硅灰或者水泥。改性沸石能吸附碱金属离子、抑制碱集料反应发生和生成不同维度的孔道结构体系,提高混凝土的力学性能和使其内养护;采用钢纤维,使结构内部呈三维网状结构,增加整体的韧性及阻碍微裂缝延伸;考虑到沸石需水量大可能影响混凝土的流动性,该混凝土采用粉煤灰、减水剂等物质,改善混凝土的流动性、密实度和减少自收缩。该混凝土具有高强度、低收缩、自养护、工作性能好等优点,弥补了结构碱集料反应、内部空隙结构等问题。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域,具体涉及一种掺改性沸石的混凝土及其制备方法。
背景技术
在混凝土制备过程中,水泥、外加剂等内含碱及具有碱活性的矿物成分常与粗细骨料中的Si2O化学反应生成碱硅酸凝胶,吸收空气中的水分,使混凝土膨胀产生微裂缝,直至开裂。这种碱集料反应称为一种混凝土中的“癌症”,对工程及生活具有巨大的危害。近年来越来越多含碱外加剂的推广使用,同时我国碱集料使用广泛,因此,碱集料反应破坏较明显的问题亟待解决。
此外,混凝土因制备工艺的影响,材料孔洞结构生成存在很大的不确定性,导致混凝土中生成孔洞的大小和位置是随机的。而平均的孔径与其抗压强度及抗裂性有着很大的相关性。当平均孔径越大,混凝土密实性越差,抵抗外力的作用越小,强度和抗裂性都会受到影响。处于恶劣环境,这些孔洞以及微小的裂缝不断发展,结构可能产生缺陷与更大的裂缝,结构承载能力将会大大下降,使其无法达到设计年限。若能利用材料水化反应,起到自养护的作用,能减小因微孔结构较多带来的害处。
沸石粉是天然沸石通过机械磨细之后形成的材料,具有火山灰质,其化学成分中含二氧化硅和三氧化二铝,经过试验发现其火山灰活性优于同类火山灰质的粉煤灰与矿渣,仅次于硅灰,故可替换具有火山灰性的材料。地球上发现的沸石矿床目前有1000多处,很多国家如美国、英国、加拿大等年产沸石均在50万吨以上。我国也是资源丰富的国家,自发现沸石矿床和矿点以来,在四百多个地方发现有储存量达到了100亿吨,从长远来看可达到1500亿吨,这丰富的资源完全满足我国的生产和使用。沸石不仅是一种价格便宜并且容易开采的天然矿物,还具有良好的热稳定性、耐酸性、耐辐射性以及低堆密度等优点,我国主要为丝光沸石和斜发沸石,既可以抑制碱骨料反应的发生,又能吸附碱金属离子改善微观结构。沸石运用在混凝土中,具有较为普遍适用性和经济性。
因此,有必要研发一种具有高强度、能抑制碱集料反应、自养护等优点的掺改性沸石的混凝土,不影响其工作性,提高混凝土在工程及生活中的服役寿命。
发明内容
本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足,提供一种掺改性沸石的混凝土,具有较优的力学性能、良好的工作性,不仅能抑制碱集料反应和改善微观结构,而且制作工艺简单,能自养护吸附碱金属离子,使用寿命长,适用于工程实践中。
为实现上述目的,本发明的技术方案为:
一种掺改性沸石的混凝土,各组分及其含量为:水泥700-750kg/m3,硅灰65-68kg/m3,粉煤灰125-130kg/m3,细石英砂701-740kg/m3,粗石英砂400-420kg/m3,水180-190kg/m3,高效减水剂25-28kg/m3,改性沸石50-60kg/m3。
根据上述方案,所述水泥为P·O52.5硅酸盐水泥。
根据上述方案,所述改性沸石是天然沸石经过干燥磨细筛分后通过NH4CL溶液改性得到的,细度要求为0.08mm方孔筛筛余不超过8%,容重为720-800kg/m3,吸铵值不少于110meq/100g,密度为2.2-2.4,水泥胶砂28天抗压强度比不小于65%,且火山灰试验应合格。
根据上述方案,所述粉煤灰需水比≤92%,球形颗粒的体积率为≥93%,烧失量≤5%。
根据上述方案,所述硅灰比表面积≥16000m2/kg,二氧化硅质量含量≥96%。
根据上述方案,所述改性沸石采用2mol/L的NH4CL溶液,置换其中K+、Na+,再中和、洗涤烘干。
根据上述方案,所述粗石英砂粒径为0.6-1.25mm,细石英砂为0-0.6mm。
根据上述方案,所述减水剂为聚羧酸高效减水剂,固液量为50-52%,减水率为28%-30%。
根据上述方案,所述混凝土亦可根据施工条件加入表面镀铜的短钢纤维,镀铜短钢纤维公称长度为10-14mm,断裂强度≥2800MPa。
根据上述方案,一种掺改性沸石的混凝土的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)称取相应材料,各组分及其含量为:水泥700-750kg/m3,硅灰65-68kg/m3,粉煤灰125-130kg/m3,细石英砂701-740kg/m3,粗石英砂400-420kg/m3,水180-190kg/m3,高效减水剂25-28kg/m3,改性沸石50-60kg/m3;
2)将水泥、硅灰、粉煤灰、改性沸石预先搅拌均匀,加入粗、细石英砂搅拌均匀,随后添加搅拌好的水和减水剂,依据实际工程若需钢纤维,分撒入镀铜短钢纤维;
3)将搅拌好的混凝土倒入相应模具中,振捣,养护1天后脱模,标准养护。
本发明的原理为:
1)本发明添加了沸石制作混凝土,一方面,沸石是具有多孔结构的铝硅酸盐矿物,构造主要为氧硅四面体和铝氧四面体,通过共顶来构成结构,框架结构中铝原子可以替代硅原子,促使其带负电,可以吸附孔溶液中的碱金属离子;另一方面,因其微孔结构的形态,沸石有着庞大的内比表面积和吸水性,吸附水并在水化过程中释放水,起着自养护的作用,这样也可以降低混凝土的收缩。水泥浆体内部为真空状态,让浆体和骨料二者紧紧包裹,慢慢凝结形成一个整体,混凝土强度有一定增强。
2)本发明采用了NH4CL溶液对沸石进行改性,制备混凝土中,孔溶液中的碱可以和改性了的沸石中的铵根离子化学反应生成氨水,同时可吸附带正电荷的离子。反应产生的少量弱碱性氨水对混凝土整个寿命过程没有害处且容易挥发。本发明中的沸石因为其火山灰活性,还取代了硅灰,二氧化硅均匀分散,其中的二氧化硅和三氧化二铝与氢氧化钙反应,转化为CSH凝胶和铝酸盐,促进水化反应,降低成本,提高了浆体的密实度和抗钢筋锈蚀性。
3)本发明中加入了粉煤灰、硅灰和高效减水剂,这缓解了沸石需水量大的问题,综合利用粉煤灰的滚珠效应、硅灰的保水作用和高效减水剂的减水引气效果,制作的混凝土流动性能良好,提高了粘聚性,抵抗开裂和收缩的能力也有所增加。考虑到混凝土的脆性问题,本发明还可添加镀铜短钢纤维,混凝土内部的纤维形成三维网状结构,促使其抗折强度一定增强,韧性满足要求,阻碍混凝土中微裂缝的继续发展。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
1)采用了沸石制得混凝土,其力学性能优越,抑制了碱集料反应的发生,消耗了水泥液相中的碱化解了能量集聚,提高了混凝土的密实性。同时可进行自养护,减小了养护过程中收缩。本发明中沸石还替代了硅灰,减低了工程造价,充分利用其火山灰活性,减小了侵蚀性介质的破坏作用,实现了沸石在工程中的有效使用,便于工程推广。
2)本发明中的粉煤灰、硅灰和高效减水剂等材料有效改善了沸石粉末后更大的蓄水和吸水量的问题,为混凝土内部提供了养护条件,混凝土的和易性有所改善,内部更密实。硅灰和沸石粉的合理利用,既让早期强度快速发展,也能提高后期的强度。
3)本发明依据实际情况亦可加入钢纤维,镀铜短钢纤维促使整个结构呈三维网状结构,在抗压变形的过程中,收到抗拉的约束,微裂缝的扩展得以阻碍,整体强度得以提升,合适的长度和矿物掺合料的加入缓解了成团和聚集的现象。钢纤维的加入提高了材料抗变形的能力和韧性。
本发明所得的沸石混凝土28天的抗折强度大于22MPa,抗压强度可达到130MPa,流动性在260mm左右,优选合适配比可用于泵送。水化热温度都在75℃以内,疲劳次数可达到600万次以上,同时早期和后期收缩较小。对于硬化混凝土检测断裂能时,本发明的混凝土特征长度为68cm,远远超过同等级的混凝土。该混凝土具有较好的工作性能和力学性能,使用寿命满足要求,对实际工程有一定的帮助。
【具体实施方式】
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,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前提下所获得的所有其它实施例,都属本发明保护的范围。
以下使用例中根据上述方案,所述水泥为P·052.5硅酸盐水泥,富余系数1.27,标准稠度用水量25.0%,安定性合格;改性沸石是天然沸石经过干燥磨细筛分后通过2mol/L的NH4CL溶液改性得到的,沸石选用安徽宣城市水东镇沸石矿,细度要求为0.08mm方孔筛筛余不超过8%,容重为720-800kg/m3,密度为2.2,水泥胶砂28天抗压强度比不小于65%,且火山灰试验应合格;粉煤灰产自广西南宁,二级灰,细度17%,需水比101%,活性78%;所述硅灰比表面积≥16000m2/kg,二氧化硅质量含量≥96%。;粗石英砂粒径为0.6-1.25mm,细石英砂为0-0.6mm;根据施工条件加入表面镀铜的短钢纤维,镀铜短钢纤维公称长度为10-14mm,断裂强度≥2800MPa;减水剂为第三代聚羧酸系混凝土高效减水剂,固液量为50%,减水率为29%。
实施例1-7
一种掺改性沸石的混凝土,其制备方法包括以下步骤:
1)称取相应组分的含量,配比依据表1;
2)将水泥、硅灰、粉煤灰、改性沸石预先搅拌均匀,加入粗、细石英砂搅拌均匀,随后添加搅拌好的水和减水剂,依据实际工程若需钢纤维,分撒入镀铜短钢纤维;
3)将搅拌好的混凝土倒入相应模具中,振捣,养护1天后脱模,标准养护。
表1实施1-7所述掺改性沸石的混凝土的配合比(kg/m3)
表2实施例1-7所得的掺改性沸石的混凝土的性能测试结果
本发明所得的沸石混凝土28天的抗折强度大于22MPa,抗压强度可达到130MPa,流动性在260mm左右,优选合适配比可用于泵送。水化热温度都在75℃以内,疲劳次数可达到600万次以上,同时早期和后期收缩较小。对于硬化混凝土检测断裂能时,本发明的混凝土特征长度为68cm,远远超过同等级的混凝土。该混凝土具有较好的工作性能和力学性能,使用寿命满足要求,对实际工程有一定的帮助。
Claims (10)
1.一种掺改性沸石的混凝土,各组分及其含量为:水泥700-750kg/m3,硅灰65-68kg/m3,粉煤灰125-130kg/m3,细石英砂701-740kg/m3,粗石英砂400-420kg/m3,水180-190kg/m3,高效减水剂25-28kg/m3,改性沸石50-60kg/m3。
2.根据权利要求1所述的一种掺改性沸石的混凝土,其特征在于,所述水泥为P·O52.5硅酸盐水泥。
3.根据权利要求书1所述的一种掺改性沸石的混凝土,其特征在于,所述粉煤灰需水比≤92%,球形颗粒的体积率为≥93%,烧失量≤5%。
4.根据权利要求书1所述的一种掺改性沸石的混凝土,其特征在于,所述硅灰比表面积≥16000m2/kg,二氧化硅质量含量≥96%。
5.根据权利要求1所述的一种掺改性沸石的混凝土,其特征在于,所述改性沸石是天然沸石经过干燥磨细筛分后通过NH4CL溶液改性得到的,细度要求为0.08mm方孔筛筛余不超过8%,容重为720-800kg/m3,吸铵值不少于110meq/100g,密度为2.2-2.4,水泥胶砂28天抗压强度比不小于65%,且火山灰试验应合格。
6.根据权利要求5所述的一种掺改性沸石的混凝土,其特征在于,所述改性沸石采用2mol/L的NH4CL溶液,置换其中K+、Na+,再中和、洗涤烘干。
7.根据权利要求书1所述的一种掺改性沸石的混凝土,其特征在于,所述粗石英砂粒径为0.6-1.25mm,细石英砂为0-0.6mm。
8.根据权利要求书1所述的一种掺改性沸石的混凝土,其特征在于,所述减水剂为聚羧酸高效减水剂,固液量为50-52%,减水率为28%-30%。
9.根据权利要求书1所述的一种掺改性沸石的混凝土,其特征在于,所述混凝土亦可根据施工条件加入表面镀铜的短钢纤维,镀铜短钢纤维公称长度为10-14mm,断裂强度≥2800MPa。
10.根据权利要求1-10任一项所述的一种掺改性沸石的混凝土的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
称取相应材料,各组分及其含量为:水泥700-750kg/m3,硅灰65-68kg/m3,粉煤灰125-130kg/m3,细石英砂701-740kg/m3,粗石英砂400-420kg/m3,水180-190kg/m3,高效减水剂25-28kg/m3,改性沸石50-60kg/m3;
将水泥、硅灰、粉煤灰、改性沸石预先搅拌均匀,加入粗、细石英砂搅拌均匀,随后添加搅拌好的水和减水剂,依据实际工程若有钢纤维,分撒入镀铜短钢纤维;
将搅拌好的混凝土导入相应模具中,振捣,养护1天后脱模,标准养护。
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