CN113480251B - 一种抑制变质岩碱骨料反应的胶凝材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抑制变质岩碱骨料反应的胶凝材料及其制备方法，胶凝材料各组分质量比如下：水泥：硅灰：磷渣粉：废弃玻璃粉：粉煤灰：早强激发剂：AZK辅助剂＝400～620：50～100：90～105：75～250：89～193：3.0～5.0：7.0～10.0，本发明通过创造性的“胶凝材料复合技术+胶凝材料二次水化进程控制技术+胶凝材料激发技术”协同作用开发一种抑制变质岩碱骨料反应的胶凝材料，其抑制变质岩碱骨料反应性能优良，进一步加大了工业废弃物硅灰、粉煤灰、磷渣粉、废弃玻璃粉等的综合利用，绿色环保。

Description

一种抑制变质岩碱骨料反应的胶凝材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种抑制变质岩碱骨料反应的胶凝材料及其制备方法。
背景技术
变质岩在我国有着非常广泛的分布，尤其在贵州地区约占全区总面积的1/6以上，而该类岩石因具有潜在碱活性而未能广泛地应用于混凝土中。但贵州地区因地理环境、自然资源的限制，只能采用当地岩石骨料及机制砂配制混凝土。随着我国西部城镇化、乡村振兴的推进，大量的市政、高速公路、高速铁路等基础设施工程全面建设，砂石骨料需求量巨大，且从经济、环境等角度考虑必须就地取材。变质岩地区砂石骨料自然资源缺乏更加突出，采用变质骨料配制混凝土势在必行。因此，研究开发一种抑制变质岩碱骨料反应的胶凝材料用于配制混凝土具有重要的意义。
发明内容
本申请提供了一种抑制变质岩碱骨料反应的胶凝材料及其制备方法，以解决变质岩骨料制备混凝土存在的碱骨料反应问题。
本发明的技术方案是：一种抑制变质岩碱骨料反应的胶凝材料，各组分质量比如下：水泥：硅灰：磷渣粉：废弃玻璃粉：粉煤灰：早强激发剂：AZK辅助剂＝400～620：50～100：90～105：75～250：89～193：3.0～5.0：7.0～10.0。
进一步的，所述水泥为符合GB175的P.O42.5或P.O52.5水泥，碱含量≤0.6％。
进一步的，所述硅灰，比表面积≥20000m2/kg，28d活性≥120％。
进一步的，所述磷渣粉，比表面积≥400-600m2/kg，28d活性≥75％。
进一步的，所述粉煤灰，比表面积350-400m2/kg，烧失量≤3.0％，需水量比≤100％。
进一步的，所述废弃玻璃粉，比表面积500-800m2/kg，需水量比≤105％。
进一步的，所述早强激发剂为三异丙醇胺和碳酸锂的混合物，质量百分比为35～60：40～65，固体粉料。
进一步的，所述AZK辅助剂为硫铝酸盐、水玻璃、甲酸钙的混合物，质量百分比为10～30：15～40：40～70，固体粉料。
一种抑制变质岩碱骨料反应的胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将水泥、硅灰、磷渣粉、废弃玻璃粉、粉煤灰进行干燥处理，然后按比例称好水泥、硅灰、磷渣粉、废弃玻璃粉、粉煤灰、早强激发剂、AZK辅助剂。
步骤二：将称好的水泥、硅灰、磷渣粉、废弃玻璃粉、粉煤灰、早强激发剂、AZK辅助剂置于干燥试验小磨中充分混合1-2min，得到抑制变质岩碱骨料反应的胶凝材料。
所述水符合《混凝土用水标准》(JGJ63)的规定。
本发明的有益效果：通过原材料水泥、硅灰、磷渣粉、废弃玻璃粉、粉煤灰、早强激发剂、AZK辅助剂组合协同应用，创造性的“胶凝材料复合技术+胶凝材料二次水化进程控制技术+胶凝材料激发技术”协同作用开发一种抑制变质岩碱骨料反应的胶凝材料，其抑制变质岩碱骨料反应性能优良。解决变质岩骨料制备混凝土的碱骨料反应技术难题。同时，进一步加大了工业废弃物硅灰、粉煤灰、磷渣粉、废弃玻璃粉等的综合利用，绿色环保。
本发明的作用机理是：
1、“胶凝材料复合技术”是指利用水泥、硅灰、磷渣粉、废弃玻璃粉、粉煤灰复合得到一种新的胶凝材料，一方面降低单位质量胶凝材料含碱量，另一方面胶凝材料中各微颗粒相互填充，进一步提高致密性，渗透性的降低，碱离子活动能力大幅度降低，这有效抑制碱骨料反应发生。“胶凝材料二次水化进程控制技术”是指利用高活性硅灰与低活性的粉煤灰、磷渣粉、废弃玻璃粉复合，及通过控制粉煤灰、磷渣粉、废弃玻璃粉粒径及粒度分布控制达到对胶凝材料二次水化进程的控制，使得全周期水泥水化产生的碱性物质得到消耗，以达到抑制碱骨料反应作用。
2、“胶凝材料激发技术”是利用早强激发剂与AZK辅助剂结合协同技术，一方面是利用碳酸锂产生的Li+离子半径小，电场强度强，反极化作用大，Li+在网络中对Si-O-Si键有强大反极化作用，减弱[SiO4]间的键力，使其断键，加快了胶凝材料中活性SiO2的解出。使用三异丙醇胺，因其空间立体分子结构具有很强分散性能，能有效提高胶凝材料活性SiO2的解离、分散，使得活性SiO2与水泥水化产生的Ca(OH)2充分接触，加速水化反应生成C-S-H凝胶，降低变质岩与水泥水化产生的Ca(OH)2等碱性物质的接触的概率，有效抑制变质岩的碱骨料反应。另一方面，AZK辅助剂存在的条件下，进一步加快水泥水化的同时，提高硅灰、粉煤灰、磷渣粉、废弃玻璃粉的二次水化反应，进一步促进Si-O-Si键断裂，活性SiO2解离。早期未水化的硅灰、粉煤灰、磷渣粉、废弃玻璃粉与后期水泥水化产生的碱再次发生水化反应，产生的C-S-H凝胶，改善混凝土结构，进一步抑制变质岩发生碱骨料反应。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明技术方案做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。
一种抑制变质岩碱骨料反应的胶凝材料及其制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将水泥、硅灰、磷渣粉、废弃玻璃粉、粉煤灰进行干燥处理，然后按比例称好水泥、硅灰、磷渣粉、废弃玻璃粉、粉煤灰、早强激发剂、AZK辅助剂。
步骤二：将称好的水泥、硅灰、磷渣粉、废弃玻璃粉、粉煤灰、早强激发剂、AZK辅助剂置于干燥试验小磨中充分混合1-2min，得到抑制变质岩碱骨料反应的胶凝材料。
实施例1-6的成分质量配比如下表：
Figure BDA0003212635250000031
实施例1-6的各组分材料指标如下表：
水泥 磷渣粉/比表面积 废弃玻璃粉/比表面积 粉煤灰/比表面积
实施例1 P.O52.5 450m<sup>2</sup>/kg 800m<sup>2</sup>/kg 400m<sup>2</sup>/kg
实施例2 P.O52.5 450m<sup>2</sup>/kg 600m<sup>2</sup>/kg 400m<sup>2</sup>/kg
实施例3 P.O42.5 500m<sup>2</sup>/kg 530m<sup>2</sup>/kg 350m<sup>2</sup>/kg
实施例4 P.O42.5 400m<sup>2</sup>/kg 500m<sup>2</sup>/kg 350m<sup>2</sup>/kg
实施例5 P.O42.5 600m<sup>2</sup>/kg 550m<sup>2</sup>/kg 380m<sup>2</sup>/kg
实施例6 P.O42.5 600m<sup>2</sup>/kg 550m<sup>2</sup>/kg 400m<sup>2</sup>/kg
实施例1-6早强激发剂各成分质量百分比如下表：
三异丙醇胺 碳酸锂
实施例1 40 60
实施例2 45 55
实施例3 50 50
实施例4 60 40
实施例5 55 45
实施例6 35 65
实施例1-6AZK辅助剂各成分质量百分比如下表：
硫铝酸盐 水玻璃 甲酸钙
实施例1 25 15 60
实施例2 30 20 50
实施例3 20 40 40
实施例4 25 25 50
实施例5 10 30 60
实施例6 15 15 70
实施例1-6的胶凝材料性能指标如下表：
Figure BDA0003212635250000041
其中，按照水泥胶砂强度试验方法(ISO法)检测胶凝材料3d、28d、60d强度。按照实施例1-6中水泥、硅灰、磷渣粉、废弃玻璃粉、粉煤灰、三异丙醇胺、碳酸锂、AZK辅助剂各组分比例称取，按照GB/T50733-2011附录A中抑制骨料碱-硅酸反应活性有效性试验方法进行14d快速砂浆棒膨胀率试验。对照组胶凝材料为P.O42.5水泥。
由上表可以明显的看出，实施例1-6，砂浆扩展度在200-230mm，比对照组略小，说明本发明的胶凝材料可以保证较低的需水量。3d强度在13.9-25.9MPa，28d强度在32.9-46.9MPa，60d强度在40.5-55.9MPa，早期强度低，后期强度增长快，甚至可以超过对照组。同时实施例1-6，14d快速砂浆棒膨胀率远小于对照组0.07％，14d快速砂浆棒膨胀率均小于0.03％。说明本发明有效抑制骨料碱-硅酸反应。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种抑制变质岩碱骨料反应的胶凝材料，其特征在于，各组分质量比如下：水泥：硅灰：磷渣粉：废弃玻璃粉：粉煤灰：早强激发剂：AZK辅助剂=400～620：50～100：90～105：75～250：89～193：3.0～5.0：7.0～10.0，所述早强激发剂为三异丙醇胺和碳酸锂的混合物，质量百分比为35~60：40~65，固体粉料；所述AZK辅助剂为硫铝酸盐、水玻璃、甲酸钙的混合物，质量百分比为10~30：15~40：40~70，固体粉料。
2.如权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述水泥为符合GB175的P.O42.5或P.O52.5水泥，碱含量≤0.6%。
3.如权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述硅灰，比表面积≥20000m2/kg，28d活性≥120%。
4.如权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述磷渣粉，比表面积≥400-600m2/kg，28d活性≥75%。
5.如权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述粉煤灰，比表面积350-400m2/kg，烧失量≤3.0%，需水量比≤100%。
6.如权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述废弃玻璃粉，比表面积500-800m2/kg，需水量比≤105%。
7.如权利要求1所述胶凝材料的 制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将水泥、硅灰、磷渣粉、废弃玻璃粉、粉煤灰进行干燥处理，然后按比例称好水泥、硅灰、磷渣粉、废弃玻璃粉、粉煤灰、早强激发剂、AZK辅助剂；
步骤二：将称好的水泥、硅灰、磷渣粉、废弃玻璃粉、粉煤灰、早强激发剂、AZK辅助剂置于干燥试验小磨中充分混合1-2min，得到抑制变质岩碱骨料反应的胶凝材料。
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