一種混凝土抗氯鹽滲透劑及其應用的製作方法
2023-06-07 13:53:06
專利名稱：一種混凝土抗氯鹽滲透劑及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種混凝土抗氯鹽滲透劑及其應用，屬於建築材料技術領域。
背景技術：
嚴重的暴雪和特大暴雪將造成交通路網陷於癱瘓狀態，為及時通車，傳統腐蝕性較強的融雪劑成為融雪的首選材料。然而隨著大雪的消融，諸多公路基礎設施遭到損壞，融雪劑對公路橋梁等基礎設施耐久性的長期負面影響已經引起國內外土木工程界的關注。儘管氯鹽類融雪劑對混凝土結構和環境帶來巨大的損壞，但從融雪效能、速度、方便快捷到成本效益的比較，目前在世界範圍內仍難以取代。據估算，美國每年由氯鹽腐蝕破壞環境的成本可佔GNP的4% (相當於美國國防開支)；氯鹽融雪劑造成哥本哈根地區102座橋中50%出現嚴重的鋼筋鏽蝕；法國每年冬季消耗150萬噸氯鹽類融雪劑，耗資4億法郎。我國化冰鹽的使用時間較國外短，混凝土結構的損壞尚未完全顯現；但化冰鹽造成北京西直門老立交橋在使用20年便被迫拆除的工程實例足以給我們警示。據報導，近年來我國冬季融雪劑的用量逐年增加。2001年北京市使用融雪劑1000噸左右，2002年增至7000噸；2008年我國南方特大雪災，僅京珠高速公路灑落近千噸融雪劑；2009年2月北京3場降雪便消耗融雪劑9000多噸；2010年我國大面積地區遭遇大雪和歷史上罕見低溫天氣，僅I月份北京首場降雪便消耗融雪劑3萬噸；2011年我國大面積地區再次遭遇大雪，融雪劑不得不廣泛使用。近年來，不少發達國家致力於開發新型環保型融雪材料，但終因價格和適用性等原因無法推廣。因此，如何通過提高混凝土材料的抗氯離子滲透特性以從根本上減小或避免其對土木工程的損壞十分重要。我國正處於經濟高速發展時期，諸多耗資巨大的重要構築物，如跨海大橋、海底隧道、海上採油平臺、海港、近海與海岸工程等已經或正在興建，其中混凝土結構始終是普遍採用的結構形式。然而，海洋環境、融雪環境中水分和氯離子滲透至混凝土內部將直接導致鋼筋鏽蝕、混凝土開裂，進一步加速鋼筋鏽蝕，形成惡性循環致使混凝土結構劣化，甚至引發災難性事故的工程案例不勝枚舉。自上個世紀50年代至今，氯離子在普通混凝土中滲透作用成為國內外普遍關注的課題，國內外學者在氯離子擴散模型、氯離子滲透預測、裂縫對氯離子滲透影響、荷載對氯離子滲透作用影響等方面開展了廣泛的試驗研究、理論分析和數值模擬，取得了豐碩的成果。然而，如何從材料層次出發，通過提高材料的抗氯離子滲透特性以從根本上改善混凝土結構耐氯鹽侵蝕性能的研究尚有待開展。本發明旨在研製一種高抗氯離子滲透性水泥混凝土配合比，利用一種納米高嶺土改善水泥混凝土材料的抗氯離子滲透性能，確保所研製混凝土的強度不降低，同時經濟性要得到保障。本發明首先給出了納米高嶺土在水泥基材料中的最佳分散方法、確定了提高水泥砂漿、水泥混凝土抗氯離子滲透性的最佳納米高嶺土摻量。基於上述方法，所研製水泥砂漿抗氯離子滲透性提高50 %，強度提高20 %，每立方米混凝土造價提高不足5 %。目前國內外學者對不同納米SiO2、納米CaCO3等納米顆粒對水泥基材料增韌機理、物理力學性能等方面開展了研究。但是相關研究工作中沒有涉及本發明中使用的納米高嶺土，對於所涉及納米材料在水泥混凝土中的最佳摻量、納米顆粒改性水泥混凝土抗氯離子滲透性能改善情況的定量結果也尚未見到。
發明內容
本發明的目的是提供一種混凝土抗氯鹽滲透劑，從而解決冰雪環境混凝土路面及橋梁結構損傷、破壞，耐久性退化的難題。本發明所述的抗氯鹽滲透劑是一種價格低廉的納米高嶺土粒子，利用該納米高嶺土粒子對普通水泥基材料進行改性處理，研製出新型耐融雪環境混凝土的配合比設計指標，並給出其製作工藝。一種混凝土抗氯鹽滲透劑，所述混凝土抗氯鹽滲透劑為納米高嶺土粒子。本發明所述混凝土抗氯鹽滲透劑優選納米高嶺土粒子的平均粒徑為370nm，相對密度 2. 58，pH 值 7. 9。本發明所述納米高嶺土粒子指平均粒徑為200 400nm的高嶺土粒子。本發明的另一目的是提供利用混凝土抗氯鹽滲透劑製備的改性水泥、水泥膠砂和混凝土。一種改性抗氯鹽水泥，由普通水泥和本發明所述混凝土抗氯鹽滲透劑組成，其中， 抗氯鹽滲透劑的質量為普通水泥質量的1% 9%,優選為普通水泥質量的1% 5%。一種改性抗氯鹽水泥膠砂，由上述改性抗氯鹽水泥和砂組成，其製備工藝步驟如下a.按比例稱取普通水泥和納米高嶺土粒子；b.將納米高嶺土粒子在水中高速攪拌12 16分鐘；c.將普通水泥倒入膠砂攪拌鍋內，然後將納米高嶺土粒子與水的混合液倒入膠砂攪拌鍋中，先低速攪拌2 3分鐘，然後在30 40秒內將砂倒入攪拌鍋，繼續低速攪拌2 3分鐘，停40 60秒，用插刀攪拌鍋葉片及鍋壁殘留的水泥砂漿刮入攪拌鍋內，最後再高速攪拌4 5分鐘；d.將攪拌好的水泥砂漿裝入試模；e.在標準條件養護箱中養護Id後脫模，再放入標準條件養護箱中養護至設定齡期。一種改性抗氯鹽混凝土，由上述改性抗氯鹽水泥膠砂和石子組成，其製備工藝步驟如下a.按比例稱取普通水泥、水、砂、石子和納米高嶺土粒子；b.將納米高嶺土粒子在水中高速攪拌10 15分鐘，再利用超聲設備振動5 10 分鐘。c.將普通水泥、砂子、石子倒入拌合器，幹拌均勻後將納米高嶺土與水混合液緩慢倒入拌合器，繼續拌和；d.將攪拌好的混凝土裝入試模；e.在標準條件養護箱中養護Id後脫模，再放入標準條件養護箱中養護至設定齡期。在上述抗氯鹽混凝土製備工藝的步驟c中，拌合方式可選用人工攪拌或機械攪拌方法(I)人工攪拌方法將普通水泥、砂子、石子倒入拌合器，幹拌均勻，然後將納米高嶺土粒子與水混合液緩慢倒入拌合器，繼續拌和4 5分鐘；(2)機械攪拌方法首先預拌一次，以免正式拌和時影響拌合物的配合比，而後開動攪拌機，向攪拌機內依次加入石子、砂和普通水泥，幹拌均勻，再將納米高嶺土粒子與水混合液緩慢加入，全部加料時間不超過2分鐘，納米高嶺土與水混合液全部加入後，繼續拌和2分鐘。本發明所述改性抗氯鹽水泥膠砂和改性抗氯鹽混凝土的製備中，應理解所述高速攪拌指攪拌機的自轉速度為285±10r/min ;所述低速攪拌指攪拌機的自轉速度為140±5r/min ;所述標準條件指養護箱的溫度為20±1°C、相對溼度> 95%。利用本發明所述方法製備的新型混凝土早期及長期氯離子擴散係數最多降低 50%以上，同時抗壓強度提高20% 30%，而造價提高不足5% ;如果用於濱海地區混凝土結構設計以及北方寒冷地區路橋混凝土結構設計，可以顯著提高結構耐久性，節省大量的維護費用。本發明具有新穎、簡單實用、施工工藝簡單、實用效果好、造價低廉、提高了土木工程基礎設施使用壽命等優點，其大批量投入市場必將產生積極的社會效益和顯著的經濟效益；可以廣泛適用於氯鹽環境(如濱海地區、冰雪地區)路橋工程、建築工程等混凝土結構物的設計和維護。
本發明附圖共4幅，圖I為普通水泥的微觀結構的電鏡圖片；圖2為納米高嶺土摻雜量為O. 75%的改性水泥微觀結構的電鏡圖片；圖3為納米高嶺土摻雜量為I %的改性水泥微觀結構的電鏡圖片；圖4為納米高嶺土摻雜量為I. 5%的改性水泥微觀結構的電鏡圖片。
具體實施例方式下述非限制性實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發明，但不以任何方式限制本發明。實施例I 6抗氯鹽滲透劑採用納米高嶺土粒子，該納米高嶺土由河北省靈壽縣鍵石礦物粉體廠生產，是高嶺土原礦用破碎機進行粗、中碎以後，採用衝擊磨進行一段超細粉碎，然後經煅燒精製而成。相對密度2. 58，pH值7. 9，平均粒徑370nm。對其進行X射線衍射和 JSM-6360LV型號SEM掃描儀電鏡掃描分析,結果顯不其化學組成詳見表I。表I納米高嶺土的化學組成
化學成分含量/wt%SiO247. 8CaOO. 28Al2O341. 8F e203O. 30MgOO. 03K2OO. 58TiO2O. 02Na2OO. 06其他9. 13利用納米高齡土作為抗氯鹽滲透劑製備水泥膠砂，其工藝步驟如下a.分別按普通水泥重量的0%、1%、3%、5%、7%、9%稱量納米高嶺土；b.將納米高嶺土在水中高速攪拌15分鐘；c.將普通水泥倒入膠砂攪拌鍋內，然後將納米高嶺土與水的混合液倒入膠砂攪拌鍋中，先低速攪拌2分鐘，然後在30秒內將砂倒入攪拌鍋，繼續低速攪拌2分鐘，停60秒， 用插刀攪拌鍋葉片及鍋壁殘留的水泥砂漿刮入攪拌鍋內，最後再高速攪拌5分鐘；d.然後將攪拌好的水泥砂漿裝入試模。e.在標準條件養護箱中養護Id後脫模,放入標準條件養護箱中養護至規定齡期。將實施方案得到的按照納米高嶺土的摻量分別為0%、1%、3%、5%、7%、9%的水泥膠砂試樣編號記為0#, 1#，2#，3#，4#，5#。根據《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》 (JTG E30-2005)的相關規定，對養護至設定齡期的不同摻量納米高嶺土改性水泥漿進行抗折試驗，研究表明納米高嶺土能夠提高水泥早期抗折強度，但提高程度並不與納米高嶺土的摻加量成正比；當納米高嶺土摻量為1%時，對水泥強度提高的效果最為顯著，7天強度較普通水泥試件提高36. 3 %，90天強度提高達43. 3 %，其抗彎強度見表2。表2納米高嶺土改性水泥抗彎強度
養護時間/天抗彎強度(MPa)0#1#2#3#I1.942.532.362.7834.566.345.175.7976.018.196.947.66146.197.339.219.22287.757.587.897.28907.4810.7210.179.01氯離子滲透性利用硝酸銀溶液測試氯離子的滲透深度，利用RCM型氯離子擴散係數測定儀，對6種試樣分別測定不同齡期氯離子擴散係數，計算出氯離子的擴散係數見
6表3。 表3納米高嶺土水泥砂漿氯離子擴散係數
權利要求
1.一種混凝土抗氯鹽滲透劑,其特徵在於所述混凝土抗氯鹽滲透劑為納米高嶺土粒子。
2.根據權利要求I所述的一種混凝土抗氯鹽滲透劑，其特徵在於所述納米高嶺土粒子的平均粒徑為370nm，相對密度2. 58，PH值7. 9。
3.一種改性抗氯鹽水泥，其特徵在於所述的改性抗氯酸鹽水泥由普通水泥和如權利要求I所述的抗氯鹽滲透劑組成，其中，抗氯鹽滲透劑的質量為普通水泥質量的I % 9 %。
4.根據權利要求3所述的改性抗氯鹽水泥，其特徵在於所述抗氯鹽滲透劑的質量為普通水泥質量的1% 5%。
5.一種改性抗氯鹽水泥膠砂，其特徵在於所述水泥膠砂由如權利要求4所述的改性抗氯鹽水泥和砂組成。
6.一種權利要求5所述改性抗氯鹽水泥膠砂的製備方法，其特徵在於製備工藝步驟如下a.按比例稱取普通水泥和納米高嶺土粒子；b.將納米高嶺土粒子在水中高速攪拌12 16分鐘；c.將普通水泥倒入膠砂攪拌鍋內，然後將納米高嶺土粒子與水的混合液倒入膠砂攪拌鍋中，先低速攪拌2 3分鐘，然後在30 40秒內將砂倒入攪拌鍋，繼續低速攪拌2 3 分鐘，停40 60秒，用插刀攪拌鍋葉片及鍋壁殘留的水泥砂漿刮入攪拌鍋內，最後再高速攪拌4 5分鐘；d.將攪拌好的水泥砂漿裝入試模；e.在標準條件養護箱中養護Id後脫模，再放入標準條件養護箱中養護至設定齡期。
7.一種改性抗氯鹽混凝土，其特徵在於所述的改性抗氯鹽混凝土由如權利要求6所述的改性抗氯鹽水泥膠砂和石子組成。
8.—種權利要求7所述改性抗氯鹽混凝土的製備方法其具體工藝步驟如下a.按比例稱取普通水泥、水、砂、石子和納米高嶺土粒子；b.將納米高嶺土粒子在水中高速攪拌10 15分鐘，再利用超聲設備振動5 10分鐘；c.將普通水泥、砂子、石子倒入拌合器，幹拌均勻後，將納米高嶺土與水混合液緩慢倒入拌合器，繼續拌和；d.將攪拌好的混凝土裝入試模；e.在標準條件養護箱中養護Id後脫模，再放入標準條件養護箱中養護至設定齡期。
全文摘要
本發明涉及一種混凝土抗氯鹽滲透劑及其應用，屬於建築材料技術領域。本發明所述的抗氯鹽滲透劑是一種價格低廉的納米高嶺土粒子，利用該納米高嶺土粒子對普通水泥基材料進行改性處理，研製出新型耐融雪環境混凝土的配合比設計指標，並給出其製作工藝。本發明具有新穎、簡單實用、施工工藝簡單、實用效果好、造價低廉、提高土木工程基礎設施使用壽命等優點，可以廣泛適用於氯鹽環境路橋工程、建築工程等混凝土結構物的設計和維護。
文檔編號C04B14/10GK102584057SQ20121003558
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月16日 優先權日2012年2月16日
發明者張世義, 範穎芳 申請人:大連海事大學