一种增强碱激发混凝土抗碳化能力的方法—ca(oh)2內掺法
背景技术：
碱激发混凝土是近年来新发展起来的一类新型无机非金属材料，是碱激活材料中最具前途的一类。这类材料多以天然铝硅酸盐矿物或工业固体废物为主要原料，与其他矿物掺合料以及适量的碱硅酸盐溶液充分混合后，在常温或蒸压条件下养护成型，是一类由铝硅酸盐胶凝成分粘结的材料。与传统水泥混凝土相比，碱激发混凝土在性能与功能上，具有高强(抗压强度可达70mpa)、耐高温(耐火度>1000℃)、耐酸碱盐腐蚀、渗透率低等优点；在生产工艺上，不需要高温煅烧或烧结，聚合反应在常温就可以完成。同时碱激发混凝土能耗低，几乎无污染。最重要的是碱激发混凝土可以循环利用，所以碱激发混凝土是一种环保型绿色建筑材料，在不久的将来大有取代水泥混凝土作为主要建筑材料的趋势。
然而，随着人们对碱激发混凝土研究的不断深入，科学家们发现碱激发混凝土也存在明显不足。碱激发混凝土虽然由强碱激发而成，但碱激发混凝土在聚合反应过程中不仅需要消耗大量的oh-，而且生成的聚合产物中也没有可参与抵抗碳化的物质，导致碱激发混凝土的抗碳化能力严重不足。由于空气中含有一定浓度的co2(0.03％)，co2通过扩散作用能够进入碱激发混凝土内部，溶解在孔隙溶液中并形成h2co3。h2co3释放出的h+与孔隙溶液中的oh-反应，导致孔隙溶液ph的下降。ph的降低导致混凝土内钢筋保护膜的破坏，加速钢筋的锈蚀，造成承载力的下降，严重影响碱激发混凝土的耐久性，限制了碱激发混凝土在工程中的应用。与碱激发混凝土相比，水泥混凝土具有良好的抗碳化能力，这是因为水泥在水化反应过程中生成了大量的ca(oh)2(约占凝胶总量的20％)。当发生碳化反应时，ca(oh)2发生溶解，释放出大量的oh-，发挥抵抗碳化的作用。
本专利参考水泥混凝土优良的抗碳化能力，通过在制备碱激发混凝土时掺入适量的ca(oh)2，提升碱激发混凝土内抗碳化物质的含量，达到显著提升抗碳化能力的目的。同时合理设计ca(oh)2掺入量，在确保掺入的ca(oh)2能够充分发挥抵抗碳化作用的同时，又可发挥ca(oh)2的增钙增强作用，显著提升碱激发混凝土的强度。因此ca(oh)2內掺法明显提高了碱激发混凝土内抗碳化物质的含量，显著提升了碱激发混凝土的抗碳化能力，延缓了碱激发混凝土内钢筋的锈蚀速率，确保碱激发混凝土具有良好的耐久性，对碱激发混凝土在工程中的应用具有重要的意义。
技术实现要素：
1.一种增强碱激发混凝土抗碳化能力的方法—ca(oh)2內掺法，其特征是：以碱激发矿渣混凝土为例，原料组成及其质量百分比如下：胶凝材料为高炉粒化矿渣微粉80％—70％(掺量264—231kg/m3)；磨细熟石灰粉20％—30％(掺量66—99kg/m3)；细骨料为中粗砂(掺量651kg/m3)；粗骨料为碎石(掺量1056kg/m3)；模数1-3的液态硅酸钠(掺量88kg/m3)；片碱(naoh掺量17.6kg/m3)；水(掺量92.4kg/m3)；其中矿渣可替换为粉煤灰、赤泥、偏高岭土与垃圾灰等其他工业固体废弃物，用于碱激发混凝土的制备。
制备方法包括：称量配料及混合工艺、制备工艺，具体方法如下：
(1)称量配料及混合工艺：首先将称量好的片碱加入到试验用水中，进行搅拌并静置冷却；同时将矿渣微粉、熟石灰粉进行称量配料，然后将两种胶凝材料放入混料机中混合5分钟。
(2)制备工艺：将冷却至室温的naoh溶液加入搅拌锅，并加入混合均匀的胶凝材料，先慢搅10秒然后快搅20秒。再加入液态硅酸钠与试验用砂并快搅30秒，最后加入碎石并快搅30秒即可准备成型。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述高炉粒化矿渣为符合gb/t18046-2008标准规定的s95级粒化高炉矿渣微粉，高炉粒化矿渣经磁选除铁处理，球磨使其达到比表面积≥400m2/kg，其中粒径小于30μm的超细粒化高炉矿渣微粉占总质量的90％以上；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述熟石灰是生石灰粉经充分消解、烘干后的熟石灰粉，0.08mm的方孔筛的筛余量为0；
有益效果：由于采用了上述方案，所述的一种增强碱激发混凝土抗碳化能力的方法—ca(oh)2內掺法，具有以下有益效果：
1)显著提升碱激发混凝土的抗碳化能力
由于缺少抵抗碳化作用的物质，导致碱激发混凝土的抗碳化能力严重不足，造成耐久性的下降，阻碍了碱激发混凝土在工程中的应用。通过在制备碱激发混凝土时内掺20％—30％的ca(oh)2，显著提升了抗碳化物质的含量，改善了碱激发混凝土的抗碳化能力，增强了耐久性，大大拓宽了碱激发混凝土在工程中的应用范围，对碱激发混凝土在工程中的应用具有重要的意义。
2)显著提高碱激发混凝土的抗压强度
碱激发混凝土强度的发展主要依靠聚合产物的形成与生长，活性钙是聚合产物(c-a-s-h与c-s-h凝胶)的重要组成部分，活性钙含量的不足将严重影响碱激发混凝土强度的发展。ca(oh)2的掺入为碱激发混凝土提供了更多的活性钙，弥补了活性钙含量不足的缺陷，不仅促进了聚合反应的进行与聚合产物的形成，而且提高了聚合反应效率，显著提升了碱激发混凝土的抗压强度，使碱激发混凝土可以作为结构材料在工程中应用，拓展了碱激发混凝土的应用范围，对碱激发混凝土在工程中的应用具有重要的意义。
3)缩短养护时间、加快施工进度
在传统的施工过程中，水泥混凝土在浇筑完成后需要养护7d才能拆模继续施工。而ca(oh)2的掺入提高了碱激发混凝土的聚合反应速率，促进了聚合产物的形成，显著提升了碱激发混凝土的早期强度，使碱激发混凝土的抗压强度在养护3d时上升到40.4mpa，达到c30混凝土养护28d的强度。所以，ca(oh)2內掺法明显提高了碱激发混凝土的早期强度，大幅缩短了碱激发混凝土的养护时间，提高施工模板的周转率，明显加快施工进度，显著降低施工工期与成本。
4)显著的环境效益和社会效益
采用工业废弃物矿渣、煤矸石、粉煤灰、垃圾灰等为主要原料制备碱激发混凝土，可以逐步实现对水泥材料的替代，减少对水泥材料的需求，不仅可以缓解水泥生产对石灰石、黏土以及能源的过快消耗，减轻水泥生产所带来的高能耗、高污染问题，而且可以变废为宝，逐步消除工业固体废弃物大量堆积所带来的种种环境污染问题，所产生的环境效益和社会效益将无法估量。
优点：本发明通过ca(oh)2內掺法提升了碱激发混凝土内抗碳化物质的含量，明显改善碱激发混凝土的抗碳化能力，增强了碱激发混凝土的耐久性。同时ca(oh)2的掺入为碱激发混凝土的聚合反应提供了更多的活性钙，促进了聚合反应的进行与聚合产物的形成，显著提升了碱激发混凝土的强度，大幅缩短了碱激发混凝土的养护时间，明显加快施工进度，显著降低施工工期与成本，大大提高了碱激发混凝土在建筑材料中的运用范围。同时，碱激发混凝土的应用，能够减缓水泥制造对石灰石原材料的过快消耗，变废为宝，逐步消除生产水泥所带来的种种环境污染问题，提高工业废弃物的利用率、保护环境、具有显著的环境效益和社会效益。
具体实施方式
实施例1：一种增强碱激发混凝土抗碳化能力的方法—ca(oh)2內掺法，其特征是：原料组成及其质量百分比如下：以矿渣碱激发混凝土为例，胶凝材料为高炉粒化矿渣微粉100％(掺量330kg/m3)；细骨料为中粗砂(掺量651kg/m3)；粗骨料为碎石(掺量1056kg/m3)；模数2.75的液态硅酸钠(掺量88kg/m3)；片碱(naoh掺量17.6kg/m3)；水(掺量92.4kg/m3)；以此为对照组进行加速碳化试验，碳化试验条件为：co2质量分数为20％，温度为20±2℃，湿度为70±5％。
实施例2：一种增强碱激发混凝土抗碳化能力的方法—ca(oh)2內掺法，其特征是：原料组成及其质量百分比如下：以矿渣碱激发混凝土为例，胶凝材料为高炉粒化矿渣微粉80％(掺量264kg/m3)；磨细熟石灰粉20％(掺量66kg/m3)；细骨料为中粗砂(掺量651kg/m3)；粗骨料为碎石(掺量1056kg/m3)；模数2.75的液态硅酸钠(掺量88kg/m3)；片碱(naoh掺量17.6kg/m3)；水(掺量92.4kg/m3)；
实施例3：一种增强碱激发混凝土抗碳化能力的方法—ca(oh)2內掺法，其特征是：原料组成及其质量百分比如下：以矿渣碱激发混凝土为例，胶凝材料为高炉粒化矿渣微粉70％(掺量231kg/m3)；磨细熟石灰粉30％(掺量99kg/m3)；细骨料为中粗砂(掺量651kg/m3)；粗骨料为碎石(掺量1056kg/m3)；模数2.75的液态硅酸钠(掺量88kg/m3)；片碱(naoh掺量17.6kg/m3)；水(掺量92.4kg/m3)；
1.制备方法包括：称量配料及混合工艺、制备工艺，具体方法过程如下：
(1)称量配料及混合工艺：首先将称量好的片碱(表1)加入到试验用水中，进行搅拌并静置冷却；同时将矿渣微粉、熟石灰粉进行称量配料，然后将两种胶凝材料放入混料机中混合5分钟。
(2)制备工艺：将冷却至室温的naoh溶液加入搅拌锅，并加入混合均匀的胶凝材料，先慢搅10秒然后快搅20秒。再加入液态硅酸钠与试验用砂并快搅30秒，最后加入碎石并快搅30秒即可准备成型。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述高炉粒化矿渣为符合gb/t18046-2008标准规定的s95级粒化高炉矿渣微粉，高炉粒化矿渣经磁选除铁处理，球磨使其达到比表面积≥400m2/kg，其中粒径小于30μm的超细粒化高炉矿渣微粉占总质量的90％以上；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述熟石灰是生石灰粉经充分消解、烘干后的熟石灰粉，0.08mm的方孔筛的筛余量为0；
表1碱激发混凝土配合比与碳化深度
由表1可以看出，未掺熟石灰粉时，碱激发混凝土c-1的抗碳化能力明显不足。经过7天加速碳化试验，c-1的碳化深度达到15.7mm，当加速碳化到第28天与60天，碳化深度分别上升到20.6mm与25.9mm。当采用ca(oh)2內掺法时(掺20％ca(oh)2)，碱激发混凝土c-2的抗碳化能力明显提升。7天、28天与60天的碳化深度分别下降到12.8mm、16.1mm与19.6mm，比c-1分别降低了18.5％、21.8％与24.3％。随着ca(oh)2掺量的提升，碱激发混凝土c-3的抗碳化能力进一步明显提升。7天、28天与60天的碳化深度进一步下降到9.1mm、10.5mm与11.7mm，比c-1分别降低了42％、49％与54.8％。可以看出，ca(oh)2內掺法显著提升了碱激发混凝土的抗碳化能力。