提高混凝土和水泥制品耐久性功能掺合料及制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种提高混凝土及水泥制品耐久性功能掺合料,是由一定数量具有碱骨料反应的体积膨胀碳酸岩粉和激发剂混合组成；即将具有碱骨料反应的体积膨胀碳酸岩磨成水泥细度，与含碱盐搅拌均匀，在制备混凝土及水泥制品时按硅酸盐水泥的质量掺入。经试验证明，本发明不仅取得了减少混凝土及水泥制品的体积收缩，减低混凝土及水泥制品的生产成本，而且能有效地提高混凝土及水泥制品的致密程度及体积稳定性，具有显著提高混凝土及水泥制品的耐久性能效果，可以提高混凝土及水泥制品抗冻融、抗渗透、抗碳化等耐久性能，能延长混凝土及水泥制品的使用寿命。
【专利说明】提高混凝土和水泥制品耐久性功能掺合料及制备方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及一种使混凝土及水泥制品耐久性提高的功能掺合料的制备方法，
【背景技术】
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[0002]众所周知，硅酸盐水泥在水化硬化过程中，由于其熟料矿物的特性决定了硬化的混凝土及水泥制品会产生一定数量的体积收缩，这给混凝土及水泥制品的使用寿命带来了不利影响，是造成混凝土及水泥制品耐久性下降的主要原因，包括干燥脱水形成的体积收缩以及水泥化学减缩和自干燥引起的自收缩，所谓的化学减缩是指水泥的水化反应主要产物C-S-H凝胶体积小于水化前水泥和水的体积之和。所谓的自干燥是指水泥制品内部结构中的微孔里的自由水量满足不了水泥水化需要。
[0003]特别是近年来各国积极推广的高性能混凝土，这是一种以高耐久性为目标的高技术混凝土，它要求混凝土及水泥制品具有良好的工作性能、力学性能、抗碱集料反应性能、抗收缩性能、抗冻融性能、抗渗性能、抗碳化和抗化学腐蚀性能在内的多项性能。
[0004]但由于高性能混凝土等水泥制品因胶凝材料数量的增加以及水胶比的下降，更容易加大混凝土及水泥制品的体积收缩，因此对混凝土等水泥制品耐久性的影响也更为显著。为了防止混凝土等水泥制品因体积收缩产生裂缝，对混凝土的承载能力、工作性能、耐久性能等产生的不利影响。除了调整混凝土的配合比、加强养护、掺入级配良好的优质矿物集料外，还可以通过加入如减缩剂、膨胀剂、引气剂、抗渗剂、抗腐蚀剂等来解决和减少混凝土及水泥制品的体积收缩和开裂，以便使混凝土及水泥制品能满足各种工程的需要，将混凝土及水泥制品的使用寿命延长，达到节省自然资源的目的。
[0005]但从目前上述各类外加剂的应用情况看均存在着明显的不足，如成本高或使用不方便等缺点，诸如混凝土减缩剂存在成本高与其它水泥外加剂混用时易产生匹配不良等现象。混凝土钙矾石类膨胀剂，因其产生膨胀的本质是混凝土内的自由水转变成固体的结晶水，所以产生体积膨胀需要环境不断提供液态水，如不能及时提供液态水，特别是高性能混凝土，因水胶比低胶凝材料用量大，更容易生产自干燥，因此有时不仅不会发生膨胀反而会造成混凝土内因体积收缩导致形成微裂纹。当前抗冻混凝土经常需要掺入引气剂，但引气剂在混凝土内形成气体的数量和气泡的直径不容易控制，如引气剂掺用时的温度，搅拌时间，矿物掺合料的品种(如是否掺入粉煤灰)等因素均会影响混凝土及水泥制品的含气量和气泡直径，使混凝土及水泥制品的抗冻性能波动幅度增大，进而影响混凝土及水泥制品的使用寿命。
[0006]碱碳酸盐反应发现于20世纪50年代初期，当前关于碱碳酸盐反应的机理研究各国学者发表许多文章，但主要注意力集中在如何使用碳酸盐岩作集料的混凝土遭受碱骨料反应破坏的预防上，对碱碳酸盐反应这一自然规律的化害为利的应用未见报道。
【发明内容】
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[0007]本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种提高混凝土及水泥制品耐久性功能掺合料；
[0008]本发明的另一目的是提供一种提高混凝土及水泥制品耐久性功能掺合料的制备方法。
[0009]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0010]提高混凝土及水泥制品耐久性功能掺合料，其特征在于按质量百分比:
[0011]体积膨胀碳酸岩粉 97.0^+99.8%
[0012]激发剂0.2%—3.0%
[0013]所述的体积膨胀碳酸岩粉为白云质泥晶灰岩粉或白云岩粉。
[0014]所述的激发剂为碳酸钠、硫酸钠、氢氧化钠、碳酸钾、硫酸钾、氢氧化钾、硅酸钠、硅酸钾或石膏。
[0015]所述的耐久性功能掺合料按通用硅酸盐水泥质量加入2% -22%.制备成高耐久性混凝土或水泥制品。
[0016]提高混凝土及水泥制品耐久性功能掺合料的制备方法，包括以下步骤:
[0017]a、将具有碱骨料反应的体积膨胀碳酸岩磨成水泥细度；
[0018]b、按碳酸岩粉体97.0% — 99.8%，激发剂0.2% — 3.0%，经混合均匀，制成高耐久性混凝土或水泥制品的功能掺合料；
[0019]C、耐久性功能掺合料按通用硅酸盐水泥质量加入2% -22%.制备成高耐久性混凝土或水泥制品。
[0020]耐久性功能掺合料与粉煤灰、矿渣微粉复合制备成耐久性功能复合掺合料，耐久性功能复合掺合料质量百分比:
[0021]耐久性功能掺合料10% -40%
[0022]粉煤灰、矿渣微粉60 % -90 %
[0023]混合均匀制成提高混凝土及水泥制品耐久性的功能复合掺合料，按通用硅酸盐水泥质量掺入10% -40%的耐久性功能复合掺合料制备高耐久性混凝土及水泥制品。
[0024]有益效果:经试验证明，本发明不仅取得了防止水泥制品体积收缩，减低了混凝土及水泥制品的生产成本，而且还能较大幅度提高混凝土及水泥制品各项耐久性能。因其具有显著提高混凝土及水泥制品的致密程度及体积稳定性，进而提高了混凝土及水泥制品抗冻融、抗渗透、抗碳化、抗腐蚀等耐久性，可显著延长混凝土及水泥制品的使用寿命。
[0025]这是因为白云岩或白云质泥晶灰岩粉的掺入，与碱反应形成的氢氧化镁胶体提高了混凝土的致密程度，进而使混凝土内的孔隙变得更细小，由于混凝土毛细孔径的降低使部分自由水转变成吸附水及紧吸附水，致使混凝土的抗渗、抗冻能力得以提高。因此，白云质泥晶灰岩粉或白云岩的掺入可以提高混凝土的抗渗、抗冻性能。
[0026]制成的混凝土试件中连通孔和无害孔的数量减少了，因此，抵抗冻融循环的能力得以提高。当空白样试件冻融150次数表面出现明显龟裂，如附图1所示。而掺有耐久性功能掺合料的试件经过250次冻融实验未出现任何裂纹附图2。
【专利附图】
【附图说明】
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[0027]图1经过150次冻融实验后的空白试件可见试件出现龟裂纹照片
[0028]图2掺有白云质泥晶灰岩粉试件经过250次冻融实验未出现任何裂纹照片
[0029]图3不同白云质泥晶灰岩粉掺量的水泥胶砂试件强度
[0030]图4不同激发剂掺量的水泥胶砂试件强度
[0031]图5硫酸钠做激发剂的水泥胶砂试件强度
[0032]图6每立方米混凝土各种材料用量(Kg)
[0033]图7不同白云岩粉掺量的混凝土试件各龄期的抗压强度(MPa)
[0034]图8混凝土经冻融试验后的质量损失情况
[0035]图9混凝土抗渗等级试验结果
[0036]图10混凝土碳化试验结果
【具体实施方式】
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[0037]下面结合实施例作进一步的详细说明:
[0038]提高混凝土及水泥制品耐久性功能掺合料，其特征在于按质量百分比:
[0039]体积膨胀碳酸岩粉 97.0^+99.8%
[0040]激发剂0.2%—3.0%
[0041 ] 所述的体积膨胀碳酸岩粉为白云质泥晶灰岩粉或白云岩粉。
[0042]所述的激发剂为碳酸钠、硫酸钠、氢氧化钠、碳酸钾、硫酸钾、氢氧化钾、硅酸钠、硅酸钾或石膏。
[0043]所述的耐久性功能掺合料按通用硅酸盐水泥质量加入2% -22%.制备成高耐久性混凝土或水泥制品。
[0044]提高混凝土及水泥制品耐久性功能掺合料的制备方法，包括以下步骤:
[0045]a、将具有碱骨料反应的体积膨胀碳酸岩磨成水泥细度；
[0046]b、按碳酸岩粉体97.0% — 99.8%，激发剂0.2% — 3.0%，经混合均匀，制成高耐久性混凝土或水泥制品的功能掺合料；
[0047]C、耐久性功能掺合料按通用硅酸盐水泥质量加入2% -22%.制备成高耐久性混凝土或水泥制品。
[0048]耐久性功能掺合料与粉煤灰、矿渣微粉复合制备成耐久性功能复合掺合料，耐久性功能复合掺合料质量百分比:
[0049]耐久性功能掺合料10% -40%
[0050]粉煤灰、矿渣微粉60 % -90 %
[0051 ] 混合均匀制成提高混凝土及水泥制品耐久性的功能复合掺合料，按通用硅酸盐水泥质量掺入10% -40%的耐久性功能复合掺合料制备高耐久性混凝土及水泥制品。
[0052]实施例1防水抗裂抹面砂浆
[0053]防水抗裂抹面砂浆:防水抗裂抹面砂浆是由PC 32.5水泥:中砂=I:3组成，掺入占水泥重量10%的耐久性功能惨合料(白z?质泥晶灰岩粉99.7%和0.3%的硫酸纳)。具体为:水泥370kg，中砂1350kg，耐久性功能掺合料37kg及适量的水。
[0054]用红砖砌筑一个可以容水约0.75立方米的水池，用防水抗裂抹面砂浆抹面20天后，未见防水抗裂抹面砂浆出现裂缝，长时间盛水也未发生渗漏。
[0055]实施例2防水抗裂抹面砂浆
[0056]防水抗裂抹面砂浆是由PC 32.5水泥:中砂=1:3组成，掺入占水泥重量10%的耐久性功能掺合料(白云岩粉99.8%和0.2%的硫酸钠)，具体为:水泥370kg，中砂1350kg,耐久性功能掺合料37kg及适量的水。
[0057]在红砖清水墙面上，用防水抗裂抹面砂浆抹面I平方米见方三块，7天后，检测砂浆抹面未发现任何裂缝。同样在红砖清水墙面上，未掺入耐久性功能掺合料的普通抹面砂浆，由PC 32.5水泥:中砂=1:3组成，具体为:水泥370kg，中砂1350kg及适量的水，用对比抹面砂浆也抹面I平方米大小三块，7天后，则可以看到有细微的砂浆裂缝。
[0058]实施例3抗渗混凝土:
[0059]基准复合矿物掺合料:由粉煤灰60 %，矿渣粉40 %组成。
[0060]耐久性功能复合掺合料:由粉煤灰40 %，耐久性功能掺合料40% (白云质泥晶灰岩粉99.7%和0.3%的硫酸钠)，矿渣粉20%混合均匀构成。
[0061]1)C30P6泵送抗渗混凝土空白实验配合比:P042.5强度等级水泥，水泥当量碱含量0.85%，水泥用量278kg，基准复合掺合料80kg，砂子830kg，碎石(5-31.5mm) 1080kg，水168kg，萘系高效减水剂9kg。28天后实际检测抗压强度46.3MPa，混凝土抗渗等级可达P6要求。
[0062]2) C30P6泵送抗渗混凝土验证实验配合比:P042.5强度等级水泥，水泥当量碱含量0.88%，水泥用量278kg，耐久性功能复合掺合料80kg，砂子830kg，碎石(5-31.5mm) 1080kg,水168kg，萘系高效减水剂9.1kgo 28天后实际检测抗压强度45.8MPa，抗渗等级达PlO要求。
[0063]实施例4抗冻混凝土:
[0064]基准复合矿物掺合料:由粉煤灰60 %，矿渣粉40 %组成。
[0065]耐久性功能复合掺合料:由粉煤灰40 %，耐久性功能掺合料40 % (白云质泥晶灰岩粉99.4%和0.6%的硫酸钠)，矿渣粉20%混合均匀构成。
[0066]1)C30P6泵送抗渗混凝土空白实验配合比:P042.5强度等级水泥，水泥当量碱含量0.85%，水泥用量278kg，基准复合掺合料80kg，砂子830kg，碎石(5-31.5mm) 1080kg，水168kg，萘系高效减水剂9kg。28天后慢冻法检测冻融150次合格。
[0067]2) C30P6泵送抗渗混凝土验证实验配合比:P042.5强度等级水泥，水泥当量碱含量0.88%，水泥用量278kg，耐久性功能复合掺合料80kg，砂子830kg，碎石(5-31.5mm) 1080kg,水168kg，萘系高效减水剂9.2kg。28天后慢冻法检测冻融250次合格。
[0068]实施例5抗碳化混凝土:
[0069]C30混凝土基准配比:P042.5强度等级水泥，水泥当量碱含量0.88%，水泥用量为278kg,粉煤灰50kg,矿洛30kg中砂840kg,碎石(5-25mm) 1010kg,水175kg,萘系减水剂7.1kg。28天实际检测平均碳化深度9.0mm。C30混凝土试验配比:P042.5强度等级水泥，水泥当量碱含量0.88%，水泥用量278kg，耐久性功能复合掺合料80kg (组成见实施例3)，砂子840kg，碎石(5-25mm) 1010kg，水170kg，减水剂7.2kg。28天实际检测平均碳化深度
5.8mmο
[0070]实施例6抗渗混凝土
[0071]C30混凝土基准配比:P042.5强度等级水泥，水泥当量碱含量1.4%，水泥用量为278kg,粉煤灰50kg,矿洛35kg,中砂840kg,碎石(5-25mm) 1010kg,水175kg,萘系减水剂
7.1kg。养护28天后实际检测抗渗等级达P8。
[0072]C30混凝土试验配比:P042.5强度等级水泥，水泥当量碱含量1.4%，水泥用量278kg,砂子840kg，碎石(5-25mm) 1010kg，耐久性功能复合掺合料85kg，(具体组成由矿渣30 %，白云质泥晶灰岩粉30 %，粉煤灰35 %，石膏5 %组成，因水泥当量碱含量较高，故不需另加含喊盐)，水177kg,蔡系减水剂7.2kgο养护28天后实际检测抗渗等级达P12。
[0073]实施例7
[0074]抗渗混凝土:C30P6泵送抗渗混凝土基准配比:P042.5强度等级水泥，水泥当量碱含量0.85%，水泥用量为275kg，粉煤灰80kg，中砂840kg，碎石(5-31.5mm) 1010kg,水170kg,萘系减水剂9kg。28天实际检测抗渗等级可达P8要求。
[0075]C30P6泵送抗渗混凝土试验配比:P042.5强度等级水泥，水泥当量碱含量0.85%，水泥用量275kg，耐久性功能复合掺合料80kg(注:由粉煤灰59.5%，白云岩粉40%以及氢氧化钠 0.5% 组成)，砂子 836kg,碎石(5-31.5mm) 1008kg,水 170kg,减水剂 9.5kg。28天实际抗渗等级可达P12要求。
[0076]实施例8
[0077]基准复合矿物掺合料:由粉煤灰60%，矿渣粉40%组成，
[0078]耐久性功能复合掺合料:由粉煤灰40 %，白云岩粉39.5 %，氢氧化钠0.5 %，矿渣粉20 %组成。
[0079]C30混凝土基准配合比:P042.5强度等级水泥，水泥当量碱含量0.85%，水泥用量278kg,基准复合掺合料50kg,砂子830kg,碎石(5-31.5mm) 1080kg,水168kg,减水剂，5.4kgο
[0080]C30混凝土实验配合比:P042.5强度等级水泥，水泥当量碱含量0.85 %，水泥用量278kg，耐久性功能复合掺合料(组成见实施例3) 50kg，砂子830kg，碎石(5-31.5mm) 1080kg,水 168kg,减水剂 5.4kg。
[0081]混凝土 28天抗压、抗折强度如附表4，由实验结果可知耐久性功能掺合料不影响混凝土的抗压、抗折强度。
[0082]实施例9抗渗混凝土:
[0083]C30P6泵送抗渗混凝土基准配比:P042.5强度等级水泥，水泥当量碱含量0.85%，水泥用量为275kg，粉煤灰80kg，中砂840kg，碎石(5-31.5mm) 1010kg，水170kg，萘系减水剂9kg。28天实际检测抗渗等级可达P8要求。
[0084]C30P6泵送抗渗混凝土试验配比:P042.5强度等级水泥，水泥当量碱含量0.85%，水泥用量275kg，耐久性功能复合掺合料80kg (组成粉煤灰40%，白云岩粉39.3%，硅酸钠0.7%，矿渣粉 20%组成)，砂子 836kg，碎石(5-31.5mm) 1008kg,水 170kg，减水剂 9.lkg。28天实际抗渗等级可达P14要求。
【权利要求】
1.一种提高混凝土及水泥制品耐久性功能掺合料，其特征在于，按质量百分比: 体积膨胀碳酸岩粉97.0^+99.8% 激发剂0.2%—3.0%。
2.按照权利要求1所述的提高混凝土及水泥制品耐久性功能掺合料，其特征在于，所述的体积膨胀碳酸岩粉为白云质泥晶灰岩粉或白云岩粉。
3.按照权利要求1所述的提高混凝土及水泥制品耐久性功能掺合料，其特征在于，所述的激发剂为碳酸钠、硫酸钠、氢氧化钠、碳酸钾、硫酸钾、氢氧化钾、硅酸钠、硅酸钾或石膏。
4.按照权利要求1所述的提高混凝土及水泥制品耐久性功能掺合料，其特征在于，所述的耐久性功能掺合料按通用硅酸盐水泥质量加入2%?22%制备成高耐久性混凝土或水泥制品。
5.一种提高混凝土及水泥制品耐久性功能掺合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: a、将具有碱骨料反应的体积膨胀碳酸岩磨成水泥细度； b、按碳酸岩粉体97.0%—99.8%，激发剂0.2%—3.0%，混合均匀制成高耐久性混凝土或水泥制品的功能惨合料； C、按通用硅酸盐水泥质量加入耐久性功能掺合料2% -22%制备成高耐久性混凝土或水泥制品。
6.按照权利要求1所述的提高混凝土及水泥制品耐久性功能掺合料，其特征在于，耐久性功能掺合料与粉煤灰、矿渣微粉复合制备成耐久性功能复合掺合料，耐久性功能复合掺合料质量百分比: 耐久性功能掺合料10% -40% 粉煤灰、矿渣微粉60% -90% 混合均匀制成提高混凝土及水泥制品耐久性的功能复合掺合料，按通用硅酸盐水泥质量掺入10% -40%的耐久性功能复合掺合料制备高耐久性混凝土及水泥制品。
【文档编号】C04B14/26GK104310833SQ201410525489
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月7日 优先权日:2014年10月7日
【发明者】阮炯正 申请人:吉林建筑大学