一种单组分抗腐蚀地聚物水泥材料及制备方法

本发明属于水泥制备，具体为一种单组分抗腐蚀地聚物水泥及其制备方法。

背景技术：

1、海洋环境作为一个恶劣而复杂的腐蚀性环境，其中的高浓度氯离子是影响海洋工程中钢筋混凝土耐久性的主要因素之一。随着浸泡周期的增长，环境中的氯离子会通过水泥混凝土结构的毛细作用、扩散、电化学迁移等多种作用向混凝土内部渗透，从而导致水泥混凝土内部钢筋腐蚀，水泥混凝土体积发生膨胀和表面开裂。因此迫切需要开发适用于海洋严苛环境中的水泥材料。

2、地质聚合物是一种具有硅氧四面体和铝氧四面体的三维网络凝胶体。它以天然硅铝酸盐矿物或工业固体废弃物(粉煤灰、矿渣、钢渣、赤泥等)为原料，与碱性激发剂溶液混合后制备而成。与传统硅酸盐水泥相比，地质聚合物特定的三维网络凝胶结构，表现出低氯化物渗透性，有利于在海洋工程应用中应对氯盐侵蚀，提升结构的耐久性。但长期处于海洋环境中，侵蚀性离子容易破坏凝胶结构，例如溶液中的cl-和co2会攻击矿渣的水化产物c-(a)-s-h，导致水化产物脱钙进而破坏凝胶结构。因此，应对长期的侵蚀性环境还需在地质聚合物水泥材料中加入缓蚀剂。

3、当前市面上多采用掺入亚硝酸盐等阻锈剂来减少氯离子对胶凝材料的侵蚀，但这类阻锈剂只有在胶凝材料中侵蚀性离子的含量足够时才有抗侵蚀效果，这对传统的缓蚀剂提出了挑战。层状双氢氧化物(ldhs)作为一种新型的智能缓蚀剂，具有层间离子交换特性，可以在初始阶段释放抗腐蚀离子和吸附环境中的cl-，提高初始初始腐蚀阙值。此外，目前地聚物水泥按照制备方法分为双组分和单组分地聚物水泥，一般多采用双组分方式制备，即由碱激发溶液和固体硅酸盐原料两个组分加水反应得到。但在实际应用中，双组分地聚物水泥制备需要准备大量碱激发溶液，不利于便捷化生产，而单组分的地聚物水泥由固体碱和固体硅酸盐为原料，直接加水即可得到，方便大规模使用。因此，发展一种单组分的抗腐蚀地聚物水泥具有良好应用前景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对现有水泥混凝土在海洋环境下腐蚀破坏情况严重，提供一种抗腐蚀性能好，抗压强度高的单组分抗腐蚀地聚物水泥及其制备方法，

2、本发明的技术方案是：提供一种单组分抗腐蚀地聚物水泥，其组分及重量配比为：矿渣48.64％-49.21％、细砂19.45％-19.69％、硅酸钠9.73％-9.84％、水20.43％-20.67％；缓蚀剂0.59％-1.75％。

3、所述矿渣为北海诚德镍业有限公司，平均粒径d50＝8.5μm。

4、所述细砂为180-200目的石英砂。

5、所述硅酸钠模数为2.0±0.1，氧化钠含量为25.5-29.0wt.％，二氧化硅含量为49.0-53.0wt.％。

6、所述缓蚀剂为层状双氢氧化物。

7、所述缓蚀剂中控制偏铝酸钠：九水合硝酸镍：丙氨酸的浓度比为1:2:2。

8、所述层状双氢氧化物按如下方法制备：

9、(1)将0.02mol偏铝酸钠、0.04mol丙氨酸、0.15mol氢氧化钠一起放入装有100ml去离子水的烧杯中搅拌至溶解，再加入固定在水浴反应锅上的三口烧瓶中，并在三口烧瓶放入转子；

10、(2)将0.04mol九水合硝酸镍放入装有100ml去离子水的烧杯中搅拌至溶解，再加入固定在三口烧瓶上的恒压滴定管中，滴定管上端塞上抹有真空硅脂的玻璃塞，三口烧瓶的另外两个口使用抹有真空硅脂的通气管塞进，通气管用于通氮气，确保去除反映过程中的空气；

11、(3)将恒压滴定管中的九水合硝酸镍均匀滴加到三口烧瓶中，温度设置为60℃，调整浴反应锅的转速为200r/min，持续搅拌6小时；

12、(4)使用离心机将反应后的产物用去离子水离心洗涤3次，在转速4500r/min下离心4min；

13、(5)将沉淀产物在60℃下真空干燥，随后研磨过200目筛。

14、所述的单组分抗腐蚀地聚物水泥的制备方法，包括如下步骤：

15、(1)将重量配比为48.64％-49.21％、19.45％-19.69％、9.73％-9.84％的矿渣、细砂、硅酸钠依次添加到砂浆内干拌30s，使得各基体材料搅拌均匀；

16、(2)将重量配比为0.59％-1.75％的缓蚀剂与20.43％-20.67％的水均匀混合加入上述基体材料中，持续快搅2min，直到各材料均匀分散即可得到单组分抗腐蚀地聚物水泥材料。

17、本发明具有如下有益效果：

18、该抗腐蚀地聚物水泥材料的原料组成中加入了适当比例的缓蚀剂，且缓蚀剂为层状双氢氧化物，能够有效延长抗腐蚀周期，在90d的海水环境中起到很好的抗腐蚀作用。同时，原料组成中采用固体硅酸钠作为碱激发剂，直接加水即可得到，方便大规模使用。

技术特征：

1.一种单组分抗腐蚀地聚物水泥，其特征在于，其组分及重量配比为：矿渣48.64％-49.21％、细砂19.45％-19.69％、硅酸钠9.73％-9.84％、水20.43％-20.67％；缓蚀剂0.59％-1.75％。

2.根据权利要求1所述的单组分抗腐蚀地聚物水泥，其特征在于，所述矿渣平均粒径为d50＝8.5μm。

3.根据权利要求1所述的单组分抗腐蚀地聚物水泥，其特征在于，所述细砂为180-200目的石英砂。

4.根据权利要求1所述的单组分抗腐蚀地聚物水泥，其特征在于，所述硅酸钠模数为2.0±0.1，氧化钠含量为25.5-29.0wt.％，二氧化硅含量为49.0-53.0wt.％。

5.根据权利要求1所述的单组分抗腐蚀地聚物水泥，其特征在于，所述缓蚀剂为层状双氢氧化物。

6.根据权利要求5所述的单组分抗腐蚀地聚物水泥，其特征在于，所述缓蚀剂中控制偏铝酸钠：九水合硝酸镍：丙氨酸的浓度比为1:2:2。

7.根据权利要求5所述的单组分抗腐蚀地聚物水泥，其特征在于，所述层状双氢氧化物按如下方法制备：

8.根据权利要求1所述的单组分抗腐蚀地聚物水泥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明提供了一种单组分抗腐蚀地聚物水泥及其制备方法，属于混凝土材料技术领域。该单组分抗腐蚀地聚物水泥由矿渣、细砂、硅酸钠、水和缓蚀剂混合而成，其中原材料重量配比为：矿渣48.64％‑49.21％、细砂19.45％‑19.69％、硅酸钠9.73％‑9.84％、水20.43％‑20.67％；缓蚀剂0.59％‑1.75％。本发明一种单组分抗腐蚀地聚物水泥采用固体激发剂制备，在操作过程中不需要单独制备激发剂，所得水泥具有低碳环保、抗腐蚀性能好、抗压强度高的良好性能。

技术研发人员：李静,兀婷,罗莫淞,庄恩德
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13