CN103113062B - 一种抑制变质岩骨料碱活性的变质岩机制砂混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抑制变质岩骨料碱活性的变质岩机制砂混凝土，包括如下组分：水泥100份，粉煤灰10-60份，锂化合物0.05-0.8份，硅烷0.1-2.0份，减水剂0.5-4份，引气剂0.005-0.07份，细骨料190-480份，粗骨料200-480份以及水30-80份。先将水泥和硅烷混合搅拌后再加入粗骨料、细骨料、粉煤灰、锂化合物和引气剂继续干拌，然后将减水剂溶于水中的水溶液加入继续搅拌混合即得到所述变质岩机制砂混凝土；本发明采用变质岩机制砂和变质岩碎石为骨料，充分利用环境资源，大幅降低混凝土工程造价，减轻环境负荷，所制得的混凝土产品对具有碱活性的变质岩混凝土碱骨料反应的抑制效应相当显著。

Description

一种抑制变质岩骨料碱活性的变质岩机制砂混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种抑制变质岩骨料碱活性的变质岩机制砂混凝土及其制备方法，属于交通、桥梁、道路工程中混凝土长期耐久性技术及建材领域。

背景技术

碱骨料反应是指混凝土骨料（砂、石）中某些具有碱活性的矿物成分与混凝土孔隙中来自水泥、外加剂等的可溶性的碱性溶液（以KOH、NaOH为主）之间发生的膨胀性反应，这些碱溶液可能来自于这种反应引起混凝土体积膨胀乃至开裂，改变混凝土的微结构，使混凝土的抗压强度、抗折强度、弹性模量等力学性能明显下降，严重影响结构的安全使用。由于碱骨料反应一般是在混凝土成型后的若干年后逐渐发生，其结果造成混凝土耐久性下降，严重时还会使混凝土丧失其使用价值。且由于反应发生在整个混凝土内部，因此，这种反应造成的破坏既难以预防，又难于阻止，更不易修补和挽救，故被称为混凝土的癌症。

常见的碱活性矿物主要有岩浆岩、沉积岩和变质岩。变质岩在我国有着非常广泛的分布，尤其是在贵州约占全地区总面积的1/6以上地区存在大量变质岩。该类岩石含有一定量微晶石英成分而具有潜在碱硅酸活性，属于慢膨胀型活性骨料，故未能广泛应用于混凝土中。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。随着我国西部大开发战略的推进，大量的市政、高速公路、高速铁路等基础设施工程全面建设，需要数量巨大的混凝土骨架材料，而且从经济、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，采用变质岩骨料配制混凝土势在必行。研究抑制变质岩骨料碱骨料反应混凝土制备方法对提高该地区的混凝土工程安全性、耐久性、降低工程成本具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种抑制变质岩骨料碱活性的变质岩机制砂混凝土及相应的一种简单、有效的制备方法，使得具有碱活性或潜在碱活性的变质岩可以大量、广泛地应用于混凝土工程之中。

为实现上述目的，本发明通过在配制变质岩混凝土时大掺量掺入粉煤灰，降低单位水泥用量，减少混凝土中总碱量；控制骨料中石粉含量，引入少量锂化合物，抑制碱骨料反应；掺入一定引气剂和硅烷，增强混凝土抗渗性降低混凝土的吸水率，在一定程度上起到预防和减弱碱骨料反应危害的作用；同时优化配合比参数，制备出可抑制变质岩骨料碱骨料反应的各种强度等级和特殊用途的变质岩机制砂混凝土。

本发明具体是通过以下技术方案实现的：

一种抑制变质岩骨料碱活性的变质岩机制砂混凝土，包括以下重量份的组分：

水泥      100份；

粉煤灰    10-60份；

锂化合物  0.05-0.8份；

硅烷      0.1-2.0份；

减水剂    0.5-4份；

引气剂    0.005-0.07份；

细骨料    190-480份；

粗骨料    200-480份；

水        30-80份。

优选的，所述水泥为普通水泥或硅酸盐水泥，强度等级不低于42.5。

优选的，所述粉煤灰为二级粉煤灰或一级粉煤灰。

优选的，所述粉煤灰选自一级粉煤灰，在上述混凝土中的重量份为20-45份。

优选的，所述锂化合物选自LiOH、LiF和Li₂CO₃，在上述混凝土中重量份为0.05-0.3份。

优选的，所述硅烷为硅烷粉末或硅烷乳液，硅烷有效含量应大于80wt%，在上述混凝土中重量份为0.2-1.5份。

优选的，所述减水剂为萘系减水剂，在上述混凝土中重量份为1.5-4份；优选为萘磺酸盐甲醛缩合物的粉体。

更优选的，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，固含量应大于20wt％，如马贝聚羧酸系减水剂，在上述混凝土中的重量份为0.7-2份。

优选的，所述引气剂为木质素磺酸盐类引气剂，在上述混凝土中的重量份为0.3-1.5份；优选为木质素磺酸钙和木质素磺酸钠。

另一优选的，所述引气剂为松香树脂类引气剂，在上述混凝土中的重量份为0.005-0.01份；优选为松香热聚物或松香皂。

另一优选的，所述引气剂为脂肪醇类引气剂，在上述混凝土中的重量份为0.01-0.05份；优选为脂肪醇硫酸钠引气剂和高级脂肪醇衍生物系引气剂。

更优选的，所述引气剂为烷基盐类引气剂，在所述混凝土中的重量份为0.01-0.05分；优选为十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠。

优选的，所述细骨料选用变质岩机制砂，变质岩机制砂中石粉含量对混凝土碱骨料反应有较大的影响，石粉含量越高，试样碱骨料反应膨胀率越大，因此，机制砂中石粉的含量应控制在10wt％以内；优选的，所述细骨料在上述混凝土中的重量份为200-450份。

优选的，所述粗骨料选用连续级配的变质岩碎石，其最大粒径一般宜小于31.5mm，针片状颗粒含量宜少于15wt％，孔隙率宜小于40％，石粉含量应控制在10wt％以内。优选的，所述粗骨料在上述混凝土中的重量份为200-450份。

本发明进一步公开了上述一种抑制变质岩骨料碱活性的变质岩机制砂混凝土的制备方法，包括以下步骤：

（1）按配比称取各组分原料；

（2）先将水泥和硅烷混合，搅拌机中搅拌2-3分钟；

（3）然后加入粗骨料、细骨料、粉煤灰、锂化合物和引气剂，再干拌1-2分钟；

（4）先将减水剂溶于水中，然后加入到步骤（3）的混合物中继续搅拌3-5分钟即得到所述的一种抑制变质岩骨料碱活性的变质岩机制砂混凝土。

本发明的技术效果及优点在于：

1）制备方法简单，抑制效果显著。本方法可以有效地减少砂浆棒14天膨胀率75～94%，对变质岩混凝土碱骨料反应的抑制效应相当显著。

2）采用变质岩粗、细骨料（碎石、机制砂），充分利用了工业废弃物，并通过优化配合比可制备出满足各种条件的变质岩骨料混凝土。

3）采用变质岩机制砂作为混凝土细骨料，充分利用环境资源，大幅降低混凝土工程造价，缩短工程工期，减轻环境负荷。在变质岩地区的工程项目可以就地取材，从而减少原材料运输、贮存费用和时间，也可以减轻因原材料的长途运输而带来的环境破坏。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解，本发明提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤；还应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

制备某工程中桥梁、路基、隧道、涵洞工程用C25变质岩骨料机制砂混凝土配料：

粉煤灰：二级粉煤灰；

减水剂：马贝聚羧酸减水剂，固含量大于20wt%；

引气剂：十二烷基苯磺酸钠；

粗骨料：连续级配的变质岩碎石，其最大粒径为30mm，针片状颗粒含量为11.2wt%，孔隙率为29%，石粉含量为7.3wt%；

细骨料：变质岩机制砂，其中石粉含量为7.3wt%。

水泥：乌蒙山P.O42.5水泥；

锂化合物：LiOH；

硅烷粉末；

水；

表1C25变质岩骨料机制砂混凝土配合比

制备过程为：（1）按配比称取各组分原料；（2）将水泥和硅烷混合，搅拌机中搅拌2-3分钟；（3）然后加入粗骨料、细骨料、粉煤灰、锂化合物和引气剂，再干拌1-2分钟；（4）先将减水剂溶于水中，然后加入到步骤（3）的混合物中继续搅拌3-5分钟即得到本实施例的一种抑制变质岩骨料碱活性的变质岩机制砂混凝土。

并同时制备基准试件：即用上述配料中的水泥、粗骨料和细骨料以及减水剂，按相同配比制得的水泥产品。

采用美国材料与试验协会标准（ASTM C1260标准）测试，本实施例混凝土14d砂浆棒膨胀率为0.067%，较基准试件膨胀率降低了85.2%。

实施例2

制备某工程中桥梁、路基、隧道、涵洞工程用C30变质岩骨料机制砂混凝土配料：

粉煤灰：二级粉煤灰；

减水剂：马贝聚羧酸减水剂，固含量大于20wt%；

引气剂：松香皂引气剂；

粗骨料：连续级配的变质岩碎石，其最大粒径为30mm，针片状颗粒含量为11.2wt%，孔隙率为29%，石粉含量为7.3wt%

细骨料：变质岩机制砂，其中石粉含量为7.3wt%；

锂化合物：Li₂CO₃；

水泥：凯里瑞安P.O42.5水泥；

硅烷乳液；水；

表2  C30变质岩骨料机制砂水下混凝土配合比

制备过程同实施例1。同时制备标准试件：即用本实施例配料中的水泥、粗骨料和细骨料以及减水剂，按相同配比制得的水泥产品。

采用美国材料与试验协会标准（ASTM C1260标准）测试，本实施例混凝土14d砂浆棒膨胀率为0.070%，较基准试件膨胀率降低了77.5%。

实施例3

制备某工程中桥梁、路基、隧道、涵洞工程用C30变质岩骨料机制砂泵送混凝土配料：

粉煤灰：二级粉煤灰；

减水剂：马贝聚羧酸减水剂，固含量大于20wt%；

引气剂：十二烷基硫酸钠；

粗骨料：连续级配的变质岩碎石，其最大粒径为30mm，针片状颗粒含量为11.2wt%，孔隙率为29%，石粉含量为7.3wt%；

细骨料：变质岩机制砂，其中石粉含量为7.3wt%；

锂化合物：Li₂CO₃；

水泥：凯里瑞安P.O42.5水泥；

硅烷粉末；水；

表3  C30变质岩骨料机制砂泵送混凝土配合比

制备过程同实施例1。同时制备标准试件：即用本实施例配料中的水泥、粗骨料和细骨料以及减水剂，按相同配比制得的水泥产品。

采用美国材料与试验协会标准（ASTM C1260标准）测试，14d砂浆棒膨胀率为0.081%，较基准试件膨胀率降低了79.8%。

实施例4

制备某工程中桥梁工程用C40变质岩骨料机制砂泵送混凝土配料：

粉煤灰：一级粉煤灰；

减水剂：马贝聚羧酸减水剂，固含量大于20wt%；

引气剂：脂肪醇硫酸钠引气剂；

粗骨料：连续级配的变质岩碎石，其最大粒径为30mm，针片状颗粒含量为11.2wt%，孔隙率为29%，石粉含量为7.3wt%；

细骨料：变质岩机制砂，其中石粉含量为7.3wt%；

锂化合物：LiF。

水泥：凯里瑞安P.O42.5水泥；

硅烷乳液；水；

表4  C40变质岩骨料机制砂泵送混凝土配合比

制备过程同实施例1。同时制备标准试件：即用本实施例配料中的水泥、粗骨料和细骨料以及减水剂，按相同配比制得的水泥产品。

采用美国材料与试验协会标准（ASTM C1260标准）测试，14d砂浆棒膨胀率为0.077%，较基准试件膨胀率降低了82%。

Claims (8)

1.一种抑制变质岩骨料碱活性的变质岩机制砂混凝土，包括以下重量份的组分： 

所述细骨料选用变质岩机制砂，机制砂中石粉的含量控制在10wt％以内； 

所述粗骨料选用连续级配的变质岩碎石，最大粒径小于31.5mm，针片状颗粒含量少于15wt％，孔隙率小于40％，石粉含量控制在10wt％以内。 

2.如权利要求1所述的变质岩机制砂混凝土，其特征在于，所述水泥为普通水泥或硅酸盐水泥，强度等级不低于42.5。 

3.如权利要求1所述的变质岩机制砂混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为二级粉煤灰或一级粉煤灰。 

4.如权利要求1所述的变质岩机制砂混凝土，其特征在于，所述锂化合物选自LiOH、LiF和Li₂CO₃。 

5.如权利要求1所述的变质岩机制砂混凝土，其特征在于，所述硅烷为硅烷粉末或硅烷乳液，硅烷有效含量大于80wt%。 

6.如权利要求1所述的变质岩机制砂混凝土，其特征在于，所述减水剂为萘系减水剂或聚羧酸系减水剂。 

7.如权利要求1所述的变质岩机制砂混凝土，其特征在于，所述引气剂为木质素磺酸盐类引气剂、松香树脂类引气剂、脂肪醇类引气剂和烷基盐类引气剂。 

8.如权利要求1-7任一所述的变质岩机制砂混凝土的制备方法，包括以下步骤： 

（1）按配比称取各组分原料； 

（2）先将水泥和硅烷混合，搅拌机中搅拌2-3分钟； 

（3）然后加入粗骨料、细骨料、粉煤灰、锂化合物和引气剂，再干拌1-2分钟； 

（4）先将减水剂溶于水中，然后加入步骤（3）的混合物中继续搅拌3-5分钟即得到所述的一种抑制变质岩骨料碱活性的变质岩机制砂混凝土。