CN105948553A - 一种水泥基材料用抗硫酸盐防腐剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水泥基材料用抗硫酸盐防腐剂，其组成按重量份数计如下：偏高岭土60‑90份；硬脂酸钙1‑10份；碳酸钡5‑20份；碳酸锂0.1‑1份。还可以加入粉煤灰；其用量与偏高领土质量比为1:2。本发明中偏高岭土用量只相当于混凝土中胶凝材料用量的6％‑8％左右，用量低，降低了混凝土的成本；硬脂酸钙还同时用作偏高岭土的分散剂，降低了偏高岭土在水泥中的团聚性，极大地提高了偏高岭土的利用效率；同时，BaCO3和Li2CO3作为无机盐可以提高水泥的分散性，降低水泥的标准稠度需水量，改善混凝土的工作性；防腐剂的抗蚀系数指标达到1.14以上。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种水泥基材料外加剂，具体一种水泥基材料用抗硫酸盐防腐剂。
背景技术
当前波特兰水泥以其卓越的经济优势和工作性能成为世界范围内混凝土工程中应用最为广泛的建筑材料。混凝土曾被人们认为是一种可以在任何气候环境条件下工作，甚至不需要任何维修费用的材料，直到它的耐久性问题受到越来越多研究者广泛关注。混凝土由于耐久性不足使得很多建筑物未达到使用年限就出现非力学性破坏，造成严重的经济损失。在混凝土构件的破坏中，硫酸盐对水泥混凝土的腐蚀破坏是所有环境因素中复杂性和危害性最大的一种。
我国海岸线绵长，盐碱、盐湖地域较多，这些地域硫酸盐含量普遍较高，硫酸盐对混凝土结构工程的侵蚀尤为严重，许多电站、大坝、隧道、公路、海港以及机场等工程在没有达到预期的设计使用寿命前就发生了膨胀、开裂、失效等破坏。此外，混凝土结构或构件在其服役期间还受到的其他环境因素作用，如：环境温度、相对湿度、干湿循环、各种荷载、冻融循环等，这些因素对混凝土的作用可能是一种或几种的相互叠加，容易对建筑物的地基以及建筑物底部混凝土构件产生较大的侵蚀，影响混凝土构件的稳定性与安全性，对人身财产安全产生威胁。
提高水泥混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力已经成为混凝土耐久性设计中的重要内容之一。目前，水泥混凝土的抗硫酸盐类侵蚀可以从以下几种方向考虑：1)合理设计混凝土配合比及采用恰当的养护工艺。但缺点是抗硫酸盐侵蚀效果不佳；2)使用特种水泥-抗硫酸盐水泥。虽然采用抗硫酸盐水泥制备的水泥混凝土抗硫酸盐侵蚀效果良好，但抗硫酸盐水泥生产厂家少，货源紧缺，且运输费用较高，工程造价高；3)在混凝土易遭硫酸盐腐蚀的区域进行涂层防护。采用这种方法的缺点是防护成本较高，且大多涂层为有机化合物，抗紫外线和耐老化性能不好，容易脱落从而未能达到防护目的。近年来市场上也有少量类似混凝土防腐剂的产品，有的材料组成较多，制作工艺复杂，以及使用条件苛刻，成本较高；有的早期抗硫酸盐侵蚀效果好，后期效果达不到要求。例如专利申请号为201110029460.3的中国专利公开了“一种具有耐硫酸盐腐蚀功能的钢筋混凝土阻锈剂”，其原料由多种膨胀剂、偏硅酸盐、矿物掺合料、羟基羟酸盐等组成。膨胀剂为硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂与硫铝酸钙类膨胀剂的混合物或硫铝酸钙-氧化钙类，偏硅酸盐为偏硅酸钠、偏硅酸埋、偏硅酸钾中的一种或多种组成，羟基羟酸盐为葡萄糖酸锌、D-葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钾中的一种或多种组成，矿物掺合料也为磨细矿渣、硅粉中的一种或两种组成，涉及原料品种较多，配制较为繁复。此外，该专利在制备工艺中需要将有机物预热至50℃，然后加入活性成分与碱质，混合搅拌至溶解，最后加入硅灰，其制备工艺复杂。再例如专利申请号为201010256189.2的中国专利公开了“混凝土抗硫酸盐侵蚀防腐剂”其原料组成为超细矿粉、硫铝酸盐水泥熟料、硬石膏，组分虽少，但其抗硫酸盐侵蚀系数却仅在0.89-0.93之间，抗硫酸盐侵蚀效果不明显。
发明内容
本发明是针对现有技术存在的问题，提出一种水泥基材料抗硫酸盐侵蚀防腐剂，其组成材料简单，工艺较为简易，防腐效果显著。
一种水泥基材料用抗硫酸盐防腐剂，其组成按重量份数计如下：
偏高岭土60-90份；硬脂酸钙1-10份；碳酸钡5-20份；碳酸锂0.1-1份。
按上述方案，还加入了粉煤灰；其用量与偏高领土质量比为1:2。
按上述方案，所述粉煤灰符合标准GB 1596-2005《用于水泥、混凝土中的粉煤灰》规的II级灰要求，比表面积≥600m2/kg。
按上述方案，所述偏高岭土由高岭土经600℃～800℃煅烧而成，主要组分为无定形硅酸盐，比表面积≥2500m2/Kg，其28d火山灰活性指数在110％以上。
按上述方案，所述抗硫酸盐防腐剂在水泥基凝胶材料中的用量为7-13wt％。
按上述方案，偏高岭土84份；硬脂酸钙5份；碳酸钡10份；碳酸锂1份。
按上述方案，偏高岭土60份；粉煤灰30份；硬脂酸钙3.2份；碳酸钡6.2份；碳酸锂0.6份。
偏高岭土(MK)：其一，MK的粒径比水泥颗粒的粒径要小得多，能够充填部分孔隙，提高浆体内部颗粒堆积密度，限制了Ca(OH)2、C-S-H凝胶的生长空间，堵塞连通孔通道，提高混凝土密实性，其二，MK可通过晶核效应促进水泥早期水化，从而降低早期浆体孔隙率并细化孔径。其三，MK可与水泥水化产生的Ca(OH)2反应生成C-S-H凝胶，进一步密实混凝土结构。其四，MK取代部分水泥熟料，对水泥中3CaO·Al2O3(C3A)矿物的总含量有一定的稀释作用，从而减少了钙矾石等膨胀性产物的产生，增强了混凝土对硫酸盐的抵抗能力。其五，水泥石水化产物中最易受硫酸盐侵蚀的Ca(OH)2的量随着MK发生二次反应被大量消耗，延迟性钙矾石的生成与存在的难度增加。
碳酸钡BaCO3：能够与侵入水泥石中的SO4 2-反应，生成最不容易分解的BaSO4,从而更进一步的增加了混凝土的密实度；其次避免了延迟性抑制钙矾石(AFt)和CaSO4的生成。
碳酸锂Li2CO3：能够与水泥水化产物单硫型硫铝酸钙(AFm)反应生成单碳型水化碳铝酸钙(Cm)，促进水泥中含Al相向低膨胀性产物转变，同时Li2CO3又是一种可溶性碳酸盐，因而从钙矾石中解离出来CaO很容易与Li2CO3反应形成溶解度低的CaCO3，从而导致钙矾石逐渐被分解抑制水泥中钙矾石中的生成，因而提高水泥石的抗硫酸盐侵蚀性能。
硬脂酸钙：硬脂酸钙吸附在水泥颗粒表面形成一层憎水性薄膜，侵入水泥石中的硫酸盐与水泥的水化产物反应难度增加。
偏高岭土在水泥混凝土中的掺量一般为胶凝材料用量的10％-15％左右，用量过大、成本偏高；偏高岭土的分散性较差，在混凝土中会产生“团聚”现象，使混凝土的质量不稳定；偏高岭土还具有吸水性，在混凝土中大量使用时会增加混凝土的稠度，降低混凝土的工作性能。
本发明与现有技术相比具有如下优点和积极效果：
本发明中偏高岭土用量只相当于混凝土中胶凝材料用量的6％-8％左右，用量低，降低了混凝土的成本；硬脂酸钙还同时用作偏高岭土的分散剂，降低了偏高岭土在水泥中的团聚性，极大地提高了偏高岭土的利用效率；同时，BaCO3和Li2CO3作为无机盐可以提高水泥的分散性，降低水泥的标准稠度需水量，改善混凝土的工作性。
本发明的抗硫酸盐侵蚀防腐剂原料容易获得，仅为简单原材料组成，制作工艺简单，可操作性强，经简单机械混合即可,具有显著的社会效益和经济效益。
本发明产品为盐类及矿物掺合料，无毒无害，对环境无不良影响。此外，本发明的抗硫酸盐侵蚀防腐剂具有增加混凝土早期强度、加速水泥凝结硬化，提高混凝土抗氯离子侵蚀、抗碳化、抗干湿循环能力，防腐剂加入倒混凝土中对新拌混凝土的和易性无不利影响，可以显著改善混凝土的技术指标和经济指标,降低混凝土构件的后续维护成本。
本发明抗硫酸盐侵蚀防腐剂的抗蚀系数指标达到1.14以上。抗硫酸盐侵蚀防腐剂性能指标完全符合《混凝土抗硫酸盐类侵蚀防腐剂》(JC/T 1011-2006)中相关的技术要求，混凝土抗硫酸盐侵蚀试验达到KS120等级。
具体实施方式
实施例1
在砂浆中的应用，其配合比如下：
防腐剂中各组分及其重量百分比含量如下：
MK：84份，由高岭土经600℃～800℃煅烧而成，主要组分为无定形硅酸盐，比表面积≥2500m2/Kg，其28d火山灰活性指数在110％以上；
硬脂酸钙：5份，分析纯，纯度≥99％；
碳酸钡：10份，分析纯，纯度≥99％；
碳酸锂：1份，分析纯，纯度≥99％。
按本实施例配比制成的混凝土抗硫酸盐侵蚀防腐剂相关性能指标如下：
凝结时间:初凝时间145min,终凝时间4.2h；
抗压强度比:7d抗压强度比116％,28d抗压强度比127％；
膨胀率:ld膨胀率0.034％,28d膨胀率0.176％；
膨胀系数:1.00；
抗蚀系数:1.14。
实施例2
在砂浆中的应用，其配合比如下：
防腐剂中各组分及其重量百分比含量如下：
MK：60份，由高岭土经600℃～800℃煅烧而成，主要组分为无定形硅酸盐，比表面积≥2500m2/Kg，其28d火山灰活性指数在110％以上；
硬脂酸钙：3.4份，分析纯，纯度≥99％；
碳酸钡：2.5份，分析纯，纯度≥99％；
碳酸锂：0.1份，分析纯，纯度≥99％。
粉煤灰:30份，为工业副产品，符合标准GB 1596-2005《用于水泥、混凝土中的粉煤灰》规定的II级灰要求，主要组分为玻璃体Al2O3和SiO2，比表面积≥600m2/kg；
按本实施例配比制成的混凝土抗硫酸盐侵蚀防腐剂相关性能指标如下：
凝结时间:初凝时间166min,终凝时间4.5h；
抗压强度比:7d抗压强度比108％,28d抗压强度比131％；
膨胀率:ld膨胀率0.025％,28d膨胀率0.146％；
膨胀系数:1.24；
抗蚀系数:1.38。
实施例3
在混凝土(C40)中的应用，其配合比如下：
防腐剂中各组分及其重量百分比含量如下:
MK:60份，由高岭土经600℃～800℃煅烧而成，主要组分为无定形硅酸盐，比表面积≥2500m2/Kg，其28d火山灰活性指数在110％以上；
粉煤灰:30份，为工业副产品，符合标准GB 1596-2005《用于水泥、混凝土中的粉煤灰》规定的II级灰要求，主要组分为玻璃体Al2O3和SiO2，比表面积≥600m2/kg；
硬脂酸钙:3.2份，分析纯，纯度≥99％；
碳酸钡:6.2份，分析纯，纯度≥99％；
碳酸锂：0.6份，分析纯，纯度≥99％。
按本实施例配比制成的混凝土抗硫酸盐侵蚀防腐剂相关性能指标如下:
凝结时间:初凝时间136min,终凝时间3.9h；
抗压强度比:7d抗压强度比110％,28d抗压强度比141％；
膨胀率:ld膨胀率0.028％,28d膨胀率0.101％；
膨胀系数:1.01；
抗蚀系数:1.28。
实施例4
混凝土(C40)中的应用，其配合比如下：
防腐剂中各组分及其重量百分比含量如下:
MK:80份，由高岭土经600℃～800℃煅烧而成，主要组分为无定形硅酸盐，比表面积≥2500m2/Kg，其28d火山灰活性指数在110％以上；
硬脂酸钙:6.4份，分析纯，纯度≥99％；
碳酸钡:12.4份，分析纯，纯度≥99％；
碳酸锂：1.2份，分析纯，纯度≥99％。
按本实施例配比制成的混凝土抗硫酸盐侵蚀防腐剂相关性能指标如下:
凝结时间:初凝时间150min,终凝时间4.9h；
抗压强度比:7d抗压强度比107％,28d抗压强度比121％；
膨胀率:ld膨胀率0.018％,28d膨胀率0.123％；
膨胀系数:0.99；
抗蚀系数:1.15。
上述两项实施例中混凝土抗硫酸盐侵蚀防腐剂的制作方法如下:将MK磨细至比表面积≥2500m2/kg，然后将符合要求的原材料按配合比准确称量；机械混合均匀即可。
上述两项实施例都是以抗硫酸盐侵蚀防腐剂掺量10wt％作为试验条件，按照《混凝土抗硫酸盐侵蚀防腐剂》(JC/T 1011-2006)标准中规定方法进行试验。
上述两项实施例中混凝土抗硫酸盐侵蚀防腐剂的各项指标均达到混凝土抗硫酸盐侵蚀防腐剂》(JC/T 1011-2006)中的各项指标要求，尤其是实施例二的抗蚀系数达到1.28，远远高于标准抗蚀系数0.85,说明防腐剂抗硫酸盐侵蚀效果显著。
Claims (7)
1.一种水泥基材料用抗硫酸盐防腐剂，其特征在于组成按重量份数计如下：
偏高岭土60-90份；硬脂酸钙1-10份；碳酸钡5-20份；碳酸锂0.1-1份。
2.如权利要求1所述水泥基材料用抗硫酸盐防腐剂，其特征在于还加入了粉煤灰；粉煤灰用量与偏高领土质量比为1:2。
3.如权利要求2所述水泥基材料用抗硫酸盐防腐剂，其特征在于所述粉煤灰符合II级灰要求，比表面积≥600m2/kg。
4.如权利要求1所述水泥基材料用抗硫酸盐防腐剂，其特征在于所述偏高岭土由高岭土经600℃～800℃煅烧而成，比表面积≥2500m2/Kg，其28d火山灰活性指数在110％以上。
5.如权利要求1所述水泥基材料用抗硫酸盐防腐剂，其特征在于所述抗硫酸盐防腐剂在水泥基凝胶材料中的用量为6-8wt％。
6.如权利要求1所述水泥基材料用抗硫酸盐防腐剂，其特征在于偏高岭土84份；硬脂酸钙5份；碳酸钡10份；碳酸锂1份。
7.如权利要求2所述水泥基材料用抗硫酸盐防腐剂，其特征在于偏高岭土60份；粉煤灰30份；硬脂酸钙3.2份；碳酸钡6.2份；碳酸锂0.6份。
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