專利名稱：耐久性抗侵蝕型混凝土礦物外加劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及國際專利分類C04B混凝土或類似的建筑材料處理的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是耐久性抗侵蝕型混凝土礦物外加劑。
背景技術(shù)：
砼是由骨料、水泥石結(jié)構(gòu)和骨料與水泥石界面過度區(qū)三個(gè)相組成，后兩相屬微結(jié)
構(gòu)，根據(jù)微結(jié)構(gòu)--注能關(guān)系，水泥石與界面過渡區(qū)的兩個(gè)微結(jié)構(gòu)的改進(jìn)是影響決定砼性
能的關(guān)鍵所在。特別是對傳統(tǒng)的普通砼來說，改進(jìn)水泥石微觀結(jié)構(gòu)和界面過渡區(qū)微結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)砼高性能化的根本科學(xué)技術(shù)途徑。通常認(rèn)為水泥水化后形成的水泥石主要由水化硅酸鈣、氫氧化鈣、未水化的膠凝材料顆粒、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣等組成，水化產(chǎn)物中以呈團(tuán)簇狀的水化硅酸鈣和呈六方板塊的氫氧化鈣居多，而未水化的膠凝材料顆粒也較為廣泛的分布在水泥石中。其中水化硅酸鈣的粘結(jié)強(qiáng)度高、分布廣泛也較為均勻，而未水化的膠凝材料顆粒則“鑲嵌”在這些水化硅酸鈣中，在未水化的膠凝材料和水化硅酸鈣結(jié)合的界面上則大量富集著氫氧化鈣，總結(jié)起來水泥石的特點(diǎn)是以水化硅酸鈣為主要粘結(jié)成分，未水化的膠凝材料顆粒散布其中，氫氧化鈣則富集于未水化的顆粒表面。水泥石的上述特點(diǎn)造成以往的混凝土的各項(xiàng)性能都取決于水泥用量的多少和水泥標(biāo)號、品種的不同。進(jìn)入二十一世紀(jì)，隨著各種微觀觀測手段的進(jìn)步，研究表明水泥石的強(qiáng)度并不完全取決于水泥的標(biāo)號和用量，這是因?yàn)槲⒂^孔結(jié)構(gòu)才是最終決定水泥石結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵性因素。水泥石由水化產(chǎn)物[CSH、Ca(OH)2、Aft、Afm、CFH]和未水化的膠凝材料顆粒，以及孔隙組成。由孔徑、開口與閉口決定的孔結(jié)構(gòu)是水泥石中重要組成部分，根據(jù)“孔級配”理論，以孔的不同作用對孔進(jìn)行了分類，孔分為4類即無害孔孔徑< 20nm、少害孔孔徑20 lOOnm、有害孔孔徑100 200nm、多害孔孔徑> 200nm，減少多害孔、有害孔，增加少害孔、無害孔，就必須提高水泥石密實(shí)度。通過研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)孔結(jié)構(gòu)大大優(yōu)化后即使水泥石中的水化硅酸鈣成分較少，混凝土的強(qiáng)度及其他一系列性能不但不會降低，而且有的性能如抗?jié)B還會大幅提高。在砼配制中，實(shí)行0.40以下低水膠比，摻加高效減水劑，摻加大摻量超細(xì)摻合料，在包括水泥、超細(xì)摻合料的膠凝材料中做好顆粒級配才能實(shí)現(xiàn)孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化。通過上述手段配制的混凝土具有良好的各項(xiàng)性能，使得其各項(xiàng)指標(biāo)均高于普通混凝土，稱之為高性能混凝土。高性能混凝土通過近二十年的研究與運(yùn)用已經(jīng)基本上成熟，其各項(xiàng)特點(diǎn)和性能都得到了很好的運(yùn)用和發(fā)揮，使工程獲得了很好的效果。但是高性能混凝土早期強(qiáng)度較低，普通混凝土由于使用摻合料較少，其三天強(qiáng)度通常在設(shè)計(jì)強(qiáng)的50 %作用，而高性能混凝土由于大量的使用超細(xì)摻合料使其早期強(qiáng)度較低，有的只能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的30%，這在建筑工程中具有很大的弊端，工程中工期緊張是普遍存在的現(xiàn)象，在混凝土強(qiáng)度只有30 %的時(shí)候往往就要開始承受荷載，這對混凝土的耐久性是十分不利的，易造成混凝土過早疲勞，出現(xiàn)各種應(yīng)力裂縫，為工程留下隱患。因此，目前常采用通過在砼形成中添加抗侵蝕劑來克服上述不足。查到相關(guān)抗侵蝕劑方面的專利申請文獻(xiàn)公開較少，相關(guān)比較接近的專利申請已公開一篇專利申請?zhí)?00910045612涉及一種混凝土抗侵蝕劑及其制備方法和應(yīng)用，所述的抗侵蝕劑包括以下組分及含量(重量份)為原狀超細(xì)粉煤灰微珠100 ;減水劑5-9 ;膨脹劑 30-80 ;引氣劑 O. 075-0. 3 ;填充劑 25-75 ;緩凝劑 O. 37-1. 25。混凝土侵蝕的發(fā)生有內(nèi)外因，外因是指環(huán)境水和環(huán)境水中的侵蝕介質(zhì)，內(nèi)因是混凝土中水泥石結(jié)構(gòu)內(nèi)有開口孔隙存在和易發(fā)生侵蝕的組分Ca(OH) 2和CAH，外因通過內(nèi)因起作用，作為載體的環(huán)境水?dāng)y帶侵蝕介質(zhì)通過開口孔隙滲水通道侵入水泥石內(nèi)部，與Ca(OH) 2、CAH發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不是生成易分解的侵蝕產(chǎn)物，就是生成結(jié)晶膨脹侵蝕產(chǎn)物，使水泥石結(jié)構(gòu)破壞，水泥石的破壞又導(dǎo)致混凝土破壞。也就是說混凝土的宏觀侵蝕破壞是由于混凝土中水泥石微觀結(jié)構(gòu)組成的變化發(fā)生量變和質(zhì)變的結(jié)果，微觀結(jié)構(gòu)變化是侵蝕破壞的根本，宏觀現(xiàn)象是侵蝕的表現(xiàn)。但是，如前述所述，通常的超細(xì)摻合料、礦渣粉、1、II級粉煤灰細(xì)度盡管比水泥顆粒細(xì)，但因加工條件限制，細(xì)度有限，并因此制約了顆粒填充效應(yīng)和火山灰效應(yīng)發(fā)揮。另外，混凝土的成熟度對其抗硫酸鹽侵蝕能力的影響也很大，例如同配合比、同侵蝕濃度、同侵蝕齡期時(shí)，養(yǎng)護(hù)28天的試件比養(yǎng)護(hù)3天的試件抗侵蝕能力高1. 27倍，尚未見耐久性能較強(qiáng)的抗侵蝕劑技術(shù)公開。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種全新的具有耐久性的抗侵蝕型混凝土礦物外加劑產(chǎn)品，從內(nèi)外兩個(gè)方面全面的解決了混凝土的抗侵蝕問題。本發(fā)明的發(fā)明目的是通過如下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)的主要材料為金屬生產(chǎn)中的工業(yè)塵埃，顆粒平均粒徑為O.1 O. 2um，將其加入膠凝材料中形成的直徑100納米到100微米的微集料混合物。

本發(fā)明的有益效果是采用納米級細(xì)度的礦物外加劑技術(shù)，生產(chǎn)工藝簡單，使用方便，適用性強(qiáng)，應(yīng)用效果非常突出，采用本發(fā)明產(chǎn)品配制的混凝土膠結(jié)性高，填充孔隙作用強(qiáng)，改善水泥石微結(jié)構(gòu)和改進(jìn)界面過渡區(qū)薄弱環(huán)節(jié)的作用更為突出，應(yīng)用砼中可極大提高砼侵蝕性。使得混凝土在實(shí)現(xiàn)抗侵蝕的同時(shí)還保證了別的性能不受影響?；炷恋目捉Y(jié)構(gòu)大大優(yōu)化，減少了滲水通道，杜絕了侵蝕介質(zhì)的進(jìn)入。提高了抗侵蝕性能。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。主要材料為金屬生產(chǎn)中的工業(yè)塵埃，顆粒平均粒徑為O.1 O. 2um，將其加入膠凝材料中形成的直徑100納米到100微米的微集料混合物。前述工業(yè)塵埃是在冶煉時(shí)由電弧爐中高純度石英與焦碳發(fā)生還原反應(yīng)而生成的經(jīng)過化學(xué)和物理改性，形成一種納米級別的礦物外加劑，將其加入膠凝材料中這樣就形成了一條起自100納米終于100微米的微集料曲線。本發(fā)明為較超細(xì)摻合料，顆粒平均粒徑為O. 1-0. 2um，是水泥顆粒粒徑的1/100 1/50，具有較高的填充效應(yīng)；其活性成分主要為SiO2，火山灰效應(yīng)劇烈，吸收Ca(OH)2反應(yīng)生成主要水化產(chǎn)物CSH，膠結(jié)性高，填充孔隙作用強(qiáng)，改善水泥石微結(jié)構(gòu)和改進(jìn)界面過渡區(qū)薄弱環(huán)節(jié)的作用更為突出，應(yīng)用砼中可極大提高砼侵蝕性。抗侵蝕劑的作用機(jī)理和特點(diǎn)其主要機(jī)理是運(yùn)用微集料填充作用、二次水化作用、減少侵蝕內(nèi)因作用來解決混凝土的抗硫酸鹽侵蝕問題。具體包括1、微集料填充作用骨料中，大石、小石、砂子按照最優(yōu)比例可以形成一條最大密實(shí)曲線，而膠凝材料一樣有其最優(yōu)比例，目前通過研究發(fā)現(xiàn)水泥的顆粒直徑主要在100微米-10微米之間，而礦渣、粉煤灰顆粒的直徑在O. 5微米-10微米之間，但由于礦渣、粉煤灰等摻合料早期水化速度慢，不足以及時(shí)形成水化產(chǎn)物填充滿水泥石中的孔隙，造成混凝土早期強(qiáng)度低、易被侵蝕物質(zhì)滲入，并由此造成質(zhì)量缺陷，要想解決這個(gè)問題必須使用水化速度較快的非晶體結(jié)構(gòu)活性摻合料，這樣就要求其細(xì)度達(dá)到納米級。所以本發(fā)明運(yùn)用金屬生產(chǎn)中的工業(yè)塵埃，它是在冶煉時(shí)由電弧爐中高純度石英與焦碳發(fā)生還原反應(yīng)而生成的經(jīng)過化學(xué)和物理改性，形成一種納米級別的礦物外加劑，將其加入膠凝材料中這樣就形成了一條起自100納米終于100微米的微集料曲線。本發(fā)明還通過大量的實(shí)驗(yàn)研究，運(yùn)用激光粒度儀等先進(jìn)設(shè)備最終形成了基于微集料曲線的各種摻合料的最優(yōu)比例?；谖⒓锨€的各種摻合料的最優(yōu)比例為O. 23 O. 73 O. 04運(yùn)用上述技術(shù)使得混凝土的膠凝材料的微集料填充效應(yīng)達(dá)到最佳。這使得混凝土在實(shí)現(xiàn)抗侵蝕的同時(shí)還保證了別的性能不受影響。2、二次水化作用上述各種摻合料和礦物外加劑都是非晶體結(jié)構(gòu)的活性物質(zhì)，而水泥與水反應(yīng)生成水化硅酸鈣(C-S-H)凝膠、氫氧化鈣和鈣礬石等水化產(chǎn)物，其中氫氧化鈣會與摻合料和礦物外加劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(Ca (OH) 2十Si02十H20 — C-S-H凝膠)，特別是納米級細(xì)度的礦物助摻劑，由于其細(xì)度小，只相當(dāng)于水泥顆粒的100-50分之一，所以其反應(yīng)速度快生成的凝膠粘結(jié)強(qiáng)度高，使得混凝土的孔結(jié)構(gòu)致密均勻，早期強(qiáng)度高。通過強(qiáng)度試樣表明在同配和比情況下使用本發(fā)明抗侵蝕礦物外加劑的混凝土與不使用的混凝土相比早期強(qiáng)度提高了 15%。這使得混凝土的孔結(jié)構(gòu)大大優(yōu)化，減少了滲水通道，杜絕了侵蝕介質(zhì)的進(jìn)入。3、減少 侵蝕內(nèi)因作用在水泥和水反應(yīng)后生成的氫氧化鈣會富集在未水化的膠凝材料顆粒和骨料截面上，使用納米級細(xì)度的礦物外加劑后，納米級細(xì)度的礦物質(zhì)顆粒分散在比其更為粗大的膠凝材料顆粒之間，快速消耗Ca (OH) 2生成硅酸鈣水化物(C-S-H)，改善骨料界面的粘結(jié)強(qiáng)度。從而減少了侵蝕內(nèi)因Ca(0H)2，封閉滲水通道，提高了抗侵蝕性能。
權(quán)利要求
1.耐久性抗侵蝕型混凝土礦物外加劑，其特征是主要材料為金屬生產(chǎn)中的工業(yè)塵埃，顆粒平均粒徑為0.1 0. 2um，將其加入膠凝材料中形成的直徑100納米到100微米的微集料混合物。
2.如權(quán)利要求1所述的耐久性抗侵蝕型混凝土礦物外加劑，其特征在于，前述工業(yè)塵埃是在冶煉時(shí)由電弧爐中高純度石英與焦碳發(fā)生還原反應(yīng)而生成的經(jīng)過化學(xué)和物理改性，形成一種納米級別的礦物外加劑，將其加入膠凝材料中這樣就形成了一條起自100納米終于100微米的微集料曲線。其活性成分主要為SiO2,吸收Ca(OH)2反應(yīng)生成主要水化產(chǎn)物CSH。
3.如權(quán)利要求1所述的耐久性抗侵蝕型混凝土礦物外加劑，其特征在于，基于微集料曲線的各種摻合料的最優(yōu)比例為0. 23 0. 73 0. 04。
全文摘要
耐久性抗侵蝕型混凝土礦物外加劑，其特征是主要材料為金屬生產(chǎn)中的工業(yè)塵埃，顆粒平均粒徑為0.1～0.2um，將其加入膠凝材料中形成的直徑100納米到100微米的微集料混合物。采用納米級細(xì)度的礦物外加劑技術(shù)，生產(chǎn)工藝簡單，使用方便，適用性強(qiáng)，應(yīng)用效果非常突出，采用本發(fā)明產(chǎn)品配制的混凝土膠結(jié)性高，填充孔隙作用強(qiáng)，改善水泥石微結(jié)構(gòu)和改進(jìn)界面過渡區(qū)薄弱環(huán)節(jié)的作用更為突出，應(yīng)用砼中可極大提高砼侵蝕性。使得混凝土在實(shí)現(xiàn)抗侵蝕的同時(shí)還保證了別的性能不受影響?；炷恋目捉Y(jié)構(gòu)大大優(yōu)化，減少了滲水通道，杜絕了侵蝕介質(zhì)的進(jìn)入。提高了抗侵蝕性能。
文檔編號C04B18/04GK103030317SQ20111029144
公開日2013年4月10日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者袁芬, 賈佳, 張超, 黃志斌, 李光玉 申請人:新疆研科節(jié)能科技有限公司