一種抗?jié)B抗鹽蝕水泥、混凝土及其制備方法
【專利摘要】一種抗?jié)B抗鹽蝕水泥、混凝土及其制備方法；該抗?jié)B抗鹽蝕水泥混凝土含有抗?jié)B抗鹽蝕組分膨潤土和膨潤土調質劑，所述調質劑為活性二氧化硅粉和減水劑的混合物，所述膨潤土、活性二氧化硅粉和減水劑的質量比為：膨潤土∶活性二氧化硅粉∶減水劑=100:3～30:0.3～3.5，抗?jié)B抗鹽蝕組分膨潤土和膨潤土調質劑總含量為水泥總重量的5%～20%。本發(fā)明還包括所述抗?jié)B抗鹽蝕水泥、混凝土的制備方法。本發(fā)明抗?jié)B抗鹽蝕水泥、混凝土抗?jié)B抗鹽蝕效果好，成本低，經(jīng)濟性好，有利于降低抗?jié)B抗鹽蝕工程造價，并改善工程質量。
【專利說明】一種抗?jié)B抗鹽蝕水泥、混凝土及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種抗?jié)B抗鹽蝕水泥、混凝土及其制備方法。
【背景技術】
[0002]水泥是應用最廣泛的水硬性膠凝材料，是混凝土的膠結材料，其硬化后留有大量的毛細孔通道和干縮、熱脹微裂縫，這些微細通道和裂縫為滲漏和鹽蝕提供了路徑，創(chuàng)造了條件，導致水泥或混凝土制品或混凝土工程滲漏和鹽蝕破壞，尤其是在大壩、隧道、涵洞、水渠、池、塔、堤堰、碼頭等工程中抗?jié)B和抗鹽蝕問題成為最大的工程技術難題。
[0003]當前解決水泥、混凝土工程滲漏和鹽蝕問題的技術方法可概括為四大類:一是設置一道或多道抗?jié)B隔離層；二是加膨脹劑如硫酸鈣生成硫鋁酸鈣等膨脹使其更致密；三是加大量的昂貴的高分子材料意圖阻塞孔道和裂縫；四是采用特種水泥；或同時采用上述幾類方法。這些方法在不同程度上導致了工程造價高，維修費用高。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是，克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種制造成本低的抗?jié)B抗鹽蝕水泥、混凝土及其制備方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案是:
本發(fā)明抗?jié)B抗鹽蝕水泥、混凝土，包括摻合材料和水泥熟料，還含有抗?jié)B抗鹽蝕組分膨潤土和調質劑，所述調質劑為活性二氧化硅粉和減水劑的混合物，所述抗?jié)B抗鹽蝕組分膨潤土、活性二氧化硅和減水劑的質量比為:膨潤土:活性二氧化硅:減水劑=100:3~30:0.3~3.5，抗?jié)B抗鹽蝕組分膨潤土和調質劑總含量為水泥總質量的4%~20%。
[0006]所述膨潤土為蒙脫石礦物含量> 80%的膨潤土或改性膨潤土。
[0007]所述改性膨潤土為鈣基、鈉基、氫鋁基、鎂基、鋰基或有機物改性膨潤土，優(yōu)選無機物一有機物復合改性膨潤土。
[0008]所述活性二氧化硅粉為硅工業(yè)廢渣“硅灰”，或工業(yè)產(chǎn)品無定形SiO2粉末(如白炭黑)，或天然SiO2礦物，如硅石、硅藻土礦等，制成的80 μ m篩余≤12%的細粉。
[0009]所述減水劑為萘系減水劑、三聚氰胺系減水劑、改性木質素磺酸鹽系減水劑、羧酸鹽系減水劑或氨基磺酸鹽系減水劑。
[0010]本發(fā)明抗?jié)B抗鹽蝕水泥、混凝土的制備方法，包含以下步驟:按預定比例將所述抗?jié)B抗鹽蝕組分膨潤土、活性二氧化硅和減水劑與常規(guī)摻合材料及其它添加劑一起加入水泥熟料中，入水泥磨機，一起粉磨，制成抗?jié)B抗鹽蝕水泥產(chǎn)品；或者，先將由抗?jié)B抗鹽蝕組分膨潤土、活性二氧化硅和減水劑制成80 μ m篩余〈12%的粉料，然后按照預定比例配入磨細的熟料粉或水泥粉中，混合均勻，制成抗?jié)B抗鹽蝕水泥產(chǎn)品；或者，在水泥施工時，按預定比例將由抗?jié)B抗鹽蝕組分膨潤土、活性二氧化硅粉和減水劑制成的80 μ m篩余〈12%的粉料加入水泥、混凝土或砂漿的配料中，拌制成抗?jié)B抗鹽蝕混凝土或砂漿。
[0011]所述膨潤土是一種特殊的無機硅鋁酸鹽礦物，在我國分布面廣，儲量大。研究表明，膨潤土的主要礦物成分為蒙脫石，蒙脫石是一類具有層間結構的特殊的硅鋁酸鹽礦物，其結構是由兩個硅氧四面體夾一層鋁氧八面體組成的2:1型晶體結構，有別于普通的粘土礦物，具有如下顯著特性:(1)蒙脫石發(fā)達的層間結構使其具有良好的膨脹性、吸附性、離子交換性，可用陽離子及高分子物質嵌入其層間結構充分改性，并可配以適宜的物質(如活性硅粉、減水劑)調整膨潤土在介質環(huán)境中的性能；(2)對水泥中的主要硅鋁酸鹽礦物有較好的相融吸附性，少有普通粘土類礦物的隔離作用，控制所帶入的普通粘土雜質含量并適當改性，則可不影響水泥強度；(3)有極佳的塑粘性和潤滑性，遇水膨脹，其膠介質、膨脹容、膨潤值優(yōu)越，在水泥、混凝土介質環(huán)境中經(jīng)適宜的調質后，遇水可有效阻塞和填充毛細孔通道和微裂縫，卻不會造成鈣礬石和氧化鎂之類膨脹劑所產(chǎn)生的危害性膨脹應力。
[0012]本發(fā)明的技術原理是:(I)利用膨潤土或改性膨潤土經(jīng)調質劑活性SiO2和高吸附性的減水劑分子協(xié)同作用，在水泥、混凝土介質環(huán)境中，調質后表現(xiàn)的活性及層間吸附交換活性，改善對水泥水合礦物的相融性，一則提高混凝土強度，二則抑制和隔離鹽蝕環(huán)境水分的鹽蝕影響；(2)利用改性膨潤土經(jīng)調質后優(yōu)異的膠介質、膨脹容、膨潤值特性，及時阻塞毛細孔通道和微裂縫，并阻斷和消除鹽蝕條件，以解決混凝土工程的抗?jié)B抗鹽蝕問題；(3)利用調質改性膨潤土的膠質、脹縮和膨潤和滑潤特性化解干濕交替、熱脹和凍融循環(huán)對混凝土結構的破壞性影響。
[0013]本發(fā)明的有益效果:(I)抗?jié)B抗蝕組分的原料膨潤土地質儲量大，分布面寬，來源廣，成本低，經(jīng)濟性好；(2)可減輕抗?jié)B抗蝕工程施工技術難度，并改善工程質量。(3)有利于大幅降低防水防滲工程和海岸碼頭抗鹽蝕工程的造價和維修費用。
【具體實施方式】
[0014]以下結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但這些實施例不得用于解釋對本發(fā)明保護范圍的限制。
[0015]實施例1
`實驗用水泥:某水泥廠，產(chǎn)品32.5級水泥，主要用于民用房建和農(nóng)田水利建設，水泥摻合材為爐渣、粉煤灰、石灰石1:1: 1，摻合材總用量平均為48%，成品水泥細度80um篩余
(3%。
[0016]實驗用膨潤土:塊粒狀鈉基膨潤土，檢測蒙脫石含量平均為86%。
[0017]活性二氧化硅為硅石，減水劑為萘系減水劑，二者均為市售普通產(chǎn)品。
[0018]本實施例抗?jié)B抗鹽蝕組分膨潤土與調質劑硅石、萘系減水劑質量配比為，膨潤土100:硅石15:減水劑0.8。
[0019]本實施例抗?jié)B抗鹽蝕水泥制備:將相當于水泥總重量7%的所述抗?jié)B抗鹽蝕組分與常規(guī)摻合材料及其它添加劑一起加入水泥熟料中，入水泥磨機，同時減少水泥摻合材用量7%，粉磨，試生產(chǎn)10000噸膨潤土抗?jié)B抗鹽蝕水泥。
[0020]干膨潤土到廠價51元/ t，本實施例噸水泥粉磨電耗較原水泥生產(chǎn)降低4.5KW -h,本發(fā)明噸膨潤土抗?jié)B抗鹽蝕水泥生產(chǎn)成本與原水泥生產(chǎn)成本相當。用本發(fā)明膨潤土抗?jié)B抗鹽蝕水泥制備混凝土。
[0021]本實施例膨潤土抗?jié)B抗鹽蝕混凝土性能測定:將本發(fā)明膨潤土抗?jié)B抗鹽蝕混凝土按《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》(GBT50082-2009)的規(guī)定，制樣檢測其抗?jié)B等級為S10。使用本實施例抗?jié)B抗鹽蝕水泥供應當?shù)匦藿?、渠、池塘工程，?jīng)2年觀察，未發(fā)現(xiàn)明顯滲漏和鹽蝕現(xiàn)象；用于房間地面鋪設，經(jīng)2年觀察，亦無明顯滲漏現(xiàn)象，試用反饋抗?jié)B抗鹽蝕效果理想。
[0022]本實施例水泥標準稠度22.8%，初凝時間平均145分鐘、終凝時間平均209分鐘，3天平均強度抗壓21.8MPa、抗折2.3MPa，28天平均強度抗壓38.9MPa、抗折3.7MPa。
[0023]對照:
原水泥用于溝、渠、池修建和樓層鋪地時，普通反映滲水嚴重，且出現(xiàn)層蝕剝裂，維修工程量大。送檢原水泥樣不能抗?jié)B，在當?shù)丨h(huán)境水分下水利工程鹽蝕嚴重。原水泥標準稠度23.5%,初凝時間平均146分鐘，終凝時間平均208分鐘，3天平均強度抗壓17.8MPa、抗折
1.9MPa，28天平均強度抗壓36.2MPa、抗折3.6MPa。
[0024]測定結果分析:
本實施生產(chǎn)的水泥與原料水泥相比，抗?jié)B、抗鹽蝕能力得到大幅提高；力學性能方面3天抗壓強度較原水泥提高4.0MPa, 28天強度提高2.7MPa。
[0025]實施例2 實驗用原料:
水泥:某干法旋窯生產(chǎn)企業(yè)，其生產(chǎn)工藝為熟料和摻合材分別粉磨為熟料粉和渣粉，然后搭摻勾兌為42.5級普通水泥供應隧道工程，搭摻勾兌比例為渣粉30%、熟料粉70%。粉磨渣粉的摻合材為礦渣、煤渣，另加5%石膏配料粉磨制成，渣粉核算成本176元/ t。
[0026]改性納基膨潤土粉`:市售，檢測蒙脫石含量平均90.5%，膨潤土粉到廠價185元/ t。
[0027]市售硅廠的煙筒灰“硅灰”和蜜胺粉末減水劑。
[0028]本實施例抗?jié)B抗鹽蝕組分膨潤土和調質劑的比例為:膨潤土粉:硅灰:減水劑重量比為 100:5:0.9。
[0029]本實施例抗?jié)B抗鹽蝕水泥制備:先將膨潤土粉碎為80 μ m篩余〈12%的膨潤土粉，然后和硅灰、減水劑與渣粉一起按比例配入磨細的熟料粉中，勾兌均化制成膨潤土抗?jié)B抗鹽蝕水泥；抗?jié)B抗鹽蝕組分膨潤土和調質劑總重量占水泥產(chǎn)品總重量的5%，同時原渣粉用量減少5%。用本發(fā)明膨潤土抗?jié)B抗鹽蝕水泥制備混凝土。
[0030]本實施例膨潤土抗?jié)B抗鹽蝕混凝土性能測定:本實施生產(chǎn)的產(chǎn)品，送檢樣按《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》(GBT50082-2009)的規(guī)定，制樣檢測混凝土抗?jié)B等級為S12。試生產(chǎn)的5000噸膨潤土抗?jié)B抗鹽蝕水泥在隧道工程中試用時不加膨脹劑，分工程段試用的用膨潤土抗?jié)B抗鹽蝕水泥、混凝土經(jīng)3年的觀察，無滲漏和鹽蝕跡象。
[0031]本實施產(chǎn)品標準稠度22.1%，初凝時間平均151分鐘、終凝時間平均213分鐘，3天平均強度抗壓29.9MPa、抗折3.1MPa, 28天平均強度抗壓50.8MPa、抗折5.1Mpa0
[0032]對照:
原用42.5級普通水泥加膨脹劑的混凝土在同等檢測條件下，出現(xiàn)明顯的滲漏和鹽蝕破壞；隧道工程施工時摻用水泥重量12%的膨脹劑做為防水抗?jié)B劑，但由于地質環(huán)境水滲透硫酸鹽侵蝕仍很嚴重。
[0033]原用42.5級普通水泥，標準稠度22.8%，初凝時間平均162分鐘、終凝時間平均215分鐘，3d平均強度抗壓25.8MPa、抗折2.8MPa，28天平均強度抗壓48.4MPa、抗折
4.8MPa。[0034]測定結果分析:
試用工程段顯示與原用42.5級普通水泥相比，本實施例的膨潤土抗?jié)B抗鹽蝕水泥、混凝土的抗?jié)B抗鹽蝕效果理想。力學性能方面，本實施例產(chǎn)品3天抗壓提高4MPa，28天強度提聞 2.4MPa。[0035]實施例3 實驗用原料:
水泥，某水泥廠，生產(chǎn)低鋁大壩熟料，產(chǎn)品42.5級特種水泥，主要用作海岸堤堰工程和制造抗浪錐墩，水泥摻合材為礦渣和粉煤灰1:1，摻合材總用量平均為30%，成品水泥細度80um篩余≤5%。
[0036]膨潤土，市售，檢測蒙脫石含量為91%，干膨潤土到廠價56元/ t，較摻合材綜合均價98元/ t便宜；硅藻土精礦和萘系減水劑為市售產(chǎn)品。
[0037]本實施例抗?jié)B抗鹽蝕組分膨潤土和調質劑的比例為:選定膨潤土和調質劑硅藻土及萘系減水劑比例為膨潤土 100:娃藻土 28:減水劑1.5。
[0038]本實施例抗?jié)B抗鹽蝕水泥制備:膨潤土和膨潤土調質劑(硅藻土和減水劑)總用量占水泥總重量的8%，同時減少渣用量8%，按原工藝方法配料粉磨，制成膨潤土抗?jié)B、抗鹽蝕水泥。噸水泥粉磨電耗降低5KW.h，噸水泥成本相當。使用本發(fā)明方法，試生產(chǎn)5000噸膨潤土抗?jié)B抗鹽蝕水泥。用本發(fā)明膨潤土抗?jié)B抗鹽蝕水泥制備混凝土。
[0039]本實施例膨潤土抗?jié)B抗鹽蝕混凝土性能測定:本實施例產(chǎn)品送樣按《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》(GBT50082-2009)的規(guī)定，制樣檢測混凝土抗?jié)B等級為S10。試生產(chǎn)的5000余噸水泥供海岸堤堰工程，拌制混凝土時取消硅灰和硫酸鈣類膨脹劑，經(jīng)3年觀測，未見明顯的海水侵蝕剝離現(xiàn)象，抗?jié)B抗鹽蝕效果較理想。
[0040]膨潤土抗?jié)B抗鹽蝕水泥標準稠度22.2%，初凝時間平均183分鐘、終凝時間平均249分鐘，3天平均強度抗壓23.9MPa、抗折2.5MPa，28天平均強度抗壓48.9MPa、抗折
4.8MPa,
對照:
原用水泥，按GBT50082-2009規(guī)定，其混凝土抗?jié)B等級為S4。在海岸堤堰工程中采用42.5級特種水泥加硅灰和減水劑及硫酸鈣膨脹劑拌制混凝土，但堤堰混凝土的鹽蝕剝裂現(xiàn)象仍嚴重，維修費用高。
[0041 ] 原用水泥，標準稠度22.1%,初凝時間平均176分鐘，終凝時間平均248分鐘，3d平均強度抗壓20.8MPa、抗折2.3MPa，28天平均強度抗壓46.3MPa、抗折4.5MPa。
[0042]測定結果分析:
本實施例產(chǎn)品抗?jié)B抗鹽蝕效果較原水泥有了較大提升；力學性能方面，3天抗壓提高
3.1MPa, 28 天強度提高 2.6MPa。
[0043]實施例4 實驗用原料:
水泥，42.5級水泥，熟料和摻合材分別粉磨為熟料粉和渣粉，然后按一定比例搭摻勾兌為42.5級水泥，粉磨渣粉的摻合材為礦渣、粉煤灰，另加3%硬石膏配料粉磨制成，渣粉核算成本183元/ t，其42.5級水泥為渣粉28%、熟料粉72%勾兌而成。
[0044]無機一有機物改性膨潤土粉，市售，檢測蒙脫石含量平均92.1% ;硅灰和萘系粉末減水劑，市售。
[0045]本實施例抗?jié)B抗鹽蝕組分膨潤土和調質劑的比例為:膨潤土粉:硅灰:減水劑重量比例為100:12:3。
[0046]本實施例抗?jié)B抗鹽蝕水泥制備:按原水泥生產(chǎn)工藝方法，在成品勾兌時配入，將所述抗?jié)B抗鹽蝕組分預混合，再配入磨細的水泥粉中，勾兌均化制成膨潤土抗?jié)B抗鹽蝕水泥，用量占水泥總重量的7%，同時，原渣粉用量減少7% ;試生產(chǎn)5000噸膨潤土抗?jié)B抗鹽蝕水泥。用本發(fā)明膨潤土抗?jié)B抗鹽蝕水泥制備混凝土。
[0047]本實施例膨潤土抗?jié)B抗鹽蝕混凝土性能測定:本實施例的膨潤土抗?jié)B抗鹽蝕水泥送檢樣按《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》(GBT50082-2009)的規(guī)定，制樣檢測混凝土抗?jié)B等級為S12，試生產(chǎn)的5000噸膨潤土抗?jié)B抗鹽蝕水泥在地鐵工程中試用不加膨脹劑，試用工程段，經(jīng)2年的觀察，未發(fā)現(xiàn)滲漏和鹽蝕跡象。
[0048]膨潤抗?jié)B抗鹽蝕水泥標準稠度22.3%，初凝時間平均151分鐘、終凝時間平均213分鐘，3天平均強度抗壓31.9MPa、抗折3.3MPa，28天平均強度抗壓50.8MPa、抗折
5.1MPa0
[0049]對照實驗:
原用水泥，地鐵工程施工時摻水泥重量10%的硫酸鹽膨脹劑作防水劑，但由于地表水滲透部分區(qū)段鹽蝕較嚴重，維修很麻煩。
[0050]原用水泥，標準稠 度22.5%，初凝時間平均147分鐘、終凝時間平均215分鐘，3d平均強度抗壓26.3MPa、抗折2.8MPa，28天平均強度抗壓48.6MPa、抗折4.8MPa。
[0051]測定結果分析:
本實施例產(chǎn)品抗?jié)B、抗鹽蝕效果較原水泥有較大提升，達到了較為理想的效果。力學性能方面，3天抗壓提高5.6MPa，28天強度提高2.2MPa。
[0052]實施案例5
某商品混凝土攪拌站，為客戶提供各等級商品混凝土。一化工廠需建一個大型污水處理工程，污水呈堿性且鹽份含量高，要求提供C35標號、S12抗?jié)B等級且能抗污水鹽蝕的混凝土，該商品混凝土攪拌站技術人員經(jīng)反復試配，仍無法滿足客戶需求。
[0053]本實施例實驗用原料:
水泥，42.5級水泥，市售。
[0054]有機物改性鈉基膨潤土粉、硅灰和改性木質素磺酸鹽減水劑，市售。
[0055]本實施例抗?jié)B抗鹽蝕組分膨潤土和調質劑的比例為:膨潤土粉:硅灰:減水劑為100:20:3。
[0056]本實施例抗?jié)B抗鹽蝕水泥制備:膨潤土和調質劑總用量占水泥總重量的15%，在拌制混凝土時將膨潤土粉、硅灰和減水劑分別計量配入。
[0057]拌制出的抗?jié)B抗鹽蝕混凝土，完全滿足污水處理工程的使用需要，經(jīng)近3年的運行觀察，未發(fā)現(xiàn)滲漏鹽蝕現(xiàn)象，抗?jié)B抗鹽蝕效果較理想。
【權利要求】
1.一種抗?jié)B抗鹽蝕水泥、混凝土，包括摻合材料和水泥熟料，其特征在于，還含有抗?jié)B抗鹽蝕組分膨潤土和膨潤土調質劑，所述調質劑為活性二氧化硅粉和減水劑的混合物，所述膨潤土、活性二氧化硅粉和減水劑的質量比為:膨潤土:活性二氧化硅:減水劑=100:3~30:0.3~3.5，抗?jié)B抗鹽蝕組分膨潤土和調質劑總含量為水泥總質量的4%~20%。
2.根據(jù)權利要求1所述的抗?jié)B抗鹽蝕水泥、混凝土，其特征在于:所述膨潤土:活性二氧化硅:減水劑=100:5~15:0.8~3.0。
3.根據(jù)權利要求1所述的抗?jié)B抗鹽蝕水泥、混凝土，其特征在于:抗?jié)B抗鹽蝕組分膨潤土和調質劑總含量為水泥總重量的5%~15%。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的抗?jié)B抗鹽蝕水泥、混凝土，其特征在于:所述膨潤土為鈣基、鈉基、氫鋁基、鎂基、鋰基或有機物改性膨潤土，或無機物一有機物復合改性膨潤土。
5.根據(jù)權利要求1或2或3所述的抗?jié)B抗鹽蝕水泥、混凝土，其特征在于:所述活性二氧化硅粉為硅工業(yè)廢渣“硅灰”、工業(yè)產(chǎn)無定形SiO2粉末，或天然SiO2礦物制成的80 μ m篩余≤12%的細粉。
6.根據(jù)權利要求5所述的抗?jié)B抗鹽蝕水泥、混凝土，其特征在于:所述工業(yè)產(chǎn)無定形SiO2粉末為白炭黑。
7.根據(jù)權利要求5所述的抗?jié)B抗鹽蝕水泥、混凝土，其特征在于:所述天然SiO2礦物為硅石或硅藻土。
8.根據(jù)權利要求1或2或3所述的抗?jié)B抗鹽蝕水泥、混凝土，其特征在于:所述減水劑為萘系減水劑、三聚氰胺系減水劑、聚羧酸鹽系減水劑、氨基磺酸鹽系減水劑或改性木質素橫Ife鹽系減水劑。
9.一種如權利要求1或2或3所述抗?jié)B抗鹽蝕水泥、混凝土的制備方法，其特征在于，包含以下步驟:按預定比例將所述抗?jié)B抗鹽蝕組分膨潤土、活性二氧化硅和減水劑與常規(guī)摻合材料及其它添加劑一起加入水泥熟料中，入水泥磨機，一起粉磨，制成抗?jié)B抗鹽蝕水泥產(chǎn)品；或者，先將由抗?jié)B抗鹽蝕組分膨潤土、活性二氧化硅和減水劑制成8(^!11篩余< 12%的粉料，然后按照預定比例配入磨細的熟料粉或水泥粉中，混合均勻，制成抗?jié)B抗鹽蝕水泥產(chǎn)品；或者，在水泥施工時，按預定比例將由抗?jié)B抗鹽蝕組分膨潤土、活性二氧化硅粉和減水劑制成的80 μ m篩余〈12%的粉料加入水泥、混凝土或砂漿的配料中，拌制成抗?jié)B抗鹽蝕混凝土或砂衆(zhòng)。
【文檔編號】C04B111/20GK103496897SQ201310426887
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權日:2013年9月18日
【發(fā)明者】尹無忌 申請人:尹無忌