专利名称：一种提高水泥基材料固化游离氯离子性能的外加剂及其应用方法
技术领域：
本发明涉及一种改善水泥基材料固化游离氯离子能力、提高氯盐环 境下混凝土结构中钢筋抗锈蚀性能的外加剂。
技术背景混凝土结构耐久性问题引起了世界各国的广泛关注，其中，游离氯离 子诱发钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的重要因素，每年造成的损失难以计量[1] ([l]金伟良赵羽习，混凝土结构耐久性[M],北京科学出 版社，2002.9)。因此，有效控制混凝土内部游离氯离子含量是改善混凝 土结构的中钢筋抗锈蚀性能的重要途径之一，具有重要的科学价值和现实意义。通常情况下，混凝土中的氯离子的存在有三种方式[2] ([2]Tang L Nilssion L, Chloride Binding Capality and isotherms of OPC Paste and Mortars[J]，Cement and Concrete Research, 1993,23(2): 247-253): —禾中是cr水泥c3a的水化产物水化铝酸钙反应生成低溶性的单氯铝酸钙3CaO A1203 *CaCl2 10H2O,即所谓Friede盐，为化学结合状态的Cr， 亦被称为氯离子的固化；另一种是Cl'被吸附到水泥胶凝材料的水化产物 中去，即被水泥水化产物内比表面积不可逆的吸收，为物理吸附状态的cr;第三种是cr以游离的形式存在于混凝土的孔溶液中。 一般认为只 有以游离状态存在的氯离子才会促进钢筋的锈蚀作用。显然， 一定条件 下的混凝土对氯离子的固化能力越强，则其内部以游离状态存在的氯离 子越少，混凝土内部钢筋发生氯离子诱导锈蚀的可能性就低。因此，改 善混凝土对氯离子的固化(结合)能力具有重要意义。研究实践表明["]([2]TangL NilssionL， Chloride Binding Capality and isotherms of OPC Paste and Mortars[J]，Cement and Concrete Research, 1993,23(2): 247-253 ; [3]王绍东，黄煜镔，王智，水泥组分对混凝土固 化氯离子能力的影响[J]，硅酸盐学报，2000, 28(6): 570-574; [4]马昆林，矿物掺合料对混凝土固化氯离子性能的影响[D]，长沙中南大 学，2005.5)，水泥浆体本身对游离氯离子具有一定的结合能力，而矿渣、 粉煤灰、硅灰等对浆体结合氯离子能力有一定的增强作用，其中矿渣的 增强作用最为显著。这些研究成果为控制水泥混凝土中游离氯离子含量 提供了很好的基础。然而，粉煤灰、矿渣掺入后对提高水泥基材料固化 氯离子的能力还很有限。本发明基于氯离子物理、化学性质、水泥混凝 土材料科学理论及相关研究基础，针对我国存在广泛的盐害环境，而且 这些恶劣环境下的基础设施越来越多的现状，研发了一种固化游离氯离子的外加剂，以期为有效控制混凝土中游离氯离子含量提供科学、可靠 的技术途径，并为最终解决氯盐环境下的钢筋混凝土结构耐久性问题提 供科学基础。 发明内容本发明解决的技术问题是针对目前混凝土结构中钢筋阻锈技术措 施中存在的问题，结合氯盐环境下氯离子诱导钢筋锈蚀机理，发展了一 种有效固化氯离子的外加剂，该外加剂能够显著提高水泥浆体固化游离 氯离子的能力，有效控制氯盐环境下水泥基材料(混凝土)内部的游离氣离子含量。本发明。的另一目的旨在提供上述外加剂有效应用于水泥基材中的应用方法。为了显著改善水泥基材料固化游离氯离子的性能，本发明提供一种 有效固化氯离子的外加剂。本发明的外加剂包括硅铝氧化物矿物、亚硝酸盐，硅铝氧化物矿物、亚硝酸盐之间的质量比为8 9: 1。所述的亚硝酸盐为优选晶体状亚硝酸钙。所述的硅铝氧化物矿物为硅铝氧化物矿渣。优选磨细的粒化高炉矿 渣、粉煤灰、硅灰中的一种。本发明的应用方法在于将所述的外加剂应用于水泥基材中，取代等 量水泥质量的25% 35%。本发明的外加剂在应用实施于水泥基材料过程中，将该外加剂等量 取代水泥质量25% 35% (如以取代量30%计，未掺该外加剂的水 泥基材料试样中水泥用量为400kg/m3，则掺该外加剂的水泥基材料试样 中水泥用量为280kg/m3，该外加剂掺量为120 kg/m3，而两种水泥基材 料中其它原材料用量一致)，制作水泥基材料试样时，按各材料用量称 好料后，掺该外加剂的水泥基材料的搅拌、制作以及养护均与普通水泥 基材料(混凝土)相同。在研发该外加剂的过程中，基于己有的相关研究成果和物理、化学 理论知识，通过试验手段，发明人进行了大量的试验研究工作，研究了 该外加剂掺量以及该外加剂中硅铝氧化物、亚硝酸盐组分相对比例对固 化氯离子能力的影响规律，分析了该外加剂与水泥基材料的相容性及该 外加剂对水泥基材料力学性能和长期性能的影响。测定和分析体系固化 氯离子能力的试验方法如下主要通过测定单位浆体结合氯离子的总量来研究不同条件下.体系 对固化氯离子的能力，对比研究该外加剂改善水泥基材料固化氯离子性 能的影响规律。试验采用水泥净浆搅拌机制备净浆，所有浆体水灰(胶) 比均为0.35,净浆成型后，置于(20士2)匸水中养护至28d龄期。氯离 子固化量测定方法是，首先选取部分净浆颗粒再将其捣碎、磨细，过 0.6mm筛，然后将这些颗粒放入存有硅胶的真空干燥皿中干燥3d ，以去掉颗粒中绝大部分的水。取干燥后粉末30克，置于40ml( Vc)的NaCl 溶液(其氯离子浓度记为CQ)中浸泡并密封保存一周。按照《水运工程 混凝土试验规程》(1999)，采用硝酸银滴定法测定溶液中残余氯离子浓 度d，则一定龄期的单位浆体固化氯离子量可由式(1)计算得到，氯 离子固化量为两次试验的平均值。附<formula>formula see original document page 5</formula>研究结果表明了该外加剂能够显著提高水泥桨体固化游离氯离子性 能。当掺量在30%以内，随着该外加剂掺量的增加，水泥浆体固化氯离 子能力增强，而且相对与硅、铝氧化物组分，该外加剂中亚硝酸盐组分 的含量对水泥基材料固化氯离子性能的影响最为显著。该外加剂掺入水 泥基材料后，对水泥基材料的孔隙结构有一定的改善，减小其孔隙率， 能提高不同龄期条件下水泥基材料的强度。水泥品种以及环境温度的变 化对该外加剂提高水泥基材料固化游离氯离子性能无显著影响，特别是 当环境温度超过2CTC以后，影响更不显著。进一步结合化学分析和微观 结构测试表明，该外加剂提高水泥基材料固化氯离子性能的机制主要是 通过化学作用效应产生的，被固化后的氯离子能够较为稳定存在。图1 是不同组成浆体固化氯离子性能的对比结果，表明该外加剂显著提高水 泥浆体固化氯离子的性能。图2不同环境温度对掺该外加剂水泥浆体固 化氯离子性能的影响结果，图中结果表明在正常环境温度条件下，温度 对掺外加剂水泥浆体固化氯离子性能的影响不明显。本发明的外加剂是一种固体粉末，本发明的优点及积极效果是1、 该外加剂掺入水泥基材料后，能够显著提高体系固化氯离子的 能力，可使水泥基材料固化氯离子能力提高达100%;2、 该外加剂与水泥基材料的相容性好，并能改善水泥基材料的内部 结构及其性能。3、 该外加剂价格低，性价比高，操作应用便利。综上所述，本发明是一种有效固化游离氯离子的外加剂，该外加剂 能显著提高水泥基材料固化氯离子性能，有效控制水泥基材料中的游离 氯离子含量，该外加剂能够降低水泥基材料的单方价格、性价比高、应 用操作便利。
图1为不同组成水泥浆体固化氯离子性能的对比。 图2环境温度对掺该外加剂浆体固化氯离子性能的影响。
具体实施方式
以上实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步的限定。 实施例1外加剂由含硅铝氧化物的矿物(磨细的粒化高炉矿渣)及晶体状亚 硝酸钙混合而成，两者之间的质量比为8: 1。将相当于水泥质量的25%的上述外加剂加入到水泥中，掺该外加剂的水泥基材料的搅拌、制作以及养护均与普通水泥基材料(混凝土)相 同。性能测试为与纯水泥材料相比，固化氯离子性能提高97%。 实施例2外加剂由含硅铝氧化物的矿物(磨细的粒化高炉矿渣)及晶体状亚硝酸钙混合而成，两者之间的质量比为8: 1。将相当于水泥质量的35%的上述外加剂加入到水泥中，掺该外加剂的水泥基材料的搅拌、制作以及养护均与普通水泥基材料(混凝土)相 同。性能测试为与纯水泥材料相比，固化氯离子性能提高103%。实施例3外加剂由含硅铝氧化物的矿物(磨细的粒化高炉矿渣)及晶体状亚硝酸钙混合而成，两者之间的质量比为9: 1。将相当于水泥质量的30%的上述外加剂加入到水泥中，掺该外加剂的水泥基材料的搅拌、制作以及养护均与普通水泥基材料(混凝土)相 同。性能测试为与纯水泥材料相比，固化氯离子性能提高110%。
权利要求
1、一种提高水泥基材料固化游离氯离子性能的外加剂，其特征是所述的外加剂包括硅铝氧化物矿物、亚硝酸盐，硅铝氧化物、亚硝酸盐之间的质量比为8～9∶1。
2、 根据权利要求1所述的提高水泥基材料固化游离氯离子性能 的外加剂，其特征是所述的亚硝酸盐为晶体状亚硝酸钙。
3、 根据权利要求1所述的提高水泥基材料固化游离氯离子性能 的外加剂，其特征是所述的硅铝氧化物矿物为矿渣。
4、 根据权利要求1-3任一项所述的提高水泥基材料固化游离氯 离子性能的外加剂，其特征是所述的硅铝氧化物矿物为选自磨细的 粒化高炉矿渣、粉煤灰、硅灰中的一种。
5、 权利要求1所述的一种提高水泥基材料固化游离氯离子性能 的外加剂的应用方法，其特征在于，将所述的外加剂应用于水泥基材中，取代等量水泥质量的25% 35%。
全文摘要
本发明公开了一种提高水泥基材料固化游离氯离子性能的外加剂及其应用方法，所述的外加剂包括硅铝氧化物矿物、亚硝酸盐，硅铝氧化物、亚硝酸盐之间的质量比为8～9∶1。该外加剂在水泥基材料中的掺量为25％～35％，掺入该外加剂后能够显著提高体系固化氯离子的能力，可使水泥基材料固化氯离子能力提高达100％；并能改善水泥基材料的其它性能。该外加剂掺入后能够降低水泥基材料单方价格，性价比高，应用简便。
文档编号C04B22/00GK101239792SQ20081003079
公开日2008年8月13日 申请日期2008年3月12日 优先权日2008年3月12日
发明者余志武, 谢友均, 龙广成 申请人:中南大学