专利名称：耐久性抗侵蚀型混凝土矿物外加剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及国际专利分类C04B混凝土或类似的建筑材料处理的技术领域，尤其是耐久性抗侵蚀型混凝土矿物外加剂。
背景技术：
砼是由骨料、水泥石结构和骨料与水泥石界面过度区三个相组成，后两相属微结
构，根据微结构--注能关系，水泥石与界面过渡区的两个微结构的改进是影响决定砼性
能的关键所在。特别是对传统的普通砼来说，改进水泥石微观结构和界面过渡区微结构是实现砼高性能化的根本科学技术途径。通常认为水泥水化后形成的水泥石主要由水化硅酸钙、氢氧化钙、未水化的胶凝材料颗粒、铝酸三钙、铁铝酸四钙等组成，水化产物中以呈团簇状的水化硅酸钙和呈六方板块的氢氧化钙居多，而未水化的胶凝材料颗粒也较为广泛的分布在水泥石中。其中水化硅酸钙的粘结强度高、分布广泛也较为均匀，而未水化的胶凝材料颗粒则“镶嵌”在这些水化硅酸钙中，在未水化的胶凝材料和水化硅酸钙结合的界面上则大量富集着氢氧化钙，总结起来水泥石的特点是以水化硅酸钙为主要粘结成分，未水化的胶凝材料颗粒散布其中，氢氧化钙则富集于未水化的颗粒表面。水泥石的上述特点造成以往的混凝土的各项性能都取决于水泥用量的多少和水泥标号、品种的不同。进入二十一世纪，随着各种微观观测手段的进步，研究表明水泥石的强度并不完全取决于水泥的标号和用量，这是因为微观孔结构才是最终决定水泥石结构的关键性因素。水泥石由水化产物[CSH、Ca(OH)2、Aft、Afm、CFH]和未水化的胶凝材料颗粒，以及孔隙组成。由孔径、开口与闭口决定的孔结构是水泥石中重要组成部分，根据“孔级配”理论，以孔的不同作用对孔进行了分类，孔分为4类即无害孔孔径< 20nm、少害孔孔径20 lOOnm、有害孔孔径100 200nm、多害孔孔径> 200nm，减少多害孔、有害孔，增加少害孔、无害孔，就必须提高水泥石密实度。通过研究发现当孔结构大大优化后即使水泥石中的水化硅酸钙成分较少，混凝土的强度及其他一系列性能不但不会降低，而且有的性能如抗渗还会大幅提高。在砼配制中，实行0.40以下低水胶比，掺加高效减水剂，掺加大掺量超细掺合料，在包括水泥、超细掺合料的胶凝材料中做好颗粒级配才能实现孔结构优化。通过上述手段配制的混凝土具有良好的各项性能，使得其各项指标均高于普通混凝土，称之为高性能混凝土。高性能混凝土通过近二十年的研究与运用已经基本上成熟，其各项特点和性能都得到了很好的运用和发挥，使工程获得了很好的效果。但是高性能混凝土早期强度较低，普通混凝土由于使用掺合料较少，其三天强度通常在设计强的50 %作用，而高性能混凝土由于大量的使用超细掺合料使其早期强度较低，有的只能达到设计强度的30%，这在建筑工程中具有很大的弊端，工程中工期紧张是普遍存在的现象，在混凝土强度只有30 %的时候往往就要开始承受荷载，这对混凝土的耐久性是十分不利的，易造成混凝土过早疲劳，出现各种应力裂缝，为工程留下隐患。因此，目前常采用通过在砼形成中添加抗侵蚀剂来克服上述不足。查到相关抗侵蚀剂方面的专利申请文献公开较少，相关比较接近的专利申请已公开一篇专利申请号200910045612涉及一种混凝土抗侵蚀剂及其制备方法和应用，所述的抗侵蚀剂包括以下组分及含量(重量份)为原状超细粉煤灰微珠100 ;减水剂5-9 ;膨胀剂 30-80 ;引气剂 O. 075-0. 3 ;填充剂 25-75 ;缓凝剂 O. 37-1. 25。混凝土侵蚀的发生有内外因，外因是指环境水和环境水中的侵蚀介质，内因是混凝土中水泥石结构内有开口孔隙存在和易发生侵蚀的组分Ca(OH) 2和CAH，外因通过内因起作用，作为载体的环境水携带侵蚀介质通过开口孔隙渗水通道侵入水泥石内部，与Ca(OH) 2、CAH发生化学反应，不是生成易分解的侵蚀产物，就是生成结晶膨胀侵蚀产物，使水泥石结构破坏，水泥石的破坏又导致混凝土破坏。也就是说混凝土的宏观侵蚀破坏是由于混凝土中水泥石微观结构组成的变化发生量变和质变的结果，微观结构变化是侵蚀破坏的根本，宏观现象是侵蚀的表现。但是，如前述所述，通常的超细掺合料、矿渣粉、1、II级粉煤灰细度尽管比水泥颗粒细，但因加工条件限制，细度有限，并因此制约了颗粒填充效应和火山灰效应发挥。另外，混凝土的成熟度对其抗硫酸盐侵蚀能力的影响也很大，例如同配合比、同侵蚀浓度、同侵蚀龄期时，养护28天的试件比养护3天的试件抗侵蚀能力高1. 27倍，尚未见耐久性能较强的抗侵蚀剂技术公开。
发明内容
本发明的目的是提出一种全新的具有耐久性的抗侵蚀型混凝土矿物外加剂产品，从内外两个方面全面的解决了混凝土的抗侵蚀问题。本发明的发明目的是通过如下技术措施实现的主要材料为金属生产中的工业尘埃，颗粒平均粒径为O.1 O. 2um，将其加入胶凝材料中形成的直径100纳米到100微米的微集料混合物。
本发明的有益效果是采用纳米级细度的矿物外加剂技术，生产工艺简单，使用方便，适用性强，应用效果非常突出，采用本发明产品配制的混凝土胶结性高，填充孔隙作用强，改善水泥石微结构和改进界面过渡区薄弱环节的作用更为突出，应用砼中可极大提高砼侵蚀性。使得混凝土在实现抗侵蚀的同时还保证了别的性能不受影响。混凝土的孔结构大大优化，减少了渗水通道，杜绝了侵蚀介质的进入。提高了抗侵蚀性能。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
，进一步阐述本发明。主要材料为金属生产中的工业尘埃，颗粒平均粒径为O.1 O. 2um，将其加入胶凝材料中形成的直径100纳米到100微米的微集料混合物。前述工业尘埃是在冶炼时由电弧炉中高纯度石英与焦碳发生还原反应而生成的经过化学和物理改性，形成一种纳米级别的矿物外加剂，将其加入胶凝材料中这样就形成了一条起自100纳米终于100微米的微集料曲线。本发明为较超细掺合料，颗粒平均粒径为O. 1-0. 2um，是水泥颗粒粒径的1/100 1/50，具有较高的填充效应；其活性成分主要为SiO2，火山灰效应剧烈，吸收Ca(OH)2反应生成主要水化产物CSH，胶结性高，填充孔隙作用强，改善水泥石微结构和改进界面过渡区薄弱环节的作用更为突出，应用砼中可极大提高砼侵蚀性。抗侵蚀剂的作用机理和特点其主要机理是运用微集料填充作用、二次水化作用、减少侵蚀内因作用来解决混凝土的抗硫酸盐侵蚀问题。具体包括1、微集料填充作用骨料中，大石、小石、砂子按照最优比例可以形成一条最大密实曲线，而胶凝材料一样有其最优比例，目前通过研究发现水泥的颗粒直径主要在100微米-10微米之间，而矿渣、粉煤灰颗粒的直径在O. 5微米-10微米之间，但由于矿渣、粉煤灰等掺合料早期水化速度慢，不足以及时形成水化产物填充满水泥石中的孔隙，造成混凝土早期强度低、易被侵蚀物质渗入，并由此造成质量缺陷，要想解决这个问题必须使用水化速度较快的非晶体结构活性掺合料，这样就要求其细度达到纳米级。所以本发明运用金属生产中的工业尘埃，它是在冶炼时由电弧炉中高纯度石英与焦碳发生还原反应而生成的经过化学和物理改性，形成一种纳米级别的矿物外加剂，将其加入胶凝材料中这样就形成了一条起自100纳米终于100微米的微集料曲线。本发明还通过大量的实验研究，运用激光粒度仪等先进设备最终形成了基于微集料曲线的各种掺合料的最优比例。基于微集料曲线的各种掺合料的最优比例为O. 23 O. 73 O. 04运用上述技术使得混凝土的胶凝材料的微集料填充效应达到最佳。这使得混凝土在实现抗侵蚀的同时还保证了别的性能不受影响。2、二次水化作用上述各种掺合料和矿物外加剂都是非晶体结构的活性物质，而水泥与水反应生成水化硅酸钙(C-S-H)凝胶、氢氧化钙和钙矾石等水化产物，其中氢氧化钙会与掺合料和矿物外加剂发生化学反应(Ca (OH) 2十Si02十H20 — C-S-H凝胶)，特别是纳米级细度的矿物助掺剂，由于其细度小，只相当于水泥颗粒的100-50分之一，所以其反应速度快生成的凝胶粘结强度高，使得混凝土的孔结构致密均匀，早期强度高。通过强度试样表明在同配和比情况下使用本发明抗侵蚀矿物外加剂的混凝土与不使用的混凝土相比早期强度提高了 15%。这使得混凝土的孔结构大大优化，减少了渗水通道，杜绝了侵蚀介质的进入。3、减少 侵蚀内因作用在水泥和水反应后生成的氢氧化钙会富集在未水化的胶凝材料颗粒和骨料截面上，使用纳米级细度的矿物外加剂后，纳米级细度的矿物质颗粒分散在比其更为粗大的胶凝材料颗粒之间，快速消耗Ca (OH) 2生成硅酸钙水化物(C-S-H)，改善骨料界面的粘结强度。从而减少了侵蚀内因Ca(0H)2，封闭渗水通道，提高了抗侵蚀性能。
权利要求
1.耐久性抗侵蚀型混凝土矿物外加剂，其特征是主要材料为金属生产中的工业尘埃，颗粒平均粒径为0.1 0. 2um，将其加入胶凝材料中形成的直径100纳米到100微米的微集料混合物。
2.如权利要求1所述的耐久性抗侵蚀型混凝土矿物外加剂，其特征在于，前述工业尘埃是在冶炼时由电弧炉中高纯度石英与焦碳发生还原反应而生成的经过化学和物理改性，形成一种纳米级别的矿物外加剂，将其加入胶凝材料中这样就形成了一条起自100纳米终于100微米的微集料曲线。其活性成分主要为SiO2,吸收Ca(OH)2反应生成主要水化产物CSH。
3.如权利要求1所述的耐久性抗侵蚀型混凝土矿物外加剂，其特征在于，基于微集料曲线的各种掺合料的最优比例为0. 23 0. 73 0. 04。
全文摘要
耐久性抗侵蚀型混凝土矿物外加剂，其特征是主要材料为金属生产中的工业尘埃，颗粒平均粒径为0.1～0.2um，将其加入胶凝材料中形成的直径100纳米到100微米的微集料混合物。采用纳米级细度的矿物外加剂技术，生产工艺简单，使用方便，适用性强，应用效果非常突出，采用本发明产品配制的混凝土胶结性高，填充孔隙作用强，改善水泥石微结构和改进界面过渡区薄弱环节的作用更为突出，应用砼中可极大提高砼侵蚀性。使得混凝土在实现抗侵蚀的同时还保证了别的性能不受影响。混凝土的孔结构大大优化，减少了渗水通道，杜绝了侵蚀介质的进入。提高了抗侵蚀性能。
文档编号C04B18/04GK103030317SQ20111029144
公开日2013年4月10日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者袁芬, 贾佳, 张超, 黄志斌, 李光玉 申请人:新疆研科节能科技有限公司