煅烧水滑石及其制备方法、用于制备高耐久性海工混凝土的组合物、混凝土及其制备方法与流程

本发明涉及建筑材料，具体地，涉及煅烧水滑石及其制备方法、用于制备高耐久性海工混凝土的组合物、混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、海洋经济是21世纪全球经济增长、产业升级与科技创新的新引擎。我国是海洋大国，加快海洋建设，大力开发海洋资源对于我国的社会经济发展具有重大的战略意义。近年来，基于钢筋混凝土的海洋基础设施建设将大幅度增加，包括沿海码头、跨海桥隧、海上钻井平台等。

2、与大气环境相比，含有高浓度氯离子的海洋环境会显著降低钢筋混凝土结构的耐久性和服役寿命。高浓度氯离子穿透混凝土保护层，破坏钢筋表面的钝化膜，使钢筋锈蚀，导致混凝土剥落，严重危害基础设施的使用寿命，并且造成巨大的经济损失。

3、因此，设计和制备高性能高耐久性海工混凝土是目前亟需解决的重要科学与工程问题。

4、地聚合物混凝土是一类用活性硅铝质原料在碱性条件下通过化学激发的方式形成的新型胶凝材料。组成设计良好的碱激发胶凝材料其生产过程的碳排放量可较普通硅酸盐水泥降低80％左右，具有显著的环保特征和极大的应用潜力。在以不同原料(矿渣、粉煤灰、烧粘土等)制备的地聚合物混凝土中，地聚合物混凝土碱度高且耐腐蚀性好，能够保护钢筋，具有制备高性能和高耐久性海工混凝土的巨大潜力和应用前景。

5、然而，较低的抗碳化侵蚀能力是地聚合物混凝土存在的主要问题之一。空气中的co2作为一种酸性气体，通过孔隙进入混凝土内部，与孔隙中的溶液反应，生成碳酸根离子，当孔隙中溶液的碳酸根离子达到饱和后，碳酸钙开始生成，因此ca2+浓度在碱激发矿渣的碳化中扮演着重要角色。地聚合物混凝土与水泥混凝土相比具有更低的钙硅比，因此更容易受到碳化的影响。

6、目前，通常加入一些矿物掺合料以提高混凝土的耐久性，例如粉煤灰、硅灰和超细粉煤灰等，这些矿物掺合料的加入虽然在一定程度上可以改善孔结构，防止有害物质的侵入。但是掺量过多，其比表面积较大，导致流动性较差，会降低混凝土的耐久性；而掺量过少又会导致强度降低。阻锈剂是混凝土中常用的保护钢筋的化学物质，加入少量能阻止或减缓钢筋的锈蚀。但有一部分阻锈剂，例如亚硝酸盐做主要成分的阻锈剂，当氯离子浓度达到一定程度时会产生局部腐蚀和加速腐蚀，而且还会引起碱骨料反应，影响塌落度等缺点。

7、因此，基于上述问题和不足，亟需制备出一种既能抗氯离子侵蚀，同时能够抗碳化侵蚀的高性能高耐久性海工混凝土的添加剂。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的前述问题，提供一种能够使得海工混凝土同时具备较好的抗氯离子侵蚀能力和抗碳化侵蚀能力(耐久性好) 的添加剂。

2、为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种煅烧水滑石，该煅烧水滑石的化学式为mo·aa2o3·bh2o，

3、其中，m选自mg、ca、zn、cu、co、mn中的至少一种；

4、a选自al、ga、fe、cr中的至少一种；

5、a选自0.1-0.5的任意数，b选自任意整数。

6、本发明的第二方面提供一种制备前述第一方面中所述的煅烧水滑石的方法，该方法包括：将水滑石进行煅烧处理；

7、其中，所述煅烧处理的条件包括：起始温度为20-35℃，升温速率为5-10℃ /min，终止温度t为400-600℃，且在t温度下保持3-8h。

8、本发明的第三方面提供一种用于制备高耐久性海工混凝土的组合物，该组合物中含有以下组分：

9、矿粉、标准砂、粗骨料、碱激发剂、煅烧水滑石；

10、以所述组合物的总重量为基准，所述矿粉的含量为10-20wt％；所述标准砂的含量为20-35wt％；所述粗骨料的含量为35-50wt％；所述碱激发剂的含量为5-10wt％；所述煅烧水滑石的含量为0.1-1.5wt％；

11、所述煅烧水滑石为前述第一方面中所述的煅烧水滑石。

12、本发明的第四方面提供一种制备高耐久性海工混凝土的方法，该方法应用前述第三方面中所述的组合物进行，包括：

13、(i)将矿粉、标准砂和煅烧水滑石进行第一混合，得到混合物i；

14、(ii)将所述混合物i与碱激发剂进行第二混合，得到所述高耐久性海工混凝土。

15、本发明的第五方面提供一种由前述第四方面中所述的方法制备得到的高耐久性海工混凝土。

16、本发明相对于现有技术至少具有以下优势：

17、(1)本发明提供的煅烧水滑石，具有结构“记忆效应”，当其添加到含有阴离子的溶液中，会吸收溶液中水和阴离子部分恢复到原来的结构。将其与特定量的矿粉、标准砂以及碱激发剂时配合制备得到的海工地聚合物及其混凝土中能够提高混凝土吸附氯离子的能力，减小氯离子对钢筋的侵蚀；同时还能够吸收溶液中的碳酸根离子，增加对co2的吸附，从而增强海工地聚合物及其混凝土的抗碳化性能。

18、(2)本发明提供的煅烧水滑石粒径较小、比表面积大，作为晶种，能够在早期加速水化过程，从而产生更多的水化产物和更致密的结构，同时能够填充在基体的孔隙中，改善孔隙结构、浆体-骨料界面等，避免氯离子和 co2进入基体内部，提高海工地聚合物及其混凝土的耐久性。

19、(3)本发明提供的煅烧水滑石，一方面对碳酸根离子的吸附降低了碳酸根离子与钙离子以及其他含钙物相的接触几率，同时释放的oh-对孔隙中的溶液ph值能够起到缓冲作用；另一方面，其具有阴离子交换吸附的能力，在阴离子交换过程中，能够释放缓蚀离子(如ao2-)抑制钢筋腐蚀。

技术特征：

1.一种煅烧水滑石，其特征在于，该煅烧水滑石的化学式为mo·aa2o3·bh2o，

2.一种制备权利要求1所述的煅烧水滑石的方法，其特征在于，该方法包括：将水滑石进行煅烧处理；

3.根据权利要求2所述的方法，其中，该方法还包括：采用包括以下步骤的共沉淀法合成所述水滑石：

4.根据权利要求3所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述可溶性二价阳离子盐和所述碱性物质i的用量摩尔比为1：1-3；和/或，

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，在步骤(2)中，所述可溶性三价阳离子盐、所述产物i和所述碱性物质ii的用量摩尔比为1：1/(2a)：2/a-10/a；其中，a选自0.1-0.5的任意数；和/或，

6.一种用于制备高耐久性海工混凝土的组合物，其特征在于，该组合物中含有以下组分：

7.根据权利要求6所述的组合物，其中，所述矿粉选自s95级以上矿粉中的至少一种；和/或，

8.一种制备高耐久性海工混凝土的方法，其特征在于，该方法应用权利要求6或7中所述的组合物进行，包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其中，在步骤(i)中，所述第一混合的条件包括：在搅拌条件下进行，且搅拌的转速为150-300rpm，时间为1-4min，温度为20-40℃；和/或，

10.由权利要求8或9所述的方法制备得到的高耐久性海工混凝土。

技术总结
本发明涉及建筑材料技术领域，公开了一种煅烧水滑石及其制备方法、用于制备高耐久性海工混凝土的组合物、混凝土及其制备方法。该煅烧水滑石的化学式为MO·aA2O3·bH2O，其中，M选自Mg、Ca、Zn、Cu、Co、Mn中的至少一种；A选自Al、Ga、Fe、Cr中的至少一种。本发明提供的煅烧水滑石与特定量的矿粉、标准砂以及碱激发剂时配合制备得到的海工地聚合物及其混凝土中能够提高混凝土吸附氯离子的能力，减小氯离子对钢筋的侵蚀；同时还能够吸收溶液中的碳酸根离子，增加对CO2的吸附，从而增强海工地聚合物及其混凝土的抗碳化性能。

技术研发人员：张祖华,周正宁,朱颖灿
受保护的技术使用者：上海百奥恒新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13