CN109704609B - 一种抑制混凝土中延迟钙矾石发生的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抑制混凝土中延迟钙矾石发生的方法。包括以下步骤：采用高抗蚀硅酸盐水泥熟料、二水石膏以及功能组分替代普通硅酸盐水泥生产混凝土；上述组分按重量份数计如下：高抗蚀硅酸盐水泥熟料60‑90份，功能组分10‑20份，二水石膏2‑6份。本发明设计的高抗蚀硅酸盐水泥熟料、二水石膏和功能组分复合体系，通过多方面协同作用，共同抑制了混凝土中延迟钙矾石的发生，从根本上解决了现有普通硅酸盐水泥混凝土在高温条件下出现的延迟钙矾石问题。另外，本发明所用组分均属于绿色环保材料，对生态环境无任何负面影响。

Description

一种抑制混凝土中延迟钙矾石发生的方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种抑制混凝土中延迟钙矾石发生的方法。
背景技术
钙矾石是硅酸盐水泥中一种重要水化产物，其化学分子式为3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O，又称为三硫型水化硫铝酸钙(AFt)。主要来源于硅酸盐水泥熟料中的铝酸三钙(C3A)与二水石膏反应形成。反应式如下：C3A+3CaSO4·2H2O+26H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O。
大量研究表明钙矾石对硅酸盐水泥早期水化过程有着重要的影响。但是，在高温养护时(一般认为高于70℃)钙矾石会发生分解，生成单硫型水化硫铝酸钙(AFm)，而后当温度降低至常温条件时，单硫型水化硫铝酸钙(AFm)会重新结合形成钙矾石，从而导致体积膨胀，造成混凝土开裂，这就是延迟钙矾石的发生机理。因此，如何在高温条件下抑制硅酸盐水泥中延迟钙矾石的形成成为了工程界关心的重点，这也是影响着混凝土材料(特别是预制混凝土、大体积混凝土)服役耐久性的关键问题。
针对普通硅酸盐水泥混凝土存在的延迟钙矾石问题，普遍采用控制养护温度，加入钙矾石抑制剂的方法来控制延迟钙矾石的形成。若采用控制温度的方式，会使得预制混凝土生产工期延长，不利于工业化大规模生产，对于大体积混凝土则需要采用增设冷凝管、控制原材料温度等措施，大幅增加施工成本。公开号为CN 107162457 A，名称为“一种限制混凝土中延迟钙矾石生成的方法”的发明专利，通过外加一种缓释钡盐来抑制混凝土中延迟钙矾石的生成，取得了不错的效果，但是其制备工艺复杂，成本较高，且钡盐具有一定毒性对环境会造成不利影响。
综上所述，目前对于混凝土中延迟钙矾石发生的控制方法均是从外部引入控制的，且控制成本高，工艺复杂，在混凝土配制及施工过程中，一旦某一环节没有控制好将不可避免生成延迟钙矾石。因此，亟需从根本上找到一种抑制延迟钙矾石发生的技术手段，从而提高混凝土耐久性、延长混凝土的服役寿命。
发明内容
本发明目的在于提供一种抑制混凝土中延迟钙矾石发生的方法，通过降低熟料矿相中铝酸三钙含量以及外加功能组分共同抑制混凝土中延迟钙矾石的发生，极大降低混凝土的膨胀率。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
一种抑制混凝土中延迟钙矾石发生的方法，包括以下步骤：
采用高抗蚀硅酸盐水泥熟料、二水石膏以及功能组分替代普通硅酸盐水泥生产混凝土；
上述组分按重量份数计如下：
高抗蚀硅酸盐水泥熟料60-90份，功能组分10-20份，二水石膏2-6份。
按上述方案，所述高抗蚀硅酸盐水泥熟料的主要成分包括C3S、C2S、C3A和C4AF；其中C3S 30-60wt％、C2S 20-40wt％、C3A 1-5wt％、C4AF 15-30wt％。
按上述方案，所述功能组分为铁酸钙、萤石、钢渣、水滑石的混合物；按重量份数计为：铁酸钙5-10份、萤石2-8份、钢渣5-10份、水滑石1-5份。
铝酸三钙在高温条件下易于与石膏反应生成大量的单硫型水化硫铝酸钙(AFm)，这是造成延迟钙矾石发生的根本原因，而高抗蚀硅酸盐水泥熟料中含有较少的铝酸三钙，这大幅较少了单硫型水化硫铝酸钙(AFm)的生成，另外其中较多的铁铝酸四钙也抑制了单硫型水化硫铝酸钙(AFm)的生成。此外，所选用的功能组分中的铁酸钙和萤石可与铝酸三钙反应在高温条件生成一种稳定的水化产物，避免了向延迟钙矾石的转化；而钢渣中的杂质离子可与高温下生成的单硫型水化硫铝酸钙(AFm)反应，形成稳定化合物；最后，水滑石是一种具有离子交换作用的功能组分，能够交换混凝土中的硫酸根离子，达到抑制延迟钙矾石发生的作用。
相对于现有技术，本发明有益效果如下：
使用本发明方法所述胶凝材料制备的水泥浆体在90℃高温养护条件下生成了较少的单硫型水化硫铝酸钙(AFm)，从而在后续的养护阶段有效较少了延迟钙矾石的转化。
采用本发明方法制备混凝土的100天膨胀率小于0.020％远低于使用普通硅酸盐水泥制备混凝土100天膨胀率超过0.120％，延迟钙矾石的发生得到了有效的抑制。
本发明设计的高抗蚀硅酸盐水泥熟料、二水石膏和功能组分复合体系，通过多方面协同作用，共同抑制了混凝土中延迟钙矾石的发生，从根本上解决了现有普通硅酸盐水泥混凝土在高温条件下出现的延迟钙矾石问题。
另外，本发明所用组分均属于绿色环保材料，对生态环境无任何负面影响。
附图说明
图1：90℃下实施例1和普通硅酸盐水泥制备产物XRD图谱。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种抑制混凝土中延迟钙矾石发生的方法，高抗蚀硅酸盐水泥、二水石膏以及各功能组分按重量百分数为：高抗蚀硅酸盐水泥熟料80份，铁酸钙5份、萤石4份、钢渣5份、水滑石2份，二水石膏4份。上述组分共同组成复合胶凝材料，按照重量比例：砂680kg/m3、石1240kg/m3、复合胶凝材料450kg/m3、水130kg/m3，成型100mm×100mm×400mm的混凝土试件，然后进行蒸养，温度为90℃，时间6小时，再回到常温20℃进行后续养护，28天、60天及100天后测试混凝土试件线性膨胀率。
使用普通硅酸盐水泥重复实施例1的组成和方法成型混凝土试件进行对比。
90℃下实施例1所得复合胶凝材料和普通硅酸盐水泥制备产物XRD图谱参照附图1所示，本实施例所得胶凝材料制备的水泥浆体在90℃高温养护条件下生成了较少的单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。
实施例2
一种抑制混凝土中延迟钙矾石发生的方法，高抗蚀硅酸盐水泥、二水石膏以及各功能组分按重量百分数为：高抗蚀硅酸盐水泥熟料82份，铁酸钙6份、萤石2份、钢渣5份、水滑石3份，二水石膏2份。而后同样按照实例1所述成型混凝土试件，测试膨胀率。
实施例3
一种抑制混凝土中延迟钙矾石发生的方法，高抗蚀硅酸盐水泥、二水石膏以及各功能组分按重量百分数为：高抗蚀硅酸盐水泥熟料75份，铁酸钙10份、萤石3份、钢渣8份、水滑石1份，二水石膏3份。而后同样按照实例1所述成型混凝土试件，测试膨胀率。
实施例4
一种抑制混凝土中延迟钙矾石发生的方法，高抗蚀硅酸盐水泥、二水石膏以及各功能组分按重量百分数为：高抗蚀硅酸盐水泥熟料76份，铁酸钙6份、萤石5份、钢渣8份、水滑石2份，二水石膏3份。而后同样按照实例1所述成型混凝土试件，测试膨胀率。
上述实施例测试混凝土膨胀率的对比试验结果如表1所示：
表1
龄期 空白-普通 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
28天膨胀率/(份) 0.057 0.011 0.005 0.010 0.013
60天膨胀率/(份) 0.091 0.014 0.008 0.011 0.016
100天膨胀率/(份) 0.122 0.018 0.013 0.013 0.017
从表1可看出，使用普通硅酸盐水泥制备的混凝土试件的28天膨胀率达到0.057份，100天达到0.122份，表明其中发生了较为严重的延迟钙矾石反应，造成了混凝土体积的大幅度膨胀。但是在采用实施例1、2、3和4配比的复合胶凝材料制备的混凝土中，28天膨胀率仅在0.100份左右，而到100天膨胀率也都均小于0.020份。这说明本发明所公开的一种抑制混凝土中延迟钙矾石发生的方法显著地抑制了混凝土中延迟钙矾石的生成，从而大幅降低了混凝土的膨胀率，这使得采用该方法制备的混凝土经过高温养护后体积稳定性更好，开裂风险更低，具有更加优异的长期耐久性能，保证了使用本发明制备混凝土材料能够长期安全使用。
综上所述，本发明所述的一种抑制混凝土中延迟钙矾石发生的方法，极大地抑制延迟钙矾石形成，确保了混凝土材料在高温养护后具有优异的体积稳定性能。另外要说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (1)

1.一种抑制混凝土中延迟钙矾石发生的方法，其特征在于包括以下步骤：
采用高抗蚀硅酸盐水泥熟料、二水石膏以及功能组分替代普通硅酸盐水泥生产混凝土；
上述组分按重量份数计如下：
高抗蚀硅酸盐水泥熟料60-90份，功能组分10-20份，二水石膏2-6份；
所述高抗蚀硅酸盐水泥熟料的主要成分包括C3S、C2S、C3A和C4AF；其中C3S 30-60wt％、C2S 20-40wt％、C3A 1-5wt％、C4AF 15-30wt％；
所述功能组分为铁酸钙、萤石、钢渣、水滑石的混合物；按重量份数计为：铁酸钙5-10份、萤石2-8份、钢渣5-10份、水滑石1-5份。
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