CN110218054A - 一种纳米粘土改性高性能混凝土及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米粘土改性高性能混凝土及其制备方法与应用，属于建筑材料领域，所述粘土改性高性能混凝土原料包括水泥100份，矿物掺合料70～100份，纳米粘土1～6份，减水剂0.5～1.2份，纤维1～3份，细骨料150～300份，粗骨料340～480份，将水泥、粉煤灰、矿渣、硅灰、纳米粘土、纤维、粗骨料、细骨料加入搅拌机搅拌1‑3min，然后，加入水和减水剂继续搅拌1‑3min，使其混合均匀，即制得纳米粘土改性高性能混凝土，所述纳米粘土改性高性能混凝土提高了凝土的抗盐卤侵蚀能力，适用于盐湖地区的严酷环境。

Description

一种纳米粘土改性高性能混凝土及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别是涉及一种纳米粘土改性高性能混凝土及其制备方法与应用。
背景技术
我国的盐湖带区域面积约占国土一半以上，主要集中在大西北和内蒙古一带，从各省区盐湖分布看，青海有30多个盐湖，新疆有100多个盐湖，西藏有200多个盐湖，内蒙古有300多个盐湖。我国盐湖卤水的含盐量高达海水含盐量的5～10倍，其中，青海盐湖含盐量为340.51g/L，新疆盐湖含盐量为269.39g/L，西藏盐湖含盐量为195.45g/L，内蒙古盐湖含盐量为278.96g/L，而且主要是钾、钠、镁的硫酸盐、氯盐和碳酸盐，对混凝土和钢筋混凝土结构的耐久性构成严重威胁。
因此，需提供一种耐久性佳的混凝土。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明综合利用纳米粘土的填充效应、加速水泥水化反应效应和火山灰效应，通过配比优化以及制备方法研究，制备出物理力学性能优良稳定、具有良好的抗渗耐蚀性能和耐久性能、适应盐湖地区严酷环境的高性能混凝土。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种纳米粘土改性高性能混凝土，包括以下原料：水泥、矿物掺合料、纳米粘土、纤维、减水剂、粗骨料和细骨料。
优选地，所述的一种纳米粘土改性高性能混凝土，以重量份数计，包括以下原料：水泥100份，矿物掺合料70～100份，纳米粘土1～6份，减水剂0.5～1.2份，纤维1～3份，细骨料150～300份，粗骨料340～480份。
优选地，所述水泥为强度等级为52.5的硅酸盐水泥，所述纤维为聚丙烯纤维。
优选地，所述矿物掺合料为比表面积不小于350m2/kg的S95级粒化高炉矿渣、细度不大于45％的II级粉煤灰及比表面积不小于15000m2/kg的硅灰的混合物，其质量比例为：2:2:1。
优选地，所述纳米粘土为平均粒径不大于2μm的蒙脱石、高岭土、水辉石和硅石的一种或多种。
优选地，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
优选地，所述细骨料为河砂或机制砂。
优选地，所述粗骨料为5.0～31.5mm连续级配的碎石。
本发明还提供一种纳米粘土改性高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：按重量份准确称量原料，将称取的水泥、粉煤灰、矿渣、硅灰、纳米粘土、纤维、粗骨料、细骨料加入搅拌机搅拌1-3min，然后，加入水和减水剂继续搅拌1-3min，使其混合均匀，即制得纳米粘土改性高性能混凝土。
本发明还提供所述的纳米粘土改性高性能混凝土在盐湖地区的应用。
所述盐湖地区的环境为矿化度为124.05～527.15g/L的卤水，卤水中主要离子矿化度范围为(g/L)：K+和Na+：29.71～151.35，Ca2+：1.01～23.32g/L，Mg2+：2.51～48.72g/L，Cl-：88.64～286.43g/L，SO4 2-：2.10～17.08g/L，HCO3 -：0.04～0.15g/L，CO3 2-：0.02～0.1g/L。
本发明公开了以下技术效果：
本发明利用纳米偏高岭土较高的火山灰活性，促进火山灰反应及CSH凝胶的生成，并且其颗粒能与矿渣、粉煤灰、硅灰等矿物掺合料组成连续级配，填充水泥基体微小孔隙，从而较大程度地提高混凝土密实性，缓解盐卤侵蚀对混凝土的破坏，成功达到了提高混凝土的抗盐卤侵蚀能力的目的。
本发明通过合理选择材料组成如水泥、矿物掺合料、粗骨料、细骨料等，以及优化材料粒径组合，提高了混凝土的抗压强度，同时适量减水剂的加入改善了混凝土的和易性；纤维在混凝土中形成三维立体连接结构，使得混凝土的韧性明显提高；通过加入纳米粘土，加速水泥水化反应，并与前述材料组合形成连续颗粒级配，填充混凝土内部的细小孔隙，提高混凝土的密实性，减少盐卤溶液的渗入对混凝土所造成的盐卤破坏。
本发明所述的纳米粘土改性高性能混凝土具有优良的抗盐卤侵蚀性能，可以显著提高混凝土在盐湖地区的使用寿命。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1～3：
所用原材料及性能如下：
水泥：强度等级52.5，硅酸盐水泥，某水泥厂生产。
矿物掺合料：S95级矿渣、II级粉煤灰与硅灰按照重量比2:2:1混合。
纳米粘土：最大粒径不大于2μm的纳米偏高岭土。
纤维：长度为50mm，直径40μm的聚丙烯纤维。
减水剂：QG-101高性能聚羧酸盐减水剂，减水率35％。
粗骨料：花岗岩碎石，粒径5～22.5mm，压碎系数10.3，针片状颗粒含量6％。
细骨料：河砂，细度模数为2.64，II区中砂，使用前将其用自来水冲洗并烘干，其含泥量与含水率可以忽略。
水：自来水。
混凝土配合比如表1所示。
表1混凝土配合比
水泥 矿物掺合料 纳米粘土 纤维 粗骨料 细骨料 减水剂 水
实施例1 100 75 5 2.5 350 180 0.8 45
实施例2 100 90 4 2.2 400 220 0.9 45
实施例3 100 100 3 1.5 450 250 0.6 45
对比例1 100 100 0 1.5 450 250 0.6 45
对比例2 200 0 0 1.5 450 250 0.6 45
对比例1-2：
为了比较纳米粘土及其与矿物掺合料的复合作用对混凝土性能的影响，对比例1中未掺入纳米粘土，对比例2中同时未掺入矿物掺合料和纳米粘土，其他原料同实施例1-3。
拌和步骤如下：将称取的水泥、粉煤灰、矿渣、硅灰、纳米粘土、纤维、粗骨料、细骨料加入搅拌机搅拌1min，然后，加入水和减水剂继续搅拌2min，使其混合均匀，即可出料，然后制成标准试块。
盐湖环境为矿化度为124.05～527.15g/L的卤水，卤水中主要离子矿化度范围为(g/L)：K+和Na+：29.71～151.35，Ca2+：1.01～23.32g/L，Mg2+：2.51～48.72g/L，Cl-：88.64～286.43g/L，SO4 2-：2.10～17.08g/L，HCO3 -：0.04～0.15g/L，CO3 2-：0.02～0.1g/L。
采用“快冻法”进行盐冻实验：将按照常规条件养护56天的混凝土试块放入橡胶盒内，注入盐卤溶液，保持盒内液面高于试块顶部1～2cm，然后将装有试块的橡胶盒放入冻融箱中，进行盐冻实验，东西混合周期为4h，其中用于冷冻和融化的时间不小于冻融循环过程的1/4。分别测试混凝土100次、200次和300次盐冻循环后的抗压强度。
将按照常规条件养护56天的混凝土试块进行盐卤-干湿循环试验。循环制度是：室温盐卤溶液中浸泡16小时，去除晾干1小时；放入放入80℃烘箱中烘干6小时，冷却1小时，此为一个循环。分别测试混凝土30次、50次和70次盐卤-干湿循环后的抗压强度。
相应配合比的性能如表2所示。
表2纳米粘土改性混凝土性能测试结果
由以上实施例可见，与对比试验相比，本发明提出的纳米粘土改性混凝土初始抗压强度均有所增加，经盐卤-干湿循环后的抗压强度及盐卤-冻融后的抗压强度更是明显增加，在盐卤地区具有良好的耐久性。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种纳米粘土改性高性能混凝土，其特征在于：包括以下原料：水泥、矿物掺合料、纳米粘土、纤维、减水剂、粗骨料和细骨料。
2.根据权利要求1所述的一种纳米粘土改性高性能混凝土，其特征在于：以重量份数计，包括以下原料：水泥100份，矿物掺合料70～100份，纳米粘土1～6份，减水剂0.5～1.2份，纤维1～3份，细骨料150～300份，粗骨料340～480份。
3.根据权利要求1所述的一种纳米粘土改性高性能混凝土，其特征在于：所述水泥为强度等级为52.5的硅酸盐水泥，所述纤维为聚丙烯纤维。
4.根据权利要求1所述的一种纳米粘土改性高性能混凝土，其特征在于：所述矿物掺合料为比表面积不小于350m2/kg的S95级粒化高炉矿渣、细度不大于45％的II级粉煤灰及比表面积不小于15000m2/kg的硅灰的混合物，其质量比例为：2:2:1。
5.根据权利要求1所述的一种纳米粘土改性高性能混凝土，其特征在于：所述纳米粘土为平均粒径不大于2μm的蒙脱石、高岭土、水辉石和硅石的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种纳米粘土改性高性能混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
7.根据权利要求1所述的一种纳米粘土改性高性能混凝土，其特征在于：所述细骨料为河砂或机制砂。
8.根据权利要求1所述的一种纳米粘土改性高性能混凝土，其特征在于：所述粗骨料为5.0～31.5mm连续级配的碎石。
9.一种权利要求1-8任一项所述的一种纳米粘土改性高性能混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
按重量份准确称量原料，将称取的水泥、粉煤灰、矿渣、硅灰、纳米粘土、纤维、粗骨料、细骨料加入搅拌机搅拌1-3min，然后，加入水和减水剂继续搅拌1-3min，使其混合均匀，即制得纳米粘土改性高性能混凝土。
10.权利要求1所述的纳米粘土改性高性能混凝土在盐湖地区的应用。
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