CN114455909A - 一种硅质岩人工细骨料碱活性的抑制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅质岩人工细骨料碱活性的抑制方法，所述抑制方法所采用的砂浆由以下重量份数的原料制备而成：硅质岩砂900‑1000份、多元活性材料100‑140份、水泥250‑300份和水170‑200份；所述多元活性材料由偏高岭土、粉煤灰以及矿渣组成。本发明方法采用偏高岭土、粉煤灰以及矿渣作为多元活性材料替代部分胶凝材料拌制混凝土中，所得的砂浆不仅可以降低混凝土中的总碱含量，改善硅质岩带来的开裂、膨胀等问题，有效地延缓或抑制硅‑碱活性骨料的碱活性反应，扩宽了硅质岩骨料使用范围，且还可以提高砂浆的力学强度，原料充足、经济实惠，方便购买，将硅质岩大范围应用到工程中，对水利工程有非常大的积极作用。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体是涉及一种硅质岩人工细骨料碱活性的抑制方法。
背景技术
硅质岩是指SiO2的含量在70%～80%的岩石，且不包括因机械沉积作用产生的石英砂岩和石英岩。硅质岩属于沉积岩中的碳酸盐石，是碱活性矿物，在全球的分布较少。因为硅质岩属于碱活性较高的骨料，所以掺入到混凝土中容易发生碱骨料反应（AAR）。AAR根据反应机制可分为两大类：碱-硅酸盐反应（ASR）和碱-碳酸盐反应（ACR），又硅质岩属于碳酸盐类岩石，SiO2含量很高，所以选用硅质岩作为混凝土的细骨料主要会造成大坝发生ASR。
ASR是混凝土孔隙溶液中的碱（Na+、K+和OH-）之间的化学反应还有一些不稳定的硅质相出现在混凝土骨料中，ASR的反应公式如下:
2NaOH+SiO2+nH2O→Na2O·SiO2·(n+1)H2O
碱骨料反应最直观的表现就是使混凝土建筑发生不均匀膨胀形成开裂，且破坏不可逆转，从而减少混凝土建筑的使用寿命。目前混凝土行业最常用来抑制ASR的方法有三种：（1）控制混凝土中的碱含量。（2）采用粉煤灰取代水泥拌制混凝土。（3）隔绝水和潮湿空气。隔绝水和潮湿空气在实验室可以实现，具体工程建设是比较难实行的，工程上最常用来抑制ASR的方法是采用外加粉煤灰替代水泥，从而降低混凝土的总碱含量，达到抑制ASR的效果。虽然掺入粉煤灰能一定程度上降低硅质岩人工砂砂浆总体的碱含量，从而达到抑制碱活性反应的效果，但是抑制膨胀的同时，砂浆强度也会降低。
本次将采用多元活性材料替代部分胶凝材料拌制混凝土，加入一定比例的多元活性材料不仅可以有效地延缓或抑制硅-碱活性骨料的碱活性反应，还可以提高砂浆的力学强度，此外，多元活性材料原料充足、经济实惠，方便购买。
发明内容
本发明为了解决硅质岩发生碱活性反应的问题，提供一种硅质岩人工细骨料碱活性的抑制方法。本发明方法采用偏高岭土、粉煤灰以及矿渣作为多元活性材料替代部分胶凝材料拌制混凝土中，不仅可以降低混凝土中的总碱含量，有效地延缓或抑制硅-碱活性骨料的碱活性反应，还可以提高砂浆的力学强度，原料充足、经济实惠，方便购买，符合工程应用要求。
为了实现以上目的，本发明是通过如下技术方案实现：
一种硅质岩人工细骨料碱活性的抑制方法，所述抑制方法所采用的砂浆由以下重量份数的原料制备而成：硅质岩砂900-1000份、多元活性材料100-140份、水泥250-300份和水170-200份；所述多元活性材料由偏高岭土、粉煤灰以及矿渣组成。
作为本发明的优选技术方案：所述多元活性材料中偏高岭土、粉煤灰以及矿渣的质量比为0.5-2:0.5-2:1。
作为本发明的优选技术方案：所述硅质岩砂是采用5个粒径级配而成，分别为5～2.5mm、2.5～1.25mm、1.25～0.63mm、0.63～0.315mm、0.315～0.16mm。
作为本发明的优选技术方案：所述硅质岩砂中5～2.5mm、2.5～1.25mm、1.25～0.63mm、0.63～0.315mm、0.315～0.16mm，骨料质量百分含量为10%、25%、25%、25%、15%。
作为本发明的优选技术方案：所述偏高岭土是以层状硅酸盐结构的高岭土为原料，经600～900℃高温煅烧而获得。由于高岭土的层状结构因脱水而破坏，形成的无水硅酸铝称为偏高岭土，呈现热力学介稳状态，具有较好的胶凝性。
作为本发明的优选技术方案：所述矿渣为在高炉炼铁过程中的副产物。在炼铁过程中，氧化铁在高温下还原成金属铁，铁矿石中的二氧化硅、氧化铝等杂质与石灰等反应生成以硅酸盐和硅铝酸盐为主要成分的熔融物，经过淬冷成质地疏松、多孔的粒状物，即为高炉矿渣，简称矿渣。
作为本发明的优选技术方案：所述粉煤灰由燃料(主要是煤)燃烧过程中排出的微小灰粒，粒径为在1～100μm之间。
作为本发明的优选技术方案：所用水泥选用的是P.O42.5普通硅酸盐水泥。
本发明另一方面在于提供：所述的硅质岩人工细骨料碱活性的抑制方法，包括如下步骤：先按照上述配比称取硅质岩砂、多元活性材料、水泥和水，先将水泥、多元活性材料及硅质岩砂放入搅拌机，搅拌5s后加水，30s加完，搅拌150s至均匀后停机，即可完成。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：
本发明方法采用偏高岭土、粉煤灰以及矿渣作为多元活性材料替代部分胶凝材料拌制混凝土中，经过各组分的协同作用所得的砂浆不仅可以降低混凝土中的总碱含量，改善硅质岩带来的开裂、膨胀等问题，有效地延缓或抑制硅-碱活性骨料的碱活性反应，扩宽了硅质岩骨料使用范围，且还可以提高砂浆的力学强度，原料充足、经济实惠，方便购买，将硅质岩大范围应用到工程中，对水利工程有非常大的积极作用。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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
一种硅质岩人工细骨料碱活性的抑制方法，所述抑制方法所采用的砂浆由以下重量份数的原料制备而成：硅质岩砂900份、偏高岭土36份、粉煤灰36份、矿渣48份、P.O42.5普通硅酸盐水泥280份和水188份。
所述硅质岩砂筛分为5个粒级，分别为5～2.5mm、2.5～1.25mm、1.25～0.63mm、0.63～0.315mm、0.315～0.16mm，骨料质量百分率为10%、25%、25%、25%、15%。
实施例2
一种硅质岩人工细骨料碱活性的抑制方法，所述抑制方法所采用的砂浆由以下重量份数的原料制备而成：硅质岩砂900份、偏高岭土36份、粉煤灰36份、矿渣48份、P.O42.5水泥280份和水188份。
所述硅质岩砂筛分为5个粒级，分别为5～2.5mm、2.5～1.25mm、1.25～0.63mm、0.63～0.315mm、0.315～0.16mm，骨料质量百分率为10%、25%、25%、25%、15%。
实施例3
一种硅质岩人工细骨料碱活性的抑制方法，所述抑制方法所采用的砂浆由以下重量份数的原料制备而成：硅质岩砂900份、偏高岭土48份、粉煤灰36份、矿渣36份、P.O42.5水泥280份和水188份。
所述硅质岩砂筛分为5个粒级，分别为5～2.5mm、2.5～1.25mm、1.25～0.63mm、0.63～0.315mm、0.315～0.16mm，骨料质量百分率为10%、25%、25%、25%、15%。
实施例4
一种硅质岩人工细骨料碱活性的抑制方法，所述抑制方法所采用的砂浆由以下重量份数的原料制备而成：硅质岩砂960份、偏高岭土48份、粉煤灰36份、矿渣24份、P.O42.5水泥295份和水192份。
实施例5
一种硅质岩人工细骨料碱活性的抑制方法，所述抑制方法所采用的砂浆由以下重量份数的原料制备而成：硅质岩砂935份、偏高岭土24份、粉煤灰36份、矿渣60份、P.O42.5水泥290份和水190份。
对比例1
水：水泥：硅质岩砂=188：400：900。所述硅质岩砂筛分为5个粒级，分别为5～2.5mm、2.5～1.25mm、1.25～0.63mm、0.63～0.315mm、0.315～0.16mm，骨料质量百分率为10%、25%、25%、25%、15%。
对比例2
水：水泥：粉煤灰：硅质岩砂=188：280：120：900。所述硅质岩砂筛分为5个粒级，分别为5～2.5mm、2.5～1.25mm、1.25～0.63mm、0.63～0.315mm、0.315～0.16mm，骨料质量百分率为10%、25%、25%、25%、15%。
将上述实施例及对比例的砂浆制成砂浆棒再进行产品性能测试，测试结果如表1所示。
（1）根据上述比例称取硅质岩砂、多元活性材料、水泥、水，先将水泥、多元活性材料与细骨料放入搅拌机中，搅拌5s后加水，30s加完，搅拌150s至均匀后停机。
（2）将砂浆分两次装入试模，每层振捣20次，刮除多余砂浆并抹平表面，立即放入温度为（20±2）℃、相对湿度95%以上的养护箱中。试件成型4h后再次抹面并编号，养护（24±2）h后脱模，立即在（20±2）℃的恒温室中测量初始长度。
（3）测量完毕，将试件完全浸泡在装有自来水的密封养护筒中，放入温度为（80±2）℃的恒温水浴箱中养护24h后，测量长度，此长度为基准长度，测量时间应控制在（15±5）s内完成。测量完毕后，将试件装入盛有1mol/L NaOH溶液的养护筒中，溶液应高过试件，再放回（80±2）℃的恒温水浴箱中。养护28d时取出试件测量长度，测长龄期误差不超过1h。
（4）所有龄期长度测量完毕后，将试件等比例分割成3份，进行力学性能试验。
| 组数 | 14d膨胀率/% | 28d膨胀率/% | 28d抗压强度/MPa |
| 对比例1 | 0.16 | 0.24 | 61.9 |
| 对比例2 | 0.15 | 0.18 | 45.3 |
| 实施例1 | 0.11 | 0.12 | 53.4 |
| 实施例2 | 0.12 | 0.10 | 51.3 |
| 实施例3 | 0.10 | 0.09 | 56.9 |
| 实施例4 | 0.14 | 0.11 | 47.1 |
| 实施例5 | 0.13 | 0.14 | 49.3 |
如表1所示，对照例1中未加粉煤灰及偏高岭土及矿渣的多元活性材料，膨胀率偏高， 14d膨胀率超过0.20%，判定为具有潜在危害性碱-硅反应的活性骨料，虽然强度达到要求，但是总体达不到施工要求。而对照例2中掺入30%粉煤灰，14d与28d膨胀率均超过0.15%，可以看出膨胀率得到了一定的抑制，但是试件的膨胀率仍然过高，且强度下降了15.6MPa。实施例1～3将对照例2的粉煤灰等质量替换为粉煤灰及偏高岭土多元活性材料，膨胀率得到了一定的抑制，且抑制效果优于对照例，抗压强度没有大幅度降低。其中实施例3的性能最优，28d膨胀率小于1%，抗压强度达到56.9MPa。综上所述，掺入多元活性材料对抑制硅质岩人工砂碱活性和提高力学性能是有积极作用的。
以上内容是结合具体的/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种硅质岩人工细骨料碱活性的抑制方法，其特征在于：所述抑制方法所采用的砂浆由以下重量份数的原料制备而成：硅质岩砂900-1000份、多元活性材料100-140份、水泥250-300份和水170-200份；所述多元活性材料由偏高岭土、粉煤灰以及矿渣组成。
2.根据权利要求1所述的硅质岩人工细骨料碱活性的抑制方法，其特征在于：所述多元活性材料中偏高岭土、粉煤灰以及矿渣的质量比为0.5-2:0.5-2:1。
3.根据权利要求1所述的硅质岩人工细骨料碱活性的抑制方法，其特征在于：所述硅质岩砂是采用5个粒径级配而成，分别为5～2.5mm、2.5～1.25mm、1.25～0.63mm、0.63～0.315mm、0.315～0.16mm。
4.根据权利要求3所述的硅质岩人工细骨料碱活性的抑制方法，其特征在于：所述硅质岩砂中5～2.5mm、2.5～1.25mm、1.25～0.63mm、0.63～0.315mm、0.315～0.16mm，骨料质量百分含量为10%、25%、25%、25%、15%。
5.根据权利要求1所述的硅质岩人工细骨料碱活性的抑制方法，其特征在于：所述偏高岭土是以层状硅酸盐结构的高岭土为原料，经600～900℃高温煅烧而获得。
6.根据权利要求1所述的硅质岩人工细骨料碱活性的抑制方法，其特征在于：所述矿渣为在高炉炼铁过程中的副产物。
7.根据权利要求1所述的硅质岩人工细骨料碱活性的抑制方法，其特征在于：所述粉煤灰的粒径为在1～100μm之间。
8.如权利要求1-7所述的硅质岩人工细骨料碱活性的抑制方法，其特征在于：所述抑制方法包括如下步骤：先按照上述配比称取硅质岩砂、多元活性材料、水泥和水，先将水泥、多元活性材料及硅质岩砂放入搅拌机，搅拌5s后加水，30s加完，搅拌150s至均匀后停机，即可完成。
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