CN115806397A - 一种抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀的二元体碱激发胶凝材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种抗硫酸盐‑镁盐复合侵蚀的二元体碱激发胶凝材料及制备方法，制备所述凝胶材料的原料包括复合辅助胶凝材料、复合激发剂和拌合水，且各原料的质量比为1:(0.2～0.4):(0.2～0.4)。本发明所制备的二元体碱激发胶凝材料在经过30d和60d的5％硫酸镁溶液侵蚀以后，几乎无抗折强度损失甚至还有所增强；而在经过120d的5％硫酸镁溶液侵蚀以后，抗折强度损失也能控制在15％以下，二元体碱激发胶凝材料具有较强的抗硫酸盐‑镁盐复合侵蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及固废资源化利用技术领域，尤其涉及一种抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀的二元体碱激发胶凝材料。
背景技术
硅酸盐水泥作为最常用的建筑胶凝材料，其生产过程具有能耗高、CO2排放量大，对环境污染严重等特点，且硅酸盐材料的耐久性一般较差，易在复杂的服役环境中发生劣化，造成承载力降低甚至结构失效等问题，难以满足“减碳”指标。碱激发胶凝材料是以矿粉、粉煤灰等工业固废为原料，采用碱性激发剂来激发其活性，加速反应形成凝胶的绿色胶凝材料，在耐久性方面，碱激发胶凝材料普遍优于普通硅酸盐凝胶材料。因此，针对以工业固废为原料制备碱激发胶凝材料的研究，具有较高的环境效益、经济效益和社会效益。
目前研究普遍认为，硫酸盐是对混凝土危害最大的盐类。硫酸盐对混凝土的侵蚀作用主要分为物理破坏和化学侵蚀，物理破坏是硫酸盐在孔隙中结晶，产生较大的膨胀应力引起水泥基材料开裂；化学侵蚀是硫酸盐与水泥基材料的水化产物反应生成膨胀型产物，体积增大数倍，产生较大的结晶压力，引起硬化水泥石结构的开裂和破坏。除此之外，镁盐还可与水化硅酸钙(C-S-H)发生反应，造成C-S-H脱钙分解，破坏其胶凝性。因此，硫酸盐-镁盐复合侵蚀比单纯硫酸盐侵蚀对混凝土的危害性更大。所以开展胶凝材料抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀的研究日趋重要。鉴于此，本发明提供了一种抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀的二元体碱激发胶凝材料及其制备方法，以期为碱激发胶凝材料的应用研究提供支持。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀的二元体碱激发胶凝材料，具体技术方案为：
一种抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀的二元体碱激发胶凝材料，制备所述凝胶材料的原料包括复合辅助胶凝材料、复合激发剂和拌合水，且各原料的质量比为1:(0.2～0.4):(0.2～0.4)。
进一步地，所述复合辅助胶凝材料组分由矿渣粉、粉煤灰或偏高岭土中的任意两种混合而成，且二者的质量比为1:4～4:1。
进一步地，所述矿渣粉的主要成分范围为氧化钙含量35％～45％，氧化硅含量20％～30％，氧化铝含量10％～20％；
所述粉煤灰的主要成分范围为氧化钙含量3％～7％，氧化硅含量40％～50％，氧化铝含量30％～40％；
所述偏高岭土的主要成分范围为氧化硅含量40％～50％，氧化铝含量40％～50％。
进一步地，所述复合激发剂由硅酸钠和氢氧化钠复合而成，所述硅酸钠模数为2.0～3.0，浓度为45～55Be，所述氢氧化钠为片状固体。
进一步地，所述复合激发剂为使用氢氧化钠将硅酸钠模数调整至1.3～1.7得到。
一种抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀的二元体碱激发胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将片状氢氧化钠加入模数为2.0～3.0的硅酸钠中，移入超声波清洗机中超声搅拌至完全溶解，调整硅酸钠模数至1.3～1.7，陈化12～18h后得到复合激发剂；
(2)将复合激发剂加入拌合水中，充分搅拌分散；
(3)分别向搅拌锅中依次加入拌合水、复合激发剂和复合辅助胶凝材料，使用水泥净浆搅拌机，慢搅2min，停15s，快搅2min，即得抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀的二元体碱激发胶凝材料。
有益效果：
本发明所制备的二元体碱激发胶凝材料在经过30d和60d的5％硫酸镁溶液侵蚀以后，几乎无抗折强度损失甚至还有所增强；而在经过120d的5％硫酸镁溶液侵蚀以后，抗折强度损失也能控制在15％以下，二元体碱激发胶凝材料具有较强的抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀性能。
附图说明
图1为本发明实施例1试样浸泡120d的SEM图。
图2为本发明实施例2试样浸泡120d的SEM图。
图3为本发明实施例3试样浸泡120d的SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述：
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚，下面将结合本发明，对本发明实例中的技术方案进行完整的描述，但所描述的实例仅仅是本发明的一部分实例，而不是全部实例。基于本发明中的实例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实例，都属于本发明保护的范围。
为验证二元体碱激发胶凝材料抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀性能，按照配合比制备试样，取标准养护28d的试样进行硫酸盐-镁盐侵蚀试验，侵蚀溶液为质量分数为5％的硫酸镁溶液，分别测定浸泡侵蚀30d、60d和120d后试样的抗折强度，并根据公式(1)计算抗折耐蚀系数K：
式中：fM为在5％硫酸镁侵蚀溶液中养护试样的抗折强度；fw为在水中养护试样的抗折强度。
实施例1：
按照配合比m(复合辅助胶凝材料):m(复合激发剂):m(拌合水)＝1:0.3:0.3，分别称量各组分备用，其中复合辅助胶凝材料中矿渣粉和粉煤灰的质量之比为1:1。
依次向搅拌锅中依次加入拌合水、复合激发剂和复合辅助胶凝材料，使用水泥净浆搅拌机，慢搅2min，停15s，快搅2min，将浆体倒入40mm×40mm×160mm的模具中，放到振动台上振实至无气泡冒出，再放入标准养护箱中养护24h后拆模；将成型好的净浆试件继续标准养护至28d龄期后，分为两组分别置于水中和5％的硫酸镁侵蚀溶液中进行全浸泡抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀试验；容器顶部覆盖保鲜膜以保持液面高度恒定，并每星期更换一次硫酸镁溶液。浸泡过程中，每天一次使用硫酸(1+5)滴定硫酸盐侵蚀溶液至pH为7左右，以中和试件中析出的Ca(OH)2。侵蚀龄期到达30d、60d和120d后将试样取出，分别测定碱激发胶凝材料的抗折强度，并根据公式(1)计算试样的抗折耐蚀系数。
在水中养护30d、60d和120d后试样的抗折强度分别为6.5MPa、9.8MPa和10.0MPa，在5％的硫酸镁溶液中养护30d、60d和120d后试样的侵蚀抗折强度分别为6.8MPa、9.6MPa和8.6MPa，按照公式(1)计算得到试样30d、60d和120d的抗折耐蚀系数分别为1.05、0.98和0.86。
观察硫酸镁侵蚀120d后的试样外观，试样表面有晶状物质析出，观察不到明显的裂缝，棱角基本保持完整，未发现粉化现象。
取侵蚀120d试样的中心试块进行SEM测试，结果如图1所示。由图1可知，侵蚀龄期为120d时，试样中观察不到硫酸盐结晶，可以观察到大量凝胶状水化产物聚合在一起，没有观察到明显裂缝，微观结构致密，试样抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀性能较好。
实验例2：
按照配合比m(复合辅助胶凝材料):m(复合激发剂):m(拌合水)＝1:0.3:0.3分别称量各组分备用，其中复合辅助胶凝材料中矿渣粉和偏高岭土的质量之比为1:1。
试样制备、养护及侵蚀方法同实施例1。在水中养护30d、60d和120d后试样的抗折强度分别为10.9MPa、9.4MPa和14.1MPa，在5％的硫酸镁溶液中养护30d、60d和120d后试样的侵蚀抗折强度分别为13.4MPa、10.6MPa和12.6MPa，按照公式(1)计算得到试样30d、60d和120d的抗折耐蚀系数分别为1.23、1.13和0.89。
观察硫酸镁侵蚀120d后的试样外观，侵蚀120d后，试样的外观形貌没有出现明显变化，棱角保持完好，未发现明显的裂缝，试件表面有结晶状物质析出，几乎观察不到粉化现象出现。
取侵蚀120d试样的中心试块进行SEM测试，结果如图2所示。由图2可知，侵蚀龄期120d后，可以观察到大量凝胶聚合在一起，微观结构密实，几乎观察不到明显的裂缝，试样抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀性能较好。
实施例3：
按照配合比m(复合辅助胶凝材料):m(复合激发剂):m(拌合水)＝1:0.3:0.3分别称量各组分备用，其中复合辅助胶凝材料中粉煤灰和偏高岭土的质量之比为1:1。
试样制备、养护及侵蚀方法同实施例1。在水中养护30d、60d和120d后试样的抗折强度分别为8.5MPa、9.2MPa和12.8MPa，在5％的硫酸镁溶液中养护30d、60d和120d后试样的侵蚀抗折强度分别为9.3MPa、10.2MPa和11.7MPa，按照公式(1)计算得到试样30d、60d和120d的抗折耐蚀系数分别为1.09、1.11和0.91。
观察硫酸镁侵蚀120d后的试样外观，侵蚀120d后，试件几乎无粉化现象，且棱角保持较好，试件表面有结晶状物质析出，未发现明显裂缝。
取120d试样的中心试块进行SEM测试，结果如图3所示。由图3可知，侵蚀120d的试样上观察不到硫酸盐结晶，也几乎无明显的裂缝和孔洞出现，未发现硫酸盐和镁盐侵蚀开裂粉化的现象，试样抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀性能较好。
通过实施例1～3可知，所制备的二元体碱激发胶凝材料在经过30d和60d的5％硫酸镁溶液侵蚀以后，几乎无抗折强度损失甚至还有所增强；而在经过120d的5％硫酸镁溶液侵蚀以后，抗折强度损失也能控制在15％以下，表明本发明的二元体碱激发胶凝材料具有较强的抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀的二元体碱激发胶凝材料，其特征在于：制备所述凝胶材料的原料包括复合辅助胶凝材料、复合激发剂和拌合水，且各原料的质量比为1:(0.2～0.4):(0.2～0.4)。
2.根据权利要求1所述的一种抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀的二元体碱激发胶凝材料，其特征在于：所述复合辅助胶凝材料组分由矿渣粉、粉煤灰或偏高岭土中的任意两种混合而成，且二者的质量比为1:4～4:1。
3.根据权利要求2所述的一种抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀的二元体碱激发胶凝材料，其特征在于：所述矿渣粉的主要成分范围为氧化钙含量35％～45％，氧化硅含量20％～30％，氧化铝含量10％～20％；
所述粉煤灰的主要成分范围为氧化钙含量3％～7％，氧化硅含量40％～50％，氧化铝含量30％～40％；
所述偏高岭土的主要成分范围为氧化硅含量40％～50％，氧化铝含量40％～50％。
4.根据权利要求1所述的一种抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀的二元体碱激发胶凝材料，其特征在于：所述复合激发剂由硅酸钠和氢氧化钠复合而成，所述硅酸钠模数为2.0～3.0，浓度为45～55Be，所述氢氧化钠为片状固体。
5.根据权利要求4所述的一种抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀的二元体碱激发胶凝材料，其特征在于：所述复合激发剂为使用氢氧化钠将硅酸钠模数调整至1.3～1.7得到。
6.如权利要求1至5任一项所述的一种抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀的二元体碱激发胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将片状氢氧化钠加入模数为2.0～3.0的硅酸钠中，移入超声波清洗机中超声搅拌至完全溶解，调整硅酸钠模数至1.3～1.7，陈化12～18h后得到复合激发剂；
(2)将复合激发剂加入拌合水中，充分搅拌分散；
(3)分别向搅拌锅中依次加入拌合水、复合激发剂和复合辅助胶凝材料，使用水泥净浆搅拌机，慢搅2min，停15s，快搅2min，即得抗硫酸盐-镁盐复合侵蚀的二元体碱激发胶凝材料。
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| CN (1) | CN115806397A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1699252A (zh) * | 2005-04-30 | 2005-11-23 | 华南理工大学 | 碱激发碳酸盐/矿渣复合胶凝材料及其制备方法 |
| CN102875039A (zh) * | 2012-09-26 | 2013-01-16 | 西安建筑科技大学 | 用硫酸镁溶液提高氢氧化钠激发矿渣胶凝材料强度的方法 |
| CN102910882A (zh) * | 2012-11-08 | 2013-02-06 | 沈阳建筑大学 | 一种纤维增强碱激发胶凝材料及其制备方法 |
| WO2018028225A1 (zh) * | 2016-08-12 | 2018-02-15 | 卓达新材料科技集团威海股份有限公司 | 一种粉煤灰基地聚物灌浆料及其制备方法 |
| CN112979191A (zh) * | 2019-12-13 | 2021-06-18 | 湖北工业大学 | 一种碱激发胶凝材料及其制备方法 |
-
2022
- 2022-12-22 CN CN202211667072.2A patent/CN115806397A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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