一种抗强酸腐蚀的水泥砂浆及其制备方法与流程

1.本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种抗强酸腐蚀的水泥砂浆及其制备方法。


背景技术：

2.随着我国现代工业化发展的不断进步，全国各地的环境问题日益突出，特别是在沿海地区，由于海水中存在着丰富的如硫酸根和氯离子等酸性腐蚀性离子，严重威胁着沿海混凝土建筑物的耐久性能。另一方面，一些化学工厂排放的工业废气中往往包含常见的so2、so3、no2和no3等酸性气体也会导致混凝土材料及结构耐久性下降。一般来说，混凝土在酸性环境中会同时发生物理和化学反应，物理化学两种作用相互促进和叠加，混凝土结构膨胀开裂、破坏加剧，承载力下降，导致其使用寿命也随之大大减短。
3.目前，在水利、海事、工程隧道及地下工程中，混凝土建筑物会长期浸泡在酸性环境中，因而带来的酸腐蚀会导致混凝土表面污损疏松、砂浆脱落和骨料外露，甚至于表面会出现裂痕，使建筑设施的服役寿命大大缩短，这不仅影响建筑物的整体功能，还会带来巨大的经济损失，此外，如果酸溶液含量过高时，也会使得混凝土的力学性能出现下降。
4.因此，为了最大限度地保证混凝土的使用寿命和经济效益，亟需研发出新型的抗酸腐蚀混凝土材料。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提出了一种抗强酸腐蚀的水泥砂浆及其制备方法，以解决现有水泥砂浆因酸性物质侵蚀带来的性能下降的技术问题。
6.第一方面，本发明提供了一种抗强酸腐蚀的水泥砂浆，包括以下重量份原料：160～240份的水泥、60～140份的水、450～750份的砂、24～48份的粉煤灰、2.4～4.8份的钠水玻璃、0.4～1.6份的碳纳米管、2.0～4.0份的聚丙烯纤维、1.2～2.0份的聚羧酸减水剂、1.2～3.6份的分散剂。
7.在以上技术方案的基础上，优选的，所述的抗强酸腐蚀的水泥砂浆，所述水泥为强度等级为42.5的硅酸盐水泥。
8.在以上技术方案的基础上，优选的，所述的抗强酸腐蚀的水泥砂浆，所述砂为细骨料河砂，所述砂的细度模量为2.8～3.0。
9.在以上技术方案的基础上，优选的，所述的抗强酸腐蚀的水泥砂浆，所述钠水玻璃的模数为1.5～1.8，所述钠水玻璃的密度为1.16～1.24g/ml。
10.在以上技术方案的基础上，优选的，所述的抗强酸腐蚀的水泥砂浆，所述碳纳米管的直径为5～15nm、比表面积为200～240m2/g。
11.在以上技术方案的基础上，优选的，所述的抗强酸腐蚀的水泥砂浆，所述聚丙烯纤维的直径为28～32μm。
12.在以上技术方案的基础上，优选的，所述的抗强酸腐蚀的水泥砂浆，所述粉煤灰为ii级粉煤灰，所述粉煤灰的比表面积为150～280m2/kg。
13.在以上技术方案的基础上，优选的，所述的抗强酸腐蚀的水泥砂浆，所述分散剂包括十二烷基苯磺酸钠和/或聚乙烯醇。
14.在以上技术方案的基础上，优选的，所述的抗强酸腐蚀的水泥砂浆，包括以下重量份原料：200份的水泥、100份的水、600份的砂、36份的粉煤灰、3.6份的钠水玻璃、1份的碳纳米管、3份的聚丙烯纤维、1.6份的聚羧酸减水剂、2.4份的分散剂。
15.第二方面，本发明还提供了一种所述的抗强酸腐蚀的水泥砂浆的制备方法，包括以下步骤：
16.将碳纳米管和分散剂溶于部分水中，搅拌后得到碳纳米管分散液；
17.将水泥、砂、粉煤灰、钠水玻璃先加入到搅拌机搅拌均匀，再加入碳纳米管分散液以及另一部分水，继续搅拌，最后加入聚羧酸减水剂和聚丙烯纤维搅拌均匀后得到拌合物；
18.拌合物经经成模、养护后即得抗强酸腐蚀的水泥砂浆。
19.本发明的一种抗强酸腐蚀的水泥砂浆相对于现有技术具有以下有益效果：
20.(1)本发明的抗强酸腐蚀的水泥砂浆，包括粉煤灰、钠水玻璃，添加粉煤灰、钠水玻璃后水泥砂浆在固化后内部会形成致密的二氧化硅结构，这样减少了水泥砂浆与酸性物质反应和减缓酸性物质侵蚀的进程，从而起到混凝土保护的作用；同时钠水玻璃的成分硅酸钠本身具有良好的抗酸腐蚀性能，如此进一步提高了水泥砂浆的耐酸腐蚀性能；本技术的抗强酸腐蚀的水泥砂浆，还包括碳纳米管，碳纳米管作为一种纳米尺寸的增强纤维材料，其极细的颗粒尺寸可以有效的填充和改善混凝土材料的孔隙结构，此外，碳纳米管本身的优异力学性能，可以使得混凝土材料的内部微观结构致密化，从而降低混凝土材料的抗有害性物质的渗透性，进而提高其耐久性能；此外，碳纳米管还可以在混凝土内部的裂缝薄弱区域起到桥接作用，阻止其进一步的开裂，从而使得结构致密化，进而提高混凝土结构的抗酸侵蚀性能；本技术的水泥砂浆，还包括聚丙烯纤维，其能有效阻止水泥砂浆的离析现象，提高浇注体的整体均匀性；显著减少裂缝的数量、长度和宽度，降低生成贯通裂缝的可能性，起到了阻断混凝土内毛细裂缝的作用，使混凝土的抗渗性能得到明显改善，进而提高其耐久性能。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
22.本技术实施例提供了一种抗强酸腐蚀的水泥砂浆，包括以下重量份原料：160～240份的水泥、60～140份的水、450～750份的砂、24～48份的粉煤灰、2.4～4.8份的钠水玻璃、0.4～1.6份的碳纳米管、2.0～4.0份的聚丙烯纤维、1.2～2.0份的聚羧酸减水剂、1.2～3.6份的分散剂。
23.需要说明的是，本技术的抗强酸腐蚀的水泥砂浆，包括粉煤灰、钠水玻璃，添加粉煤灰、钠水玻璃后水泥砂浆在固化后内部会形成致密的二氧化硅结构，这样减少了水泥砂浆与酸性物质反应和减缓酸性物质侵蚀的进程，从而起到混凝土保护的作用；同时钠水玻璃的成分硅酸钠本身具有良好的抗酸腐蚀性能，如此进一步提高了水泥砂浆的耐酸腐蚀性
能；本技术的抗强酸腐蚀的水泥砂浆，还包括碳纳米管，碳纳米管作为一种纳米尺寸的增强纤维材料，其极细的颗粒尺寸可以有效的填充和改善混凝土材料的孔隙结构，此外，碳纳米管本身的优异力学性能，可以使得混凝土材料的内部微观结构致密化，从而降低混凝土材料的抗有害性物质的渗透性，进而提高其耐久性能；此外，碳纳米管还可以在混凝土内部的裂缝薄弱区域起到桥接作用，阻止其进一步的开裂，从而使得结构致密化，进而提高混凝土结构的抗酸侵蚀性能；本技术的水泥砂浆，还包括聚丙烯纤维，其能有效阻止水泥砂浆的离析现象，提高浇注体的整体均匀性；显著减少裂缝的数量、长度和宽度，降低生成贯通裂缝的可能性，起到了阻断混凝土内毛细裂缝的作用，使混凝土的抗渗性能得到明显改善，进而提高其耐久性能。
24.在一些实施例中，水泥为强度等级为42.5及以上的普通硅酸盐水泥；具体的强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥指的是：按gb175
‑
2007标准，42.5的普通硅酸盐水泥试验时40*40*160mm试体28天强度要求达到42.5mpa以上。
25.在一些实施例中，砂为细骨料河砂，砂的细度模量为2.8～3.0，砂中二氧化硅质量含量＞96％。
26.在一些实施例中，钠水玻璃的模数为1.5～1.8，钠水玻璃的密度为1.16～1.24g/ml。
27.钠水玻璃是硅酸钠的水溶液，建筑上常用的水玻璃，其化学式为na2o
·
nsio2。在本技术实施例中，研究发现当钠水玻璃的模数为1.8时，钠水玻璃的水溶解度较低，粘性变强，因而无法较好的溶于水泥基材料中；而1.5～1.8的范围内刚好可以保证较好的溶解度，本专利中所采用的是模数较低的液体na2o
·
nsio2，价格低廉，使用工艺简单，而避免使用固体粉末。
28.在本技术实施例中，聚丙烯纤维主要是用来和较少用量的碳纳米管复合作用，抵抗水泥砂浆因为强酸腐蚀带来的开裂，聚丙烯纤维通过自身的优异性能加上价格优势，可以弥补因为碳纳米管添加量较少而造成局部薄弱区域的出现以及裂缝的传播，进而提高水泥砂浆抗强酸腐蚀性能。
29.在一些实施例中，碳纳米管的直径为5～15nm、比表面积为200～240m2/g。
30.在一些实施例中，聚丙烯纤维的直径为28～32μm。实际中，聚丙烯纤维为一种工业级混凝土聚丙烯纤维，其密度为0.88～0.96g/cm3。
31.在一些实施例中，粉煤灰为ii级粉煤灰，粉煤灰的比表面积为150～280m2/kg。本技术实施例中，粉煤灰为ii级粉煤灰是依据gbj146
‑
90标准进行划分，其中，ii级粉煤灰的质量指标为：细度(45μm方孔筛的筛余量％)≤20，烧失量％≤8，需水量比％≤105，so3含量％≤3。
32.在一些实施例中，分散剂为亲水性表面活性剂，具体的分散剂包括十二烷基苯磺酸钠和/或聚乙烯醇。
33.在一些实施例中，抗强酸腐蚀的水泥砂浆，包括以下重量份原料：200份的水泥、100份的水、600份的砂、36份的粉煤灰、3.6份的钠水玻璃、1份的碳纳米管、3份的聚丙烯纤维、1.6份的聚羧酸减水剂、2.4份的分散剂。
34.基于同一发明构思，本发明还提供了上述抗强酸腐蚀的水泥砂浆的制备方法，包括以下步骤：
35.s1、将碳纳米管和分散剂溶于部分水中，搅拌后得到碳纳米管分散液；
36.s2、将水泥、砂、粉煤灰、钠水玻璃先加入到搅拌机搅拌均匀，再加入碳纳米管分散液以及另一部分水，继续搅拌，最后加入聚羧酸减水剂和聚丙烯纤维搅拌均匀后得到拌合物；
37.s3、拌合物经经成模、养护后即得抗强酸腐蚀的水泥砂浆。
38.在一些实施例中，步骤s1具体为：将碳纳米管和分散剂溶于部分水中，在200～300r/min的速率下磁力搅拌10～20min，然后再于450～550w功率下超声25～35min，得到碳纳米管分散液；本技术的水泥砂浆的制备方法，通过磁力搅拌和超声分散，辅以一定量的分散剂，实现了碳纳米管在水和水泥砂浆中的稳定均匀分散，使得碳纳米管可以长期的分布并填充在混凝土内部薄弱区域，混凝土的微观结构得到密实化的同时，也确保了实际工程中施工的稳定和安全性。
39.以下进一步以具体实施例说明本技术的抗强酸腐蚀的水泥砂浆的制备方法。
40.实施例1
41.本技术实施例提供了一种抗强酸腐蚀的水泥砂浆的制备方法，包括以下步骤：
42.s1、按重量份计，将1份的碳纳米管加入至30份的水中在250r/min的速率下磁力搅拌15min，然后再加入2.4份的十二烷基苯磺酸钠，然后再于500w功率下超声30min，得到碳纳米管分散液；其中，碳纳米管的直径为5～15nm、比表面积为200～240m2/g；
43.s2、按重量份计，将200份水泥、600份砂、36份粉煤灰、3.6份的钠水玻璃加入至搅拌机以150r/min搅拌30s，再加入碳纳米管分散液以及70份的水，继续搅拌90s，静置30s，再加入1.6份聚羧酸减水剂和3份的聚丙烯纤维，以300r/min搅拌3min，得到拌合物；其中，水泥为强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；砂为细骨料河砂，砂的细度模量为2.9，砂中二氧化硅质量含量＞96％；粉煤灰为ii级粉煤灰；钠水玻璃的模数为1.6，钠水玻璃的密度为1.2g/ml；聚丙烯纤维的直径为28～32μm；
44.s3、将拌合物输送至模具中，灌满后抹平并用保鲜膜覆盖，养护后拆模，即得抗强酸腐蚀的水泥砂浆。
45.实施例2
46.本实施例提供的抗强酸腐蚀的水泥砂浆的制备方法，同实施例1，不同在于，s1中使用的重量份为0.5份的碳纳米管。
47.实施例3
48.本实施例提供的抗强酸腐蚀的水泥砂浆的制备方法，同实施例1，不同在于，s1中使用的重量份为2份的碳纳米管。
49.对比例1
50.本对比例提供的抗强酸腐蚀的水泥砂浆的制备方法，同实施例1，不同在于，s2不加入钠水玻璃。
51.对比例2
52.本对比例提供的抗强酸腐蚀的水泥砂浆的制备方法，同实施例1，不同在于，s1不加入碳纳米管。
53.对比例3
54.本对比例提供的抗强酸腐蚀的水泥砂浆的制备方法，同实施例1，不同在于，s2不
加入聚丙烯纤维。
55.对比例4
56.本对比例提供的水泥砂浆的制备方法，同实施例1，不同在于，制备过程中不加入碳纳米管和钠水玻璃。
57.将上述实施例1～3以及对比例1～4制备得到的抗强酸腐蚀的水泥砂浆，按照gb/t50081
‑
2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》标准、gb/t50082
‑
2009《普通混凝土长期性能和耐久试验方法》标准以及gb/t18736《高强高性能混凝土用矿物外加剂》标准检测其在ph为2、4、6经过14、28或56天后的抗压强度，结果如表1所示。具体的，按照gb/t50081
‑
2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》标准测试抗压强度；按照gb/t50082
‑
2009《普通混凝土长期性能和耐久试验方法》标准确定强酸环境监测。
58.表1
‑
不同实施例制备得到的抗强酸腐蚀的水泥砂浆的性能
[0059][0060]
从上表1中可知，本技术的实施例1～3中制备的得到的抗强酸腐蚀的水泥砂浆，在不同ph值酸溶液下各个浸泡龄期的抗压强度与对比例1～4相比均有显著性提高；其中，实施例1～3中制备得到的水泥砂浆相比对比例1～3中制备得到的水泥砂浆可知，其在不同ph值酸的浸泡下，各个龄期的抗压强度测定值均得到了明显提升和优化，当水泥砂浆中加入适量的碳纳米管分散液时，再辅以适当比例的钠水玻璃和聚丙烯纤维，可以有效的提高水泥基复合材料的抗酸侵蚀性能及其稳定性。而对比例4中制备得到的水泥砂浆，其抗酸腐蚀性能明显出现了大幅度的下降，由此可进一步说明本技术的水泥砂浆中加入碳纳米管、钠水玻璃和聚丙烯纤维可大大提高水泥砂浆的抗酸腐蚀性能。
[0061]
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，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。