混凝土抗硫酸盐类侵蚀的外加剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种混凝土抗硫酸盐类侵蚀的外加剂及其制备方法。


背景技术：

2.混凝土是土木工程中应用最为广泛的建筑材料，混凝土建筑物的服役寿命已成为近年来人们关注的重点。硫酸盐类侵蚀破坏被认为是引起混凝土材料失效破坏的主要因素之一，当环境中的硫酸根离子达到一定浓度，混凝土结构又不采取任何保护措施时，外界的硫酸根离子便很容易侵入到混凝土内部，发生反应并引起膨胀，最终导致混凝土结构的破坏。
3.为了抑制混凝土的硫酸盐类侵蚀，现有的做法多是采用外涂防腐剂或增加保护层的厚度，但外涂型的防腐剂无法对灌注桩、连续墙等地下结构进行防腐，而增加保护层厚度会增加混凝土结构的自重，相应的在混凝土结构中增加配筋以及对基础工程的要求导致总造价变高。目前市场上出现了一些内掺到混凝土中的内掺型防腐剂，但现有的内掺型防腐剂与混凝土中的氢氧化钙反应生成的凝胶体中多含有结合水，易发生收缩，在经过一段时间后会导致混凝土的防腐功能失效。


技术实现要素：

4.为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种混凝土抗硫酸盐类侵蚀的外加剂及其制备方法，提高了混凝土的长效防腐性能，使得混凝土具有更长久的抗硫酸盐类侵蚀性能。
5.为了达到以上目的，本发明采用的技术方案之一是：一种混凝土抗硫酸盐类侵蚀的外加剂，按重量份计，外加剂包括20-23份的矿粉、10-17份的硅酸钠、40-54份的钾明矾、20-27份的硅灰、10-17份的氢氧化钙、2-4份的聚合硫酸铁、8-15份的络合剂。
6.本发明的有益效果在于：
7.1、通过矿粉、硅灰作为地聚合物，当硅酸钠遇水溶解后能作为激发地聚合物活性的激发剂，使得地聚合物能生成高强度、不收缩的矿物聚合材料块体；同时，通过钾明矾提高混凝土的膨胀率，以补偿混凝土的收缩，通过聚合硫酸铁的保水功能可以减少混凝土因干缩导致的裂缝，因此，在钾明矾、聚合硫酸铁的共同作用下，能有效减少混凝土前期及后期的裂缝，进而配合矿物聚合材料块体提升混凝土抗硫酸盐类侵蚀的性能；
8.2、在地聚合物激发的基础上，再辅以硅酸钠与氢氧化钙反应生成水化硅酸钙，以对混凝土中的微小空隙进行填充，使混凝土的密实性进一步提升，进而提升混凝土抗硫酸盐类侵蚀的性能；
9.3、以硅酸钠作为沉淀剂，通过络合剂在水环境中将氢氧化钙中的钙离子络合成游离态的络离子，络离子在水环境中依靠浓度差进行迁移，与沉淀剂硅酸钠或混凝土中未水化的硅酸根离子发生反应生成水化硅酸钙堵塞混凝土产生的裂缝，失去钙离子后的络合剂
继续络合型的钙离子，周而复始，在这个过程中，由于混凝土中有大量的氢氧化钙及未水化的硅酸根离子，而络合剂也不会被消耗，该过程可以被视为是半永久性的，因此，能有效提高混凝土的自愈能力；
10.4、由于混凝土在水化过程中才会生成氢氧化钙，因此，在外加剂中直接添加氢氧化钙，能使络合剂在一开始与混凝土进行搅拌时就可以络合钙离子，为沉淀剂与钙离子反应做准备，而且在混凝土中掺氢氧化钙能增加混凝土抗钢筋锈蚀能力。
11.进一步来说，按重量份计，络合剂包括5-9份的甘氨酸、2-4份的柠檬酸盐、1-2份的乙二胺四乙酸四钠。乙二胺四乙酸四钠的络合效果最好，是作为主要的络合剂；柠檬酸盐在作为络合剂的同时还可以增加混凝土塑性，降低混凝土开裂风险；甘氨酸在作为络合剂的同时能降低氯离子活性，进一步增强混凝土抗氯盐的能力。
12.进一步来说，按重量份计，外加剂包括23份的矿粉、17份的硅酸钠、40份的钾明矾、27份的硅灰、10份的氢氧化钙、2份的聚合硫酸铁、9份的甘氨酸、4份的柠檬酸盐、2份的乙二胺四乙酸四钠。
13.进一步来说，柠檬酸盐为柠檬酸钠或柠檬酸钙。
14.进一步来说，矿粉为750-800目的s95级矿粉。
15.进一步来说，硅酸钠的模数为2.0-3.5。
16.进一步来说，硅灰的目数为350-400目。
17.本发明采用的技术方案之二是：一种混凝土抗硫酸盐类侵蚀的外加剂制备方法，包括如下步骤：按重量份分别称取各原料，并对各原料分别进行干燥过筛处理；并对各原料分别进行干燥过筛处理；将各原料依次加入到搅拌机中进行搅拌直至均匀；将搅拌均匀后的混合物进行过筛处理，即得外加剂成品；其中，各原料分别为矿粉、硅酸钠、钾明矾、硅灰、甘氨酸、氢氧化钙、柠檬酸钠、乙二胺四乙酸四钠、聚合硫酸铁。该制备方法制备简单，实用性高。
18.进一步来说，各原料按矿粉、硅酸钠、钾明矾、硅灰、甘氨酸、氢氧化钙、柠檬酸钠、乙二胺四乙酸四钠、聚合硫酸铁的顺序依次加入到搅拌机中。
具体实施方式
19.下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
20.实施例
21.本发明的一种混凝土抗硫酸盐类侵蚀的外加剂，按重量份计，外加剂包括20-23份的矿粉、10-17份的硅酸钠、40-54份的钾明矾、20-27份的硅灰、10-17份的氢氧化钙、2-4份的聚合硫酸铁、8-15份的络合剂。其中，络合剂包括5-9份的甘氨酸、2-4份的柠檬酸盐、1-2份的乙二胺四乙酸四钠(edta-4na)。柠檬酸盐为柠檬酸钠或柠檬酸钙。
22.在一实施例中，矿粉采用750-800目的s95级矿粉，硅酸钠采用模数为2.0-3.5的硅酸钠，硅灰采用350-400目的98硅灰。
23.在一实施例中，本发明还提供了一种混凝土抗硫酸盐类侵蚀的外加剂制备方法，包括如下步骤：按重量份分别称取各原料，并对各原料分别进行干燥过筛处理；并对各原料分别进行干燥过筛处理；将各原料按矿粉、硅酸钠、钾明矾、硅灰、甘氨酸、氢氧化钙、柠檬酸
钠、乙二胺四乙酸四钠、聚合硫酸铁的顺序依次加入到搅拌机中进行搅拌直至均匀；将搅拌均匀后的混合物进行过筛处理，即得外加剂成品。
24.本发明通过矿粉、硅灰作为地聚合物，当硅酸钠遇水溶解后能作为激发地聚合物活性的激发剂，使得地聚合物能生成高强度、不收缩的矿物聚合材料块体；同时，通过钾明矾提高混凝土的膨胀率，以补偿混凝土的收缩，通过聚合硫酸铁的保水功能可以减少混凝土因干缩导致的裂缝，因此，在钾明矾、聚合硫酸铁的共同作用下，能有效减少混凝土前期及后期的裂缝，进而配合矿物聚合材料块体提升混凝土抗硫酸盐类侵蚀的性能。
25.在地聚合物激发的基础上，再辅以硅酸钠与氢氧化钙反应生成水化硅酸钙，以对混凝土中的微小空隙进行填充，使混凝土的密实性进一步提升，进而提升混凝土抗硫酸盐类侵蚀的性能。
26.本发明的外加剂还附带使混凝土自愈、提升抗氯离子侵蚀的性能，具体为，以硅酸钠作为沉淀剂，柠檬酸盐、甘氨酸及edta-4na作为络合剂，在水环境中，将氢氧化钙中的钙离子络合成游离态的络离子，络离子在水环境中依靠浓度差进行迁移，与沉淀剂硅酸钠或混凝土中未水化的硅酸根离子发生反应生成水化硅酸钙堵塞混凝土产生的裂缝，失去钙离子后的络合剂继续络合型的钙离子，周而复始，在这个过程中，由于混凝土中有大量的氢氧化钙及未水化的硅酸根离子，而络合剂也不会被消耗，该过程可以被视为是半永久性的，因此，能有效提高混凝土的自愈能力；而且柠檬酸盐还可以增加混凝土塑性，降低混凝土开裂风险；甘氨酸能降低氯离子活性，进一步增强混凝土抗氯盐的能力。
27.由于混凝土在水化过程中才会生成氢氧化钙，因此，在外加剂中直接添加氢氧化钙，能使络合剂在一开始与混凝土进行搅拌时就可以络合钙离子，为沉淀剂与钙离子反应做准备，而且在混凝土中掺氢氧化钙能增加混凝土抗钢筋锈蚀能力。
28.实施例1
29.称取矿粉20份、硅酸钠10份、钾明矾40份、硅灰20份、甘氨酸5份、氢氧化钙10份、柠檬酸钠2份、etda-4na 1份、聚合硫酸铁2份，其中，矿粉为800目的s90级矿粉，硅灰为400目的98硅灰，硅酸钠的模数为3.0。
30.制备方法：将上述原料分别进行干燥过筛处理，然后按矿粉、硅酸钠、钾明矾、硅灰、甘氨酸、氢氧化钙、柠檬酸钠、etda-4na、聚合硫酸铁的顺序依次加入到粉状物料搅拌机中进行搅拌直至均匀；然后将搅拌均匀后的混合物进行过筛处理以制得外加剂。
31.实施例2
32.称取矿粉23份、硅酸钠17份、钾明矾40份、硅灰27份、甘氨酸9份、氢氧化钙10份、柠檬酸钠4份、etda-4na 2份、聚合硫酸铁2份，其中，矿粉为800目的s90级矿粉，硅灰为400目的98硅灰，硅酸钠的模数为3.0。并按实施例一的制备方法制得外加剂。
33.实施例3
34.称取矿粉20份、硅酸钠10份、钾明矾54份、硅灰20份、甘氨酸5份、氢氧化钙17份、柠檬酸钠2份、etda-4na 1份、聚合硫酸铁4份，其中，矿粉为800目的s90级矿粉，硅灰为400目的98硅灰，硅酸钠的模数为3.0。并按实施例一的制备方法制得外加剂。
35.实施例4
36.称取矿粉23份、硅酸钠17份、钾明矾54份、硅灰27份、甘氨酸9份、氢氧化钙17份、柠檬酸钠4份、etda-4na 2份、聚合硫酸铁4份，其中，矿粉为800目的s90级矿粉，硅灰为400目
的98硅灰，硅酸钠的模数为3.0。并按实施例一的制备方法制得外加剂。
37.实施例5
38.称取矿粉21份、硅酸钠14份、钾明矾48份、硅灰24份、甘氨酸7份、氢氧化钙13份、柠檬酸钠3份、etda-4na 1.5份、聚合硫酸铁3份，其中，矿粉为800目的s90级矿粉，硅灰为400目的98硅灰，硅酸钠的模数为3.0。并按实施例一的制备方法制得外加剂。
39.根据《混凝土抗硫酸类侵蚀防腐剂》(jc/t 1011-2006)中的测试方法对实施例1-5中制得的外加剂进行测试，测试结果如表1所示。
40.表1 防腐性能检测结果
[0041][0042]
通过表1可以看出，实施例1-5制得的外加剂的各项性能均远超混凝土抗硫酸盐类防腐剂技术指标要求，其中，实施例2制得的外加剂抗渗性最佳。因此，本发明的外加剂具有显著提高混凝土抗硫酸盐类侵蚀的性能。
[0043]
根据《水泥基渗透结晶型防水材料》(gb18445-2012)中的二次抗渗性能试验来测试实施例1-5制得的外加剂对混凝土自愈性能的影响，测试结果如表2所示。
[0044]
表2 二次抗渗试验结果
[0045][0046]
通过表2可以看出，当在基准组中掺入实施例1-5制得的外加剂后，混凝土的二次抗渗能力能得到有效提高，其中，实施例2、实施例4制得的外加剂的二次抗渗能力最佳。因此，本发明的外加剂能显著提高混凝土的自愈性能。
[0047]
根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(gbt50082-2009)中的电通量试验来测试实施例1-5制得的外加剂对混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响，测试结果如表3所示。
[0048]
表3 电通量试验结果
[0049][0050]
通过表3可以看出，当在基准组中掺入实施例1-5制得的外加剂后，混凝土的电通量显著下降，其中，实施例2的电通量下降最明显。因此，本发明的外加剂能显著提高混凝土的抗氯离子性能。
[0051]
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。