一种基于活性砂岩骨料的碱活性抑制材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于活性砂岩骨料的碱活性抑制材料及其制备方法。本发明专利技术采用具有潜在碱活性的砂岩骨料，经立磨机和球磨机二次粉磨制成比表面积为(645～950)m

Alkali activity inhibiting material based on active sandstone aggregate and preparation method thereof

The present invention provides a base activity inhibiting material based on active sandstone aggregate and a preparation method thereof. The invention adopts a sandstone aggregate with potential alkali activity, which is made by two times grinding of a vertical mill and a ball mill, and the specific surface area is (645~950) M

【技术实现步骤摘要】
一种基于活性砂岩骨料的碱活性抑制材料及其制备方法
本专利技术涉及建筑、交通、能源、铁路等混凝土工程领域，具体是一种基于活性砂岩骨料的碱活性抑制材料及其制备方法。
技术介绍
混凝土碱-骨料反应(Alkali-AggregateReaction)是指混凝土中的碱与具有碱活性的骨料发生化学反应，引起混凝土的体积膨胀和开裂，降低混凝土耐久性，缩短混凝土结构的服役寿命。碱-骨料反应是一个较缓慢的过程，有时需要几年甚至几十年时间才会出现裂纹，特别是对于一些慢性膨胀型的活性骨料，这一时间会更长。由于水利水电工程的设计使用寿命多达百年，且水工混凝土所处的潮湿环境为碱-骨料反应提供了充分的时间和环境条件，因此，水工混凝土比普通混凝土具有更大的碱-骨料反应风险。碱-骨料反应一旦发生就难以阻止，且无法进行后期修补，被称为混凝土的“癌症”。因此，提前采取适当措施预防混凝土发生碱-骨料反应破坏，确保混凝土工程安全运行，是工程建设中的一项十分迫切的任务，对保障我国基础设施安全起着重要的作用。目前防止碱-骨料反应发生的措施主要包括：使用非活性骨料、控制混凝土总碱量、控制湿度和采取抑制措施等。使用非活性骨料对防止碱-骨料反应而言是最安全可靠的措施，但由于活性骨料特别是硅质活性骨料分布广泛，且骨料资源亦非“取之不尽”的可再生资源，随着资源的不断消耗和受工程造价等因素影响，骨料的可选择余地受到制约，当不得不使用活性骨料时，采取各种碱活性抑制措施就成为保障混凝土工程结构安全与长期耐久的必要技术途径。掺入抑制材料是工程界普遍采取的有效碱活性抑制措施之一。目前骨料碱活性抑制材料大都采取了矿物掺和料与外加剂复掺或多元外加剂复配的技术路线。公开号为CN102557509A的中国专利技术专利公开了一种板岩碱活性抑制外加剂的配制方法，由混合材料，硅粉，纳米SiO2，三乙醇胺，高效塑化剂和引气剂等材料配制而成。公开号为CN1939865A的中国专利技术专利公开了一种抑制碱骨料反应的混凝土外加剂及制备工艺，天然沸石粉经过一系列物理化学处理得到的改型沸石，其中Si-O四面体与Al-O四面体对应以SiO2、Al2O3的分子式存在，SiO2和Al2O3摩尔比为2∶1。公开号为CN102584085A的中国专利技术专利公开了一种抑制混凝土碱骨料反应的专用外加剂，以活性细粉料为载体，采用了引气(木质素磺酸盐)、抗水(硬脂酸盐)、减水(木质素)、早强(硝酸盐)等多元复合技术。公开号为CN103073223A的中国专利技术专利公开了一种用于抑制变质岩骨料碱活性的混凝土外加剂及其制备方法与应用，该外加剂由矿物掺合料、锂化合物、硅烷和引气剂按一定比例配制而成。矿物掺和料与外加剂复掺技术通常都是基于粉煤灰、矿渣粉、纳米SiO2、沸石粉、天然火山灰质材料等矿物掺和料优选改性得到，前提条件是要求优质矿物掺和料易获取、供应充足且品质稳定。鉴于水利水电工程建设正向江源地区推进，工程附近骨料岩性复杂、不同程度地含有部分碱活性成分，骨料的可选择余地受到制约而优质矿物掺和料十分紧缺，从外地购置粉煤灰、矿渣粉等传统抑制材料时，存在运距远、经济成本高等问题。若能依据就地取材原则充分利用当地活性骨料，通过各种物理化学作用制成骨料碱活性抑制材料，不仅可以实现废弃骨料的资源化，还能保证水利水电工程的长期安全耐久，技术、经济、社会效益十分显著。多元外加剂复配技术应用时具有不改变混凝土施工条件、操作简单、掺量少等优点，受到工程界的青睐；但多元复合技术抑制骨料碱活性的长期作用效果有待检验，且由于引入了多种有机材料可能产生与其他原材料适应性不良的问题。目前有关利用活性骨料制备碱活性抑制材料的相关研究尚未见诸报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于活性砂岩骨料的碱活性抑制材料及其制备方法，其可就地取材充分利用当地活性骨料，有效抑制抑制碱骨料反应，碱活性抑制效果显著，而且加工性能好、工艺简单，还可改善混凝土工作性，环保无污染。本专利技术采用如下技术方案实现：一种基于活性砂岩骨料的碱活性抑制材料，由砂岩粉与中热水泥、纳米SiO2按如下质量百分比混合而成：砂岩粉10％～20％，纳米SiO23％～5％，中热水泥75％～87％，其中砂岩粉由具有潜在碱活性的砂岩骨料经立磨机和球磨机二次粉磨制成，砂岩粉的比表面积为(645～950)m2/kg。进一步的，所述砂岩骨料的28d砂浆棒膨胀率为0.36％～0.46％，砂岩骨料由粉砂岩和基质组成，其中粉砂岩矿物相以石英、长石和黑云母为主，其中石英所占质量百分比为25％～35％、长石所占质量百分比为5％～10％、黑云母所占质量百分比为3％～5％，基质由黑色有机质、隐晶质和绢云母小条组成，粉砂岩与基质质量比例为75：25；所述砂岩粉经立磨机与球磨机二次粉磨后，其比表面积达到(645～950)m2/kg；所述中热水泥为满足GB200-2003的中热硅酸盐水泥，其碱含量低于0.6％；所述纳米SiO2为满足GB/T21236-2007的SF85等级硅粉；一种基于活性砂岩的骨料碱活性抑制材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将具有潜在碱活性的砂岩骨料经立磨机粉磨加工，控制磨机投料量16t/h～22t/h、分离器转速40Hz、磨辊压力6.7MPa～7.1MPa、入磨温度154℃～190℃、出磨温度70℃～76℃，获得45μm筛余不超过6％的砂岩细粉；(2)按照步骤(1)制得的砂岩细粉投放至锥形球磨机进行二次粉磨，控制球料质量比5：1、球磨转速为200r/min～300r/min、粉磨时间50min～90min，制得比表面积为(645～950)m2/kg砂岩粉；(3)将砂岩粉与中热水泥、纳米SiO2按如下质量比混合、拌匀后使用：中热水泥75％～87％，砂岩粉10％～20％，纳米SiO23％～5％。进一步的，所述步骤(1)中，砂岩骨料是经DL/T5151-2014中砂浆棒快速法检验，其28d砂浆棒膨胀率为0.36％～0.46％的活性骨料，砂岩骨料由粉砂岩和基质组成，其中石英所占质量百分比为25％～35％、长石所占质量百分比为5％～10％、黑云母所占质量百分比为3％～5％，基质由黑色有机质、隐晶质和绢云母小条组成，粉砂岩与基质质量比例为75：25；所述步骤(3)中的中热水泥为满足GB200-2003的中热硅酸盐水泥水泥，其碱含量低于0.6％；纳米SiO2为满足GB/T21236-2007的SF85等级硅粉。本专利技术提供的基于活性砂岩骨料的碱活性抑制材料对碱骨料反应的抑制作用机理为：砂岩粉中的矿物相黑云母和基质中的部分黏土类矿物(见图1)对液相中的阳离子有一定吸附作用，能起到碱和钙的耗散；砂岩粉中还含有少量的微晶～隐晶石英和无定形石英与液相中的碱反应，降低早期孔隙溶液中的碱浓度，缓和早期碱骨料反应岩粉；砂岩粉与纳米SiO2复合使用时，能显著降低孔隙溶液中碱的浓度并快速吸附大量的碱金属离子，且微细砂岩粉和纳米SiO2颗粒均匀分散于胶凝体系形成大量活化点，消耗液相中的OH-离子，将能量分散而不是集中在局部，从而可抑制碱骨料反应。本专利技术具备以下有益效果：(1)碱活性抑制效果显著本专利技术提供的碱活性抑制材料对高活性骨料的膨胀抑制率可达75％～88％，结合砂浆棒快速法和混凝土棱柱体法试验结果(表1和表2)看，该抑制材料对骨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于活性砂岩骨料的碱活性抑制材料，其特征在于：由砂岩粉与中热水泥、纳米SiO

【技术特征摘要】
1.一种基于活性砂岩骨料的碱活性抑制材料，其特征在于：由砂岩粉与中热水泥、纳米SiO2按如下质量百分比混合而成：砂岩粉10％～20％，纳米SiO23％～5％，中热水泥75％～87％，其中砂岩粉由具有潜在碱活性的砂岩骨料经立磨机和球磨机二次粉磨制成。2.如权利要求1所述的基于砂岩骨料的碱活性抑制材料，其特征在于：所述砂岩骨料的28d砂浆棒膨胀率为0.36％～0.46％，砂岩骨料由粉砂岩和基质组成，其中粉砂岩矿物相以石英、长石和黑云母为主，其中石英所占质量百分比为25％～35％、长石所占质量百分比为5％～10％、黑云母所占质量百分比为3％～5％，基质由黑色有机质、隐晶质和绢云母小条组成，粉砂岩与基质质量比例为75：25；所述砂岩粉经立磨机与球磨机二次粉磨后，其比表面积达到(645～950)m2/kg；所述中热水泥为满足GB200-2003的中热硅酸盐水泥，其碱含量低于0.6％；所述纳米SiO2为满足GB/T21236-2007的SF85等级硅粉。3.一种基于活性砂岩的骨料碱活性抑制材料的制备方法，包括步骤：(1)将具有潜在碱活性的砂岩骨料经立磨机粉磨加工，控制磨机投料量16t/h～22t/h、分离器转速40Hz、磨辊压力6.7MPa...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈霞，杨华全，董芸，张建峰，李鹏翔，周世华，石妍，李响，王磊，林育强，张亮，苏杰，闫小虎，吕兴栋，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42