一种使用水泥基材料氧化物含量表征结合氯离子量的方法技术

本发明专利技术公开了一种使用水泥基材料氧化物含量表征结合氯离子量的方法，包括如下步骤：首先在硅酸盐水泥中掺加矿渣和/或粉煤灰制备具有不同氧化物组成的水泥净浆样品，浸泡于不同的盐溶液，用等温吸附法测试各个样品的氯离子吸附量，从而获得一系列不同氧化物含量组成下的氯离子结合量，使用软件拟合出两者的三元线性关系，实现使用氧化物含量表征结合氯离子量的方法，从而为同等外界条件下，配制能够最大限度结合氯离子的不同氧化物组成的水泥基材料。

【技术实现步骤摘要】
一种使用水泥基材料氧化物含量表征结合氯离子量的方法
本专利技术属于水泥基材料领域，特别涉及一种使用水泥基材料氧化物含量表征氯离子结合量的方法。
技术介绍
水泥基材料在生产生活中被广泛应用，但在海洋、除冰盐和盐湖等氯盐环境条件下，钢筋混凝土面临着氯离子侵蚀的严重问题，其造成的钢筋锈蚀是导致混凝土结构失效的最重要原因之一。因此氯盐环境下混凝土结构的耐久性问题，成为人们关注的重点。研究表明当钢筋混凝土孔溶液中的氯离子含量达到临界浓度时，会破坏钢筋表面钝化膜，引起钢筋锈蚀，从而导致混凝土开裂甚至使整个结构物破坏。氯离子在混凝土中以自由氯离子和结合氯离子两种形式存在，只有自由氯离子浓度达到临界值时才会导致并加速钢筋锈蚀，被结合的氯离子对钢筋锈蚀没有影响。目前研究认为结合氯离子分为化学结合与物理吸附两种方式：化学结合主要是指水泥熟料中的铝相或水化产物中的AFm相与氯离子结合生成Friedel盐的过程，归根结底与原料中Al2O3的量密切相关；物理吸附主要指胶凝材料的各类水化产物对氯离子进行物理性吸附的过程。掺加矿物掺合料来提高水泥基材料氯离子结合能力的方法一直备受关注，研究重点为对掺杂矿物的颗粒粒径、形状和结构等，但是未对掺杂后的矿物对水泥基材料的氯离子的影响进行进一步研究，导致掺杂后的水泥基材料中的钢筋腐蚀被现有研究忽视。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种使用水泥基材料氧化物含量表征氯离子结合量的方法，用于配制同等条件下抗氯盐侵蚀的水泥基材料。技术方案：本专利技术所述的一种使用水泥基材料氧化物含量表征结合氯离子量的方法，包括以下步骤：(1)通过添加矿渣和/或粉煤灰配制含有不同氧化物含量的水泥基材料，该水泥基材料中，Al2O3、SiO2与CaO的总量为水泥基材料质量的85～90％，成型养护后破碎到规定尺寸，去除水分，干燥；(2)称取破碎后的水泥基材料置于含有盐溶液的密封瓶中，达到吸附平衡；(3)过滤并收集样瓶中的浸泡液，密封保存；(4)测定样品中的结合氯离子量；(5)计算步骤(1)中水泥基材料氧化物含量，得到不同氧化物含量的水泥基材料与对应的氯离子结合量，建立样品氯离子结合量Cb与氧化物含量χ1，χ2和χ3之间三元线性关系：Cb＝A×χ1+B×χ2+C×χ3+D其中Cb为水泥基材料氯离子结合量，χ1表示Al2O3占水泥基材料总质量的百分比，χ2表示SiO2占水泥基材料总质量的百分比，χ3表示CaO占水泥基材料总质量的百分比；(6)通过步骤(5)不同氧化物含量与对应的氯离子结合量，拟合Al2O3含量与氯离子结合量的相关系数A、SiO2含量与氯离子结合量的相关系数B、CaO含量与水泥基材料氯离子结合量C及常量D，通过得到的方程，测量水泥基材料中氧化物含量确定水泥基材料氯离子结合量。本专利技术从化学组成上研究水泥基材料对氯离子的结合能力，发现氯离子结合量与水泥基材料中的Al2O3、SiO2和CaO的含量密切相关，克服了现有技术中仅研究了氯离子结合量与Al2O3的含量之间的关系，而没有考虑氯离子结合量与参与反应的三种氧化物的不足。本专利技术使用水泥基材料氧化物含量表征氯离子结合量，进而根据不同的盐溶液，合理配置具有相应氧化物含量的水泥基材料，提高钢筋混凝土的抗氯离子侵蚀能力，延长其服役寿命。步骤(1)中，所述水泥基材料破碎后的粒径范围为0.25mm～2.00mm。本专利技术将水泥基材料破碎排除了水泥基材料孔径中氯离子的影响，因为孔壁对氯离子的吸附量非常小，可以忽略，在不考虑氯离子的传输和扩散的前提下，得到水泥基材料吸附的氯离子含量。步骤(1)中，所述干燥为在真空干燥箱中干燥，真空度为-1MPa至-2MPa，干燥温度为20±1℃，干燥时间为3～4d。步骤(2)中，所述的盐溶液为饱和氢氧化钙配制的氯盐溶液及氯盐加硫酸盐溶液。步骤(4)中，所述氯离子量的测量方法为等温吸附法，具体测定方法参考标准《水运工程混凝土试验规程》(JTJ270-98)。步骤(1)中，所述水泥基材料的水灰比为0.25～0.5。步骤(1)中，所述Al2O3、SiO2与CaO的总量为水泥基材料质量的85～90％，Al2O3含量为水泥基材料质量的5～15％，SiO2含量为水泥基材料质量的20～30％，CaO含量为水泥基材料质量的45～65％。步骤(1)中，所述水泥基材料的水灰比为0.48～0.5。有益效果：(1)本专利技术同时考虑Al2O3、SiO2和CaO的含量对氯离子结合量的影响，得到氯离子结合量与氧化物之间的关系，得到氯离子量最大的水泥基材料，为更好的制备抗氯盐侵蚀混凝土同样条件下任意氧化物含量组成的氯离子结合量提供理论参考；(2)本专利技术排除了孔结构与离子传输的影响，该方法从化学组分角度考虑氯离子结合的本质问题，得到的氯离子结合量更有本质意义，并且方法简单易得。附图说明图1为实例中养护龄期为28d浸泡氯盐溶液28d的水泥基材料氧化物含量与氯离子结合量关系图。图2为实例中养护龄期为28d浸泡氯盐加硫酸盐溶液28d的水泥基材料氧化物含量与氯离子结合量关系图。图3为本专利技术方法流程图。具体实施方式一、原料准备1.1水泥基材料的制备因矿渣和粉煤灰对抗氯盐侵蚀性能提高有利，使用最为广泛，本方法选择这两种矿物掺合料替代部分水泥，研究水泥基材料氧化物含量与氯离子结合量之间的关系，具体样品制备方法为：以净浆样品作为典型的水泥基材料说明本专利技术方法。选用标号为52.5的普通硅酸盐水泥(C)，在其中掺加10％、30％和50％粉煤灰(FA，F类Ⅰ级低钙粉煤灰)、10％、30％和50％矿渣(BS，S95矿渣)，制备了水灰比为0.48的水泥净浆样品，并标准养护28天后待测。1.2配制饱和氢氧化钙溶液，用配制的饱和氢氧化钙溶液配制氯盐溶液，分别配制1mol/LNaCl溶液以及1mol/LNaCl溶液与0.35mol/LNa2SO4的混合盐溶液，模拟不同水体环境。二、氯离子结合量的测定实施例1：步骤1：将养护好的水泥基材料表面水分擦净、破碎成颗粒，得到粒径范围为0.25mm～2.00mm的颗粒样品。将破碎到规定尺寸的颗粒样品放入真空干燥箱中，其真空干燥箱真空度为-1MPa，温度为20±1℃，干燥，去除其中水分，使颗粒样品质量恒定，然后将颗粒样品放入装有硅胶和碱石灰的干燥器中继续干燥，存放以除去空气中的CO2。步骤2：称取10g处理好的样品置于密封瓶中，用移液管移取20ml饱和氢氧化钙配制的氯盐溶液，氯盐溶液浓度为1mol/L，常温静置浸泡28d以达到吸附平衡。步骤3：过滤样瓶中达到平衡的浸泡液，收集并密封保存。步骤4：通过等温吸附法测定样品中的结合氯离子量。步骤5：在氯盐溶液浓度为1mol/L溶液中，只改变Al2O3、SiO2和CaO三种氧化物含量对水泥基材料氯离子结合能力的影响，首先计算步骤1各个试样的氧化物含量，使用χ1表示Al2O3含量，χ2表示SiO2含量，χ3表示CaO含量，(85％<χ1+χ2+χ3<90％)，得到一系列不同氧化物含量及对应下的氯离子结合量(见表1)。建立样品氯离子结合量Cb与氧化物含量χ1，χ2和χ3之间三元线性关系Cb＝A×χ1+B×χ2+C×χ3+D。将上述一系列不同氧化物含量及对应的氯离子结合量带入，通过软件拟合求得系数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用水泥基材料氧化物含量表征结合氯离子量的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)通过添加矿渣和/或粉煤灰配制含有不同氧化物含量的水泥基材料，该水泥基材料中，Al2O3、SiO2与CaO的总量为水泥基材料质量的85～90％，成型养护后破碎到规定尺寸，去除水分，干燥；(2)称取破碎后的水泥基材料置于含有盐溶液的密封瓶中，达到吸附平衡；(3)过滤并收集样瓶中的浸泡液，密封保存；(4)测定样品中的结合氯离子量；(5)计算步骤(1)中水泥基材料氧化物含量，得到不同氧化物含量的水泥基材料与对应的氯离子结合量，建立样品氯离子结合量Cb与氧化物含量χ1，χ2和χ3之间三元线性关系：Cb＝A×χ1+B×χ2+C×χ3+D其中Cb为水泥基材料氯离子结合量，χ1表示Al2O3占水泥基材料总质量的百分比，χ2表示SiO2占水泥基材料总质量的百分比，χ3表示CaO占水泥基材料总质量的百分比；(6)通过步骤(5)不同氧化物含量与对应的氯离子结合量，拟合Al2O3含量与氯离子结合量的相关系数A、SiO2含量与氯离子结合量的相关系数B、CaO含量与水泥基材料氯离子结合量C及常量D，通过得到的方程，测量水泥基材料中氧化物含量确定水泥基材料氯离子结合量。...

【技术特征摘要】
1.一种使用水泥基材料氧化物含量表征结合氯离子量的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)通过添加矿渣和/或粉煤灰配制含有不同氧化物含量的水泥基材料，该水泥基材料中，Al2O3、SiO2与CaO的总量为水泥基材料质量的85～90％，成型养护后破碎到规定尺寸，去除水分，干燥；(2)称取破碎后的水泥基材料置于含有盐溶液的密封瓶中，达到吸附平衡；(3)过滤并收集样瓶中的浸泡液，密封保存；(4)测定样品中的结合氯离子量；(5)计算步骤(1)中水泥基材料氧化物含量，得到不同氧化物含量的水泥基材料与对应的氯离子结合量，建立样品氯离子结合量Cb与氧化物含量χ1，χ2和χ3之间三元线性关系：Cb＝A×χ1+B×χ2+C×χ3+D其中Cb为水泥基材料氯离子结合量，χ1表示Al2O3占水泥基材料总质量的百分比，χ2表示SiO2占水泥基材料总质量的百分比，χ3表示CaO占水泥基材料总质量的百分比；(6)通过步骤(5)不同氧化物含量与对应的氯离子结合量，拟合Al2O3含量与氯离子结合量的相关系数A、SiO2含量与氯离子结合量的相关系数B、CaO含量与水泥基材料氯离子结合量C及常量D，通过得到的方程，测量水泥基材料中氧化物含量确定水泥基材料氯离子结合量。2.根据权利要求1所述的使用水泥基材料氧化物含量表征结合氯离子量的方法，其特征在于，步骤(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭丽萍，薛晓丽，费香鹏，曹园章，费春广，汤永健，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32