膨胀珍珠岩负载型氯离子固化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种膨胀珍珠岩负载型氯离子固化剂及其制备方法和应用，该制备方法将80‑100重量份膨胀珍珠岩加入120‑140重量份饱和硝酸钙溶液，冷却析晶得到膨胀珍珠岩/硝酸钙复合材料，然后，以140‑160重量份硝酸钡作为结晶调节剂，过饱和结晶得到膨胀珍珠岩/硝酸钙/硝酸钡复合材料，在其表面涂覆8‑10重量份纳米硅溶胶即可得到。本发明专利技术能够使硝酸钡在水泥基体缓慢释放，促进Friedel盐的生成，同时纳米硅溶胶与氢氧化钙和硝酸钙反应生成C‑S‑H凝胶，通过物理吸附和化学结合作用显著提高水泥基材料对于氯离子的固化能力。而且本发明专利技术制备工艺简单，氯离子固化能力强，能够显著提高钢筋混凝土结构的耐久性。

【技术实现步骤摘要】
膨胀珍珠岩负载型氯离子固化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及钢筋混凝土氯离子固化剂
，特别涉及一种膨胀珍珠岩负载型氯离子固化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
海工混凝土是一种能够应对海水或海风等海洋环境侵扰，具有高性能、高工作性、高耐久性的特种水泥混凝土材料。由于原料需求多样化，应用领域多样化，海工混凝土广泛应用于岛礁建设领域中。海工混凝土应用于海洋工程中，海水中的氯离子会通过混凝土扩散和迁移至钢筋表面，破坏钢筋表面钝化膜，加速电化学腐蚀，从而导致钢筋表面不断锈蚀，影响钢筋混凝土结构的耐久性。因此，氯离子侵蚀问题的解决对于海工混凝土在海工领域的普及和发展具有十分重要的意义。针对于钢筋混凝土结构中氯离子侵蚀问题，目前的解决方法主要包括使用环氧钢筋、不锈钢钢筋、表面涂层、阴极保护和阻锈剂。但是这些方法由于影响钢筋混凝土性能，耐用性不强，成本及维护费用较高等问题的存在，依然不能完全避免氯离子对于钢筋的腐蚀。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种膨胀珍珠岩负载型氯离子固化剂的制备方法，所得的氯离子固化剂在水泥浆体中性能稳定，不影响水泥凝结时间和其他工作性能，到水泥水化后期阶段缓慢释放结晶调节剂，在结晶调节剂和纳米硅溶胶的综合作用下，体系中Friedel盐含量增加，C-S-H凝胶含量增加，自由氯离子含量含减少，有效解决了现有混凝土抗氯离子迁移和扩散能力低，导致混凝土中钢筋锈蚀风险较高的问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种膨胀珍珠岩负载型氯离子固化剂的制备方法，包括以下步骤：1)将饱和硝酸钙溶液水浴加热至60-80℃后，加入干燥的膨胀珍珠岩，搅拌，然后，冷却析晶，待所述冷却析晶结束后，过滤洗涤，真空干燥，得到膨胀珍珠岩/硝酸钙复合材料；2)向所述膨胀珍珠岩/硝酸钙复合材料中加入饱和硝酸钡溶液，搅拌5-10min后，静置20-25min，然后，真空干燥，使硝酸钡结晶于膨胀珍珠岩内部，得到膨胀珍珠岩/硝酸钙/硝酸钡复合材料；3)将纳米硅溶胶均匀涂抹于所述膨胀珍珠岩/硝酸钙/硝酸钡复合材料表面，经50-70℃干燥1-3h后，得到膨胀珍珠岩负载型氯离子固化剂。可选地，按重量份计，所述步骤1)中所述饱和硝酸钙溶液为120-140份，所述步骤1)中所述干燥的膨胀珍珠岩为80-100份，所述步骤2)中所述饱和硝酸钡溶液为140-160份，所述步骤3)中所述纳米硅溶胶为8-10份。可选地，所述步骤1)中所述膨胀珍珠岩中二氧化硅含量为70-74％，氧化铝含量为10-15％，所述膨胀珍珠岩的容重不高于200kg/m3，且所述膨胀珍珠岩的80微米方孔筛的筛余量不大20％。可选地，所述步骤1)中所述冷却析晶的析晶温度为10-20℃，所述真空干燥的干燥温度为50-70℃，干燥时间为2-3h。可选地，所述步骤2)中所述真空干燥的干燥温度为50-70℃，干燥时间为2-3h，绝对压强为0-1kPa。可选地，所述步骤3)中所述纳米硅溶胶的硅含量为30％，粒径为8-20nm。本专利技术的第二目的在于提出一种由上述膨胀珍珠岩负载型氯离子固化剂的制备方法制得的膨胀珍珠岩负载型氯离子固化剂。本专利技术的第三目的在于提出一种上述膨胀珍珠岩负载型氯离子固化剂在混凝土中的应用，在该应用中，所述膨胀珍珠岩负载型氯离子固化剂的掺量为混凝土中胶凝材料总量的1～5％。相对于现有技术，本专利技术所述的膨胀珍珠岩负载型氯离子固化剂的制备方法具有以下优势：1、本专利技术以硝酸钡为结晶调节剂，以膨胀珍珠岩作为载体，将硝酸钡和硝酸钙负载于膨胀珍珠岩中，并采用纳米硅溶胶包覆负载有硝酸钡和硝酸钙的膨胀珍珠岩，当将其加入水泥混凝土中时，可在水化早期大幅降低微胶囊释放钡离子的速率，使其在不影响水泥工作性的前提下，将水泥基材料中特定种类的水化产物，包括单硫型水化硫铝酸钙、钙矾石和Kuzel盐等，转化为Friedel盐，提高材料体系对氯离子的固化能力，减少自由氯离子，降低钢筋锈蚀风险；同时，在水化后期由于纳米硅溶胶的高反应活性，可以与外部孔溶液中的氢氧化钙和内部微胶囊释放的硝酸钙中的钙离子反应，生成水化硅酸钙凝胶(C-S-H凝胶)，进一步增强对自由氯离子的物理吸附能力，提高氯离子固化能力。2、本专利技术制备工艺简单，所得的氯离子固化剂的氯离子固化能力强，当将其用于钢筋混凝土时，能有效减少混凝土内部的自由氯离子，降低氯离子腐蚀钢筋风险，显著提高钢筋混凝土结构的耐久性，具有巨大的经济效益和社会效益。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为掺有本专利技术实施例1的氯离子固化剂的水泥浆体在28天时的背散射图像；图2为掺有本专利技术实施例1的氯离子固化剂的水泥浆体在28天时的钡元素分布图；图3为掺有本专利技术实施例1的氯离子固化剂的水泥浆体在28天时的硫元素分布图；图4为掺有本专利技术实施例1的氯离子固化剂的水泥浆体在28天时的铝元素分布图；图5为掺有本专利技术实施例1的氯离子固化剂的水泥浆体在28天时的氯元素分布图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可相互组合以。本专利技术基于对水泥水化反应原理和水化产物研究，提出了一种新型解决方案-氯离子固化剂技术，该技术通过物理吸附和化学结合等多种作用方式，提升水泥基材料对于内部自由氯离子的固化能力，使自由氯离子转变为非自由氯离子，有效降低甚至消除自由氯离子导致钢筋锈蚀的危害。具体地，本专利技术以膨胀珍珠岩为载体，纳米硅溶胶包覆从而将硝酸钡和硝酸钙缓慢释放到水泥基材料中，一方面Ba2+能够调节水泥基材料水化产物，促进Friedel盐的生成，另一方面Ca2+与硅溶胶反应形成C-S-H凝胶，通过促进物理吸附和化学结合作用方式显著提高氯离子固化能力。其中，硝酸钡是作为结晶调节剂加入水泥中，能够有效调节水泥凝结时间，提高氯离子固化的化学结合能力。在水泥水化过程中，会产生AFm结构([Ca2Al(OH)6·2H2O]+)，这种结构可以结合自由氯离子，形成Friedel盐([Ca2Al(OH)6·2H2O]2·Cl2·4H2O)。但是，水泥中的硫酸根离子会优先与AFm结构结合，形成水化硫铝酸钙。加入硝酸钡之后，通过形成硫酸钡的方式消耗硫酸根离子，而使更多的AFm结构与氯离子进行结合。在此过程中，硝酸钡作为结晶调节剂，改变了水泥水化产物种类。但是，硝酸钡不能直接加入水泥基材料中。这是因为水泥水化初期没有硫酸根离子时，将导致水泥凝结时间异常，影响工作性。因此，本专利技术选择膨胀珍珠岩为载体，利用硝酸钙在不同温度下溶解度的差异，将膨胀珍珠岩置入硝酸钙饱和溶液降温析晶，得到膨胀珍珠岩/硝酸钙复合材料，再将膨胀珍珠岩/硝酸钙复合材料置入硝酸钡过饱和溶液中进行结晶，内部将含有大量的硝酸钡晶体，当将其加入水泥后，因膨胀珍珠岩具有独特的珍珠裂隙结构，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种膨胀珍珠岩负载型氯离子固化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)将饱和硝酸钙溶液水浴加热至60-80℃后，加入干燥的膨胀珍珠岩，搅拌，然后，冷却析晶，待所述冷却析晶结束后，过滤洗涤，真空干燥，得到膨胀珍珠岩/硝酸钙复合材料；/n2)向所述膨胀珍珠岩/硝酸钙复合材料中加入饱和硝酸钡溶液，搅拌5-10min后，静置20-25min，然后，真空干燥，使硝酸钡结晶于膨胀珍珠岩内部，得到膨胀珍珠岩/硝酸钙/硝酸钡复合材料；/n3)将纳米硅溶胶均匀涂抹于所述膨胀珍珠岩/硝酸钙/硝酸钡复合材料表面，经50-70℃干燥1-3h后，得到膨胀珍珠岩负载型氯离子固化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种膨胀珍珠岩负载型氯离子固化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将饱和硝酸钙溶液水浴加热至60-80℃后，加入干燥的膨胀珍珠岩，搅拌，然后，冷却析晶，待所述冷却析晶结束后，过滤洗涤，真空干燥，得到膨胀珍珠岩/硝酸钙复合材料；
2)向所述膨胀珍珠岩/硝酸钙复合材料中加入饱和硝酸钡溶液，搅拌5-10min后，静置20-25min，然后，真空干燥，使硝酸钡结晶于膨胀珍珠岩内部，得到膨胀珍珠岩/硝酸钙/硝酸钡复合材料；
3)将纳米硅溶胶均匀涂抹于所述膨胀珍珠岩/硝酸钙/硝酸钡复合材料表面，经50-70℃干燥1-3h后，得到膨胀珍珠岩负载型氯离子固化剂。


2.根据权利要求1所述的膨胀珍珠岩负载型氯离子固化剂的制备方法，其特征在于，按重量份计，所述步骤1)中所述饱和硝酸钙溶液为120-140份，所述步骤1)中所述干燥的膨胀珍珠岩为80-100份，所述步骤2)中所述饱和硝酸钡溶液为140-160份，所述步骤3)中所述纳米硅溶胶为8-10份。


3.根据权利要求1所述的膨胀珍珠岩负载型氯离子固化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中所述膨胀珍珠岩中二氧化硅含...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭洪波，吕周岭，马保国，李相国，蹇守卫，黄健，刘晓海，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42