一种抑制碱骨料反应的复合掺合料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抑制碱骨料反应的复合掺合料，各组分及其所占重量份数包括：纳米铁酸钴10～20份，硅灰20～30份，改性凝灰岩粉45～55份，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠2～4份，长链烷基二甲基胺2～4份，改性锦纶纤维4～6份。本发明专利技术采用从源头捕捉Na

【技术实现步骤摘要】
一种抑制碱骨料反应的复合掺合料及其制备方法


[0001]本专利技术属于建筑材料
，具体涉及一种抑制碱骨料反应的复合掺合料及其制备方法。

技术介绍

[0002]混凝土碱骨料反应是指骨料中特定内部成分(如无定形硅或结晶较差的硅等)在一定条件下与混凝土中的水泥、外加剂、掺合剂等中的碱物质(Na
+
、K
+
等)进一步发生化学反应，导致混凝土结构产生膨胀、开裂甚至破坏的现象，严重的会使混凝土结构崩溃，是影响混凝土耐久性的重要因素之一。碱
‑
骨料反应根据反应机制可分为两种类型：即碱硅酸反应和碱碳酸反应，反应机理如下：
[0003]SiO2+Na
+
+(K
+
)+OH
‑
→
Na(K)
‑
Si
‑
H(gel)(碱硅酸反应)
[0004]2NaOH+CaMg(CO3)2＝CaCO3+Mg(OH)2+Na2CO3(碱碳酸反应)
[0005]Na2CO3+Ca(OH)2＝2NaOH+CaCO3。
[0006]主要包括如下步骤：(1)混凝土中碱的溶解；(2)碱与活性SiO2矿物反应，形成碱硅溶液或溶胶；(3)在钙等各种阳离子的作用下，溶胶粒子缩聚形成各种结构的凝胶；(4)凝胶吸水膨胀。传统的硅酸盐体系中，以碱硅酸反应为主。
[0007]目前防止碱硅酸反应的措施主要包括：使用低碱水泥并严格控制混凝土中各组分的碱含量，使用高活性掺合料，诸如粉煤灰、硅灰、偏高岭土等辅助凝胶材料，但是所需要的掺入量过高，会严重影响混凝土产品质量；其次使用一些化学助剂，例如硝酸锂、碳酸锂、氢氧化锂、锂铝硅酸盐、碳酸钡、硫酸钡和氯化钡等吸附Na
+
、K
+
，可从源头降低碱硅酸反应风险，但是这些化学助剂的加入，会引入新的有害离子(Cl
‑
、SO
42
‑
等)，且成本较高。

技术实现思路

[0008]本专利技术的主要目的在于针对现有技术存在的问题和不足，提供一种综合有效抑制碱骨料反应的复合掺合料，从多角度有效抑制碱骨料反应，对碱骨料反应抑制效果明显，且涉及的制备方法较简单、操作方便，绿色环保，制备出的混凝土性能优异，适合推应用。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0010]一种抑制碱骨料反应的复合掺合料，各组分及其所占重量份数包括：纳米铁酸钴10～20份，硅灰20～30份，改性凝灰岩粉45～55份，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠2～4份，长链烷基二甲基胺2～4份，改性锦纶纤维4～6份。
[0011]上述方案中，所述纳米铁酸钴的平均粒径为30～50nm。
[0012]上述方案中，所述硅灰，3d活性＞90％，28d活性＞110％，比表面积＞15000m2/kg。
[0013]上述方案中，所述改性凝灰岩粉述改性凝灰岩粉采用异丁基三乙氧基硅烷或辛基三乙氧基硅烷对凝灰岩粉进行改性得到，其中凝灰岩粉的比表面积为400～450m2/kg；改性凝灰岩粉的具体制备步骤包括：将凝灰岩粉磨至比表面积为400～450m2/kg，将凝灰岩粉在60～80℃下干燥10～12h，自然冷却；将凝灰岩粉与无水乙醇按质量比1:2～2.5混合，以400
～600rpm的转速搅拌40～60min，确保其均匀分散；取占凝灰岩粉质量1～3％的异丁基三乙氧基硅烷(IBTS)或辛基三乙氧基硅烷(OTTS)水溶液混合(IBTS或OTTS与去离子水的质量比为1:3～5)，以400～600rpm的转速搅拌40～70min，确保IBTS的充分水解；然后，将所有物料进行混合，于400～600rpm转速下搅拌4～6h；最后，将混合材料在100～105℃下干燥22～26h。
[0014]上述方案中，所述性凝灰岩粉为高钙凝灰岩，其中化学成分中CaO的含量≥10％。
[0015]上述方案中，所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠为阴离子型表面活性剂，其分子量为300～350。
[0016]上述方案中，所述长链烷基二甲基胺为阳离子型表面活性剂，烷基碳数为10～15。
[0017]上述方案中，所述改性锦纶纤维的直径为1.0～1.5mm，长度为3～5mm；将锦纶纤维浸泡于浓度为4～6wt％的三乙醇胺溶液中30～60min，超声分散10～15min至均匀，使纤维充分分散于溶液中，滤出纤维，在50～80℃条件下，烘干1～2h得到。
[0018]上述方案中，所述锦纶纤维与三乙醇胺溶液的体积比为1:3～5。
[0019]上述一种抑制碱骨料反应的复合掺合料的制备方法，包括以下步骤：
[0020]1)将称取的纳米铁酸钴和硅灰使用混料机进行均化处理，再加入改性凝灰岩粉混合均匀，得混合料；
[0021]2)将脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、长链烷基二甲基胺、改性锦纶纤维使用混料机进行均化处理，然后加入混合料混合均匀，即得所述复合掺合料。
[0022]上述方案中，步骤1)中所述均化处理步骤中混料机采用的转速为40～60r/min，均化时间20～30min；步骤2)所述均化处理步骤中混料机采用的转速为10～30r/min，均化时间10～15min。
[0023]将上述方案上述抑制碱骨料反应的复合掺合料应用于使用碱活性骨料的混凝土中，其掺量占胶凝材料质量的50～60％。
[0024]本专利技术的原理为：
[0025]1)本专利技术引入的纳米铁酸钴在湿润的环境中能够有效吸附金属阳离子(Na
+
、K
+
)等，从而有效降低碱骨料反应过程的Na
+
、K
+
总量，从源头处抑制碱骨料反应的发生；同时在制备过程中，首先将纳米铁酸钴和硅灰进行均化处理，利用静电吸附作用，将纳米铁酸钴吸附在硅灰颗粒表现，有效改善纳米铁酸钴在混凝土体系的分散效果，保证其抑制碱骨料作用；此外，纳米铁酸钴在加入硅酸盐胶凝体系后，其铁相物质能够继续参加硅酸盐水泥后期强度的发展(尤其是抗折强度，即增加了韧性)，这对抑制碱骨料反应发生的基材体积膨胀具有积极作用。
[0026]2)本专利技术利用异丁基三乙氧基硅烷或辛基三乙氧基硅烷对凝灰岩进行改性，所得改性凝灰岩粉引入混凝土材料后，由于硅氧键的存在，会更容易包裹在骨料表面，为骨料表面提供一定量的憎水烷基，可有效降低骨料中具有活性的SiO2与钠钾碱性溶液的接触机会，从而抑制碱骨料反应的发生；
[0027]3)脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和长链烷基二甲基胺分别为阴、阳离子有机表面活性剂，二者复合使用，发挥有机基团的特性，产生协同静电效应与尾部的疏水作用，从而促进浆体的稳定性，使纤维在浆体中均化分散；此外，引入的长链烷基二甲基胺还可以吸收带负电性的吸水膨胀物质(如黏土)，防止混凝土内部膨胀；一定程度消除碱骨料反应的影响；
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0029]1)本专利技术采用从源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制碱骨料反应的复合掺合料，其特征在于，各组分及其所占重量份数包括：纳米铁酸钴10～20份，硅灰20～30份，改性凝灰岩粉45～55份，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠2～4份，长链烷基二甲基胺2～4份，改性锦纶纤维4～6份。2.根据权利要求1所述的复合掺合料，其特征在于，所述纳米铁酸钴的平均粒径为30～50nm。3.根据权利要求1所述的复合掺合料，其特征在于，所述硅灰的3d活性＞90％，28d活性＞110％，比表面积＞15000m2/kg。4.根据权利要求1所述的复合掺合料，其特征在于，所述改性凝灰岩粉采用异丁基三乙氧基硅烷或辛基三乙氧基硅烷对凝灰岩粉进行改性得到，其中凝灰岩粉的比表面积为400～450m2/kg。5.根据权利要求1所述的复合掺合料，其特征在于，所述凝灰岩粉为高钙凝灰岩，其中化学成分中CaO的含量≥10％。6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈旭，艾洪祥，岳彩虹，韩世界，卢霄，古龙龙，毛飞凯，李宁，
申请(专利权)人：中建西部建设新疆有限公司，
类型：发明
国别省市：