專利名稱：用氟石膏與粉煤灰復(fù)合作混凝土膠凝材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混凝土膠凝材料，更具體是設(shè)計(jì)以改性氟石膏為早強(qiáng)劑的混凝土膠凝 材料。
背景技術(shù)：
混凝土的膠凝材料主要是水泥。但水泥生產(chǎn)成本很高，生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成污 染。因此，人們研究采用摻合粉煤灰代替部分水泥，以降低混凝土成本。但這種混凝土具有 早期強(qiáng)度低、后期強(qiáng)度增長(zhǎng)快的特點(diǎn)。然而，早期強(qiáng)度低的缺點(diǎn)影響其工程應(yīng)用。為解決這 些問(wèn)題，人們往往采用減水劑來(lái)降低混凝土用水量，以提高早期強(qiáng)度，但是高性能的減水劑 價(jià)格很高，采用氯鹽類早強(qiáng)劑又會(huì)造成鋼筋銹蝕。因此，工程上需要一種用于制造價(jià)格低、 早期強(qiáng)度高、后期強(qiáng)度增長(zhǎng)快和不會(huì)對(duì)鋼筋產(chǎn)生銹蝕的混凝土的膠凝材料，改性后的氟石 膏與粉煤灰綜合代替部分水泥時(shí)，就能滿足這種工程需要。氟石膏和粉煤灰均是工業(yè)廢渣，每年我國(guó)氟化鹽廠排出的氟石膏量達(dá)100多萬(wàn)t， 火力發(fā)電廠收集的粉煤灰量則多達(dá)1億多t。這兩種廢渣的存放不僅占用大量耕地，浪費(fèi)大 量建設(shè)資金，而且若存放不當(dāng)，還會(huì)污染環(huán)境。因此，對(duì)這兩種廢渣的開(kāi)發(fā)和利用很有實(shí)際 意義。粉煤灰的活性較小，不能單獨(dú)作為一種膠凝材料，但如果用粉煤灰、氟石膏和水泥配 制成復(fù)合膠凝材料，則水泥可作為粉煤灰的堿性激發(fā)劑，氟石膏改性后可作為粉煤灰的硫 酸鹽激發(fā)劑，即充分利用了粉煤灰和氟石膏的化學(xué)性能，氟石膏不僅還有CaSO4，還含有螢 石CaF2，故可同時(shí)做為摻合料和早強(qiáng)劑使用，從而可以較大提高混凝土的早期強(qiáng)度、降低膠 凝材料的成本，且摻用粉煤灰的混凝土可降低氯離子的擴(kuò)散速度，還能降低腐蝕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于制造價(jià)格低、早期強(qiáng)度高、后期強(qiáng)度增長(zhǎng)快和不 會(huì)對(duì)鋼筋產(chǎn)生銹蝕的混凝土的膠凝材料。技術(shù)配方是改性5 55%、粉煤灰5 55%、水泥35% 40% (均為質(zhì)量百分 比，以混凝土膠凝材料的總重量為基準(zhǔn))。所述的氟石膏原材料來(lái)源于湖南湘鄉(xiāng)鋁廠的堆場(chǎng)氟石膏，密度為2. 91g/cm3,比表 面積為656m2/kg，含水量為0. 02%，PH值在6 7之間；改性氟石膏是經(jīng)激發(fā)劑改性、且粉 磨細(xì)度為240目篩余小于3%，最佳摻量為15% 25% ；粉煤灰是湖南湘潭電廠I級(jí)粉煤 灰，燒失量為3. 5%，比表面積為5400cm7g，最佳摻量為30% 40%。上述混凝土膠凝材料的制備方法是將所有原材料按照比例稱好后，一起加入攪拌 機(jī)同時(shí)攪拌3 5min。本發(fā)明膠凝材料的配制方法，可以說(shuō)已把技術(shù)性、生產(chǎn)性、經(jīng)濟(jì)效益性、社會(huì)效益 性合為一體。本發(fā)明氟石膏來(lái)源于湖南湘鄉(xiāng)氟化學(xué)有限責(zé)任公司，由于剛排出的氟石膏水 化緩慢、凝結(jié)力差、且不具備早期強(qiáng)度等，所以作為膠凝材料摻合料和早強(qiáng)劑使用前要用硫 酸鹽激發(fā)劑對(duì)其進(jìn)行改性，以縮短氟石膏凝結(jié)時(shí)間及提高其硬化體強(qiáng)度，改性機(jī)理為激發(fā)劑在氟石膏顆粒的表面生成不穩(wěn)定的復(fù)鹽(鹽^mCaSO4 ·ηΗ20)，然后又分解為含水鹽類和 二水石膏，正是這種分解反應(yīng)而生成的二水石膏不斷結(jié)晶，才使?jié){體形成緊密交織的晶體 結(jié)構(gòu)，引起凝結(jié)硬化，產(chǎn)生強(qiáng)度。其反應(yīng)描述如下mCaS04+ 鹽· ηΗ20 —鹽· mCaS04 · ηΗ20 (復(fù)鹽)鹽·mCaS04 · ηΗ20(復(fù)鹽)—mCaS04 · 2H20+ 鹽·(n_2m)H20根據(jù)水化硬化機(jī)理，鹽類激發(fā)劑在整個(gè)水化過(guò)程中，不參與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，只是 附著在氟石膏晶體上，通過(guò)復(fù)鹽的形成和分解來(lái)促進(jìn)氟石膏的水化。隨著水化的逐步推進(jìn)， 水化后期是晶體生長(zhǎng)過(guò)程，復(fù)鹽作用在減弱，鹽類激發(fā)劑從氟石膏膠結(jié)料中分離出來(lái)，填充 于氟石膏膠結(jié)料的空隙。然后將改性后的氟石膏粉磨到細(xì)度為240目篩余小于3%，這就加 大了氟石膏、粉煤灰和激發(fā)劑等的接觸面積。粉煤灰的活較小，不能單獨(dú)作為一種膠凝材料，但如果用粉煤灰、氟石膏和水泥配 制成復(fù)合膠凝材料，則水泥可作為粉煤灰的堿性激發(fā)劑，氟石膏改性后可作為粉煤灰的硫 酸鹽激發(fā)劑，即充分利用了粉煤灰和氟石膏的化學(xué)性能，氟石膏不僅含有CaSO4，還含有螢 石CaF2，故可同時(shí)做為摻合料和早強(qiáng)劑使用，從而可以較大提高混凝土的早期強(qiáng)度、降低膠 凝材料的成本，且摻用粉煤灰的混凝土可降低氯離子的擴(kuò)散速度，還能降低腐蝕。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于⑴本發(fā)明膠凝材料與砂子、碎石料和水混合攪拌后制成混 凝土具有價(jià)格低，早期強(qiáng)度高和后期強(qiáng)度增長(zhǎng)快的優(yōu)點(diǎn)，而且還有效地利用了氟化鹽廠和 燃煤電廠的工業(yè)廢渣，減少了環(huán)境污染；(2)本發(fā)明不含對(duì)鋼筋有腐蝕的物質(zhì)，可適于混凝 土和鋼筋混凝土過(guò)程，且摻合的適量的粉煤灰能有效阻止氯離子對(duì)鋼筋的腐蝕作用；(3) 低成本、原材料易得、無(wú)毒無(wú)害，對(duì)環(huán)境無(wú)二次污染。


圖1混凝土試樣結(jié)構(gòu)圖
具體實(shí)施例方式利用本發(fā)明提供的膠凝材料與砂子、碎石料和水混合攪拌后制成混凝土。本發(fā)明中所用的水泥符合GB175-1999《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》的要求。常 見(jiàn)的實(shí)例是42. 5級(jí)普通水泥。本發(fā)明中所用的粉煤灰符合GB1596-1991《用于水泥和混凝土中粉煤灰》的要求， 常見(jiàn)的實(shí)例為I級(jí)粉煤灰。本發(fā)明中所用的砂子符合GB/T14684-2001《建筑用砂》的要求，細(xì)度模數(shù)為2. 5 3. 0的中砂。石料符合GB/T14685-2001《建筑用卵石、碎石》的要求，屬5 40連續(xù)粒級(jí)碎石。本發(fā)明所用的改性氟石膏，克服了改性前氟石膏水化緩慢、凝結(jié)力差等問(wèn)題，氟石 膏不僅含有CaSO4，還含有螢石CaF2，故可同時(shí)做為摻合料和早強(qiáng)劑使用，從而可以較大提 高膠凝材料的強(qiáng)度、降低膠凝材料的成本，且摻用粉煤灰的混凝土可降低氯離子的擴(kuò)散速 度，還能降低腐蝕。在用于制造大摻量摻合料混凝土的本發(fā)明膠凝材料中，改性氟石膏的用量為 5% 55%，最佳用量為15% 25%，粉煤灰的摻合量為5% 55%，最佳為30% 40%，以膠凝材料的總重量為基準(zhǔn)。按上述用量將氟石膏摻入由水泥、粉煤灰混合而成的混凝 土膠凝材料中后，可使大摻量摻合料混凝土的3天強(qiáng)度提高109%，摻合還能有效地抑制腐 蝕，因此，這種膠凝材料能既可作性能優(yōu)良的早強(qiáng)劑，又能有效抑制氯腐蝕。早期強(qiáng)度加強(qiáng) 的主要原因在于氟石膏中含有大量的的CaSO4成分，而CaSO4水化產(chǎn)生的二水石膏在水泥 水化產(chǎn)生的Ca (OH) 2存在下，與粉煤灰中的活性硅鋁組分作用形成鈣釩石，對(duì)粉煤灰水化起 硫酸鹽激發(fā)作用。這種作用因新生二水石膏的高分散性與表面活性而更加強(qiáng)烈。粉煤灰的 水化又促進(jìn)了無(wú)水石膏的溶解與水化，即粉煤灰與無(wú)水石膏的水化相互促進(jìn)。因而可有效 的改善粉煤灰早期不水化而引起的膠凝體系早期強(qiáng)度低的問(wèn)題。為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi) 容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。實(shí)施例1 所用的實(shí)驗(yàn)原材料如下水泥湖南湘鄉(xiāng)水泥水泥制造有限公司生產(chǎn)的425水泥；粉煤灰湖南湘潭電廠I級(jí)粉煤灰，燒失量為3. 5%，比表面積為5400cm2/g ；砂湘江河砂，級(jí)配合格的中砂，細(xì)度模數(shù)為2. 88 ；氟石膏湖南湘鄉(xiāng)鋁廠剛出爐的堆場(chǎng)氟石膏經(jīng)粉磨所得，其主要成分為無(wú)水硫酸 鈣，放射性指標(biāo)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，密度為2. 91g/cm3,比表面積為656m2/kg，含水量為0. 02%， PH值在6 7之間。石卵石，復(fù)合5 25mm連續(xù)級(jí)配要求，壓碎指標(biāo)為4. 2%;表觀密度為2. 63g/cm3， 松散表觀密度為1630kg/m3，空隙率為30. 6%。氟石膏28 35%、粉煤灰20 25%、水泥40 48%大摻量摻合料混凝土的膠凝材料由水泥、粉煤灰和改性氟石膏配制而成，各組分 用量如表1所示，均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，配制編號(hào)為Al A12的膠凝材料。表1膠凝材料的成分配比
編號(hào)水泥(％)氟石膏(％)粉煤灰(％)Al45055A245550A3451045A4451540A5452035A6452530A7453025A8453520A9454015AlO454510
5 然后，按照GBJ80-85《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》將編號(hào)為Al A12的膠 凝材料與砂、碎石料和水混合，拌制編號(hào)為Bl B12的混凝土?；炷恋呐浜媳裙潭槟z凝材料砂碎石料水=300 750 1384 135按GBJ81-85《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》，測(cè)定各組混凝土的3天、7天及28d 的抗壓強(qiáng)度，結(jié)果如表2所示表2混凝土的3天抗壓強(qiáng)度 選擇編號(hào)為B1、B4_B6的混凝土，進(jìn)行7天強(qiáng)度，28天強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3所示。表3混凝土 7天、28天抗壓強(qiáng)度 實(shí)驗(yàn)表明摻加氟石膏后，可明顯提高混凝土的早期強(qiáng)度(3d強(qiáng)度)，最大提高幅 度可達(dá)109 %，氟石膏在膠凝材料中最適宜的重量為15 % 25 %，混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)也 很明顯。粉煤灰與氟石膏共摻的情況下，所配制的混凝土具有早期強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度穩(wěn)步 增長(zhǎng)的優(yōu)良性能，早強(qiáng)高的原因主要是因?yàn)樗嗨诘退z比的情況下其強(qiáng)度發(fā)展較 快，同時(shí)氟石膏的溶解和水化，在粉煤灰中硅鋁活性組分的情況下進(jìn)一步加速，給混凝土早 期強(qiáng)度的增長(zhǎng)提供了新的增長(zhǎng)點(diǎn)，而此增長(zhǎng)點(diǎn)還有待于進(jìn)一步加強(qiáng)，即水泥_粉煤灰_氟石 膏三元復(fù)合膠凝體系中粉煤灰早期活性激發(fā)。實(shí)施例2 將18根Φ 2. 95mmX 15cm的鐵絲用金相砂紙逐級(jí)打磨，經(jīng)乙醇、丙酮清洗后，在鐵 絲表面涂覆一層環(huán)氧樹(shù)脂，打磨并清洗鐵絲的另一端以作為研究面。取32. 5級(jí)普通硅酸鹽 水泥，按水灰比1 2、灰砂比1 4混合后，根據(jù)配方，摻入粉煤灰，然后將它們攪拌均勻， 分別澆注在2個(gè)15cmX 15cmX 15cm的混凝土澆注模中。將18根鐵絲排列成3X3的矩陣 插入混凝土澆注試樣中(每個(gè)試樣中插入9根)，行距與列距均為2. 5cm,插入深度不同，其 中第一行鐵絲距離腐蝕液浸入面為3cm，此后逐行增加2cm，至第3行其距離腐蝕液浸入面 為7cm。其試樣結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。2h后用雙層聚乙烯薄膜密封養(yǎng)護(hù)9d。脫膜后將混凝土試樣用石蠟密封除腐蝕液侵入面外的其他五個(gè)面。將混凝土試樣中腐蝕液浸入面的養(yǎng)護(hù)膜去除，并浸入1. 7mol/L NaCl溶液中，浸入 面處于同一水平面。以飽和甘汞電極為參比電極，采用SDC-III數(shù)字電位差綜合測(cè)試儀測(cè)量 每根鐵絲的自腐蝕電位，連續(xù)測(cè)量九天，測(cè)量周期為24h。研究結(jié)果表明普通混凝土中鐵絲腐蝕不均勻，自腐蝕電位較分散，電位隨時(shí)間負(fù) 移。加入粉煤灰，鐵絲自腐蝕電位負(fù)移量減少，腐蝕程度顯著下降。摻用粉煤灰的混凝土可 降低氯離子的擴(kuò)散速度，防止腐蝕。粉煤灰不僅可替代一部分水泥，達(dá)到節(jié)省材料的效果， 而且能夠降低腐蝕，延長(zhǎng)混凝土中鋼筋的使用壽命。用粉煤灰和氟石膏替代部分水泥制成的膠凝材料，不僅制造價(jià)格低、早期強(qiáng)度高、 后期強(qiáng)度增長(zhǎng)快，且不會(huì)對(duì)鋼筋產(chǎn)生銹蝕的。
權(quán)利要求
一種混凝土膠凝材料，它含有改性氟石膏5～55％、粉煤灰5～55％、水泥35％～40％(均為質(zhì)量百分比，以混凝土膠凝材料的總重量為基準(zhǔn))。
2.如權(quán)利要求1所述的混凝土膠凝材料，其特征在于它所述的氟石膏原材料來(lái)源于湖 南湘鄉(xiāng)鋁廠的堆場(chǎng)氟石膏，密度為2.91g/cm3，比表面積為656m2/kg，含水量為0. 02%，PH值 在6 7之間。
3.如權(quán)利要求1所述的混凝土膠凝材料，其特征在于它所述的改性氟石膏是經(jīng)激發(fā)劑 改性、且粉磨細(xì)度為240目篩余小于3%，最佳摻量為15% 25%。
4.如權(quán)利要求1所述的混凝土膠凝材料，其特征在于它所述粉煤灰是湖南湘潭電廠I 級(jí)粉煤灰，燒失量為3. 5%，比表面積為5400cm7g，最佳摻量為30% 40%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種混凝土膠凝材料，它含有改性氟石膏5～55％、粉煤灰5～55％、水泥35％～40％(均為質(zhì)量百分比，以混凝土膠凝材料的總重量為基準(zhǔn))。該膠凝材料不含對(duì)鋼筋有腐蝕的物質(zhì)，可適于混凝土和鋼筋混凝土過(guò)程，且摻合的適量的粉煤灰能有效阻止氯離子對(duì)鋼筋的腐蝕作用，與砂子、碎石料和水混合攪拌后制成混凝土具有價(jià)格低，早期強(qiáng)度高和后期強(qiáng)度增長(zhǎng)快的優(yōu)點(diǎn)，綜合使用氟石膏和粉煤灰，利用兩者的相互激發(fā)作用，克服了僅摻合粉煤灰導(dǎo)致的早期強(qiáng)度過(guò)低的缺點(diǎn)，而且還有效地利用了氟化鹽廠和燃煤電廠的工業(yè)廢渣，減少了環(huán)境污染，低成本、原材料易得、無(wú)毒無(wú)害，對(duì)環(huán)境無(wú)二次污染。
文檔編號(hào)C04B28/14GK101898885SQ201010217690
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者任卓, 劉義, 姚艷, 張雄飛, 徐祥, 李海如, 楊道武, 肖忠良 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙理工大學(xué)