專利名稱：一種重質(zhì)混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)非金屬材料類，具體涉及一種重質(zhì)混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料及其制備方法
背景技術(shù)：
高強(qiáng)混凝土應(yīng)用中的一個(gè)難點(diǎn)在于其高收縮所引起的早期開(kāi)裂。這種開(kāi)裂加速外界侵蝕介質(zhì)對(duì)混凝土及結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕，造成混凝土結(jié)構(gòu)安全性降低。美國(guó)學(xué)者用“五倍定律”形象地說(shuō)明了混凝土開(kāi)裂對(duì)結(jié)構(gòu)的影響對(duì)新建項(xiàng)目，每節(jié)省I美元，則發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕時(shí)修復(fù)需多追加5美元，混凝土開(kāi)裂時(shí)多追加維護(hù)費(fèi)用25美元，嚴(yán)重破壞時(shí)多追加維護(hù)費(fèi)用125美元?！拔灞抖伞闭f(shuō)明混凝土開(kāi)裂對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞比鋼筋銹蝕更難以修復(fù)，造成的損失更大。這一可怕的放大效應(yīng)促使各國(guó)政府投入大量資金用于混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂控制的研究。自收縮是造成高強(qiáng)混凝土開(kāi)裂的主要原因。由于高強(qiáng)混凝土水膠比低，水泥的水化使混凝土內(nèi)部濕度大大下降，混凝土孔隙內(nèi)的水分形成弧度很大的彎液面，造成“自干燥”現(xiàn)象。高強(qiáng)混凝土孔隙尺寸小，由于毛細(xì)管效應(yīng)的作用，“自干燥”現(xiàn)象使混凝土孔壁上產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，從而在混凝土中產(chǎn)生比干燥收縮大得多的收縮，這種收縮被稱為自收縮。為了減小混凝土的收縮，以飽水多孔材料(天然或人工輕集料，多孔聚合物材料)作為內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料摻入混凝土中，其所含水在毛細(xì)管壓力差和濕度差下作用下向混凝土內(nèi)擴(kuò)散，起到“內(nèi)養(yǎng)護(hù)”作用，提高混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度，減小混凝土自收縮和干燥收縮；同時(shí)由于水泥水化是固相體積增大的反應(yīng)，而多孔材料中的水不在混凝土內(nèi)占體積，因此內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用在促進(jìn)未水化水泥顆粒水化的同時(shí)使其產(chǎn)生體積膨脹，進(jìn)一步降低了混凝土的收縮，從而有效抑制了混凝土的開(kāi)裂傾向，特別是早期開(kāi)裂傾向，并可能使混凝土在密閉條件下膨脹。目前所用的內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料使用以減輕混凝土重量或?qū)崧蕿槟康牡奶烊换蛉斯ぽp集料，或多孔聚合物材料，如專利申請(qǐng)?zhí)枮?01110228108. 2，名稱為一種高性能混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料及其制備方法，其發(fā)明的內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料包括以下組分及含量(質(zhì)量份)為膨脹劑100，有機(jī)高吸水材料I. O 5. 0，無(wú)機(jī)吸水材料O 50，保水劑O I. 0，填充劑O 10，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明產(chǎn)品配制的混凝土具有保水、內(nèi)養(yǎng)護(hù)和抗開(kāi)裂等功能。但是其發(fā)明的內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑密度比混凝土中砂漿密度低很多，因此在流動(dòng)性較好的混凝土中容易造成內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的上浮，在流動(dòng)性不好的混凝土中也可能由于震搗、泵送的原因而上浮，使混凝土的勻質(zhì)性下降；同時(shí)，由于其內(nèi)部封閉氣孔多，氣孔率大，強(qiáng)度較普通集料低得多，造成混凝土力學(xué)性能下降，從而限制了 “內(nèi)養(yǎng)護(hù)”技術(shù)在工程中的應(yīng)用。內(nèi)養(yǎng)護(hù)技術(shù)受內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料低密度而分層的困擾由來(lái)已久。目前的人工輕集料或天然輕集料用于混凝土中主要為了減輕混凝土的重量，提高材料比強(qiáng)度，或是降低材料的導(dǎo)熱性能。按《輕集料混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ 51-1990)的規(guī)定，輕集料混凝土的密度必須小于1950kg/m3，與普通混凝土相比，其密度小了 300kg/m3以上，因此要求人工輕集料或天然輕集料密度比普通集料(碎石、卵石、砂)的密度小得多。為了滿足低密度的要求，輕集料內(nèi)部必須有大量的氣孔。而要降低導(dǎo)熱性能也要求材料內(nèi)部有大量的封閉氣孔,材料密度大大降低。一般應(yīng)用于混凝土中的人工或天然輕集料其表觀密度在1400kg/m3或更低，強(qiáng)度也受其內(nèi)部氣孔的影響較普通集料大大降低。多孔聚合物在國(guó)外也叫超吸水聚合物(Super-absorption polymer),它能吸收比自身重幾百倍或幾千倍的水分而膨脹水凝膠，在工業(yè)上有廣泛的用途。但用作內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料時(shí)，其缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)。一是超吸水的特性使其吸水后的密度非常接近于1，比人工或天然輕集料的密度更低。二是這種材料加入混凝土后與混凝土砂漿之間無(wú)粘結(jié)，不能作為混凝土的結(jié)構(gòu)組分之一。同時(shí)與混凝土結(jié)構(gòu)組分相比，它基本不具有強(qiáng)度，因不僅有分層的問(wèn)題，還有強(qiáng)度降低的問(wèn)題
發(fā)明內(nèi)容

綜上所述，為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明研制了一種重質(zhì)混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料及其制備方法，本發(fā)明是利用工業(yè)廢棄物，以氧化鋁工業(yè)固體廢棄物、廢舊玻璃為基本原料制備的重質(zhì)混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料可降低材料的成本。本發(fā)明制備的重質(zhì)混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料主要針對(duì)現(xiàn)有內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料低密度和低強(qiáng)度的問(wèn)題，通過(guò)材料組成及制備過(guò)程的調(diào)節(jié)使其實(shí)現(xiàn)高密度、高強(qiáng)度，同時(shí)解決了這兩個(gè)問(wèn)題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種重質(zhì)混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料，由氧化鋁工業(yè)固體廢棄物、廢玻璃粉和堿金屬碳酸鹽按一定比例加水拌和，成型，在900°C 1100°C的燒成溫度下高溫?zé)伤?，其中所述的各種原料重量比為氧化鋁工業(yè)固體廢棄物廢玻璃粉堿金屬碳酸鹽=(O. 87 O. 95)(O. 04 O. 09) (0. 01 O. 04)。進(jìn)一步，所述的氧化鋁工業(yè)固體廢棄物為赤泥或/和氧化鋁尾礦或/和品位較低的鋁礦石的混合物，混合物為任意比例混合。進(jìn)一步，所述廢玻璃粉是將回收的建筑玻璃經(jīng)粉磨后過(guò)80目篩的篩下物。進(jìn)一步，所述的堿金屬碳酸鹽是Na2CO3或/和NaHCO3或/和K2CO3或/和KHCO3的混合物，混合物為任意比例混合。一種重質(zhì)混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的制備方法，包括以下步驟
第一步、堿金屬碳酸鹽制備將Na2CO3或/和NaHCO3或/和K2CO3或/和KHCO3的混合物在攪拌機(jī)拌勻，取出待用；
第二步、廢玻璃粉制備將回收的廢舊建筑玻璃經(jīng)球磨機(jī)粉磨后過(guò)80目篩，取篩下物備用;
第三步、氧化鋁工業(yè)固體廢棄物制備將經(jīng)干燥、粉磨后的赤泥或/和氧化鋁尾礦或/和品位較低的鋁礦石的混合物在強(qiáng)制攪拌機(jī)中混合而成鋁硅質(zhì)工業(yè)廢棄物；
第四步、原料混合按重量比，氧化鋁工業(yè)固體廢棄物廢玻璃粉堿金屬碳酸鹽=(O. 87 O. 95) : (O. 04 O. 09) : (O. 01 O. 04)的比例，取原料放入強(qiáng)制攪拌機(jī)中攪拌混勻，然后加入適量的水，在強(qiáng)制攪拌機(jī)中攪拌使原料達(dá)到塑性狀態(tài)后放出拌合物；
第五步、成型將第四步所得拌合物放入圓盤(pán)成球機(jī)中制得直徑Imm 20mm球形顆
粒;
第六步、高溫?zé)茖⒌谖宀剿们蛐晤w粒在空氣中自然干燥24-48h或90°C下干燥20-60min后以20°C -30°C /min的升溫速度升至900°C 1100°C的燒成溫度，并在燒成溫度下保溫5-20min后冷卻至室溫即可得重質(zhì)混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料。進(jìn)一步，所述的第四步中的取原料放入強(qiáng)制攪拌機(jī)中攪拌混勻的攪拌時(shí)間為Imin0進(jìn)一步，所述的第四步中的加入適量的水，在強(qiáng)制攪拌機(jī)中攪拌使原料達(dá)到塑性狀態(tài)的攪拌時(shí)間為2min。本發(fā)明的重質(zhì)混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表I。
權(quán)利要求
1.一種重質(zhì)混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料，由氧化鋁工業(yè)固體廢棄物、廢玻璃粉和堿金屬碳酸鹽按一定比例加水拌和，成型，在900°C 1100°c的燒成溫度下高溫?zé)伤茫渲兴龅母鞣N原料重量比為氧化鋁工業(yè)固體廢棄物廢玻璃粉堿金屬碳酸鹽=O. 87 O. 95 :0. 04 O.09 :0. 01 O. 04。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的重質(zhì)混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料，其特征在于所述的氧化鋁工業(yè)固體廢棄物為赤泥或/和氧化鋁尾礦或/和品位較低的鋁礦石的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的重質(zhì)混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料，其特征在于所述廢玻璃粉是將回收的建筑玻璃經(jīng)粉磨后過(guò)80目篩的篩下物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的重質(zhì)混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料，其特征在于所述的堿金屬碳酸鹽是Na2CO3或/和NaHCO3或/和K2CO3或/和KHCO3的混合物。
5.如權(quán)利要求f4任意一種重質(zhì)混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟 第一步、堿金屬碳酸鹽制備將Na2CO3或/和NaHCO3或/和K2CO3或/和KHCO3的混合物在攪拌機(jī)拌勻，取出待用； 第二步、廢玻璃粉制備將回收的廢舊建筑玻璃經(jīng)球磨機(jī)粉磨后過(guò)80目篩，取篩下物備用; 第三步、氧化鋁工業(yè)固體廢棄物制備將經(jīng)干燥、粉磨后的赤泥或/和氧化鋁尾礦或/和品位較低的鋁礦石的混合物在強(qiáng)制攪拌機(jī)中混合而成氧化鋁工業(yè)固體廢棄物； 第四步、原料混合按重量比氧化鋁工業(yè)固體廢棄物廢玻璃粉堿金屬碳酸鹽=0. 87 O. 95:0. 04 O. 09:0. 01 O. 04的比例，取原料放入強(qiáng)制攪拌機(jī)中攪拌均勻，然后加入適量的水，在強(qiáng)制攪拌機(jī)中攪拌使原料達(dá)到塑性狀態(tài)后放出拌合物； 第五步、成型將第四步所得拌合物放入圓盤(pán)成球機(jī)中制得直徑Imm 20mm球形顆粒; 第六步、高溫?zé)茖⒌谖宀剿们蛐晤w粒在空氣中自然干燥24-48h或90°C下干燥20-60min后以20°C -30°C /min的升溫速度升至900°C 1100°C的燒成溫度，并在燒成溫度下保溫5-20min后冷卻至室溫即可得重質(zhì)混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述的第四步中的取原料放入強(qiáng)制攪拌機(jī)中攪拌混勻的攪拌時(shí)間為Imin。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述的第四步中的加入適量的水，在強(qiáng)制攪拌機(jī)中攪拌使原料達(dá)到塑性狀態(tài)的攪拌時(shí)間為2min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種重質(zhì)混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料及其制備方法，它按照重量比，氧化鋁工業(yè)固體廢棄物廢玻璃粉、堿金屬碳酸鹽＝(0.87～0.95)(0.04～0.09)(0.01～0.04)，取各種原料加水拌和，成型，在900℃～1100℃的燒成溫度下高溫?zé)伤?。本發(fā)明的重質(zhì)混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料一方面以氧化鋁工業(yè)固體廢棄物、廢舊玻璃為基本原料，可有效利用工業(yè)廢棄物，可降低材料的成本；另一方面與目前的其它內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料相比，本發(fā)明的重質(zhì)混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料吸水后的表觀密度與混凝土中水泥砂漿的密度接近，可有效降低應(yīng)用“內(nèi)養(yǎng)護(hù)”技術(shù)混凝土的不均勻性。
文檔編號(hào)C04B22/10GK102633456SQ20121014923
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月15日
發(fā)明者丁長(zhǎng)紅, 付潔, 付玉龍, 曹付云, 朱建平, 鄒定華 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)