專利名稱：一種抗堿-集料反應(yīng)水泥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種新型的抗堿-集料反應(yīng)水泥，具體地說是一種能確保混凝土使用硅質(zhì)堿活性集料時，不發(fā)生堿-集料反應(yīng)破壞的新品種水泥。
堿-集料反應(yīng)是指混凝土中的堿活性集料與水泥、外加劑和環(huán)境中的堿發(fā)生破壞性的膨脹反應(yīng)，其結(jié)果導(dǎo)致工程混凝土的破壞。自1940年被發(fā)現(xiàn)和命名以來，已造成全世界數(shù)十個國家的一大批重大混凝土工程破壞，經(jīng)濟損失高達數(shù)千億美元，成為造成混凝土結(jié)構(gòu)破壞的最主要因素之一。許多科學(xué)家將其稱為混凝土的“癌癥”。目前防治堿-集料反應(yīng)的主要方法有兩類，一是使用非活性集料，二是使用低堿水泥(水泥堿含量＜0.6％等當(dāng)量Na2O)。但由于工程成本要求和原料分布的特殊性，實際情況中往往選擇不到非活性集料或低堿水泥，或者作出這樣的選擇要大幅度提高工程造價。例如，中國的華北和東北地區(qū)就是這樣，現(xiàn)有水泥基本上都是高堿水泥，而且大面積分布著堿活性集料。
抗堿-集料反應(yīng)的另一措施是在混凝土或水泥中摻活性混合材，要求混合材摻量必須大到足以抑制堿-集料反應(yīng)的程度。這一措施往往造成幾種工程困難，一是大量摻混合材后影響混凝土或水泥的強度和耐久性，二是控制量不當(dāng)反而會促進堿-集料反應(yīng)；三是對不同工程、不同集料、不同水泥情況都必須做大量試驗研究，巨大的工作量使得該方法難以在實際工程中應(yīng)用。
目前現(xiàn)有水泥品種主要有硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣、粉煤灰、火山灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥、高鋁水泥以及其它特種水泥(如白水泥、抗硫酸鹽水泥、油井水泥、鐵鋁和硫鋁酸鹽水泥等)。大量使用于混凝土的是硅酸鹽類水泥，而其中的普通硅酸鹽水泥中雖摻有一定混合材，但摻量不足以防止堿-集料反應(yīng)。礦渣硅酸鹽水泥中的礦渣對抑制堿-集料反應(yīng)效果不顯著。粉煤灰硅酸鹽水泥若將粉煤灰摻量大到足以防止堿-集料反應(yīng)的程度，則必然早強性能不良，不能滿足工程施工進度要求。其他少數(shù)特種水泥雖有抗堿-集料反應(yīng)性能，但價格昂貴，無法大量使用于普通混凝土工程。
本發(fā)明的目的就在于提供一種新型的抗堿-集料反應(yīng)水泥，它具有抗堿-集料反應(yīng)的性能，兼有早強、流動性好、高耐久性能，適用于所有現(xiàn)場澆注和預(yù)制鋼筋混凝土和素混凝土。
本發(fā)明的抗堿-集料反應(yīng)水泥主要由水泥熟料、復(fù)合化學(xué)活性劑通過特殊的復(fù)合而成。特殊的復(fù)合方式以最大限度提高抗堿-集料反應(yīng)性能、強度性能和耐久性能為宗旨。對水泥中各組分的品質(zhì)也有特殊的要求。簡單地說，本發(fā)明是采用特定要求的水泥熟料，選擇對抗堿-集料反應(yīng)性能好，對強度和耐久性能有利的混合材，通過機械活化和化學(xué)活化，按集料堿活性大小進行熟料和混合材配合成的抗堿-集料反應(yīng)水泥。具體配方范圍為60～80％硅酸鹽水泥熟料，20～40％復(fù)合混合材，0～4％復(fù)合化學(xué)活化劑。
本發(fā)明水泥中的主要成分是所述的硅酸鹽水泥熟料，其品質(zhì)應(yīng)至少達到相同標(biāo)號純硅酸鹽水泥的國家標(biāo)準中的各項指標(biāo)。各項指標(biāo)優(yōu)于標(biāo)準值越多越好。例如，水泥熟料標(biāo)號越高越好，游離氧化鈣越低越好。對于28天熟料強度分別達到59MPa和61MPa的兩種水泥熟料，優(yōu)先選用強度為61MPa的熟料。同時，選擇的水泥熟料是高堿水泥熟料，其中堿含量大于0.6％且小于1.3％等當(dāng)量Na2O。選擇的水泥熟料堿含量越低越好，例如對于堿含量分別為1.2％和0.9％的水泥熟料，寧可選擇后者。
本發(fā)明中選擇的活性混合材原料，其品質(zhì)要求在于足夠量的活性組分，其中惰性礦物越少越好。例如，對于活性組分含量分別為95％和85％的混合材，寧可選擇前者?；旌喜钠贩N可分為A和B兩類，不同混合材有的對抑制堿-集料反應(yīng)特別有效，有的對水泥強度和耐久性較有利。因而，必須兼顧綜合性能和成本要求?；旌喜钠贩N通過這種選擇，按不同配比混合成復(fù)合混合材。例如，對于所述的性能要求，寧可選擇A和B兩種混合材的復(fù)合混合材，而不選擇單一B種混合材。所述的復(fù)合混合材由混合材A和B復(fù)合而成，且被機械和化學(xué)活化。通過熟料和復(fù)合混合材及復(fù)合活化劑共磨，使本發(fā)明所述水泥的比表面積為350～500m2/kg。混合材A為燒失量低于6％且氧化硅含量高于40％的硅質(zhì)材料，其占復(fù)合混合材的比例為85～100％?；旌喜腂為另一種氧化硅含量高于50％的硅質(zhì)材料，其占復(fù)合混合材的比例為0～15％。
為使本發(fā)明水泥達到抗堿-集料反應(yīng)性能以及高早強、流動性和耐久性好的目的。對活性混合材最好采取機械活化和化學(xué)活化措施。例如，對于公知的機械活化后比表面積達500m2/kg和300m2/kg的混合材，最好采用500m2/kg表面積的混合材?；旌喜臋C械活化后的比表面積越高越好，品格缺陷越多越好。在機械活化的同時，最好也采用化學(xué)活化，既能促進機械活化的效果，又能使混合材化學(xué)活性增加。例如，對于單用機械活化和機械活化與化學(xué)活化結(jié)合兩種情況，最好選擇后者。
如上所述的化學(xué)活化劑，必須采用無堿、無氯型活化劑，方能既有活化效果，對水泥其它性能又有改善。采用的有機-無機復(fù)合活化劑，最好兼顧各性能的要求，有利組分越多越好。例如，X，Y二種化學(xué)活化劑，分別對水泥某二種性能有利，則最好使用X，Y復(fù)合型活化劑，而不要采用單一種活化劑。所述的復(fù)合化學(xué)活化劑由活化劑X和活化劑Y復(fù)合成，其中X為醇胺類活化劑，其0～20％。Y為無堿無氯的無機鹽類，占80～100％。
上述活化劑的摻量按生產(chǎn)525R，525，425R，425不同標(biāo)號的抗堿-集料反應(yīng)水泥而定。在確保生產(chǎn)水泥達到相應(yīng)指標(biāo)情況下，按照廉價的要求，摻量越低越好。例如，對于摻量分別為4％和3％(按水泥重量計)的情況，最好選擇后者。
本發(fā)明所述的抗堿-集料反應(yīng)水泥中，水泥熟料與混合材比例應(yīng)按照集料堿活性的大小而定。集料堿活性越高，混合材所占比例越大。例如，對于高堿集料混合材摻量應(yīng)在30～40％范圍內(nèi)。同樣地，如果集料堿活性較小，可適量地降低混合材摻量，比如說20～30％。本發(fā)明所述水泥的力學(xué)性能為3天抗折強度和抗壓強度分別達到6.5Ma和35.2MPa，28天則分別達到8.9和70.1MPa，水/灰比較純硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥低5％。使用本發(fā)明水泥，在使用活性集料時膨脹性能顯著低于使用低堿水泥的情況，而使用低堿水泥是國際公認的抗堿-集料反應(yīng)方法。因此，使用本發(fā)明水泥能確保工程使用堿集料時不發(fā)生堿-集料反應(yīng)破壞。
本發(fā)明所述的抗堿-集料反應(yīng)水泥具有廣泛的適用性，它不僅能確保使用堿活性硅質(zhì)集時不發(fā)生堿-集料反應(yīng)破壞，同時具有高早強(可達525R)、流動性好和耐久性好等優(yōu)良性能。例如由含堿量為1.06％(等當(dāng)量Na2O)的熟料所制成的本發(fā)明水泥，其與堿活性集料的高溫養(yǎng)護膨脹試驗，所得的膨脹量比在同樣試驗條件下的低堿水泥(等當(dāng)量Na2O為0.58％，符合ASTM標(biāo)準)所得的膨脹量還要低31％，說明本發(fā)明所述水泥具有比低堿水泥更好的抗堿-集料反應(yīng)性能。而其強度(3、7天抗折和3、7天抗壓)分別達到5.47、8.18、26.8、55.10MPa，都超過了普通硅酸鹽水泥525R為國家標(biāo)準。與此同時，該水泥的標(biāo)準稠度需水量比同標(biāo)號硅酸鹽水泥要低5％左右。該水泥的生產(chǎn)成本與同標(biāo)號硅酸鹽水泥相近，使用方法與其他水泥品種相同，生產(chǎn)方法與現(xiàn)有硅酸鹽水泥基本相同。為解決中國或其他國家的堿-集料反應(yīng)問題，確保工程混凝土的安全性，避免巨大經(jīng)濟和社會損失，提供一種切實有效的材料。
權(quán)利要求
一種抗堿-集料反應(yīng)水泥。其特征在于所述的水泥配方為硅酸鹽水泥熟料 60～80％復(fù)合型混合材20～40％復(fù)合型化學(xué)活化劑0～4％其中，所述熟料是高堿水泥熟料，堿含量大于0.6％且小于1.3％等當(dāng)量Na2O，所述復(fù)合型混合材由燒失量低于6％且氧化硅含量高于40％的無機硅質(zhì)材料和另一種氧化硅含量高于50％的硅質(zhì)材料分別按占混合材總量85～100％及0～15％的比例復(fù)合而成，所說的復(fù)合化學(xué)活化劑由占0～20％的醇胺類活化劑和占80～100％的無機無堿無氯鹽類復(fù)合而成，所述水泥的比表面積350～500m2/kg。
全文摘要
一種新型的特種水泥——抗堿-集料反應(yīng)水泥，它是由普通的高堿硅酸鹽水泥熟料，復(fù)合活性混合材和少量化學(xué)外加劑構(gòu)成。其特征是混合材被機械和化學(xué)活化，水泥熟料品質(zhì)合乎同標(biāo)號硅酸鹽水泥質(zhì)量要求，復(fù)合的化學(xué)活化劑對混凝土強度和耐久性有利而無害。復(fù)合活性混合材占水泥的比例按集料堿活性大小而定，由強度發(fā)展分成525R，525，425R，425四個標(biāo)號。用于現(xiàn)場澆注和預(yù)制鋼筋混凝土和素混凝土，確保使用硅質(zhì)堿活性集料時不發(fā)生堿-集料反應(yīng)破壞。
文檔編號C04B7/00GK1137497SQ95105990
公開日1996年12月11日 申請日期1995年6月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月8日
發(fā)明者唐明述, 曹辰, 許仲梓, 鄧敏, 蘭祥輝 申請人:北京德高水泥新技術(shù)開發(fā)公司, 南京化工大學(xué)