混凝土結(jié)構(gòu)抗硫酸鹽腐蝕涂層材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于磷酸鉀鎂水泥的硅酸鹽水泥混凝 土抗硫酸鹽腐蝕涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)地域環(huán)境復(fù)雜，氣候變化劇烈，鹽類(lèi)侵蝕造成的混凝土性能劣化相當(dāng)嚴(yán)重，威 脅著我國(guó)西部以及沿海、近海的大量混凝土結(jié)構(gòu)的安全。在針對(duì)混凝土的各種鹽類(lèi)侵蝕中， 硫酸鹽侵蝕破壞最為普遍。硅酸鹽水泥混凝土中富含Ca (OH) 2和水化鋁酸鈣，主要水化產(chǎn) 物C-S-H凝膠的穩(wěn)定性依賴于高堿性氛圍，這些都是其產(chǎn)生硫酸鹽化學(xué)腐蝕的根源。除此 之外，硅酸鹽水泥混凝土還具有多相多孔結(jié)構(gòu)，在集料界面過(guò)渡區(qū)、Ca(OH) 2晶體與C-S-H 凝膠接觸區(qū)形成了一個(gè)連續(xù)的毛細(xì)孔隙網(wǎng)，給SO42等腐蝕性離子向混凝土內(nèi)部侵蝕提供了 傳輸通道。材料組成、結(jié)構(gòu)方面的缺陷和外界因素的共同作用，造成了硅酸鹽水泥混凝土的 硫酸鹽侵蝕破壞。由于硅酸鹽水泥的固有特性，硅酸鹽水泥混凝土結(jié)構(gòu)自身已不能滿足鹽 湖環(huán)境、重鹽漬土區(qū)等嚴(yán)酷環(huán)境的要求，需要采取其他的防腐措施提高其耐久性。在已有各 種混凝土結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)中，涂層防護(hù)技術(shù)是最為經(jīng)濟(jì)、有效的措施之一，可有效阻止腐蝕介 質(zhì)向混凝土內(nèi)部的滲入，保護(hù)混凝土與鋼筋免受腐蝕，從而使混凝土的耐久性得到提高。用 于混凝土結(jié)構(gòu)的防護(hù)涂層材料主要分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩類(lèi)，但常用的有機(jī)防護(hù)涂層材料對(duì)施 工環(huán)境要求高且易老化、無(wú)機(jī)防護(hù)涂層材料的綜合性能難以滿足重鹽類(lèi)腐蝕環(huán)境的要求。
[0003] 磷酸鎂水泥是由死燒氧化鎂、可溶性磷酸鹽和外加劑等按照一定比例，在酸性條 件下通過(guò)酸堿化學(xué)反應(yīng)及物理作用生成的以磷酸鹽為黏結(jié)相的無(wú)機(jī)膠凝材料；該類(lèi)材料在 常溫下通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合，具備了硅酸鹽類(lèi)膠凝材料和陶瓷材料的主要特點(diǎn)，即低溫固化、高 早強(qiáng)、高體積穩(wěn)定性、粘結(jié)性強(qiáng)、硬化體偏中性等。磷酸鎂水泥中的磷酸鹽能與普通混凝土 中的水化產(chǎn)物或未水化的熟料顆粒反應(yīng)生成同樣具有膠凝性的磷酸鈣類(lèi)產(chǎn)物，因此在與硅 酸鹽混凝土的粘結(jié)界面附近，除了物理粘結(jié)作用外，還存在很強(qiáng)的化學(xué)粘結(jié)作用，粘結(jié)性較 高；磷酸鎂水泥的酸堿組份遇水后中和反應(yīng)迅速，強(qiáng)度發(fā)展快，早期強(qiáng)度尤其是小時(shí)強(qiáng)度非 常高，這是普通硅酸鹽水泥甚至是快硬硫鋁酸鹽水泥等都不能相比的；磷酸鎂水泥基材料 漿體的水膠比低，水化硬化過(guò)程的收縮變形僅為硅酸鹽水泥基材料的十分之一，體積穩(wěn)定 性好；磷酸鎂水泥基材料的熱膨脹系數(shù)與普通硅酸鹽混凝土的很接近，之間的熱性能匹配 很好；磷酸鎂水泥的主要水化產(chǎn)物MgNH 4(K)PO4 WH^MKP,鳥(niǎo)糞石的同類(lèi)物）是磷酸鎂水泥 體系產(chǎn)生膠凝性能的根源，其在很大的PH值變化范圍內(nèi)（7~11)性能穩(wěn)定，磷酸鎂水泥硬 化體由未反應(yīng)的氧化鎂顆粒和磷酸鹽水化物組成，顆粒間通過(guò)離子鍵結(jié)合形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 其結(jié)構(gòu)致密程度堪比陶瓷。與富含Ca(OH) 2、主要水化產(chǎn)物（C-S-H)依賴堿性氛圍、顆粒間 以范德華力結(jié)合和呈多孔特質(zhì)的硅酸鹽水泥硬化體比較，磷酸鎂水泥硬化體在耐鹽類(lèi)腐蝕 方面有明顯優(yōu)勢(shì)。上述特點(diǎn)使磷酸鎂水泥基材料成為硅酸鹽水泥混凝土結(jié)構(gòu)最理想的修補(bǔ) 防護(hù)材料。但是，磷酸鎂水泥基材料凝結(jié)快，水化熱早期集中釋放，這對(duì)施工操作和后期性 能均產(chǎn)生不利影響，限制了其的使用范圍。磷酸鎂水泥基材料長(zhǎng)期與水接觸，存在水溶蝕 現(xiàn)象，試件的水養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度相比同齡期自然養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度會(huì)有不同程度的折減，水穩(wěn)定性有待 提高，這限制了其在水溶液腐蝕環(huán)境下的使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是：針對(duì)磷酸鎂水泥基材料凝結(jié)快、水化熱集中釋放和水穩(wěn)定性差的 缺陷，針對(duì)硅酸鹽水泥混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力差的缺陷，本發(fā)明提供一種制備凝結(jié)時(shí)間 可控、水化熱分階段釋放、水穩(wěn)定性和抗硫酸鹽侵蝕能力高的磷酸鉀鎂水泥基材料的方法， 并將其涂敷在重硫酸鹽侵蝕環(huán)境下的硅酸鹽水泥混凝土表面，從而提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗硫 酸鹽侵蝕能力和耐久性，該發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、使用方便、節(jié)能環(huán)保、成本較低。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種混凝土結(jié)構(gòu)抗硫酸鹽腐蝕涂層材料的制備方法，其特 征在于包括以下步驟：
[0006] 步驟一：取死燒氧化鎂粉作為堿性組份，磷酸二氫鉀作為酸性組份，并外摻復(fù)合緩 凝劑，配制成磷酸鉀鎂水泥，所述死燒氧化鎂粉、所述磷酸二氫鉀和所述復(fù)合緩凝劑的質(zhì)量 比依次為70~75 :25~30 :8~12 ;
[0007] 步驟二：取所述步驟一制得的磷酸鉀鎂水泥、硅灰和石灰石粉，混合配制成磷酸鉀 鎂水泥基材料粉料，其中，所述磷酸鉀鎂水泥、硅灰和石灰石粉質(zhì)量比依次為87~93 :5~ 8 :2 ~5 ;
[0008] 然后將制得的所述磷酸鉀鎂水泥基材料粉料摻入水玻璃、聚丙烯纖維和水，混合 配制成磷酸鉀鎂水泥基材料漿體，該磷酸鉀鎂水泥基材料漿體即為所述的混凝土結(jié)構(gòu)抗硫 酸鹽腐蝕涂層材料，其中，所述磷酸鉀鎂水泥基材料粉料、水玻璃、聚丙烯纖維和水的質(zhì)量 比依次為100 :2~4 :0? 5~L 0 :10~14。
[0009] 本發(fā)明在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，還包括以下優(yōu)選方案：
[0010] 在所述步驟一中，所述復(fù)合緩凝劑由四硼酸鈉、十二水合磷酸氫二鈉和無(wú)機(jī)氯鹽 組成。
[0011] 在所述步驟一中，所述死燒氧化鎂粉MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)多90%，死燒氧化鎂粉的比 表面積180~210m2/kg。
[0012] 在所述步驟一中，所述磷酸二氫鉀為工業(yè)級(jí)磷酸二氫鉀，其主粒度為40/350~ 60/245 目 /ym〇
[0013] 在所述步驟二中，所述硅灰中Si02的質(zhì)量分?jǐn)?shù)多75%，硅灰的比表面積為 20000 ~28000m2/kg。
[0014] 在所述步驟二中，所述石灰石粉中CaC03的質(zhì)量分?jǐn)?shù)多90%，石灰石粉的主粒度 為 200/48 ~300/75 目 / y m。
[0015] 在所述步驟二中，所述水玻璃的模數(shù)為3. 5~3. 7,密度為1. 318~I. 342g/cm3。
[0016] 在所述步驟二中，所述聚丙稀纖維長(zhǎng)3~6mm，直徑20~30 ym。
[0017] 該方法還包括步驟三：將步驟二配制的磷酸鉀鎂水泥基材料漿體分層均勻涂敷在 硅酸鹽水泥混凝土表面，提高硅酸鹽水泥混凝土結(jié)構(gòu)的抗硫酸鹽侵蝕性能。
[0018] -種采用上述方法制成混凝土結(jié)構(gòu)抗硫酸鹽腐蝕涂層材料。
[0019] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
[0020] 1、本發(fā)明通過(guò)合理調(diào)節(jié)堿酸組份比例和復(fù)合緩凝劑摻量，可調(diào)控磷酸鉀鎂水泥基 材料的凝結(jié)時(shí)間在20~60min，水化熱分二階段釋放，解決了磷酸鉀鎂水泥基材料凝結(jié)快 和施工可操作性差等問(wèn)題。
[0021] 2、本發(fā)明通過(guò)摻適量硅灰、石灰石粉和水玻璃，改善磷酸鉀鎂水泥基材料的早期 強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和抗硫酸鹽侵蝕性能，使磷酸鉀鎂水泥基材料硬化體的Id抗 壓強(qiáng)度提高20~30 %、水化60d收縮變形降低20~40 %、60d水養(yǎng)護(hù)剩余強(qiáng)度率提高20~ 30%和150次硫酸鹽溶液（10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)）干濕循環(huán)抗壓強(qiáng)度提高20~30%。通過(guò)摻適 量聚丙烯纖維改善磷酸鉀鎂水泥基材料漿體的抗裂性能，使硬化后的磷酸鉀鎂水泥基材料 涂層無(wú)明顯裂紋。
[0022] 3、本發(fā)明通過(guò)在經(jīng)處理的硅酸鹽水泥混凝土試件表面涂敷磷酸鉀鎂水泥基材料 漿體，使硅酸鹽水泥混凝土試件的150次硫酸鹽溶液（10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)）干濕循環(huán)抗壓強(qiáng)度提 高20~30%。
[0023] 4、本發(fā)明制備的磷酸鉀鎂水泥基材料一一混凝土結(jié)構(gòu)抗硫酸鹽腐蝕涂層材料，初 凝時(shí)間在20~60min，水化熱分階段釋放；Id抗壓強(qiáng)度為40~50MPa，28d抗壓強(qiáng)度為50~ 65MPa，60d收縮應(yīng)變?yōu)?. 0~4. 0 X 10-4 ;成型Id后浸水養(yǎng)護(hù)60d抗壓強(qiáng)度剩余率為90~ 100%，150次硫酸鹽溶液（10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)）干濕循環(huán)抗壓強(qiáng)度剩余率為70~85%，經(jīng)磷酸 鉀鎂水泥基材料涂敷的硅酸鹽水泥混凝土試件的150次硫酸鹽溶液（10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)）干濕 循環(huán)抗折強(qiáng)度率為80 %~100%。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一