[发明专利]一种基于活性砂岩骨料的碱活性抑制材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于活性砂岩骨料的碱活性抑制材料及其制备方法。本发明采用具有潜在碱活性的砂岩骨料，经立磨机和球磨机二次粉磨制成比表面积为(645～950)m²/kg砂岩粉，砂岩粉与中热水泥、纳米SiO₂按一定比例混合均匀。该抑制材料由下述质量百分比的原料制成：中热水泥75％～87％，砂岩粉10％～20％，纳米SiO₂ 3％～5％。本发明制得的碱活性抑制材料具有原料易得、加工性好、制备工艺简单、碱活性抑制效果明显且制备过程对环境无污染等技术优势，利于工程大规模生产与应用。

技术领域

本发明涉及建筑、交通、能源、铁路等混凝土工程领域，具体是一种基于活性砂岩骨料的碱活性抑制材料及其制备方法。

背景技术

混凝土碱-骨料反应(Alkali-Aggregate Reaction)是指混凝土中的碱与具有碱活性的骨料发生化学反应，引起混凝土的体积膨胀和开裂，降低混凝土耐久性，缩短混凝土结构的服役寿命。

碱-骨料反应是一个较缓慢的过程，有时需要几年甚至几十年时间才会出现裂纹，特别是对于一些慢性膨胀型的活性骨料，这一时间会更长。由于水利水电工程的设计使用寿命多达百年，且水工混凝土所处的潮湿环境为碱-骨料反应提供了充分的时间和环境条件，因此，水工混凝土比普通混凝土具有更大的碱-骨料反应风险。碱-骨料反应一旦发生就难以阻止，且无法进行后期修补，被称为混凝土的“癌症”。因此，提前采取适当措施预防混凝土发生碱-骨料反应破坏，确保混凝土工程安全运行，是工程建设中的一项十分迫切的任务，对保障我国基础设施安全起着重要的作用。

目前防止碱-骨料反应发生的措施主要包括：使用非活性骨料、控制混凝土总碱量、控制湿度和采取抑制措施等。使用非活性骨料对防止碱-骨料反应而言是最安全可靠的措施，但由于活性骨料特别是硅质活性骨料分布广泛，且骨料资源亦非“取之不尽”的可再生资源，随着资源的不断消耗和受工程造价等因素影响，骨料的可选择余地受到制约，当不得不使用活性骨料时，采取各种碱活性抑制措施就成为保障混凝土工程结构安全与长期耐久的必要技术途径。

掺入抑制材料是工程界普遍采取的有效碱活性抑制措施之一。目前骨料碱活性抑制材料大都采取了矿物掺和料与外加剂复掺或多元外加剂复配的技术路线。公开号为CN102557509A的中国发明专利公开了一种板岩碱活性抑制外加剂的配制方法，由混合材料，硅粉，纳米SiO₂，三乙醇胺，高效塑化剂和引气剂等材料配制而成。公开号为CN1939865A的中国发明专利公开了一种抑制碱骨料反应的混凝土外加剂及制备工艺，天然沸石粉经过一系列物理化学处理得到的改型沸石，其中Si-O四面体与Al-O四面体对应以SiO₂、Al₂O₃的分子式存在，SiO₂和Al₂O₃摩尔比为2∶1。公开号为CN102584085A的中国发明专利公开了一种抑制混凝土碱骨料反应的专用外加剂，以活性细粉料为载体，采用了引气(木质素磺酸盐)、抗水(硬脂酸盐)、减水(木质素)、早强(硝酸盐)等多元复合技术。公开号为CN103073223A的中国发明专利公开了一种用于抑制变质岩骨料碱活性的混凝土外加剂及其制备方法与应用，该外加剂由矿物掺合料、锂化合物、硅烷和引气剂按一定比例配制而成。

矿物掺和料与外加剂复掺技术通常都是基于粉煤灰、矿渣粉、纳米SiO₂、沸石粉、天然火山灰质材料等矿物掺和料优选改性得到，前提条件是要求优质矿物掺和料易获取、供应充足且品质稳定。鉴于水利水电工程建设正向江源地区推进，工程附近骨料岩性复杂、不同程度地含有部分碱活性成分，骨料的可选择余地受到制约而优质矿物掺和料十分紧缺，从外地购置粉煤灰、矿渣粉等传统抑制材料时，存在运距远、经济成本高等问题。若能依据就地取材原则充分利用当地活性骨料，通过各种物理化学作用制成骨料碱活性抑制材料，不仅可以实现废弃骨料的资源化，还能保证水利水电工程的长期安全耐久，技术、经济、社会效益十分显著。