[发明专利]基于碱激发矿渣和硅酸盐水泥的功能梯度混凝土

说明书

本发明公开了基于碱激发矿渣和硅酸盐水泥的功能梯度混凝土，是在碱激发矿渣混凝土的表面覆盖有一层硅酸盐水泥砂浆层或硅酸盐水泥混凝土层，或者是在硅酸盐水泥混凝土的表面覆盖有一层碱激发矿渣砂浆层或碱激发矿渣混凝土层，以提高碱激发矿渣混凝土的抗碳化性能或者硅酸盐水泥混凝土的抗氯离子渗透性能。本发明的功能梯度混凝土具有良好的综合性能，如优良的抗碳化性能、抗氯离子渗透性能等，特别适合氯离子侵蚀严重或既有氯离子侵蚀又有碳化作用的地方使用。

技术领域

本发明属于新型混凝土材料领域，具体涉及基于碱激发矿渣和硅酸盐水泥的功能梯度混凝土。

背景技术

硅酸盐水泥(Portland cement，简写为PC)具有好的抗碳化性能，但抗氯离子渗透性能、抗硫酸盐性能等性能远不如碱激发矿渣(alkali-activated slag，简写为AAS)。而相较于硅酸盐水泥，AAS胶凝材料是一种相对环保型材料，它利用激发剂如强碱KOH、NaOH去激发前驱体矿渣发生水化反应生成水化产物而具有强度，它不但利用工业废渣——矿渣等，在生产、使用环节还不会排放废气和粉尘。另外，AAS还具有硅酸盐系列水泥不具有的一些优良性能，如良好的抗硫酸盐性能、抗氯离子渗透性能、抗软水侵蚀性能等。但AAS也有一些性能缺陷，如在生产碱时对环境有一定的污染，特别是抗碳化性能较差，这严重制约了AAS在实际工程中的推广应用。

如果在AAS混凝土表面覆盖一层硅酸盐水泥砂浆层或混凝土层形成梯度混凝土，利用表层抗碳化性能好(但抗氯离子渗透性能差)的硅酸盐水泥砂浆层或混凝土层保护内部抗碳化性能差(但抗氯离子渗透性能好)的AAS混凝土，这样就能得到抗碳化性能和抗氯离子渗透性能均好的梯度混凝土。或者在硅酸盐水泥混凝土表面覆盖一层AAS砂浆层或混凝土层形成另一种梯度混凝土，利用表层抗氯离子渗透性能好(但抗碳化性能差)的AAS砂浆层或混凝土层保护内部抗氯离子渗透性能差(但抗碳化性能好)的硅酸盐水泥混凝土，这样也能得到抗碳化性能和抗氯离子渗透性能均好的梯度混凝土。

本发明正是基于这样的思路提出了基于碱激发矿渣和硅酸盐水泥的功能梯度混凝土(functionally graded concrete，简写为FGC)，并对功能梯度混凝土的抗碳化性能和抗氯离子渗透性能进行了研究。目前国内外虽有一些梯度混凝土研究报道，但利用碱激发矿渣和硅酸盐水泥配制梯度混凝土的研究却未见相关报道。

发明内容

为克服碱激发矿渣和硅酸盐水泥各自的性能缺陷、发挥它们的性能优势，本发明的目的在于提供一种基于碱激发矿渣和硅酸盐水泥的功能梯度混凝土，以提高其综合性能，如良好的抗氯离子渗透性能、抗碳化性能等耐久性能。

本发明为实现目的，采用如下技术方案：

本发明基于碱激发矿渣和硅酸盐水泥的功能梯度混凝土主要包括两类结构：

第一类功能梯度混凝土为PC-AAS混凝土(即Portland cement-alkali activatedslag混凝土)，是在碱激发矿渣混凝土的表面覆盖有一层硅酸盐水泥砂浆层或硅酸盐水泥混凝土层，以提高碱激发矿渣混凝土的抗碳化性能。如图1所示，将图1中第I部分设定为AAS混凝土、第II部分设定为PC砂浆层或PC混凝土层，就得PC-AAS混凝土。众所周知，AAS抗碳化性能差，这严重制约了其在实际工程中推广应用，但它具有极好的抗氯离子渗透性能和抗腐蚀能力，而硅酸盐水泥具有很好的抗碳化性能但抗氯离子渗透性能却较差。对PC-AAS混凝土，由于表面的硅酸盐水泥砂浆层或混凝土层有很好的抗碳化性能，使得内部的AAS混凝土开始碳化时间大幅度延后，同时内部的AAS混凝土具有极好的抗氯离子渗透性能。因此PC-AAS混凝土既有好的抗氯离子渗透性能，同时也有好的抗碳化性能，为AAS在实际工程中推广应用提供了技术支撑。