白云石复合掺合料的制备方法及新应用

摘要

本发明涉及一种白云石复合掺合料的制备方法及新应用。是将白云石磨细至与硅酸盐水泥基本相同的粒度，按硅酸盐水泥的质量掺入一定比例的白云石粉，按白云石粉的质量掺入一定当量氧化钠的含碱物质混合均匀，制备成具有抗渗性能的混凝土复合掺合料。在制备微膨胀或补偿收缩混凝土时按硅酸盐水泥的质量掺入一定比例白云石复合掺合料，配制成具有抗渗功能和较高抗折强度的混凝土。经试验，应用本发明所制备的复合掺合料混凝土构件不产生裂缝，同时提高了混凝土抗渗性和抗折强度，28天实际抗渗等级达P10要求，这是意想不到的效果。工艺简单，成本低廉，不仅提高了混凝土的性能，还增加了混凝土的功能，效果显著。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种混凝土复合掺合料的制备方法，尤其是白云石复合掺合料的制备方法及新应用。 

背景技术：

众所周知，如果在混凝土拌合料中使用了白云石作为骨料，则白云石骨料会与水泥中的碱发生反应，即碱-碳酸盐反应(Alkali—carbonateriaction,)。碱-碳酸盐反应是水泥中的碱与粗集料中的白云石之间在有水的条件下发生反应,并导致混凝土局部体积膨胀，甚至会造成混凝土开裂，是造成混凝土碱骨料反应的原因之一，迄今为止，研究碱骨料反应的目的多是为了如何有效防止和抑制碱骨料反应对混凝土工程造成破坏。 

而另一方面现浇混凝土在硬化过程中，由于混凝土中水分的挥发、物理化学反应、环境温度、湿度的变化等原因，使得普通混凝土会产生较大的体积收缩、甚至会因体积收缩产生裂缝，对混凝土的承载能力、工作性能、耐久性能等产生不利影响。所以工程中通常采用适当增加配筋、降低水灰比、加强养护、掺入部分优质矿物细骨料及减缩剂、膨胀剂等方式来解决混凝土体积收缩造成的影响。虽然在一定程度上减少了混凝土的体积收缩和开裂，但依然存在成本较高塌落度损失较快等不足。 

封孝信等在硅酸盐学报2005年7期《碱碳酸盐反应的膨胀机理》中介绍“碱—碳酸盐反应（也称为去白云石化反应）机理如下： 

CaMg(CO₃)₂+2MOH=CaCO₃+Mg(OH)₂+M₂CO₃

式中，M为碱金属离子：Na+、K+、Li+ 

去白云石化反应的产物层中除了方解石和水镁石外，还有K⁺，Na⁺和CO₃^2-离子，即去白云石化反应的反应产物K⁺，Na⁺和CO₃^2-未回到孔溶液中，而是保留在产物层中占据一定的空间。因此，去白云石化反应产物所占据的空间大于参加反应的白云石所占据的空间，从而引起膨胀”。 

唐明述也在中国科学基金1995年第三期里介绍了碱碳酸盐膨胀机理，白云石表面的Mg2+离子与OH-离子结合形成水镁石，原表面层处的碳酸钙形成方解石，膨胀是由局部反应和结晶压引起的，去白云石反应的自由能⊿G298为负，约为-12.19kJ，即反应在室温下是可以进行的，这也是离子进入受限空间的推动力。 

其本质是白云石里的碳酸镁与环境溶液里的氢氧根离子反应生成氢氧化镁 的过程。而且大量实验结果表明，碱碳酸盐反应与碱-硅酸反应不同，即使采用低碱水泥或普通掺合料材料也不能有效抑制碱-碳酸盐反应。但这却为制备白云石抗渗混凝土复合掺合料提供了便利，即控制碱含量就能控制白云石膨胀的数量。 

抗渗混凝土一般可以由混凝土中掺入适量膨胀剂或膨胀水泥配制成的混凝土。按常用膨胀剂类型可分为：硫铝酸钙类、硫铝酸钙——氧化钙类、氧化钙类膨胀剂、轻烧氧化镁，轻烧白云石。虽然这类膨胀剂能有效地解决混凝土收缩提高混凝土抗渗性能的问题，但生产工艺复杂，需要高温烧结，且膨胀量难以控制，保存时间过长还会造成活性降低而且通常造价高。 

CN102180613A公开了《一种钢渣复合粉及其制备方法》,包括下述重量比的原料:热闷钢渣微粉30-45、精炼渣微粉5-10、矿渣微粉30-45、聚羧酸3-3.5、三乙醇胺3-3.5、硫酸钙5-6、聚合硫酸铝4-5及白云石粉2-3。使钢渣复合粉可用于水泥、混凝土等产品的原料中从而达到降低水泥、混凝土等的制造成本。 

CN101016198公开了《一种超细碳酸盐岩粉混凝土复合掺合料及其制备方法》，由超细碳酸盐岩粉与矿物粉料按20％-90％∶10％-80％重量百分比组成；所用的碳酸盐岩是以方解石、白云石或上述两者矿石为主要矿物成分。将碳酸盐岩粉磨成超细粉，再与其它矿物粉料按比例混合均匀。制成的复合掺合料可以替代20％-80％水泥，降低混凝土的用水量，大幅度降低水泥用量，配制高性能的混凝土。 

此外，还从国家知识产权局网站上检到，有关白云石、混凝土的专利文献八份： 

CN1176231公开了一种“微膨胀型硅酸盐水泥的制造方法”生产一种烧制的水泥，白云石仅是其中的一种原料； 

CN1175559公开了一种“微膨胀、防水、抗裂彩色水泥”用煅烧白云石掺入水泥制成膨胀水泥； 

CN1224633公开了一种“流化床炉烟气的脱硫方法”白云石作为燃烧锅炉的脱硫剂； 

CN1631830公开了一种“一种煤矸石活性混合材、其制备方法以及一种高性能水泥”高温煅烧白云石制备煤矸石混合材； 

CN101040017公开了一种“水性环氧树脂体系”白云石作为水性环氧树脂的填充料，用于混凝土保护用； 

CN102776388A公开了“一种皮江法炼镁工艺及以稀土氧化物作为矿化剂的应用”以煅烧白云石的形式掺入混凝土中，利用氧化镁与水反应形成氢氧化 镁的体积膨胀效应； 

CN101987761A公开了“一种用于小规模分散式生活污水深度处理的同心结构潜流景观绿地系统”与污水处理有关，与混凝土等建筑材料无关； 

CN102050614A公开了“一种白云石镁水泥混凝土及其制造方法”白云石镁质水泥，即煅烧白云石与氯化镁形成镁质水泥； 

CN102092976A公开了一种“生态大体积混凝土膨胀剂及制备方法”用煅烧白云石用作混凝土早期膨胀，补偿混凝土的收缩。 

上述专利文献多以白云石为原材料经加热制成煅烧白云石，利用MgO+H₂O→Mg(OH)₂的体积膨胀达到膨胀剂的作用。 

在现有技术中，人们习惯认为碱—碳酸盐反应是碱骨料反应的重要类型之一，这种反应会引起混凝土体积膨胀，致使混凝土开裂破坏，给混凝土工程带来严重危害.并形象地称其为混凝土的“癌症”，所以迄今为止，研究碱骨料反应的目的均是如何防止碱骨料反应发生，如何有效抑制碱骨料反应发生，如何降低碱骨料反应对混凝土工程造成的破坏。本发明的创造性就在于克服了现有的这种技术偏见，采用了人们由技术偏见而舍弃的技术手段，利用碱碳酸盐反应产生的体积膨胀达到补偿混凝土体积收缩。 

发明内容：

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种白云石复合掺合料的制备方法； 

本发明的另一目的是提供一种白云石复合掺合料的新应用。 

本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 

白云石复合掺合料的制备方法，主要包括以下步骤： 

a、将白云石磨细至与硅酸盐水泥基本相同的粒度； 

b、在制备白云石复合掺合料时，按硅酸盐水泥的质量掺入2%-20%的白云石粉，按白云石粉的质量掺入＜1.5%当量氧化钠的含碱物质混合均匀，制备成白云石混凝土复合掺合料。 

白云石复合掺合料的新应用： 

在制备混凝土时按硅酸盐水泥的质量掺入2%-20%碱白云石复合掺合料，配制成具有较高抗渗性质的混凝土和较高抗折强度的混凝土。 

具体实验： 

水泥为亚泰集团产鼎鹿牌PO42.5R普通硅酸盐水泥，经检测水泥的当量碱含量约为1.16%，可以认定为高碱水泥。 

白云石山东产，白云石的化学成分为：CaO31.41%、MgO21.86%、CO247.73%，其中Ca²⁺和Mg²⁺的比值为1:0.69。实际检测Ca²⁺和Mg²⁺的比 值为1:0.67，用X射线衍射仪确认是白云石，经行星式快速研磨机将白石子磨细至与水泥粒径。 

按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》规定，制作试件。每组试块加入不同含量的白云石粉，奇数组采用在温度为20℃的空气中养护，偶数组采用在温度为20℃的水中养护。水泥试件24h后拆模，分别在第2天、第5天、第10天、第17天、第28天对试块的线变化量进行测定，实验数值如附表1所示。 

附表1、水泥试件掺入不同白云石在不同养护条件下的各龄期线变化量mm 

附表2、20℃空气中养护水泥试件强度试验结果 

附表3、20℃水中养护水泥试件强度试验结果 

附表4、混凝土28天抗压、抗折强度 

实验结果，由附表1可以看出，用高碱水泥拌制的掺有白云石试件经过养生，试件发生微膨胀，在水中养护的试件膨胀数量大于在空气中的数量，为便于分析比较，见附图1、附图2。由扫描电镜的显微结构分析可知，添加白云石的水泥石微观裂缝明显降低，具体见附图3、附图4。 

有益效果：经试验，应用本发明所制备的复合掺合料混凝土构件不产生裂缝，同时提高了混凝土抗渗性和抗折强度，28天实际抗渗等级达P10要求，工艺简单，成本低廉，不仅提高了混凝土的性能，还增加了混凝土的功能，效果显著，这是意想不到的效果。 

附图说明：

附图1为空气中养护时试件的线膨胀量。 

附图2为水中养护时试件的线膨胀量。 

附图3为未添加白云石试件可见显微裂缝。 

附图4为添加5%白云石试件未见明显的显微裂缝。 

附图5为附表1水泥试件掺入不同白云石在不同养护条件下的各龄期线变化量mm。 

附图6为附表220℃空气中养护水泥试件强度试验结果。 

附图7为附表320℃水中养护水泥试件强度试验结果。 

附图8为附表4混凝土28天抗压、抗折强度。 

具体实施方式：

下面结合附图和实施例作进一步的详细说明： 

白云石复合掺合料的制备方法，包括以下步骤： 

a、将白云石磨细至与硅酸盐水泥基本相同的粒度； 

b、在制备白云石复合掺合料时，按硅酸盐水泥的质量掺入2%-20%的白云石粉，按白云石粉的质量掺入＜1.5%当量氧化钠的含碱物质混合均匀，制备成具有性能的混凝土复合掺合料。 

白云石复合掺合料的新应用，在制备微膨胀或补偿收缩混凝土时按硅酸盐水泥的质量掺入2%-20%白云石复合掺合料，配制成具有抗渗功能和较高抗折强度的混凝土。 

实施例1 

抗裂抹面砂浆：抹面砂浆是由PC32.5水泥、中砂、水组成，按1：3比例，掺入占水泥重量10%的白云石粉和0.2%碳酸钠。具体为：水泥370kg,中砂1350kg，白云石粉37kg，0.037kg碳酸钠。 

在红砖清水墙面上，用砂浆抹面1平方米见方三块，7天后，检测砂浆抹面未发现任何裂缝。同样在红砖清水墙面上，未掺入白云石粉的对比抹面砂浆也抹面1平方米大小三块，7天后，则可以看到有细微的砂浆裂缝。 

实施例2 

抗渗混凝土:C30P6泵送抗渗混凝土基准配比：PO42.5强度等级水泥，水泥碱含量0.85%，水泥用量为275kg,粉煤灰80kg,中砂840kg,碎石5～31.5mm粒径1010kg,水170kg，萘系减水剂9kg。28天实际检测抗渗等级达P8要求。 

C30P6泵送抗渗混凝土试验配比：PO42.5强度等级水泥，水泥用量275kg,粉煤灰40kg,白云石混凝土复合掺合料40kg其中含氢氧化钠0.24kg，砂子 836kg,碎石5～31.5mm粒径1008kg,水170kg，减水剂9kg。28天实际抗渗等级达P10要求。 

实施例3 

基准复合矿物掺合料：由粉煤灰60%，矿渣粉40%组成，实验复合矿物掺合料：由粉煤灰40%，白云石粉39.5%，氢氧化钠0.5%，矿渣粉20%组成。 

C30混凝土基准配合比：PO42.5强度等级水泥，水泥用量278kg,基准复合掺合料50kg，砂子830kg,碎石5～31.5mm粒径1080kg,水168kg，减水剂,5.4kg。 

C30混凝土实验配合比：PO42.5强度等级水泥，水泥用量278kg,白云石复合掺合料50kg，砂子830kg,碎石5～31.5mm粒径1080kg,水168kg，减水剂5.4kg。 

混凝土28天抗压、抗折强度如附表4，由实验结果可知白云石复合掺合料还具有提高混凝土抗折强度的功效。 

实施例4 

抗渗混凝土: 

C30P6泵送抗渗混凝土基准配比：PO42.5强度等级水泥，水泥碱含量0.85%，水泥用量为275kg,粉煤灰80kg,中砂840kg,碎石5-31.5mm粒径1010kg,水170kg，萘系减水剂9kg。28天实际检测抗渗等级达P8要求。 

C30P6泵送抗渗混凝土试验配比：PO42.5强度等级水泥，水泥用量340kg,白云石复合掺合料17kg其中含氢氧化钠0.17kg，砂子836kg,碎石5～31.5mm粒径1008kg,水170kg，减水剂9kg。28天实际抗渗等级达P10要求。