一种复掺气化灰渣和锆硅渣的耐腐蚀混凝土及其制备方法

本发明涉及建筑材料混凝土，尤其涉及一种复掺气化灰渣和锆硅渣的耐腐蚀混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、混凝土材料被广泛应用于工程建设中，在我国西北盐渍及沿海地区，很多混凝土结构长期服役于盐渍环境，盐溶液侵蚀作用中，氯离子和硫酸根离子是造成混凝土结构侵蚀的主要因素。混凝土结构因受到环境中的盐溶液的严重侵蚀，从而导致这些结构物在还未达到设计使用期限就提前丧失了结构承载能力。因此探寻硅酸盐混凝土自身耐腐蚀性差这一问题已成为新型建筑材料研究中的关键问题。

2、煤气化是煤清洁利用的一种有效手段，同时它也是现代煤化工的基础，但煤气化会残留15%~20%的废渣，其中粗渣占比约80%，细渣占比约20%。我国每年煤气化灰渣的排放量超过3300万吨，对其处理方式主要为填埋和堆积，尚未规模化工业应用，其处理方式仍会造成环境污染和土地资源浪费，制约着煤气化行业的可持续性发展。

3、锆硅渣是在以锆英石为原材料生产氯氧化锆的过程中产生的工业废渣，生产1吨氯氧化锆将产生0.5~1.0吨的锆硅渣。我国是氯氧化锆生产大国，年产氨氧化锆20万吨，每年产生的锆硅渣有10万吨之多，经过多年的积累已经形成废弃锆硅渣山丘。目前锆硅渣的处理大都采用堆放方式，对环境造成了严重污染。

4、专利cn 104496350 a公开了一种耐腐蚀聚合物改性水泥砂浆及其制备方法，原料包括聚合物、水泥、掺和料、砂、消泡剂、减水剂、水、偶联剂、防老剂，发明采用了合适的加料顺序以及搅拌工艺，让聚合物砂浆真正做到了长效耐腐蚀，制备方法简单易操作，适合大批量生产。但上述发明制备水泥砂浆柔韧性和分散性较差，力学强度较低。

5、专利cn 117003540 b公开一种抗裂防水耐久的混凝土的制备方法，其原料包括高铝水泥、硅酸钠、碳酸钠、增韧剂、高效减水剂、粉磨硅酸盐水泥，所述的高效减水剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂与高效耐腐蚀减水剂混合物，发明制备的抗裂防水耐久的混凝土，良好的防水能力和独特的自我修复能力。上述发明专利提高混凝土耐腐蚀性能通过添加化学试剂，增加制备混凝土的成本，且化学试剂的使用不够环保。且混凝土的制备过程中没有进行固废的利用，不够经济环保。

6、专利cn 117142827 a公开一种耐腐蚀混凝土及高耐腐蚀性预应力混凝土管桩和应用，包括硅酸盐水泥、矿粉、粉煤灰、硅灰、砂、碎石1000~1200份、水、减水剂、激发剂、抗侵蚀抑制剂，其中，抗侵蚀抑制剂需要通过丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、丙烯酸月桂酯、二氧化硅纳米粒子、三氟乙酸乙烯酯、乳化剂、链转移剂、引发剂等化学原料进行制备。发明制得的混凝土具有很好的耐腐蚀性能和高强度，但制备过程使用化学试剂提高了制备耐腐蚀混凝土的成本，且制备流程繁杂，不利于工程应用。

7、可见，普通混凝土耐腐蚀性能较差，在多种腐蚀介质的侵蚀下混凝土建筑往往达不到使用年限便遭到破坏。因此，如何利用现有的固废材料进一步加强混凝土的耐腐蚀性能时目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种复掺气化灰渣和锆硅渣的耐腐蚀混凝土及其制备方法，用以解决现有混凝土耐腐蚀性差的技术问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种复掺气化灰渣和锆硅渣的耐腐蚀混凝土，包括如下质量份数的组分：

4、气化灰渣64~96份、改性锆硅渣16~32份、水泥208~320份、粗骨料1100~1200份、细骨料700~900份和水300~360份；

5、所述改性锆硅渣为锆硅渣顺次经过煅烧处理和球磨后得到的。

6、进一步的，所述煅烧处理的温度为400~450℃，煅烧处理的时间为1~3h。

7、进一步的，所述球磨的料球比为1：2.5~3.5，球磨的转速为40~50r/min，球磨的时间为1~3h。

8、进一步的，所述气化灰渣的粒径≤75μm。

9、进一步的，所述粗骨料为粒径在5~25mm的连续级配碎石；

10、所述细骨料为天然河砂，所述天然河砂的表观密度为2500~2600kg/m3、堆积密度为1550~1600kg/m3、含水量为2.1~2.5%、含泥量为1.9~2.0%。

11、本发明提供了一种复掺气化灰渣和锆硅渣的耐腐蚀混凝土的制备方法，包括以下步骤：

12、1）将气化灰渣、改性锆硅渣和水泥混合后得到混合胶凝材料；

13、2）将粗骨料、混合胶凝材料、细骨料和水混合后，即得到复掺气化灰渣和锆硅渣的耐腐蚀混凝土。

14、进一步的，所述步骤1）中，混合在搅拌下进行，所述搅拌的转速为150~250r/min，搅拌的时间为1~2min。

15、进一步的，所述步骤2）中，混合在搅拌下进行，所述搅拌的转速为50~70r/min，搅拌的时间为2~20min。

16、本发明的有益效果：

17、本发明实现了气化灰渣和锆硅渣的综合利用，提高了固废消纳量，降低了气化灰渣和锆硅渣堆存造成的土地资源浪费以及环境污染。

18、so42-和cl-是造成混凝土结构侵蚀的主要因素。混凝土受so42-的侵蚀机理为：环境中的so42-通过扩散作用进入到混凝土结构内部，与水泥水化产物ca(oh)2反应生成石膏，发生石膏侵蚀，化学反应方程式为：ca(oh)2+so42-+2h2o→caso4·2h2o+2oh-。cl-的侵蚀机理为：cl-的侵蚀机理为：氯离子可以通过混凝土孔隙结构进入混凝土内部，与混凝土内部的水泥中的ca2+和al3+发生反应，生成cacl2和alcl3等溶解性盐类。这些溶解性盐类随着水的渗透，会使混凝土内部的孔隙扩大，从而导致混凝士的体积膨胀、强度降低和裂缝的形成。本发明将气化灰渣和锆硅渣进行活性激发处理后替代水泥制备混凝土，可以提升其耐腐蚀性能，提升机理如下：

19、（1）气化灰渣与锆硅渣中的活性氧化硅和氧化铝与水泥水化产物氢氧化钙发生火山灰反应，生成水化硅酸钙（cao·sio2·3h2o），普通硅酸盐水泥孰料中主要成分为硅酸二钙（2cao·sio2）和硅酸三钙（3cao·sio2），水化生成氢氧化钙，化学反应方程式为：2(2cao·sio2)+4h2o→3cao·sio2·3h2o+ca(oh)2，3cao·sio2+6h2o→3cao·sio2·3h2o+3ca(oh)2。氧化硅和氧化铝与水泥水化产物氢氧化钙发生火山灰反应化学反应方程式为：ca(oh)2+sio2+2h2o→cao·sio2·3h2o，ca(oh)2+al2o3+2h2o→cao·al2o3·3h2o。气化灰渣与锆硅渣中的活性氧化硅、氧化铝能够与水泥水化产物中的氢氧化钙发生火山灰效应，降低混凝土内部oh-离子浓度，切断腐蚀离子so42-和cl-与ca(oh)2发生反应，提高混凝土耐腐蚀性能。

20、（2）气化灰渣与锆硅渣中的活性氧化硅、氧化铝与水泥水化产物中的氢氧化钙发生火山灰反应生成水化硅酸钙（cao·sio2·3h2o），水化硅酸钙对于混凝土具有填充效应，水化硅酸钙填充混凝土孔隙结构，降低混凝土孔隙率，提高混凝土密实度，阻止so42-和cl-通过孔隙结构向混凝土内部扩散的途径，从而提高混凝土的耐腐蚀性能。

21、（3）气化灰渣与锆硅渣具有协同效应，气化灰渣与锆硅渣内部活性氧化硅、活性氧化铝协同与水泥水化产物发生反应，提升混凝土的耐腐蚀性能。其中，锆硅渣中氧化硅活性较高，能够快速与水泥熟料水化生成的ca(oh)2发生二次水化反应生成水化硅酸钙，缩短混凝土的凝结时间，提升混凝土的强度，随着ca(oh)2浓度降低，水泥水化反应速率提高，从而加快气化灰渣中的活性氧化硅和活性氧化铝与ca(oh)2的反应速率，气化灰渣与锆硅渣具有协同效应，共同提升混凝土耐腐蚀性能。