一种抑制碱-骨料反应的玻璃骨料及其制备方法

本发明属于建筑材料，具体涉及一种抑制碱-骨料反应的玻璃骨料及其制备方法。

背景技术：

1、随着混凝土的大范围使用，提高水泥混凝土的耐久性、延长混凝土工程的寿命是建筑业实现节约资源能源和保护环境的关键措施。作为影响混凝土耐久性的重要因素之一，碱-骨料反应自被发现以来一直是混凝土耐久性研究的重点。碱-骨料反应(aar)是指混凝土孔溶液中的碱性物质与骨料中的碱活性矿物发生化学反应，生成膨胀物质，导致混凝土膨胀和开裂破坏，降低混凝土耐久性。根据碱-骨料反应的膨胀机理，在混凝土中发生碱-骨料反应膨胀破坏必须具备三个条件：①骨料具有碱活性；②混凝土孔溶液中有足够的可溶碱；③混凝土处于高湿度环境下。根据骨料中碱活性矿物的种类不同，碱-骨料反应可分为碱-硅酸反应和碱-碳酸盐反应两类。其中碱-硅酸反应是指骨料中活性sio2与混凝土孔溶液中的碱发生的膨胀反应。参与碱-硅酸反应的骨料主要是蛋白石、玉髓、隐晶质石英和微晶质石英、应变石英、鳞石英和方石英。

2、另一方面，随着可持续发展意识的不断增强，包括废弃玻璃在内的固体废弃物处理问题越来越受到关注，现有技术中已有一些将废玻璃用于混凝土中的报道，如中国专利cn105130291a公开了一种活性玻璃粉混合料的制备方法，该发明利用五十微米级的活性玻璃粉代替混凝土混合料中的水泥，活性玻璃粉混合料制备混凝土可按水泥0.7-0.8份，玻璃粉0.08-0.12份，砂0.8-1份，小卵石0.08-0.15份，减水剂0.01-0.04份，水0.15-0.2份获得。但是该发明需要通过减小玻璃粉颗粒以降低玻璃粉应用在混凝土中带来碱-硅反应的风险，减小玻璃粉颗粒需要较高的能耗，增加了经济成本。如果能将废弃玻璃作为骨料应用到混凝土中将会是大量处理废弃玻璃的有效途径。国外从20世纪60年代就开始了将废弃玻璃用作混凝土骨料的试验，取得了一些成果，但是玻璃混凝土的发展与应用至今仍然不尽满意，限制废弃玻璃在混凝土中进一步发展的主要挑战是玻璃中含有大量的活性sio2，研究表明，600μm以上的玻璃颗粒容易产生碱-骨料反应，引起混凝土的有害膨胀。

3、目前抑制碱-骨料反应的措施主要有：采用低碱水泥、控制混凝土中碱含量、使用非碱活性骨料及掺加矿物掺合料等。对于目前砂、石材料供求日益紧张的形式下，很多工程都无法避免地应用到活性骨料；因此，在使用碱活性骨料的玻璃混凝土中，使用低碱水泥或限制混凝土中的碱含量在一定范围内被认为是预防混凝土发生碱-骨料反应最有效的措施。但是近年来发现，即使在一些采用低碱水泥或加入混合材的工程中仍会发生碱-骨料反应，并且采用低碱水泥成本高，出于成本、生产效率考虑对许多工程来说实施难度大。

4、基于此，亟需开发一种抑制碱-骨料反应的玻璃骨料的制备方法，有效抑制玻璃骨料的碱-骨料反应，将废弃玻璃作为粗骨料中应用到混凝土中。

技术实现思路

1、针对以上现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种抑制碱-骨料反应的玻璃骨料的制备方法，可有效抑制玻璃骨料的碱-骨料反应，将废弃玻璃作为粗骨料应用在混凝土中。

2、为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

3、一种抑制碱-骨料反应的玻璃骨料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1.将玻璃粉、硫铝酸盐水泥、偏高岭土和氧化锆混合均匀后得到混合粉料；

5、s2.将硅烷偶联剂、羧酸聚合物和水混合均匀，得到混合液，然后将混合粉料与混合液进行混合并搅拌均匀后，得到改性浆体；

6、s3.将玻璃粗骨料浸泡在步骤s2得到的改性浆体中，充分包裹后取出，静置晾干，即得到所述抑制碱-骨料反应的玻璃骨料。

7、本发明利用硫铝酸盐水泥、偏高岭土、玻璃粉、氧化锆、硅烷偶联剂和羧酸聚合物制备改性浆体，对玻璃粗骨料进行包裹处理，在其表面形成致密的壳体，可以有效隔离na+和k+，阻止玻璃粗骨料中的活性sio2与na+和k+接触，抑制碱-骨料反应；另一方面，在氧化锆的作用下，包裹在玻璃骨料表面的偏高岭土和玻璃粉消耗碱的能力得到提升，在玻璃骨料与胶凝材料之间形成低碱过渡区，降低了体系的碱度，同时偏高岭土和玻璃粉在碱性环境下活性得到激发，生成水硬性物质，提高了壳体的致密性，使碱性物质无法渗透至壳体内部，与壳体内的玻璃粗骨料发生反应，进一步提升了壳体隔离na+和k+的效果；本发明的方法可同时隔离碱性物质和降低碱度，在两方面的协同作用下，从而有效抑制了碱-骨料反应的发生。

8、本发明的硅烷偶联剂和羧酸聚合物可以提高硫铝酸盐水泥、偏高岭土、玻璃粉和氧化锆的分散性，改善浆体的状态，使浆体可以均匀分散地包裹在玻璃骨料的表面，进一步提升浆体隔离碱性物质和降低碱度的作用。

9、优选的，所述玻璃粗骨料的制备方法如下：将废弃玻璃进行破碎，经洗涤、干燥、筛分后得到4.75～20mm连续级配的玻璃粗骨料。

10、优选的，所述混合粉料、硅烷偶联剂和羧酸聚合物的质量比为100：(0.1～0.3)：(0.3～0.7)。

11、优选的，所述混合粉料中硫铝酸盐水泥、偏高岭土、玻璃粉和氧化锆的质量比为(59～71)：(25～35)：(2～5)：(1～2)。在本发明限定的范围内，能够较好的发挥各组分的相互作用，进一步提高改性浆体抑制碱-骨料反应的效果。

12、优选的，所述混合粉料与水的质量比为100：(50～100)。

13、优选的，所述偏高岭土为改性偏高岭土，所述改性偏高岭土的制备方法如下：将偏高岭土与纳米氧化锌混合，然后加入水，加热至100～120℃并保温1～2h，过滤干燥后得到改性偏高岭土。

14、本发明通过采用纳米氧化锌对偏高岭土进行改性，可以提高改性偏高岭土在改性浆体中的分散性，进而提升其隔离碱性物质和降低碱度的作用。

15、优选的，所述硅烷偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的至少一种。

16、优选的，所述玻璃粉的比表面积为500～800m2/kg，需水量比≤105％。

17、本发明的另一目的在于提供所述制备方法制备得到的抑制碱-骨料反应的玻璃骨料。

18、本发明的再一目的在于提供所述制备方法制备的抑制碱-骨料反应的玻璃骨料在混凝土中的应用。

19、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

20、(1)本发明利用硫铝酸盐水泥、偏高岭土、玻璃粉、氧化锆、硅烷偶联剂和羧酸聚合物制备改性浆体，对玻璃粗骨料进行包裹处理，形成壳体，可以有效隔离na+和k+，阻止玻璃粗骨料中的活性sio2与na+和k+接触，抑制碱-骨料反应；另一方面，在氧化锆的作用下，包裹在玻璃骨料表面的偏高岭土和玻璃粉消耗碱的能力得到提升，在玻璃骨料与胶凝材料之间形成低碱过渡区，降低了体系的碱度；同时偏高岭土和玻璃粉在碱性环境下活性得到激发，生成水硬性物质，提高了壳体的密实性，进一步提升了壳体隔离na+和k+的效果。本发明的方法在隔离碱性物质和降低碱度两方面的协同作用下，从而有效抑制了碱-骨料反应的发生。

21、(2)本发明的硅烷偶联剂和羧酸聚合物可以提高硫铝酸盐水泥、偏高岭土和玻璃粉的分散性，改善浆体的状态，使浆体可以均匀分散地包裹在玻璃骨料的表面，提升其隔离碱性物质和降低碱度的作用。

22、(3)本发明通过采用纳米氧化锌对偏高岭土进行改性，可以提高改性偏高岭土在改性浆体中的分散性，进而提升其隔离碱性物质和降低碱度的作用。