混凝土结构抗硫酸盐腐蚀涂层材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是一种基于磷酸钾镁水泥的硅酸盐水泥混凝 土抗硫酸盐腐蚀涂层及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 我国地域环境复杂，气候变化剧烈，盐类侵蚀造成的混凝土性能劣化相当严重，威 胁着我国西部以及沿海、近海的大量混凝土结构的安全。在针对混凝土的各种盐类侵蚀中， 硫酸盐侵蚀破坏最为普遍。硅酸盐水泥混凝土中富含Ca (OH) 2和水化铝酸钙，主要水化产 物C-S-H凝胶的稳定性依赖于高碱性氛围，这些都是其产生硫酸盐化学腐蚀的根源。除此 之外，硅酸盐水泥混凝土还具有多相多孔结构，在集料界面过渡区、Ca(OH) 2晶体与C-S-H 凝胶接触区形成了一个连续的毛细孔隙网，给SO42等腐蚀性离子向混凝土内部侵蚀提供了 传输通道。材料组成、结构方面的缺陷和外界因素的共同作用，造成了硅酸盐水泥混凝土的 硫酸盐侵蚀破坏。由于硅酸盐水泥的固有特性，硅酸盐水泥混凝土结构自身已不能满足盐 湖环境、重盐渍土区等严酷环境的要求，需要采取其他的防腐措施提高其耐久性。在已有各 种混凝土结构防腐技术中，涂层防护技术是最为经济、有效的措施之一，可有效阻止腐蚀介 质向混凝土内部的渗入，保护混凝土与钢筋免受腐蚀，从而使混凝土的耐久性得到提高。用 于混凝土结构的防护涂层材料主要分为有机和无机两类，但常用的有机防护涂层材料对施 工环境要求高且易老化、无机防护涂层材料的综合性能难以满足重盐类腐蚀环境的要求。
[0003] 磷酸镁水泥是由死烧氧化镁、可溶性磷酸盐和外加剂等按照一定比例，在酸性条 件下通过酸碱化学反应及物理作用生成的以磷酸盐为黏结相的无机胶凝材料；该类材料在 常温下通过化学键结合，具备了硅酸盐类胶凝材料和陶瓷材料的主要特点，即低温固化、高 早强、高体积稳定性、粘结性强、硬化体偏中性等。磷酸镁水泥中的磷酸盐能与普通混凝土 中的水化产物或未水化的熟料颗粒反应生成同样具有胶凝性的磷酸钙类产物，因此在与硅 酸盐混凝土的粘结界面附近，除了物理粘结作用外，还存在很强的化学粘结作用，粘结性较 高；磷酸镁水泥的酸碱组份遇水后中和反应迅速，强度发展快，早期强度尤其是小时强度非 常高，这是普通硅酸盐水泥甚至是快硬硫铝酸盐水泥等都不能相比的；磷酸镁水泥基材料 浆体的水胶比低，水化硬化过程的收缩变形仅为硅酸盐水泥基材料的十分之一，体积稳定 性好；磷酸镁水泥基材料的热膨胀系数与普通硅酸盐混凝土的很接近，之间的热性能匹配 很好；磷酸镁水泥的主要水化产物MgNH 4(K)PO4 WH^MKP,鸟粪石的同类物）是磷酸镁水泥 体系产生胶凝性能的根源，其在很大的PH值变化范围内（7~11)性能稳定，磷酸镁水泥硬 化体由未反应的氧化镁颗粒和磷酸盐水化物组成，颗粒间通过离子键结合形成网络结构， 其结构致密程度堪比陶瓷。与富含Ca(OH) 2、主要水化产物（C-S-H)依赖碱性氛围、颗粒间 以范德华力结合和呈多孔特质的硅酸盐水泥硬化体比较，磷酸镁水泥硬化体在耐盐类腐蚀 方面有明显优势。上述特点使磷酸镁水泥基材料成为硅酸盐水泥混凝土结构最理想的修补 防护材料。但是，磷酸镁水泥基材料凝结快，水化热早期集中释放，这对施工操作和后期性 能均产生不利影响，限制了其的使用范围。磷酸镁水泥基材料长期与水接触，存在水溶蚀 现象，试件的水养护强度相比同龄期自然养护的强度会有不同程度的折减，水稳定性有待 提高，这限制了其在水溶液腐蚀环境下的使用。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是：针对磷酸镁水泥基材料凝结快、水化热集中释放和水稳定性差的 缺陷，针对硅酸盐水泥混凝土抗硫酸盐侵蚀能力差的缺陷，本发明提供一种制备凝结时间 可控、水化热分阶段释放、水稳定性和抗硫酸盐侵蚀能力高的磷酸钾镁水泥基材料的方法， 并将其涂敷在重硫酸盐侵蚀环境下的硅酸盐水泥混凝土表面，从而提高混凝土结构的抗硫 酸盐侵蚀能力和耐久性，该发明制备工艺简单、使用方便、节能环保、成本较低。
[0005] 本发明的技术方案是：一种混凝土结构抗硫酸盐腐蚀涂层材料的制备方法，其特 征在于包括以下步骤：
[0006] 步骤一：取死烧氧化镁粉作为碱性组份，磷酸二氢钾作为酸性组份，并外掺复合缓 凝剂，配制成磷酸钾镁水泥，所述死烧氧化镁粉、所述磷酸二氢钾和所述复合缓凝剂的质量 比依次为70~75 :25~30 :8~12 ;
[0007] 步骤二：取所述步骤一制得的磷酸钾镁水泥、硅灰和石灰石粉，混合配制成磷酸钾 镁水泥基材料粉料，其中，所述磷酸钾镁水泥、硅灰和石灰石粉质量比依次为87~93 :5~ 8 :2 ~5 ;
[0008] 然后将制得的所述磷酸钾镁水泥基材料粉料掺入水玻璃、聚丙烯纤维和水，混合 配制成磷酸钾镁水泥基材料浆体，该磷酸钾镁水泥基材料浆体即为所述的混凝土结构抗硫 酸盐腐蚀涂层材料，其中，所述磷酸钾镁水泥基材料粉料、水玻璃、聚丙烯纤维和水的质量 比依次为100 :2~4 :0? 5~L 0 :10~14。
[0009] 本发明在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：
[0010] 在所述步骤一中，所述复合缓凝剂由四硼酸钠、十二水合磷酸氢二钠和无机氯盐 组成。
[0011] 在所述步骤一中，所述死烧氧化镁粉MgO的质量分数多90%，死烧氧化镁粉的比 表面积180~210m2/kg。
[0012] 在所述步骤一中，所述磷酸二氢钾为工业级磷酸二氢钾，其主粒度为40/350~ 60/245 目 /ym〇
[0013] 在所述步骤二中，所述硅灰中Si02的质量分数多75%，硅灰的比表面积为 20000 ~28000m2/kg。
[0014] 在所述步骤二中，所述石灰石粉中CaC03的质量分数多90%，石灰石粉的主粒度 为 200/48 ~300/75 目 / y m。
[0015] 在所述步骤二中，所述水玻璃的模数为3. 5~3. 7,密度为1. 318~I. 342g/cm3。
[0016] 在所述步骤二中，所述聚丙稀纤维长3~6mm，直径20~30 ym。
[0017] 该方法还包括步骤三：将步骤二配制的磷酸钾镁水泥基材料浆体分层均匀涂敷在 硅酸盐水泥混凝土表面，提高硅酸盐水泥混凝土结构的抗硫酸盐侵蚀性能。
[0018] -种采用上述方法制成混凝土结构抗硫酸盐腐蚀涂层材料。
[0019] 本发明的优点是：
[0020] 1、本发明通过合理调节碱酸组份比例和复合缓凝剂掺量，可调控磷酸钾镁水泥基 材料的凝结时间在20~60min，水化热分二阶段释放，解决了磷酸钾镁水泥基材料凝结快 和施工可操作性差等问题。
[0021] 2、本发明通过掺适量硅灰、石灰石粉和水玻璃，改善磷酸钾镁水泥基材料的早期 强度、体积稳定性、水稳定性和抗硫酸盐侵蚀性能，使磷酸钾镁水泥基材料硬化体的Id抗 压强度提高20~30 %、水化60d收缩变形降低20~40 %、60d水养护剩余强度率提高20~ 30%和150次硫酸盐溶液（10%质量分数）干湿循环抗压强度提高20~30%。通过掺适 量聚丙烯纤维改善磷酸钾镁水泥基材料浆体的抗裂性能，使硬化后的磷酸钾镁水泥基材料 涂层无明显裂纹。
[0022] 3、本发明通过在经处理的硅酸盐水泥混凝土试件表面涂敷磷酸钾镁水泥基材料 浆体，使硅酸盐水泥混凝土试件的150次硫酸盐溶液（10%质量分数）干湿循环抗压强度提 高20~30%。
[0023] 4、本发明制备的磷酸钾镁水泥基材料一一混凝土结构抗硫酸盐腐蚀涂层材料，初 凝时间在20~60min，水化热分阶段释放；Id抗压强度为40~50MPa，28d抗压强度为50~ 65MPa，60d收缩应变为3. 0~4. 0 X 10-4 ;成型Id后浸水养护60d抗压强度剩余率为90~ 100%，150次硫酸盐溶液（10%质量分数）干湿循环抗压强度剩余率为70~85%，经磷酸 钾镁水泥基材料涂敷的硅酸盐水泥混凝土试件的150次硫酸盐溶液（10%质量分数）干湿 循环抗折强度率为80 %~100%。
【附图说明】
[0024] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一