CN106927701A - 一种海工混凝土专用的复合胶凝材料及其生产方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海工混凝土专用的复合胶凝材料及其生产方法和用途，该复合胶凝材料由20‑60％熟料、30‑70％粒化高炉矿渣、5‑15％石膏和5‑30％工业废渣制得；生产时，将熟料、石膏、工业废渣共同粉磨至比表面积为320‑380m2/kg；将粒化高炉矿渣粉磨为比表面积为不小于420m2/kg的矿粉，最后将所有粉料混合均匀得到复合胶凝材料。使用本发明复合胶凝材料的高抗蚀海工混凝土比传统方法配制的海工混凝土具有更优良的工作性能、力学性能和抗氯离子侵蚀性能。

Description

一种海工混凝土专用的复合胶凝材料及其生产方法和用途
技术领域
本发明属于建筑材料领域，特别涉及一种可适应海水环境的、具有高抗氯离子侵蚀性能的海工混凝土专用复合胶凝材料及其生产方法和用途。
背景技术
当前，中国经济已发展成为高度依赖海洋的外向型经济，对海洋资源、空间的依赖程度大幅提高。“十三五”期间，我国海南琼州海峡跨海工程、深中通道、三沙建设等超大型海洋工程建设陆续启动。随着我国“海洋强国”及“一带一路”战略的不断深入推进，市场对具有优良抗海水侵蚀性能的海工混凝土需求量将不断增加。
在海洋工程环境中，混凝土结构被破坏主要是由于钢筋锈蚀和盐类侵蚀造成的，而氯离子侵蚀又是引发钢筋锈蚀首要原因。因此，为改善海工建(构)筑物结构耐久性，延长其服役寿命，关键在于采取有效措施提高海工混凝土抗氯离子侵蚀性能。
国内外几十年来的海洋工程实践表明，合理使用矿物掺和料与高效减水剂，能有效提升混凝土的抗海水侵蚀性能。但是，由于没有采用海工混凝土专用的复合胶凝材料，使得每个具体工程施工前都必须开展大量试配工作，以确定各种胶凝材料的最佳搭配比例，进而才能得到工程所需的混凝土配合比。同时，由于掺和料是在搅拌站掺入，还可能存在因搅拌时间不足而导致混凝土拌和物不均匀，从而对硬化混凝土长期性与耐久性产生不利影响；胶凝材料种类众多而导致用错胶凝材料，从而引发质量事故等问题。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种海工混凝土专用复合胶凝材料的生产方法。
本发明的另一目的在于提供由上述方法制得的复合胶凝材料。
本发明的再一目的在于提供上述复合胶凝材料在海工混凝土中的应用,该复合胶凝材料配制的混凝土具有良好的抗氯离子侵蚀性能和力学性能。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种复合胶凝材料的生产方法，包括以下步骤：
(1)所述的复合胶凝材料由以下质量百分比的原料制得：
按以上配比准备原料；
(2)将熟料、石膏、工业废渣共同粉磨至比表面积为320-380m2/kg；将高炉矿渣粉磨至比表面积为不小于420m2/kg，且强度等其他性能能够达到S95及以上级别(GB/T 203-2008)矿粉要求；最后将所有粉料混合均匀得到复合胶凝材料；
通过上述方法制备的复合胶凝材料具有如下特点：
(1)初始堆积密度高。将熟料、石膏和工业废渣共同粉磨，经过高温煅烧后，易磨性较差的工业废渣基本分布在粗粒度区间(比表面积集中在300m2/kg以下)，而熟料和石膏则分布在中间粒度区间(比表面积集中在300-380m2/kg之间)，同时掺入单独粉磨得更细(比表面积集中在400m2/kg以上)的高炉矿渣后，配制的胶凝材料粗、中、细粒度区间分布合理，粉体初始堆积密度高。
(2)水化更合理，水化后的浆体更密实。工业废渣的活性不高，但其自身硬度高，粗粒度区间的工业废渣在浆体中主要起到骨架填充作用。水泥熟料的水化活性高，尤其以粉磨至中间粒度的熟料活性发挥更合理，其水化产物填充在骨架中能够为复合胶凝材料提供早期强度，同时使水化后浆体呈碱性。高炉矿渣磨细后在水泥熟料水化后的碱性环境中活性很高，随着高炉矿渣中后期的不断水化，复合胶凝材料浆体的致密度也不断提高，同时最初起骨架作用的工业废渣由于水化速度很慢，后期也能水化，这样使得浆体更加的致密，浆体力学性能和抗氯离子侵蚀性能也不断提高。
(3)具有提高力学性能和提高抗氯离子侵蚀的作用。普通水泥中石膏掺量一般在5％以下，而本配方提升至5-15％，主要是因为石膏具有促进高炉矿渣水化作用，提高高炉矿渣的水化程度。同时，石膏中的硫与高炉矿渣中的铝结合能够生产大量含硫铝的水化产物，该产物因其独特的结构使其本身的力学性能更高，抗渗透能力更强。
综上所述，通过该方法制备的复合胶凝材料粒度分布合理，初始堆积密度高，同时基于不同材料性质调控浆体的水化进程，使水化后的浆体不断致密，同时水化产物的自身性能好，最终使得该复合胶凝材料具有优异的力学性能和抗侵蚀性能，用其配制的海工混凝土性能也非常突出。
所述的熟料是硅酸盐水泥熟料，3d强度不低于27MPa，28d强度不低于52.5MPa，其他性能符合GB/T 21372旋窑生产的硅酸盐水泥熟料要求；
所述的高炉矿渣是指在高炉炼铁过程中，由石灰石和白云石在高炉内分解所得到的氧化钙、氧化镁，和铁矿石中的废矿、以及焦炭中的灰分相熔化，生成了以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的且经空气或水急冷处理，形成的粒状颗粒物。高炉矿渣的化学成分主要为CaO、SiO2、A12O3，三者总量一般在90％以上。
所述的石膏是符合GB/T 5483要求的G类、A类或者M类二级(含)以上的石膏或者混合石膏；
所述的工业废渣是指在冶金工业排出的、经过高度处理的废弃物，常见的工业废渣有锰渣、镍渣、钢渣、硫铁渣等，烧失量不大于8％，含水率不大于10％，28d活性指数不低于70％，其他要求满足GB/T 18046-2008中对矿物掺合料的要求。
由上述方法制得的复合胶凝材料具有良好的抗氯离子侵蚀性能和力学性能，可以用于生产高抗蚀海工混凝土；
所述的高抗蚀海工混凝土，每m3中含有上述的复合胶凝材料290～590kg、细骨料650～1030kg、粗骨料945～1000kg、水145～175kg，减水剂掺量为复合胶凝材料质量的1.3～1.6％；
其中所述的细骨料为II区中砂，各项性能指标符合GB/T 14684相关要求；粗骨料为5～25mm连续级配碎石，各项性能指标符合GB/T 14685相关要求；水的各项性能指标符合JGJ 63相关要求；减水剂为聚羧酸高性能减水剂，各项性能指标符合GB 8076相关要求；
所述高抗蚀海工混凝土的生产方法是：按配合比对粗骨料、细骨料、复合胶凝材料、水和减水剂分别进行配料计量；配料计量完成后，减水剂先下料进入水秤和水充分混合，然后各计量秤内的物料按照先下骨料，然后再下粉料，最后下水和减水剂的顺序自动投入搅拌机内进行搅拌；各物料搅拌均匀即得到混凝土。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明使用的复合胶凝材料由熟料、石膏、工业废渣、粒化高炉矿渣按照一定的优化比例和工艺制备而成，其自身的性能优异。同时，该胶凝材料在水泥厂预先配制得到，均化效果好，能够在不增加现行搅拌时间的前提下，大大提高混凝土的匀质性。
2、本发明中，搅拌站仅需使用前述复合胶凝材料作为单一胶凝材料，通过调整水胶比和单方胶凝材料用量即可设计出满足要求的各种强度等级海工混凝土，减少了试配工作量，降低了配制难度。由于混凝土生产时无需额外掺加矿物掺和料，搅拌站可减少粉料筒仓的数量，能起到节约场地和投资的作用。同时，混凝土生产工艺得到简化，生产过程质量控制的难度也得以大大降低。
3、使用本发明胶凝材料的高抗蚀海工混凝土比传统方法配制的海工混凝土具有更优良的工作性能、力学性能和抗氯离子侵蚀性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
按表1所述任选2组复合胶凝材料配比，按照配比将熟料、石膏、工业废渣混合粉磨至比表面积为350m2/kg，将矿渣粉磨至比表面积为450m2/kg，二者混合均匀，配制出两种复合胶凝材料。
表1复合胶凝材料配比
分别采用上述两种复合胶凝材料按不同的水胶比配制混凝土，具体配合比如表2所示。
表2混凝土配合比
按表1和表2配方配制的混凝土拌合物，其性能指标和力学性能指标如表3所示。
表3配制的混凝土拌合物性能指标和力学性能指标
表3数据表明，采用上述两种复合胶凝材料均能够配制出C30-C60强度等级且和易性良好的混凝土。说明通过这种方法配置出的胶凝材料的适应性非常强，可满足不同的生产需求。在生产不同强度等级时无需在调整掺合料的比例，使生产更加简易，生产出的混凝土的质量更加稳定。
实施例2
为进一步对比采用上述两种复合胶凝材料所配制的混凝土的性能，又分别使用国内某大型国企施工的重点工程海工混凝土配合比进行了对比试验，试验方案如表4，混凝土的性能对比如表5所示。
表4国内某重点工程混凝土配合比对比试验方案
表5混凝土力学性能指标与抗氯离子侵蚀性能对比
表5数据表明，在砂石比例、水胶比、胶凝材料总用量、控制的混凝土拌合物性能等都相同的情况下，同样都是3组分，使用复合胶凝材料作为单一胶凝材料配制的混凝土3d强度比使用常规三元组分方法配制的混凝土最多高出14-18MPa，28d强度最多高出3-13MPa。同时，使用复合胶凝材料作为单一胶凝材料配制的混凝土电通量很小，仅为常规方法配制混凝土的1/2-1/3，依据ASTM C 1202-05标准，其氯离子渗透性很低，即具有优良的抗氯离子侵蚀性能。
实施例3
为进一步确定本发明提出的海工混凝土专用复合胶凝材料的优势，选取了国内某海军基地重点工程海工混凝土配合比进行了对比试验，试验方案如表6，混凝土的性能对比如表7所示。
表6海军某基地海工混凝土配合比对比试验方案
表7混凝土力学性能指标与抗氯离子侵蚀性能对比
表7数据表明，使用本发明的复合胶凝材料作为单一胶凝材料配制的混凝土3d强度比使用常规方法配制的混凝土高出近6-14MPa，28d强度最多高出4-8MPa。同时，使用本发明的复合胶凝材料作为单一胶凝材料配制的混凝土电通量很小，仅为常规方法配制混凝土的1/2-1/3，依据ASTM C 1202-05标准，其氯离子渗透性很低，即具有优良的抗氯离子侵蚀性能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种复合胶凝材料的生产方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)所述的复合胶凝材料由以下质量百分比的原料制得：
按以上配比准备原料；
(2)将熟料、石膏、工业废渣共同粉磨至比表面积为320-380m2/kg；将高炉矿渣粉磨至比表面积为不小于420m2/kg，且其他性能能够达到S95及以上级别矿粉要求；最后将所有粉料混合均匀得到复合胶凝材料。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述的熟料是硅酸盐水泥熟料。
3.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于：所述的硅酸盐水泥熟料，3d强度不低于27MPa，28d强度不低于52.5MPa。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述的工业废渣，烧失量不大于8％，含水率不大于10％，28d活性指数不低于70％。
5.一种复合胶凝材料，其特征在于：是由权利要求1-4任一项所述的方法制得。
6.权利要求5所述的复合胶凝材料在生产高抗蚀海工混凝土中的应用。
7.根据权利要求6所述的复合胶凝材料在生产高抗蚀海工混凝土中的应用，其特征在于：所述的高抗蚀海工混凝土，每m3中含有上述的复合胶凝材料290～590kg、细骨料650～1030kg、粗骨料945～1000kg、水145～175kg，减水剂掺量为复合胶凝材料质量的1.3～1.6％。
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