CN101343150A - 一种高性能海工水泥及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能海工水泥及其制造方法，由以下组成：熟料10－50重量％，矿渣20－60重量％，粉煤灰0－40重量％，硅铝质微粉5－30重量％，上述总量之和为100％。本发明的产品能耐海水腐蚀，并且简化了施工工艺，具有使用方便、施工性能好，易于质量控制，可减少三分之一以上的施工时间，加快施工进度，降低施工成本。

Description

一种高性能海工水泥及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种高性能海工水泥及其制造方法，更特别的涉及一种能耐海水腐蚀的高性能海工水泥及其制造方法。
背景技术
目前国内外的一般土木工程建设都使用通用波特兰水泥(我国称硅酸盐水泥)，而对于有特殊要求和特殊环境下使用的水泥必须采用特种水泥。当前国内外已有的特种水泥主要有：快硬水泥(适应于紧急抢修施工的工程)，中低热水泥(适应于大坝等大体积混凝土工程)，抗硫酸盐水泥(适应于地下含有硫酸盐侵蚀介质的工程)等。
近二十年来，近海工程迅速发展，因海水中含有Cl-、SO4 2-等多种侵蚀介质，目前国内外现有的水泥品种都不能很好的适应有海水腐蚀的工程。为解决Cl-、SO4 2-对混凝土的侵蚀，近年来，大部分用于港口码头的海工高性能混凝土主要采用硅酸盐水泥，在混凝土拌合时再大量掺加矿渣粉、粉煤灰和硅灰配制而成。在海上施工时，各种材料的运输、混凝土各组分的计量及混拌都不易管理，使得施工十分麻烦，工程质量不易保证。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种能耐海水腐蚀的高性能海工水泥及其制造方法。
本发明的这个以及其他目的将通过下列详细说明和描述来进一步展开和阐述。
本发明的高性能海工水泥，由以下组成：
熟料10-50重量％， 矿渣20-60重量％，
粉煤灰0-40重量％，硅铝质微粉5-30重量％，
上述总量之和为100％。
进一步的，本发明的高性能海工水泥，由以下组成：
熟料20-50重量％， 矿渣20-50重量％，
粉煤灰0-30重量％，硅铝质微粉10-30重量％，
上述总量之和为100％。
可以选择的是，本发明的高性能海工水泥，由以下组成：
熟料20-45重量％， 矿渣30-50重量％，
粉煤灰0-30重量％，硅铝质微粉10-20重量％，
上述总量之和为100％。
在本发明的高性能海工水泥中，所述的硅铝质微粉是由硬石膏和硅铝质废渣微粉组成；较好的是，所述的硅铝质微粉是由硬石膏和硅铝质废渣微粉按20-80∶80-20的比例组成；可以选择的是，所述的硅铝质微粉是由硬石膏和硅铝质废渣微粉按30-70∶70-30的比例组成，具有增强、微膨胀等性能。
在本发明的高性能海工水泥中，所述的熟料是硅酸盐水泥熟料，硅酸盐水泥的比表面积360-400m2/kg，所述的矿粉比表面积350-450m2/kg。
本发明的高性能海工水泥的制造方法是采用水泥和矿粉分别粉磨工艺，粉煤灰根据海工水泥型号可以与矿渣一起粉磨，也可以与熟料一起粉磨。将海洋工程用混凝土的各种组分经优化配制，即以适当矿物组分的硅酸盐水泥熟料，掺入适量矿渣或矿粉、粉煤灰、硅灰、硅铝质微粉，和适量石膏共同粉磨后制成，简化了施工工艺，具有使用方便、施工性能好，易于质量控制，可减少三分之一以上的施工时间，加快施工进度，降低施工成本。
本发明的海工水泥(也称高性能海工水泥)是申请人等根据当时杭州湾大桥指挥部领导设想和宁波港务局的需求，与中国建筑材料科学研究总院共同研制成功的新产品，2007年进行了二次开发。用该产品配制的海工混凝土具有高流动性、高强度、高耐久性、优异的抗氯离子渗透能力，以及现场施工操作方便等优点。该产品主要用于海洋工程建设，是百年工程寿命设计的优选产品。如跨海大桥、港口、码头、船坞、海上石油钻井平台、海底隧道及沿海地下工程等，是海洋工程建设极为理想的复合胶凝材料。
目前，海洋工程上同时也有类似产品出现，由于我公司高性能海工水泥配方中掺加了硅铝质微粉等，因此在抗侵蚀性能指标上优于其它同类产品，如氯离子扩散系数指标，高性能海工水泥14天就能达到1.0×10-12m2/S，电通量小于1000库仑，而同类产品28天才能达到。同时，高性能海工水泥配制的混凝土在达到终凝以后，可以进行海水养护，而同类产品无法保证。而且高性能海工水泥配制的混凝土的耐磨性能达到道路水泥标准。
本发明的高性能海工水泥掺入了耐蚀增强组分，用该产品配制的海洋工程混凝土具有早期强度高，后期强度增进大；水泥水化热低、抗氯离子渗透性能好，耐侵蚀性高等优良性能，在海水浸泡环境下性能更为突出。在0.35水灰比的混凝土28天抗氯离子扩散系数≤0.6×10-12m2/S，电通量≤800库仑。因此用海工水泥配制的高性能混凝土的抗海水侵蚀能力可达百年。
本发明的高性能海工水泥具有良好的施工性能：以往配制海洋工程用高性能混凝土都是用硅酸盐水泥现场加矿渣、硅灰等，每次拌制时间长达90秒以上。而海工水泥可与普通水泥一样具有简便的施工性能，均匀性好，配制的混凝土与外加剂的适应性好，流动性好，可泵性好，减水效率高，不泌水，不离析，拌制时间仅需45-60秒。
本发明的高性能海工水泥在3倍海水和3％Na2SO4中养护后的抗压强度与水中养护强度基本一致，其中抗折强度有一定幅度的增加(见表1)。
本发明的水泥的不同品种型号满足不同工程的需要：按水灰比≤0.35，水泥用量≥400kg的规范要求，可以提供混凝土抗压强度三天≥40MPa，廿八天≥60MPa的早强高强型(I型)高性能海工水泥，也能提供用大体积混凝土工程的混凝土抗压强度三天约35MPa，廿八天≥45MPa的低水化热型(III型)海工水泥。因此当海工水泥应用于大体积混凝土工程和日平均气温大于20℃时，应采取良好的养护并其他的适当措施，或选择低水化热、低早强和抗裂性能好的III型和II型高性能海工水泥，以防止混凝土表面细裂缝的产生。
本发明的高性能海工水泥配制的混凝土在达到终凝以后，可以进行海水养护，而同类产品无法保证。并且本发明的高性能海工水泥配制的混凝土的耐磨性能达到道路水泥标准，磨损量仅有0.61kg/m2。
表1、高性能海工水泥常规物理性能情况
Figure A20081013441000081
表2、胶砂试块不同养护介质中的强度试验情况
Figure A20081013441000082
在本发明中使用的所有原材料等均是常规使用的，可以从市场购得。在本发明中，如非特指，所有的量、百分比均为重量单位。
下面结合实施例对本发明进行具体的描述。由技术常识可知，本发明可以通过其他的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，下列实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或等同本发明的范围内的改变均被本发明包含。
具体实施方式
实施例1
按以下重量比称取各原料：
熟料  20重量％，矿渣      30重量％，
粉煤灰30重量％，硅铝质微粉20重量％，
其中熟料是硅酸盐水泥熟料，硅铝质微粉是由硬石膏和硅铝质废渣微粉按2∶8的比例配制而成。采用水泥和矿粉分别粉磨然后混合工艺制成。
产品抗压强度(MPa)3天和28天分别是9.4和40.4，廿八天混凝土的强度MPa、Cl-扩散系数×10-12m2/S和电通量(C)分别是60.0、0.39和427。
实施例2
按以下重量比称取各原料：
熟料   30重量％，矿渣       40重量％，
粉煤灰 15重量％，硅铝质微粉 15重量％，
其中熟料是硅酸盐水泥熟料，硅铝质微粉是由硬石膏和硅铝质废渣微粉按3∶7的比例配制而成。采用水泥和矿粉分别粉磨然后混合工艺制成。
产品抗压强度(MPa)3天和28天分别是15.4和44.2，廿八天混凝土的强度MPa、Cl-扩散系数×10-12m2/S和电通量(C)分别是63.1、0.41和424。
实施例3
按以下重量比称取各原料：
熟料     45重量％，矿渣       45重量％，
粉煤灰   0重量％， 硅铝质微粉 10重量％，
其中熟料是硅酸盐水泥熟料，硅铝质微粉是由硬石膏和硅铝质废渣微粉按4∶6的比例配制而成。采用水泥和矿粉分别粉磨然后混合工艺制成。
产品抗压强度(MPa)3天和28天分别是20.3和50.8，廿八天混凝土的强度MPa、Cl-扩散系数×10-12m2/S和电通量(C)分别是77.1、0.72和661。
实施例4
按以下重量比称取各原料：
熟料    45重量％，矿渣       30重量％，
粉煤灰  15重量％，硅铝质微粉 15重量％，
其中熟料是硅酸盐水泥熟料，硅铝质微粉是由硬石膏和硅铝质废渣微粉按5∶5的比例配制而成。采用水泥和矿粉分别粉磨然后混合工艺制成。
产品抗压强度(MPa)3天和28天分别是21.3和45.8，廿八天混凝土的强度Mpa、Cl-扩散系数×10-12m2/S和电通量(C)分别是73.2、0.78和561。
实施例5
按以下重量比称取各原料：
熟料    35重量％，矿渣    45重量％，
粉煤灰   10重量％，硅铝质微粉    10重量％，
其中熟料是硅酸盐水泥熟料，硅铝质微粉是由硬石膏和硅铝质废渣微粉按8∶2的比例配制而成。采用水泥和矿粉分别粉磨然后混合工艺制成。
产品抗压强度(MPa)3天和28天分别是18.3和45.8，廿八天混凝土的强度Mpa、Cl-扩散系数×10-12m2/S和电通量(C)分别是67.1、0.52和461。
在上述实施例中，混凝土海工水泥用量为440kg/m3，水灰比0.35。对材料指标要求：熟料28天抗压强度≥56MPa，矿粉比表面积350-450m2/kg，符合GB/T18046-2008规定的S75级别以上，粉煤灰符合GB/T1596-2005规定的水泥活性混合材料用粉煤灰的技术要求，硅铝质微粉SiO2＝15-35％，Al2O3＝8-12％，比表面积≥600m2/kg。
根据中港三航局宁波分公司的检测，用“舜江”高性能海工水泥配制的高性能混凝土能满足海洋工程一百年的使用寿命，并应用于海军114码头、宁波钢厂码头、宝钢马迹山II期码头、洋山石油储运I期、省引进天然气LNG及应用工程港口工程、北仑四期集装箱码头等工程。

Claims (10)

1、一种高性能海工水泥，其特征在于由以下组成：
熟料    10-50重量％，    矿渣        20-60重量％，
粉煤灰  0-40重量％，     硅铝质微粉  5-30重量％，
上述总量之和为100％。
2、根据权利要求1所述的高性能海工水泥，其特征在于由以下组成：
熟料    20-50重量％，    矿渣        20-50重量％，
粉煤灰  0-30重量％，     硅铝质微粉  10-30重量％，
上述总量之和为100％。
3、根据权利要求1所述的高性能海工水泥，其特征在于由以下组成：
熟料      20-45重量％，    矿渣        30-50重量％，
粉煤灰    0-30重量％，     硅铝质微粉  10-20重量％，
上述总量之和为100％。
4、根据权利要求1-3之一所述的高性能海工水泥，其特征在于所述的硅铝质微粉是由硬石膏和硅铝质微粉组成。
5、根据权利要求1-3之一所述的高性能海工水泥，其特征在于所述的硅铝质微粉是由硬石膏和硅铝质微粉按20-80∶80-20的比例组成。
6、根据权利要求1-3之一所述的高性能海工水泥，其特征在于所述的硅铝质微粉是由硬石膏和硅铝质微粉按30-70∶70-30的比例组成。
7、根据权利要求1-3之一所述的高性能海工水泥，其特征在于所述的熟料是硅酸盐水泥熟料。
8、根据权利要求7所述的高性能海工水泥，其特征在于所述的硅酸盐水泥的比表面积360-400m2/kg。
9、根据权利要求1-3之一所述的高性能海工水泥，其特征在于所述的矿粉比表面积350-450m2/kg。
10、根据权利要求1-9之一所述的高性能海工水泥的制造方法，其特征在于采用水泥和矿粉分别粉磨工艺，粉煤灰根据海工水泥型号可以与矿渣一起粉磨，也可以与熟料一起粉磨。
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