CN107382212B - 一种水利工程用混凝土 - Google Patents

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    • C04B2111/2015—Sulfate resistance

Abstract

本发明属于建筑材料领域，公开了一种水利工程用混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥200‑300份、砂600‑800份、石子1000‑1150份、磷渣粉40‑80份、锂渣粉20‑40份、棕刚玉10‑20份、膨胀剂2‑5份、韦兰胶0.1‑0.3份、聚丙烯膜裂纤维0.5‑1.5份、增强剂1‑2份、减水剂0.8‑2份、引气剂0.01‑0.05份。本发明混凝土充分利用磷渣、锂渣等工业废渣，强度高、耐久性好。

Description

一种水利工程用混凝土
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种水利工程用混凝土。
背景技术
水工工程是建筑工程中的一个重要门类，包括各种类型的坝体、港口、水下和地下的建筑物和构筑物。这类工程一般都为大体积混凝土，应用环境常与各种水介质密切联系。影响水工混凝土耐久性的一个重要因素是各种化学侵蚀，如硫酸盐侵蚀。一般认为，水中SO42-浓度达到200-300mg/L时，对混凝土即有腐蚀作用，在实际条件下，一些富含硫酸盐矿的地区，其矿化地下水的SO42-浓度根据矿化程度不同，可高达800-100mg/L，海水中的SO42-浓度约为2500-2700mg/L。显然，暴露于海水和某些地下水中的混凝土建筑物将会受到硫酸盐的侵蚀。
磷渣是电炉法制备黄磷时的工业副产品，用电炉法制取黄磷时，在黄磷的制备过程中，利用焦炭和硅石作为还原剂和成渣剂，使磷矿中的钙和二氧化硅化合，形成熔融炉渣，将之排除后，经高压水淬急冷，即为粒化电炉磷渣，磷渣通常为黄白色或灰白色，如含磷量较高时，则呈灰黑色，每生产1t黄磷，大约产生8-10t磷渣。目前磷渣的利用率只有50％左右，随着黄磷工业的发展，大量磷渣的堆存和处理给磷化工企业带来很大的压力，如何有效利用磷渣，减少其长期堆放所占用的土地及对环境的污染是目前急需解决的问题。
锂渣是锂辉石硫酸法生产碳酸锂等锂盐过程中产生的一种工业废渣，近些年来，随着碳酸锂、氢氧化锂、氯化锂等锂盐应用领域的不断扩大和市场需求的迅速增长，我国锂盐工业也在迅猛发展，与此同时产生了大量的锂渣，且堆存量也逐年增加，大量堆存的锂渣如不能有效利用，不仅会占用大量土地，还会带来环境污染问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种水利工程用混凝土，将改善混凝土的性能与利用工业废渣结合起来，再通过与外加剂的协同作用来提高混凝土的抗化学介质侵蚀能力以、抗冻融能力及耐磨性，达到利用工业废渣来生产高耐久性水利工程用混凝土的目的。为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种水利工程用混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥200-300份、砂600-800份、石子1000-1150份、磷渣粉40-80份、锂渣粉20-40份、棕刚玉10-20份、膨胀剂2-5份、韦兰胶0.1-0.3份、聚丙烯膜裂纤维0.5-1.5份、增强剂1-2份、减水剂0.8-2份、引气剂0.01-0.05份。
所述水泥为P·O 42.5水泥。
所述砂为符合GB/T 14684-2011《建筑用砂》的天然砂或人工砂。
所述石子为5-25mm连续级配的碎石。
所述磷渣粉符合GB/T25751-2011《用于水泥和混凝土中的粒化电炉磷渣粉》中L85级别要求。
所述锂渣粉是将锂辉石提炼锂盐过程中排出的工业固体废弃物磨至比表面积≥600m2/kg得到的。
所述棕刚玉是用矾土、碳素材料、铁屑三种原料在电弧炉中经过融化还原而制得的棕褐色人造刚玉，Al2O3含量≥95％。
优选的，所述棕刚玉粒径在1.0-1.5mm之间。
所述膨胀剂是由煅烧焦宝石、煅烧磷石膏、煅烧菱镁矿和硫酸铝按重量比3-8:5-15:10-20:1复合而成。
优选的，所述煅烧焦宝石的煅烧温度为700-1150℃，煅烧时间为60-120min，所述焦宝石中Al2O3含量≥35％。
优选的，所述煅烧磷石膏的煅烧温度为500-650℃，煅烧时间为60-80min。
优选的，所述煅烧菱镁矿的煅烧温度为750-1150℃，煅烧时间为60-120min，所述菱镁矿中MgO含量≥45％。
更优选的，所述膨胀剂是由煅烧焦宝石、煅烧磷石膏、煅烧菱镁矿和硫酸铝按重量比6:10:15:1复合而成。
所述韦兰胶是产碱杆菌的代谢多糖。
所述聚丙烯膜裂纤维长度为15±1mm，断裂强度≥500MPa。
所述增强剂由乙酸锌、赤藓糖醇和二乙醇单异丙醇胺按重量比8-10:3-5:1组成。
所述减水剂为聚羧酸减水剂。
所述引气剂由水、松香酸钠、10％氢氧化钠溶液、十二烷基硫酸单乙醇胺和椰油酰胺烷醇硫酸钠组成。
优选的，所述椰油酰胺烷醇硫酸钠的结构式为RCONHCH2CH2OSO3Na(R为C10～15)。
本发明锂渣中含有大量的无定型活性氧化硅，可以与水泥水化产物中的Ca(OH)2作用，生成C-S-H凝胶，同时由于Ca(OH)2的消耗，使剩余Ca(OH)2结晶细化，有效改善混凝土的微观结构，减轻有害介质的侵入，有利于强度增加、提高耐久性；棕刚玉可以增加混凝土耐磨性，提高其抗水冲刷能力；膨胀剂中同时引入钙矾石和氧化镁两个膨胀源，钙矾石膨胀主要发生在28d以前，氧化镁膨胀主要发生在28d以后，两者恰当组合，获得适宜膨胀量和膨胀分布，从而有效补偿收缩；韦兰胶能增加泥浆的保水性和黏度，一方面可补充水泥凝结硬化所需的水，使硬化更充分，另一方面可防止混凝土中水分的散失，减少混凝土早期收缩；聚丙烯膜裂纤维是聚丙烯纤维经过成网、短切等工艺加工而成的由多根单丝纤维交联而成的膜裂纤维，在混凝土中能形成两头带钩且相互交联的三维立体单丝纤维网，增强与混凝土的黏结能力，提高混凝土的抗裂、抗冲击等性能；增强剂可激发磷渣粉活性，可促进胶凝材料水化反应，增加强度；减水剂一方面能够在保证混凝土工作性和强度下减少胶凝材料用量，节约成本，另一方面能够在保证混凝土工作性的条件下减少用水量，进而减少因游离水蒸发形成的孔隙，使混凝土更加密实；引气剂可提高混凝土的抗冻融能力，且形成的孔为封闭孔，不影响混凝土抗硫酸盐、氯盐等介质的侵蚀能力。
本发明的有益效果
(1)本发明扬长避短、因势利导，将改善混凝土的性能与利用工业废渣结合起来，充分利用磷渣活性高、缓凝的特点，降低混凝土中胶凝材料水化热，并使水化放热错峰出现，避免因温度升高带来的裂缝；锂渣、磷渣、水泥协同作用实现胶结材料的紧密堆积与填充的物理效应，提高混凝土强度。
(2)本发明混凝土的各个龄期都有控制的产生膨胀，补偿混凝土的收缩，使混凝土密实，避免裂缝的产生；加入引气剂，引入均匀细小的气泡，提高混凝土抗冻融能力，避免因冻融循环引起的混凝土破坏。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种水利工程用混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥200份、砂800份、石子1000份、磷渣粉80份、锂渣粉20份、棕刚玉20份、膨胀剂2份、韦兰胶0.3份、聚丙烯膜裂纤维0.5份、增强剂2份、减水剂0.8份、引气剂0.05份。
所述水泥为P·O 42.5水泥。
所述砂为符合GB/T 14684-2011《建筑用砂》的天然砂或人工砂。
所述石子为5-25mm连续级配的碎石。
所述磷渣粉符合GB/T25751-2011《用于水泥和混凝土中的粒化电炉磷渣粉》中L85级别要求。
所述锂渣粉是将锂辉石提炼锂盐过程中排出的工业固体废弃物磨至比表面积≥600m2/kg得到的。
所述棕刚玉是用矾土、碳素材料、铁屑三种原料在电弧炉中经过融化还原而制得的棕褐色人造刚玉，Al2O3含量≥95％。
所述膨胀剂是由煅烧焦宝石、煅烧磷石膏、煅烧菱镁矿和硫酸铝按重量比3:15:10:1复合而成。所述煅烧焦宝石的煅烧温度为700℃，煅烧时间为120min，所述焦宝石中Al2O3含量≥35％；所述煅烧磷石膏的煅烧温度为650℃，煅烧时间为60min；所述煅烧菱镁矿的煅烧温度为750℃，煅烧时间为120min，其中菱镁矿中MgO含量≥45％。
所述聚丙烯膜裂纤维长度为15±1mm，断裂强度≥500MPa。
所述增强剂由乙酸锌、赤藓糖醇和二乙醇单异丙醇胺按重量比8:5:1组成。
所述减水剂为聚羧酸减水剂。
所述引气剂由水、松香酸钠、10％氢氧化钠溶液、十二烷基硫酸单乙醇胺和椰油酰胺烷醇硫酸钠按重量比80:20:40:5:1组成。
实施例2
一种水利工程用混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥300份、砂600份、石子1150份、磷渣粉40份、锂渣粉40份、棕刚玉10份、膨胀剂5份、韦兰胶0.1份、聚丙烯膜裂纤维1.5份、增强剂1份、减水剂2份、引气剂0.01份。
所述棕刚玉中Al2O3含量含量为98％，粒径在1.0-1.5mm之间。
所述膨胀剂是由煅烧焦宝石、煅烧磷石膏、煅烧菱镁矿和硫酸铝按重量比8:5:20:1复合而成。所述煅烧焦宝石的煅烧温度为1150℃，煅烧时间为60min，其中Al2O3含量为36％；所述煅烧磷石膏的煅烧温度为500℃，煅烧时间为80min；所述煅烧菱镁矿的煅烧温度为1150℃，煅烧时间为60min，其中菱镁矿中MgO含量为46％。
所述聚丙烯膜裂纤维长度为15mm，断裂强度550MPa。
所述增强剂由乙酸锌、赤藓糖醇和二乙醇单异丙醇胺按重量比8-10:3-5:1组成。
所述减水剂为聚羧酸减水剂。
所述引气剂由水、松香酸钠、10％氢氧化钠溶液、十二烷基硫酸单乙醇胺和椰油酰胺烷醇硫酸钠组成。
实施例3
一种水利工程用混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥280份、砂700份、石子1100份、磷渣粉50份、锂渣粉30份、棕刚玉14份、膨胀剂3份、韦兰胶0.2份、聚丙烯膜裂纤维1份、增强剂1.2份、减水剂1.5份、引气剂0.03份。
所述水泥为P·O 42.5水泥。
所述砂为符合GB/T 14684-2011《建筑用砂》的天然砂或人工砂。
所述石子为5-25mm连续级配的碎石。
所述磷渣粉符合GB/T25751-2011《用于水泥和混凝土中的粒化电炉磷渣粉》中L85级别要求。
所述锂渣粉是将锂辉石提炼锂盐过程中排出的工业固体废弃物磨至比表面积在650-750m2/kg得到的。
所述棕刚玉粒径在1.2-1.4mm之间。
所述膨胀剂是由煅烧焦宝石、煅烧磷石膏、煅烧菱镁矿和硫酸铝按重量比6:10:15:1复合而成。所述煅烧焦宝石的煅烧温度为1000℃，煅烧时间为70min，其中焦宝石中Al2O3含量≥35％；所述煅烧磷石膏的煅烧温度为600℃，煅烧时间为70min；所述煅烧菱镁矿的煅烧温度为950℃，煅烧时间为100min，其中菱镁矿中MgO含量≥45％。
所述聚丙烯膜裂纤维长度为15±1mm，断裂强度≥500MPa。
所述增强剂由乙酸锌、赤藓糖醇和二乙醇单异丙醇胺按重量比9:4:1组成。
所述减水剂为聚羧酸减水剂。
所述引气剂由水、松香酸钠、10％氢氧化钠溶液、十二烷基硫酸单乙醇胺和椰油酰胺烷醇硫酸钠组成，其中，所述椰油酰胺烷醇硫酸钠的结构式为RCONHCH2CH2OSO3Na(R为C10～15)。
实施例4
一种水利工程用混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥240份、砂650份、石子1050份、磷渣粉70份、锂渣粉32份、棕刚玉14份、膨胀剂4份、韦兰胶0.25份、聚丙烯膜裂纤维0.9份、增强剂1.5份、减水剂1.6份、引气剂0.02份。
所述棕刚玉粒径为1.3mm。
所述膨胀剂是由煅烧焦宝石、煅烧磷石膏、煅烧菱镁矿和硫酸铝按重量比5:6:12:1复合而成。
所述韦兰胶是产碱杆菌的代谢多糖。
所述增强剂由乙酸锌、赤藓糖醇和二乙醇单异丙醇胺按重量比8:3:1组成。
所述减水剂为聚羧酸减水剂。
所述引气剂由水、松香酸钠、10％氢氧化钠溶液、十二烷基硫酸单乙醇胺和椰油酰胺烷醇硫酸钠组成。
实施例5
一种水利工程用混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥230份、砂780份、石子1000份、磷渣粉50份、锂渣粉35份、棕刚玉17份、膨胀剂4.5份、韦兰胶0.22份、聚丙烯膜裂纤维1.35份、增强剂1.2份、减水剂1.8份、引气剂0.04份。
对比例1
一种水利工程用混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥280份、砂700份、石子1100份、磷渣粉50份、锂渣粉30份、棕刚玉14份、韦兰胶0.2份、聚丙烯膜裂纤维1份、增强剂1.2份、减水剂1.5份、引气剂0.03份。
所述水泥为P·O 42.5水泥。
所述砂为符合GB/T 14684-2011《建筑用砂》的天然砂或人工砂。
所述石子为5-25mm连续级配的碎石。
所述磷渣粉符合GB/T25751-2011《用于水泥和混凝土中的粒化电炉磷渣粉》中L85级别要求。
所述锂渣粉是将锂辉石提炼锂盐过程中排出的工业固体废弃物磨至比表面积在650-750m2/kg得到的。
所述棕刚玉粒径在1.2-1.4mm之间。
所述聚丙烯膜裂纤维长度为15±1mm，断裂强度≥500MPa。
所述增强剂由乙酸锌、赤藓糖醇和二乙醇单异丙醇胺按重量比9:4:1组成。
所述减水剂为聚羧酸减水剂。
所述引气剂由水、松香酸钠、10％氢氧化钠溶液、十二烷基硫酸单乙醇胺和椰油酰胺烷醇硫酸钠组成，其中，所述椰油酰胺烷醇硫酸钠的结构式为RCONHCH2CH2OSO3Na(R为C10～15)。
对比例2
一种水利工程用混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥280份、砂700份、石子1100份、磷渣粉50份、锂渣粉30份、棕刚玉14份、膨胀剂3份、韦兰胶0.2份、增强剂1.2份、减水剂1.5份、引气剂0.03份。
所述水泥为P·O 42.5水泥。
所述砂为符合GB/T 14684-2011《建筑用砂》的天然砂或人工砂。
所述石子为5-25mm连续级配的碎石。
所述磷渣粉符合GB/T25751-2011《用于水泥和混凝土中的粒化电炉磷渣粉》中L85级别要求。
所述锂渣粉是将锂辉石提炼锂盐过程中排出的工业固体废弃物磨至比表面积在650-750m2/kg得到的。
所述棕刚玉粒径在1.2-1.4mm之间。
所述膨胀剂是由煅烧焦宝石、煅烧磷石膏、煅烧菱镁矿和硫酸铝按重量比6:10:15:1复合而成。所述煅烧焦宝石的煅烧温度为1000℃，煅烧时间为70min，其中焦宝石中Al2O3含量≥35％；所述煅烧磷石膏的煅烧温度为600℃，煅烧时间为70min；所述煅烧菱镁矿的煅烧温度为950℃，煅烧时间为100min，其中菱镁矿中MgO含量≥45％。
所述增强剂由乙酸锌、赤藓糖醇和二乙醇单异丙醇胺按重量比9:4:1组成。
所述减水剂为聚羧酸减水剂。
所述引气剂由水、松香酸钠、10％氢氧化钠溶液、十二烷基硫酸单乙醇胺和椰油酰胺烷醇硫酸钠组成，其中，所述椰油酰胺烷醇硫酸钠的结构式为RCONHCH2CH2OSO3Na(R为C10～15)。
对比例3
一种水利工程用混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥280份、砂700份、石子1100份、磷渣粉50份、锂渣粉30份、棕刚玉14份、膨胀剂3份、韦兰胶0.2份、聚丙烯膜裂纤维1份、减水剂1.5份、引气剂0.03份。
所述水泥为P·O 42.5水泥。
所述砂为符合GB/T 14684-2011《建筑用砂》的天然砂或人工砂。
所述石子为5-25mm连续级配的碎石。
所述磷渣粉符合GB/T25751-2011《用于水泥和混凝土中的粒化电炉磷渣粉》中L85级别要求。
所述锂渣粉是将锂辉石提炼锂盐过程中排出的工业固体废弃物磨至比表面积在650-750m2/kg得到的。
所述棕刚玉粒径在1.2-1.4mm之间。
所述膨胀剂是由煅烧焦宝石、煅烧磷石膏、煅烧菱镁矿和硫酸铝按重量比6:10:15:1复合而成。所述煅烧焦宝石的煅烧温度为1000℃，煅烧时间为70min，其中焦宝石中Al2O3含量≥35％；所述煅烧磷石膏的煅烧温度为600℃，煅烧时间为70min；所述煅烧菱镁矿的煅烧温度为950℃，煅烧时间为100min，其中菱镁矿中MgO含量≥45％。
所述聚丙烯膜裂纤维长度为15±1mm，断裂强度≥500MPa。
所述减水剂为聚羧酸减水剂。
所述引气剂由水、松香酸钠、10％氢氧化钠溶液、十二烷基硫酸单乙醇胺和椰油酰胺烷醇硫酸钠组成，其中，所述椰油酰胺烷醇硫酸钠的结构式为RCONHCH2CH2OSO3Na(R为C10～15)。
对比例4
一种水利工程用混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥280份、砂700份、石子1100份、磷渣粉50份、锂渣粉30份、棕刚玉14份、膨胀剂3份、韦兰胶0.2份、聚丙烯膜裂纤维1份、增强剂1.2份、减水剂1.5份。
所述水泥为P·O 42.5水泥。
所述砂为符合GB/T 14684-2011《建筑用砂》的天然砂或人工砂。
所述石子为5-25mm连续级配的碎石。
所述磷渣粉符合GB/T25751-2011《用于水泥和混凝土中的粒化电炉磷渣粉》中L85级别要求。
所述锂渣粉是将锂辉石提炼锂盐过程中排出的工业固体废弃物磨至比表面积在650-750m2/kg得到的。
所述棕刚玉粒径在1.2-1.4mm之间。
所述膨胀剂是由煅烧焦宝石、煅烧磷石膏、煅烧菱镁矿和硫酸铝按重量比6:10:15:1复合而成。所述煅烧焦宝石的煅烧温度为1000℃，煅烧时间为70min，其中焦宝石中Al2O3含量≥35％；所述煅烧磷石膏的煅烧温度为600℃，煅烧时间为70min；所述煅烧菱镁矿的煅烧温度为950℃，煅烧时间为100min，其中菱镁矿中MgO含量≥45％。
所述聚丙烯膜裂纤维长度为15±1mm，断裂强度≥500MPa。
所述增强剂由乙酸锌、赤藓糖醇和二乙醇单异丙醇胺按重量比9:4:1组成。
所述减水剂为聚羧酸减水剂。
性能测试
将实施例1-实施例5以及对比例1-对比例4按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试混凝土的强度，参照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》测定混凝土抗渗性能和抗冻融能力，结果见下表1。
表1性能测试结果
Figure BDA0001389607230000091
Figure BDA0001389607230000101
应当说明的是，上述实施例仅为本发明的优选实施方式，并不用于限定本发明，依照实施例所记载的技术方案进行的修改，以及对其中部分技术特征进行等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水利工程用混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥200-300份、砂600-800份、石子1000-1150份、磷渣粉40-80份、锂渣粉20-40份、棕刚玉10-20份、膨胀剂2-5份、韦兰胶0.1-0.3份、聚丙烯膜裂纤维0.5-1.5份、增强剂1-2份、减水剂0.8-2份、引气剂0.01-0.05份；所述膨胀剂是由煅烧焦宝石、煅烧磷石膏、煅烧菱镁矿和硫酸铝按重量比3-8:5-15:10-20:1复合而成；所述增强剂由乙酸锌、赤藓糖醇和二乙醇单异丙醇胺按重量比8-10:3-5:1组成。
2.根据权利要求1所述的水利工程用混凝土，其特征在于，所述棕刚玉是用矾土、碳素材料、铁屑三种原料在电弧炉中经过融化还原而制得的棕褐色人造刚玉，Al2O3含量≥95%。
3.根据权利要求2所述的水利工程用混凝土，其特征在于，所述棕刚玉粒径在1.0-1.5mm之间。
4.根据权利要求1所述的水利工程用混凝土，其特征在于，所述煅烧焦宝石的煅烧温度为700-1150℃，煅烧时间为60-120 min，其中焦宝石中Al2O3含量≥35%；所述煅烧磷石膏的煅烧温度为500-650℃，煅烧时间为60-80 min；所述煅烧菱镁矿的煅烧温度为750-1150℃，煅烧时间为60-120min，其中菱镁矿中MgO含量≥45%。
5.根据权利要求4所述的水利工程用混凝土，其特征在于，所述膨胀剂是由煅烧焦宝石、煅烧磷石膏、煅烧菱镁矿和硫酸铝按重量比6:10:15:1复合而成。
6.根据权利要求1所述的水利工程用混凝土，其特征在于，所述聚丙烯膜裂纤维长度为15±1mm，断裂强度≥500MPa。
7.根据权利要求1所述的水利工程用混凝土，其特征在于，所述引气剂由水、松香酸钠、10%氢氧化钠溶液、十二烷基硫酸单乙醇胺和椰油酰胺烷醇硫酸钠组成。
8.根据权利要求7所述的水利工程用混凝土，其特征在于，所述椰油酰胺烷醇硫酸钠的结构式为RCONHCH2CH2OSO3Na，R为C10~15。
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