CN108117289B - 一种磷铝酸盐基海工胶凝材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磷铝酸盐水泥基海工凝胶材料。该凝胶材料是由高铁磷铝酸盐水泥熟料40‑45％、辅助胶凝材料50‑58％、早强剂1％‑5％组成；所述辅助凝胶材料是由金砂尾矿、白钨尾矿、高硅磷尾矿粉、偏高岭土、铝土矿尾矿按照3‑5：1.5‑1：1：1：1的重量比组成。该海工凝胶材料具有较高的抗氯离子渗透性、体积稳定性以及抗硫酸盐侵蚀性能，可满足海洋工程的需要。

Description

一种磷铝酸盐基海工胶凝材料
技术领域
本发明公开了一种适用于海洋工程的高性能水泥基胶凝材料，具体的是一种磷铝酸盐水泥基海工胶凝材料。
背景技术
海水中含有的以SO4 2-、Cl-、Mg2+为代表的侵蚀性离子带来的化学腐蚀，潮汐、飓风、冰凌、洋流、海浪冲刷以及泥沙运移等海洋运动带来的物理损伤都对混凝土的耐久性造成严重影响，海工工程耐用年限大幅度缩短，因此海洋工程所用水泥除需要满足普通工程所要求的强度、和易性良好等需求外，还要具有一定的抗渗性、抗冻性、耐腐蚀、抵抗冰凌撞击等性能。随着我国近海工程的大规模建设，提高混凝土的耐久性具有重要意义。现有技术主要以海工硅酸盐水泥为基体通过掺加掺和料、外加剂等方法来满足海洋工程的需求。中国专利授权公告号CN102092970B发明了一种海工专用掺和料，以掺加超细矿渣粉为原料，再与激发剂按照一定比例配制而成，可以在胶凝材料低掺量条件下改善，提高混凝土早期强度，改善工作性能，明显改善混凝土的抗渗性和抗冻性；中国专利授权公告号CN101462843B海工混凝土耐腐蚀外加剂及其制备方法公开了一种提高混凝土抗侵蚀能力的外加剂。中国专利授权公告号CN102584044A发明了一种硫铝酸盐海工水泥及其制备方法，将硫铝盐水泥熟料、硬石膏、石灰石、和矿渣按比例混合，再加入减水剂、引气剂、缓凝剂和硅粉混合制得成品。
在目前这些方法中，以硅酸盐水泥胶凝材料为基体的只是在一定程度上缓解问题并没有从根本上解决问题，其次这些方法主要单方面解决了改善抗氯离子渗透性能、抗冻性或抗硫酸盐侵蚀中的某一个或几个问题；以硫铝酸盐水泥胶凝材料为基体的水化产物仍然含有不少的Ca(OH)2，在海洋环境侵蚀中仍有重大缺陷，并没有从整体上改善海洋环境中工程所面临的问题。
解决的技术问题：以硅酸盐水泥为基体的海工水泥具有早期水化速度较慢，强度低，水化产物中含有大量Ca(OH)2，硫铝酸盐水泥胶凝材料为基体的水化产物仍然含有Ca(OH)2，抗Cl-和SO4 2-渗透性能较差，易收缩开裂，抗渗性和耐腐蚀性较差等问题严重影响了水泥耐久性。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种磷铝酸盐基海工凝胶材料。该胶凝材料以高铁磷铝酸盐水泥熟料为原料，将高硅磷尾矿粉、金矿尾砂、白钨尾矿、偏高岭土组合制成的材料作为辅助凝胶材料再加入适量早强剂混磨配制而成，具有较高的抗氯离子渗透性、体积稳定性以及抗硫酸盐侵蚀性能，可满足海洋工程的需要。
本发明具体采用以下技术方案：
一种磷铝酸盐水泥基海工凝胶材料，它是由以下原料组成：高铁磷铝酸盐水泥熟料40-45％、辅助胶凝材料50-58％、早强剂1％-5％；所述辅助凝胶材料是由金砂尾矿、白钨尾矿、高硅磷尾矿粉、偏高岭土、铝土矿尾矿按照3-5：1.5-1：1：1：1的重量比组成。
所述高铁磷铝酸盐水泥的主要矿相组成为：磷铝酸钙20-60％、磷酸钙10-30％、铝酸钙15-25％、铁铝酸四钙10-25％、玻璃体中间相2-10％。
所述金矿尾砂，其80％颗粒的粒径＞100μm，平均粒径为180.334μm，比表面积为0.294m2/g，其中含SiO2为33-37％，Fe2O3为13-22％，CaO为22-26％，Al2O3为6-8％。
所述高硅磷尾矿粉，其比表面积0.4m2/g，其中含SiO2为10-27％，CaO为15-30％,P2O5为18-26％。
所述白钨尾矿中含SiO2为35-48％，CaO为30-40％，Al2O3为8-22％。
所述铝土矿尾矿，其灼烧减重为11.5％，含Al2O3为40-50％，SiO2为20-37％，Fe2O3为10-20％。
所述偏高岭土，其密度为2.5-2.7g/cm3，其中含SiO2为50-60％，Al2O3为40-50％。
所述早强剂为Li2CO3、脱硫石膏、磷石膏、柠檬石膏的一种或几种的组合。
所述脱硫石膏、磷石膏和柠檬石膏其烘干后比表面积均大于300m2/kg，其中三氧化硫的含量均高于40％，游离水含量均低于2％。
将高铁磷铝酸盐水泥熟料、铝土矿尾矿、偏高岭土、金矿尾砂、高硅磷尾矿粉、白钨尾矿、早强剂按照预先计算好的配比称量，之后放入混料机中混合均化120分钟之后成型养护即可。
本发明的有益效果是：本发明利用高铁磷铝酸盐水泥低碱度、耐酸碱、早强快硬等性能，通过复合矿物掺金矿尾砂、白钨尾矿、铝土矿尾矿、高硅磷尾矿粉、偏高岭土特定比例的组合，进一步提高磷酸盐水泥浆体自身密实性、抗渗性和抗冻性，使其具有较高的抗氯离子渗透性、体积稳定性以及抗硫酸盐侵蚀性能，满足海洋工程的需要，解决海洋工程中镁离子、硫酸盐、氯离子等盐类侵蚀和海浪拍击、泥沙运移等带来的建筑物结构受损、寿命缩短等问题，克服硅酸盐水泥由于早期水化慢、强度低，水化产物中含有大量Ca(OH)2带来的抗渗性差、易受侵蚀性离子腐蚀的一系列问题。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
一种适用于海工工程的胶凝材料，按照以下重量百分比进行的：
组分 高铁磷铝酸盐水泥熟料 辅助凝胶材料 早强剂
质量百分比(％) 40 58 2
其中，辅助凝胶材料是由金砂尾矿、白钨尾矿、高硅磷尾矿粉、偏高岭土、铝土矿尾矿按照3-5：1.5-1：1：1：1的重量比组成。
实施例2
一种适用于海工工程的胶凝材料，按照以下重量百分比进行的：
组分 高铁磷铝酸盐水泥熟料 辅助凝胶材料 早强剂
质量百分比(％) 42 55 3
其中，辅助凝胶材料是由金砂尾矿、白钨尾矿、高硅磷尾矿粉、偏高岭土、铝土矿尾矿按照3-5：1.5-1：1：1：1的重量比组成。实施例3
一种适用于海工工程的胶凝材料，按照以下重量百分比进行的：
组分 高铁磷铝酸盐水泥熟料 辅助凝胶材料 早强剂
质量百分比(％) 45 50 5
其中，辅助凝胶材料是由金砂尾矿、白钨尾矿、高硅磷尾矿粉、偏高岭土、铝土矿尾矿按照3-5：1.5-1：1：1：1的重量比组成。
对比例1
高铁磷铝酸盐水泥熟料：100％(质量百分比)。
对比例2
一种凝胶材料，按照以下重量百分比进行的：
组分 普通硅酸盐水泥 辅助凝胶材料 早强剂
质量百分比(％) 40 58 2
其中，辅助凝胶材料是由金砂尾矿、白钨尾矿、高硅磷尾矿粉、偏高岭土、铝土矿尾矿按照3-5：1.5-1：1：1：1的重量比组成。
对比例3
一种凝胶材料，按照以下重量百分比进行的：
组分 硫铝酸盐水泥 辅助凝胶材料 早强剂
质量百分比(％) 40 58 2
其中，辅助凝胶材料是由金砂尾矿、白钨尾矿、高硅磷尾矿粉、偏高岭土、铝土矿尾矿按照3-5：1.5-1：1：1：1的重量比组成。
对上述实施例1-3和对比例1-3所制备的凝胶材料的性能进行测试，具体测试结果如下表1所示。
表1性能测试结果
Figure BDA0001522257730000041
从上述表1中的结果可以看出，本发明实施例制备的海工凝胶材料7天、28天抗压强度均优于对比例，且抗氯离子渗透性、抗硫酸盐侵蚀性能均较高。这是由于本发明以具有低碱度、耐酸碱、早强快硬等性能特点的高铁磷铝酸盐水泥熟料为主材料，辅以复合矿物制成，其中的矿物组成比表面积差异较大，可在不同范围对磷铝酸盐水泥基体进行改性，且主要成分为石英和Al2O3，高铁磷铝酸盐水泥中的磷铝酸钙和铝酸钙水化产物可以跟Si2+反应生成水化钙铝黄长石，避免后期水化产物C3AH6的大量生成而产生的强度下降，使其具有较高的抗氯离子渗透性、体积稳定性以及抗硫酸盐侵蚀性能，满足海洋工程的需要，解决海洋工程中镁离子、硫酸盐、氯离子等盐类侵蚀和海浪拍击、泥沙运移等带来的建筑物结构受损、寿命缩短等问题，克服硅酸盐水泥由于早期水化慢、强度低，水化产物中含有大量Ca(OH)2带来的抗渗性差、易受侵蚀性离子腐蚀的一系列问题。

Claims (8)

1.一种磷铝酸盐水泥基海工凝胶材料，其特征在于，它是由以下原料制成：高铁磷铝酸盐水泥熟料40-45％、辅助胶凝材料50-58％、早强剂1％-5％；所述辅助胶凝材料是由金砂尾矿、白钨尾矿、高硅磷尾矿粉、偏高岭土、铝土矿尾矿按照3-5：1 .5-1：1：1：1的重量比组成；所述高铁磷铝酸盐水泥熟料的主要矿相组成为：磷铝酸钙20-60％、磷酸钙10-30％、铝酸钙15-25％、铁铝酸四钙10-25％、玻璃体中间相2-10％。
2.根据权利要求1所述的磷铝酸盐水泥基海工凝胶材料，其特征在于，所述金砂尾矿，其80％颗粒的粒径＞100μm，平均粒径为180.334μm，比表面积为0.294m2/g，其中含SiO2为33-37％，Fe2O3为13-22％，CaO为22-26％，Al2O3为6-8％。
3.根据权利要求1所述的磷铝酸盐水泥基海工凝胶材料，其特征在于，所述高硅磷尾矿粉，其比表面积0 .4m2/g，其中含SiO2为10-27％，CaO为15-30％，P2O5为18-26％。
4.根据权利要求1所述的磷铝酸盐水泥基海工凝胶材料，其特征在于，所述白钨尾矿中含SiO2为35-48％，CaO为30-40％，Al2O3为8-22％。
5.根据权利要求1所述的磷铝酸盐水泥基海工凝胶材料，其特征在于，所述铝土矿尾矿，其灼烧减重为11.5％，含Al2O3为40-50％，SiO2为20-37％，Fe2O3为10-20％。
6.根据权利要求1所述的磷铝酸盐水泥基海工凝胶材料，其特征在于，所述偏高岭土，其密度为2.5-2.7g/cm3，其中含SiO2为50-60％，Al2O3为40-50％。
7.根据权利要求1所述的磷铝酸盐水泥基海工凝胶材料，其特征在于，所述早强剂为Li2CO3、脱硫石膏、磷石膏、柠檬石膏的一种或几种的组合。
8.根据权利要求7所述的磷铝酸盐水泥基海工凝胶材料，其特征在于，所述脱硫石膏、磷石膏和柠檬石膏其烘干后比表面积均大于300m2/kg，其中三氧化硫的含量均高于40％，游离水含量均低于2％。
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