CN110818352A

CN110818352A - 一种用于与海砂配制混凝土的海洋工程专用水泥

Info

Publication number: CN110818352A
Application number: CN201911137773.3A
Authority: CN
Inventors: 徐强; 詹树林; 杨辉; 樊先平; 罗仲宽; 钱晓倩; 吴春春
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2019-11-20
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2020-02-21
Anticipated expiration: 2039-11-20
Also published as: CN110818352B

Abstract

本发明涉及海洋工程建设领域，旨在提供一种用于与海砂配制混凝土的海洋工程专用水泥。该水泥包括以下质量百分比关系的各原料组分：硅酸盐水泥20～50％、钢渣粉20～50％、粉煤灰10～20％、矿渣粉10～20％、硅灰2‑5％、阻锈剂1‑4％。本发明能够利用大量钢厂生产的钢渣粉废料，成本较低，工艺简便，适合大规模工程应用，具有环保价值。海砂专用水泥兼顾早期强度和后期强度，能降低海砂多孔结构引起的需水量增加；同时结合早期和后期耐久性提升措施，能有效降低淡化海砂残留氯离子对钢筋的腐蚀作用。

Description

一种用于与海砂配制混凝土的海洋工程专用水泥

技术领域

本发明涉及一种用于与海砂配制混凝土的海洋工程专用水泥，属于海洋工程建设领域。

背景技术

随着海洋经济的快速发展，海洋工程建设面临巨大用量的砂子需求。仅依靠外运河砂、山石破碎机制砂等都难以满足工程需要，目前淡化海砂成为缓解此问题方法之一。海砂中所含的氯离子会腐蚀钢筋，滥用海砂有可能引发“海砂屋”等严重工程事故。我国针对海砂应用，相继出台相关政策法规。《海砂混凝土应用技术规范》中将“海砂”定义为：出产于海洋和入海口附近的砂，包括滩砂、海底砂和入海口附近的砂。这类海砂除了含有较高的氯离子，也含有较大量的贝壳。《海砂混凝土应用技术规范》还明确将“用于配制混凝土的海砂应作净化处理”，但贝壳复杂的生理结构，造成净化手段难以完全根除氯离子。

淡化海砂中氯离子已下降到较低水平，但对于设计年限较长的工程也需要进一步提高耐久性。目前针对海砂在海洋工程中的应用，已有少量专利和论文报道。CN106587855A专利中未针对淡化海砂残余氯离子进行有效的氯离子固定设计。CN107572969A专利中对氯离子的固定仅靠氯离子固化剂，其实用效果有限。CN106277907A专利中利用亚硝酸钙作为阻锈剂，但目前因环境问题已限制亚硝酸盐阻锈剂使用。

另外，由于贝壳为多孔结构，强度较低，难以完全替代河砂。贝壳多呈薄片状结构，自身强度较低，混凝土搅拌过程中极易沿节理发生错裂且颗粒回旋阻力很大。采用相同粗骨料情况下，因贝壳对混凝土流动性的影响，为保持相同流动度，必须增加水泥和水的用量。但过多的水不仅会降低水泥石密实度，还会在混凝土强度发展过程中集结于粗骨料底部，严重影响水泥石和骨料的胶结性质，致使混凝土强度和耐久性降低。

所以，面向海洋工程中混凝土材料耐久性和强度等需求，具备低成本、综合力学性能、高耐久性的海砂海洋工程专用水泥显得十分重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，一种用于与海砂配制混凝土的海洋工程专用水泥。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种用于与海砂配制混凝土的海洋工程专用水泥，包括以下质量百分比关系的各原料：硅酸盐水泥20～50％；钢渣粉20～50％；粉煤灰10～20％；矿渣粉10～20％；硅灰2-5％；阻锈剂1-4％。

本发明中，所述硅酸盐水泥是42.5级及以上的硅酸盐水泥，氯离子含量≤0.1％。；钢渣粉是由钢渣经磁选、粉磨、选粉而得，比表面积在200～400m²/kg之间，氯离子含量≤0.1％；粉煤灰中CaO含量超过10％，细度≤二级灰，氯离子含量≤0.1％；矿渣粉是粒化高炉矿渣粉，活性指数≥S95级灰，氯离子含量≤0.1％；硅灰中含硅量大于75％，氯离子含量≤0.1％；阻锈剂为市售醇胺类钢筋混凝土阻锈剂。

本发明还提供了前述海洋工程专用水泥的制备方法，包括：按所述配比关系称量各原料组分，加入搅拌机中混合均匀，得到海洋工程专用水泥；密封包装备用。

本发明还提供了前述海洋工程专用水泥的使用方法，包括：按海洋工程设计要求确定混凝土的配合比和淡化海砂掺加方案后，将海洋工程专用水泥、海砂和水一并加入混凝土搅拌机中，搅拌均匀得到水泥浆体；将水泥浆体用于海洋工程浇筑，并进行养护。

发明原理描述：

1、钢渣粉是炼钢过程中产生的废渣磨细得到的粉体，其反应活性较低，需较长时间才能完全发展强度，目前仍未得到大规模应用。考虑到越来越多的大型钢厂迁址海边，日常生产会副产大量钢渣，综合来看海洋工程中使用钢渣粉成本较低。另外，钢渣中含有较高铁元素，与氯离子作用时会起到一定的吸附固化作用。考虑到钢渣粉低廉的成本、潜在的活性、氯离子固化作用，完全可以针对海砂海洋工程取得应用。

2、本发明利用硅酸盐水泥等胶凝材料发生水化反应迅速发展强度、成型；利用矿渣粉、硅灰优化胶凝材料结构，改善海砂浆体流动性能；各组分之间的特定比例的组合方式，兼顾水泥浆体期强度和后期强度，满足大规模海砂在海洋工程应用。

3、本发明所述水泥在其使用过程中的固化初期，能利用阻锈剂在钢筋表面形成防腐结构，提高水泥浆体早期耐久性能；通过利用钢渣粉延时活性，优化内部孔隙结构，吸附固化氯离子，提高水泥浆体后期耐久性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明能够利用大量钢厂生产的钢渣粉废料，成本较低，工艺简便，适合大规模工程应用，具有环保价值。

2、本发明的海砂专用水泥兼顾早期强度和后期强度，能降低海砂多孔结构引起的需水量增加。

3、本发明的海砂专用水泥结合早期和后期耐久性提升措施，能有效降低淡化海砂残留氯离子对钢筋的腐蚀作用。

具体实施方式

本发明中提供的海砂海洋工程专用水泥，其原料配方的质量百分比关系如下：硅酸盐水泥20～50％；钢渣粉20～50％；粉煤灰10～20％；矿渣粉10～20％；硅灰2-5％；阻锈剂1-4％。

本发明中，所有原料组分的氯离子含量≤0.1％。其中，所述硅酸盐水泥是42.5级及以上的硅酸盐水泥；所述钢渣粉是由钢渣经磁选、粉磨、选粉而得，比表面积在200～400m²/kg之间；所述粉煤灰中CaO含量超过10％，细度≤二级灰；所述矿渣粉是粒化高炉矿渣粉，活性指数≥S95级灰；所述硅灰中含硅量应大于75％。阻锈剂为市售醇胺类钢筋混凝土阻锈剂。

各实施例中的试验数据见下表(单位％)：

具体实施例	1	2	3	4	5
						硅酸盐水泥/％	20	50	30	30	35
钢渣粉/％	50	20	33	35	30
						粉煤灰/％	10	15	12	20	15
矿渣粉/％	14	10	20	10	12
						硅灰/％	2	2	3	4	5
阻锈剂/％	4	3	2	1	3

使用方法：

根据海洋工程中强度及耐久性需求确定海洋工程混凝土配合比以及淡化海砂掺加方案。以实施例1为例说明。掺入淡化海砂细度模数2.7，贝壳含量3％，氯离子含量≤0.06％。全部用淡化海砂水泥浆体电化学综合防锈性能≤110μA，C40级混凝土氯离子含量≤0.1％、28天电通量≤850。从耐久性数据可以发现，本发明提供的海砂海洋工程专用水泥能够满足海洋工程耐久性的需要。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于与海砂配制混凝土的海洋工程专用水泥，其特征在于，包括以下质量百分比关系的各原料：

硅酸盐水泥20～50％

钢渣粉20～50％

粉煤灰10～20％

矿渣粉10～20％

硅灰2-5％

阻锈剂1-4％。

2.根据权利要求1所述的海洋工程专用水泥，其特征在于，所述硅酸盐水泥是42.5级及以上的硅酸盐水泥，氯离子含量≤0.1％。

3.根据权利要求1所述的海洋工程专用水泥，其特征在于，所述钢渣粉是由钢渣经磁选、粉磨、选粉而得，比表面积在200～400m²/kg之间，氯离子含量≤0.1％。

4.根据权利要求1所述的海洋工程专用水泥，其特征在于，所述粉煤灰中CaO含量超过10％，细度≤二级灰，氯离子含量≤0.1％。

5.根据权利要求1所述的海洋工程专用水泥，其特征在于，所述矿渣粉是粒化高炉矿渣粉，活性指数≥S95级灰，氯离子含量≤0.1％。

6.根据权利要求1所述的海洋工程专用水泥，其特征在于，所述硅灰中含硅量大于75％，氯离子含量≤0.1％。

7.根据权利要求1所述的海洋工程专用水泥，其特征在于，所述阻锈剂为市售醇胺类钢筋混凝土阻锈剂。

8.权利要求1所述海洋工程专用水泥的制备方法，其特征在于，包括：按所述配比关系称量各原料组分，加入搅拌机中混合均匀，得到海洋工程专用水泥；密封包装备用。

9.权利要求1所述海洋工程专用水泥的使用方法，其特征在于，包括：

按海洋工程设计要求确定混凝土的配合比和淡化海砂掺加方案后，将海洋工程专用水泥、海砂和水一并加入混凝土搅拌机中，搅拌均匀得到水泥浆体；将水泥浆体用于海洋工程浇筑，并进行养护。