CN112321181A - 一种沉管水泥及混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种沉管水泥及混凝土，沉管水泥包括以下重量百分比的组份：熟料81％‑83％,石膏6％‑7％,石灰石4％‑6％,钢渣5％‑8％,助磨剂0.05％,且沉管水泥中SO3含量为2.60％‑2.70％，碱含量R2O≤0.55％，比表面积340‑360m2/kg；混凝土采用上述沉管水泥制成。上述沉管水泥具有强度高、水化热和收缩率低特点，采用上述沉管水泥制成的混凝土的强度及其富余值能达到C50等级，28天绝热温升≤42℃，混凝土收缩和热应力小。

Description

一种沉管水泥及混凝土
技术领域
本发明涉及水泥技术领域，特别是涉及一种沉管水泥及混凝土。
背景技术
混凝土沉管隧道已在很多越江和跨海工程中得到较广应用，管段预制是沉管隧道施工前难点工作之一，预制过程中因沉管管段体积大、结构形式复杂、施工工艺复杂，沉管预制结构易因温度、收缩以及约束等原因出现危害性裂缝。因此，沉管隧道预制混凝土不仅需要配合比设计合理、控温和养护等保证措施，对所使用的材料也有严格要求。在混凝土配合比设计上，胶凝材料中往往会使用较高的矿物掺合料，一方面可以降低水化热温升，另一方面可以提高混凝土的耐久性，同时考虑水下抗冲刷和抗压能力，混凝土强度要求也相对较高，一般在C50左右。综合考虑沉管混凝土性能要求，其使用的水泥应水化热适当，一方面避免过大造成混凝土绝热温升过高引起热应力裂缝，另一方面过低会导致水泥强度发展过慢，与大掺量矿物掺合料混凝土强度发展不协调，造成混凝土强度不足。此外，沉管混凝土所用水泥应该有一定的抗收缩性，以降低混凝土结构收缩性裂缝产生的可能性。
发明内容
基于此，有必要针对沉管混凝土对水泥的要求，提供一种具有强度高、水化热和收缩率低特点的沉管水泥及混凝土。
一种沉管水泥，包括以下重量百分比的组份：
Figure BDA0002798830030000021
且沉管水泥中SO3含量为2.60％-2.70％，碱含量R2O≤0.55％，比表面积340-360m2/kg。
本申请利用的沉管水泥利用早期活性较高的石灰石粉末和后期活性较高的钢渣制备得到，控制沉管水泥中SO3为2.60％-2.70％，保证水泥混凝土硬化早期适当的膨胀性能，减小早期收缩；且控制沉管水泥的碱含量R2O≤0.55％，降低水泥碱含量，从而降低水泥水化热及其化学收缩，从而获得的沉管水泥的3d和28d抗压强度分别能达到33MPa和55MPa以上；控制沉管水泥比面积340-360m2/kg，提升水泥使用性能，有效提高了混凝土的流动性和改善了经时损失率，胶砂初始扩展度大于26Omm,经时损失率低于2％；制备的沉管水泥强度高，3d和7d水化热分别不高于260kJ/kg和290kJ/kg，同时利用了钢渣含有的膨胀组分，进而降低水泥及其制备的混凝土整个硬化过程的收缩，28d干缩率不高于0.10％。
优选地，所述熟料的化学成分要求：饱和比KH＝0.890-0.910、硅率SM＝2.45-2.55、C3A含量7.2％-7.8％、C3S含量54％-58％。
熟料C3A含量控制7.2％-7.8％，避免C3A含量过高导致熟料水化热过高，也防止因熟料铝含量过低导致熟料的结粒和冷却效果下降，同时还与后续水泥粉磨过程中与水泥中三氧化硫SO3含量控制在2.70％相匹配，以保证水泥混凝土硬化早期适当的膨胀性能，减小早期收缩；
C3S含量控制在54％-58％，避免因C3S含量过高，导致熟料水化热过高，同时也要避免引起含量过低导致熟料强度及其发展不足，进而导致不能适应高掺量矿物掺合料混凝土配制；
碱含量R2O≤0.55％，一方面有利于提高熟料强度和质量，可降低制备水泥的熟料掺量，有利于水化热降低，另一方面还可降低熟料矿物早期24h之前的水化速度，从而进一步降低熟料及其制备水泥的水化热。
优选地，所述熟料的性能指标包括：3d抗压强度大于或等于32MPa,28d抗压强度大于或等于60MPa，3d水化热小于或等于260kJ/kg，7d水化热分别小于或等于290kJ/kg。
3d和28d强度过低将导致混凝土硬化缓慢，影响成型和脱模；水化热过大会使混凝土的内部温度大大超过外部，从而引起较大的温度应力，使混凝土表面产生裂缝，严重影响混凝土的强度及其他性能。
优选地，所述钢渣中的方镁石含量为2％-3％，碱含量R2O≤0.3％，28天活性指数≥80％。
优选地，石灰石中CaO含量≥50％、Al2O3含量≤1.2％、碱含量R2O≤0.25％，3d活性指数≥75％。
钢渣和石灰石粉末碱含量R2O分别不超过0.30％和0.25％，有利于进一步降低水泥碱含量，降低水泥水化热及其化学收缩，此外钢渣中含有2.00％-3.00％方镁石，能使制备的水泥后期具有一定的膨胀性，进而降低水泥及其制备的混凝土整个硬化过程的收缩。且石灰石3d活性指数≥75％的性能与钢渣28d活性指数≥80％的搭配，有利于使制备出的水泥强度在早期和后期协调稳步发展，也能降低水泥的熟料掺量，进一步降低水泥的水化热和化学收缩。
一种混凝土，其原料包括上述沉管水泥。
上述性能优良的沉管水泥适用于的混凝土制备，且混凝土强度及其富余值能达到C50等级，28天绝热温升≤42℃，混凝土收缩和热应力小。
优选地，混凝土原料中的胶凝材料中矿物掺合料和沉管水泥的质量比为10-12:10。
混凝土原料中的胶凝材料的水泥用量不到50％，降低制备混凝土所需沉管水泥，降低混凝土的制备成本。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做清楚、完整的描述。显然，以下描述的具体细节只是本发明的一部分实施例，本发明还能够以很多不同于在此描述的其他实施例来实现。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
实施例1公开的混凝土的具体制备步骤如下：
步骤1)、将重量百分比为87.4％的石灰石、8.9％的砂岩、2.9％的硫酸渣和1.0％的页岩一同进入生料立磨粉磨后选粉，经生料均化库均化、预热器加热、分解炉分解、回转窑煅烧、篦冷机冷却以及破碎机破碎，最终制备得到的熟料的成分如表1所示，其性能指标如表2所示；
表1
Figure BDA0002798830030000051
表2
Figure BDA0002798830030000052
步骤2)、称取重量百分比为81％的熟料、7％的石膏、4％的石灰石粉末、8％钢渣和0.05％助磨剂，其中，钢渣的原料参数如表3所示，石灰石的原料参数如表4所示，将熟料、石膏、钢渣、石灰石分别一同经过辊压机破碎，将经过破碎后的原料和助磨剂加入水泥球磨机粉磨后经选粉机选粉，获得沉管水泥，其性能指标如表5所示；
表3
Figure BDA0002798830030000053
表4
Figure BDA0002798830030000054
表5
Figure BDA0002798830030000055
步骤3)、采用如表6所示的原料制备混凝土，获得的混凝土的性能指标如表7所示。
表6
Figure BDA0002798830030000061
表7
Figure BDA0002798830030000062
实施例2
实施例2公开的混凝土的具体制备步骤如下：
步骤1)、将重量百分比为88.3％的石灰石、7.2％的砂岩、3.0％的硫酸渣和1.5％的页岩一同进入生料立磨粉磨后选粉，经生料均化库均化、预热器加热、分解炉分解、回转窑煅烧、篦冷机冷却以及破碎机破碎，最终制备得到的熟料的成分如表8所示，性能指标如表9所示；
表8
Figure BDA0002798830030000063
表9
Figure BDA0002798830030000071
步骤2)、称取重量百分比为83％熟料、6％石膏、6％石灰石粉末、5％钢渣和0.05％助磨剂，其中，钢渣的原料参数如表10所示，石灰石的原料参数如表11所示，将熟料、石膏、石灰石、钢渣分别一同经过辊压机破碎，将经过破碎后的原料和助磨剂加入水泥球磨机粉磨后经选粉机选粉，获得沉管水泥，其性能指标如表12所示；
表10
Figure BDA0002798830030000072
表11
Figure BDA0002798830030000073
表12
Figure BDA0002798830030000074
步骤3)、采用如表13所示的原料制备混凝土，获得的混凝土的性能指标如表14所示。
表13
Figure BDA0002798830030000081
表14
Figure BDA0002798830030000082
根据实施例1和实施例2的试验数据可以得到以下结论：
(1)实施例1制得的沉管水泥的3d和28d抗压强度分别达到33.5MPa和56.3MPa，而3d和7d水化热仅有252kJ/kg和282kJ/kg；实施例2制得的沉管水泥的3d和28d抗压强度分别达到34.2MPa和57.4MPa，而3d和7d水化热分别低于260kJ/kg和290kJ/kg；
(2)实施例1和实施例2中的混凝土工作性能良好，混凝土的强度及其富余值完全达到C50强度等级，且绝热温升低于42℃，可明显降低热应力裂纹的产生。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、替换及改进，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (7)

1.一种沉管水泥，其特征在于，包括以下重量百分比的组份：
Figure FDA0002798830020000011
且沉管水泥中SO3含量为2.60％-2.70％，碱含量R2O≤0.55％，比表面积340-360m2/kg。
2.根据权利要求1所述的沉管水泥，其特征在于，所述熟料的化学成分要求包括饱和比KH＝0.890-0.910、硅率SM＝2.45-2.55、C3A含量7.2％-7.8％、C3S含量54％-58％。
3.根据权利要求2所述的沉管水泥，其特征在于，所述熟料的性能指标要求3d抗压强度大于或等于32MPa,28d抗压强度大于或等于60MPa，3d水化热小于或等于260kJ/kg，7d水化热分别小于或等于290kJ/kg。
4.根据权利要求1所述的沉管水泥，其特征在于，所述钢渣中的方镁石含量为2％-3％，碱含量R2O≤0.3％，28天活性指数≥80％。
5.根据权利要求1所述的沉管水泥，其特征在于，石灰石中CaO含量≥50％、Al2O3含量≤1.2％、碱含量R2O≤0.25％，3d活性指数≥75％。
6.一种混凝土，其特征在于，其原料包括如权利要求1-5任一项所述沉管水泥。
7.根据权利要求6所述的混凝土，其特征在于，混凝土原料中的胶凝材料原料中矿物掺合料和沉管水泥的质量比为10-12:10。
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