CN115557739B - 一种海工地聚合物材料及其制备方法 - Google Patents

一种海工地聚合物材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海工地聚合物材料及其制备方法，所述海工地聚合物材料包含如下组分：矿渣微粉、磨细玄武岩粉、偏高岭土、轻烧镁粉、硬石膏、海砂、粉煤灰微珠、玄武岩短切纤维、微型纤维、水玻璃、碱性激发剂、复合型阻锈剂、减水剂。本发明提供的海工地聚合物材料，有效利用了工业固体废弃物，不但具有低碳环保、强度高、韧性好等特点，而且具有良好的结构致密性、抗氯离子渗透能力好、耐海水腐蚀性好、抗碳化能力好等性能；本发明提供的海工地聚合物材料的制备方法，操作步骤简单，无需高温成型养护。可应用于海上工程或沿海构筑物的浇筑、灌注、修复和养护。

Description

一种海工地聚合物材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种地聚合物及其制备方法，尤其涉及一种海工地聚合物材料及其制备方法。
背景技术
我国疆域辽阔、海岸线长，海洋资源十分丰富，海上风电、海上光伏、海上钻井平台、桥梁、港口、码头等海洋工程不断发展，有低碳环保、可持续发展特点的海工地聚合物材料具有广阔的发展前景。
海洋工程中一般选择水泥用作胶凝材料，但水泥通常存在抗氯离子侵蚀能力差、抗硫酸根离子侵蚀能力差、抗碳化性能差、抗冲刷能力差、韧性差、能耗高等问题；受海风、海浪、海水侵蚀的海上工程或沿海构筑物常常出现钢筋腐蚀、表层剥落、开裂、坍塌等问题。针对水泥胶凝材料存在上述的种种问题，本发明充分利用工业固体废弃物以及地聚合物特殊的三维立体网络结构，在保证海工地聚合物具有良好力学性能的同时，提高其耐久性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种海工地聚合物材料及其制备方法，充分利用工业固体废弃物，在保证地聚合物材料力学性能良好的前提下，同时，提高其致密性、耐久性、抗氯离子侵蚀能力和抗碳化能力等性能。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种海工地聚合物材料，包含如下重量组分：矿渣微粉25-60份、磨细玄武岩粉10-30份、偏高岭土5-25份、轻烧镁粉5-20份、硬石膏2.5-15份、海砂0.1-25份、粉煤灰微珠2.5-5份、玄武岩短切纤维0.1-1.5份、微型纤维0.1-2份、水玻璃5-30份、碱性激发剂3-15份、复合型阻锈剂0.1-3份、减水剂0.4-1份。
优选地，所述矿渣微粉是经高温焙烧、粉磨机粉磨制得，比表面积为450-550m2/kg，28d活性指数为95-115％；所述磨细玄武岩粉是由玄武岩固体废弃物筛分、破碎，然后经600-800℃高温焙烧、粉磨机粉磨制备而成；细度为800-1250目，比表面积为5000-10000m2/kg。
优选地，所述偏高岭土是在800-1000℃高温下，脱水研磨而成，细度为2000-5000目；所述轻烧镁粉主要成分为MgO，MgO含量为96-100％，细度为100-200目；所述硬石膏主要成分为无水硫酸钙，细度为800-1250目。
优选地，所述海砂是经淡水洗涤、筛分得到，细度模数为1.2-3.0，氯离子含量为0.01-0.1％；所述减水剂是聚羧酸高性能减水剂，粉末状，含水率小于1％，减水率为25-40％。
优选地，所述粉煤灰微珠是超细实心球状玻璃体，平均粒径为2-5μm。
优选地，所述玄武岩短切纤维是在1000℃-1500℃的高温熔融后，高速拉制而成，长度为3-9mm，单丝直径为10-500μm，弹性模量为100-120Gpa。
优选地，所述微型纤维是按如下重量组分复配而成：25-45％的碳纤维、25-45％的硫酸钙晶须和15-30％的聚乙烯醇纤维；所述碳纤维平均长度为300-800μm，单丝直径为5-10μm，弹性模量为300-500GPa；所述硫酸钙晶须平均长度为200-300μm，单丝直径为3-5μm，弹性模量为200-350GPa；所述聚乙烯醇纤维平均长度为50-200μm，单丝直径为1-3μm，弹性模量为50-150GPa。
优选地，所述水玻璃为钠水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃中的一种或多种，水玻璃的模数在1.0-3.0之间，固含量为30-60％。
优选地，所述复合型阻锈剂是按如下重量组分复配而成：40-50％的磷酸盐、10-30％的焙烧水滑石、20-30％的三乙醇胺、5-15％的有机硅或聚醚消泡剂。
本发明还提供一种上述海工地聚合物材料的制备方法，其中，包括以下步骤：S1)将矿渣微粉、磨细玄武岩粉、偏高岭土、轻烧镁粉、硬石膏、海砂、粉煤灰微珠、玄武岩短切纤维和微型纤维按预定的重量份数，投入到砂浆搅拌机中，在300-500r/min的转速下，搅拌3-5min至均匀，得到地聚合物干混料A；S2)先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，然后按预定的重量份数，将水玻璃和碱性激发剂加入到搅拌器中，在500-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀无沉淀，最后冷却至室温，得到碱性激发剂混合溶液B；S3)先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，按预定的重量份数，将复合型阻锈剂和减水剂加入到搅拌器中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀，得到功能型外加剂的混合溶液C；S4)先将步骤S1制得的地聚合物干混料A和总拌和用水量的1/2加入到砂浆搅拌机中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀；然后，加入步骤S2制得的碱性激发剂混合溶液B，继续搅拌1-2min至均匀；其次，加入步骤S3制得的功能型外加剂的混合溶液C，搅拌2-3min至均匀，得到海工地聚合物浆液；最后，将海工地聚合物浆液进行装入试模并养护成型，制备出海工地聚合物材料。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的海工地聚合物材料，与现有的水泥海工材料相比，在资源化再利用方面，有效利用了工业固体废弃物；在材料性能方面，不但具有致密性好、强度高、韧性好等特点，而且具有抗氯离子侵蚀能力好、抗硫酸根侵蚀能力好、抗碳化能力好、抗裂防脱落性能好等性能，可应用于海上工程或沿海构筑物的浇筑、灌注、修复和养护。
本发明提供的海工地聚合物材料的制备方法，操作步骤简单，无需高温成型养护。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
本发明所述的海工地聚合物材料，包含如下重量组分：矿渣微粉25-60份、磨细玄武岩粉10-30份、偏高岭土5-25份、轻烧镁粉5-20份、硬石膏2.5-15份、海砂0.1-25份、粉煤灰微珠2.5-5份、玄武岩短切纤维0.1-1.5份、微型纤维0.1-2份、水玻璃5-30份、碱性激发剂3-15份、复合型阻锈剂0.1-3份、减水剂0.4-1份。
所述矿渣微粉是经高温焙烧、粉磨机粉磨制得，比表面积为450-550m2/kg，28d活性指数为95-115％，主要化学成分组成为CaO、SiO2、Al2O3等；在碱性激发剂的作用下，矿渣微粉中的SiO2、Al2O3能够发生地聚合反应，生成由硅氧四面体和铝氧四面体结构单元组成的三维立体网络笼形结构。
所述磨细玄武岩粉是由玄武岩固体废弃物筛分、破碎，然后经600-800℃高温焙烧、粉磨机粉磨制备而成(高温焙烧温度优选600-800℃，当焙烧温度超过800℃或小于600℃时，磨细玄武岩粉活性较差)；细度为800-1250目，比表面积为5000-10000m2/kg；主要化学成分组成为SiO2、Al2O3、CaO、MgO等，磨细玄武岩粉具有较小的颗粒粒径和较大的比表面积，其不但可以填充地聚合物三维立体结构中的空隙，而且可以参与地聚合反应，优化海工地聚合物材料的微观结构，使其结构更致密，进而提高海工地聚合物材料的力学性能、抗氯离子或硫酸根离子侵蚀能力、抗渗透性能；同时，磨细玄武岩粉通过地聚合反应还可以三维立体网络结构，从而固化海砂中存在的氯离子或硫酸根离子，封闭有害离子的迁移路径，进而提高海工地聚合物的抗氯离子或硫酸根离子侵蚀能力；另外，磨细玄武岩粉中含有CaO和MgO，它们能够为海工地聚合物材料提供碱储备，提高海工地聚合物材料的抗碳化性能；此外，磨细玄武岩粉中的CaO、Al2O3在碱性溶液的作用下，能够固化氯离子形成不溶的弗里德尔盐(3CaO·Al2O3·CaCl2·10H2O)，进而提高海工地聚合物材料的抗氯离子侵蚀能力。
所述偏高岭土是在800-1000℃高温下，脱水研磨而成，细度为2000-5000目，其主要化学成分为Al2O3和SiO2；高温优选800-1000℃，当温度超过1000℃或小于800℃时，偏高岭土的活性较差；偏高岭土具有比磨细玄武岩粉更小的颗粒粒径，能够填充地聚合物三维立体结构中更小的空隙，偏高岭土和磨细玄武岩粉具有协同作用，在使得海工地聚合物材料具有更致密性结构的同时，也能够固化氯离子和硫酸根离子等有害离子，进而与磨细玄武岩粉协同提高海工地聚合物材料的力学性能、抗渗透性能、抗氯离子或硫酸根离子侵蚀性能、抗碳化性能等；此外，偏高岭土中的CaO、Al2O3在碱性溶液的作用下，能够固化氯离子形成不溶的弗里德尔盐(3CaO·Al2O3·CaCl2·10H2O)，进而提高海工地聚合物材料的抗氯离子侵蚀能力。
所述轻烧镁粉主要成分为MgO，MgO含量为96-100％，细度为100-200目；轻烧镁粉和矿渣微粉、磨细玄武岩粉具有协同作用，轻烧镁粉中的MgO和矿渣微粉、磨细玄武岩中的MgO或CaO能够提高地聚合反应的活性，加快反应速率；并且，MgO和CaO具有微膨胀特性，能够补偿海工地聚合物材料的收缩，进而提高其抗裂性能；另外轻烧镁粉也能提供碱储备，与磨细玄武岩粉协同提高海工地聚合物材料的抗碳化性能。
所述硬石膏主要成分为无水硫酸钙，细度为800-1250目；硬石膏能够调节地聚合物材料的凝结时间，控制地聚合反应的速率，避免短时间内放热大而引起温度裂缝；同时，硬石膏能够改善海工地聚合物材料的抗折强度或韧性；另外，硬石膏和轻烧镁粉具有协同作用，它们均有微膨胀特性，协同补偿海工地聚合物材料的收缩，进而提高其抗开裂性能。
所述海砂是经淡水洗涤、筛分得到，细度模数为1.2-3.0，氯离子含量为0.01-0.1％。
所述粉煤灰微珠是在火力发电厂的烟囱中收集所得，其是超细实心球状玻璃体，具有良好的物理减水性，平均粒径为2-5μm；主要化学成分为SiO2、Al2O3、CaO等，具有高活性、耐腐蚀性好、流动性好、保水性好等特点，还能参与地聚合反应，并减少有害毛细孔，进而起到提高海工地聚合物材料强度、抗渗性、抗氯离子侵蚀等作用。
所述玄武岩短切纤维是在1000℃-1500℃的高温熔融后，高速拉制而成，长度为3-9mm，单丝直径为10-500μm，弹性模量为100-120Gpa；玄武岩短切纤维在海工地聚合物材料的三维立体网络结构中有桥联作用，其与微型纤维有协同作用，可协同提高海工地聚合物材料的抗冲刷性、抗冻性、抗渗性、抗氯离子侵蚀、抗裂性、耐腐蚀性、整体性等性能。
所述微型纤维是按如下重量组分复配而成：25-45％的碳纤维、25-45％的硫酸钙晶须和15-30％的聚乙烯醇(PVA)纤维；所述碳纤维平均长度为300-800μm，单丝直径为5-10μm，弹性模量为300-500GPa；所述硫酸钙晶须平均长度为200-300μm，单丝直径为3-5μm，弹性模量为200-350GPa；所述PVA纤维平均长度为50-200μm，单丝直径为1-3μm，弹性模量为50-150GPa；微型纤维具有较小的平均长度和单丝直径，能够同时填充、交联于海工地聚合物材料的孔隙和网络结构之中，并与玄武岩短切纤维具有协同作用，协同提高海工地聚合物材料的抗冲刷性、抗冻性、抗氯离子侵蚀、抗裂性、耐腐蚀性、整体性、抗渗性等性能；此外，由25-45％的碳纤维、25-45％的硫酸钙晶须和15-30％的PVA纤维复配而成的微型纤维，它的抗冲刷性能、抗氯离子侵蚀性能、抗裂性能、整体性能、抗渗性能优于使用单一的碳纤维或硫酸钙晶须或PVA纤维。
所述水玻璃为钠水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃中的一种或多种，水玻璃的模数在1.0-3.0之间，固含量为30-60％。
所述碱性激发剂是碱性氢氧化物中的一种或多种，如：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂等。
所述复合型阻锈剂是按如下重量组分复配而成：40-50％的磷酸盐、10-30％的焙烧水滑石、20-30％的三乙醇胺、5-15％的有机硅或聚醚消泡剂；磷酸盐溶液中的HPO4 2-能与海工地聚合物材料孔溶液中的Ca(OH)2生成羟基磷灰石，堵塞氯离子及其他有害离子的迁移路径，进而提高海工地聚合物材料的阻锈性能、抗氯离子侵蚀、抗硫酸盐侵蚀等性能；并且，磷酸盐溶液中的PO4 3-能与Fe2+反应，在钢筋表面生成一层磷酸铁膜，阻止氯离子侵入，进而提高海工地聚合物材料的阻锈性能；焙烧水滑石是一种层状双金属氢氧化物的插层材料，焙烧水滑石的层间空隙能够结合氯离子及其他有害离子，进而提高海工地聚合物材料的阻锈性能、抗氯离子侵蚀、抗硫酸盐侵蚀等性能；三乙醇胺能够在钢筋表面形成一层钝化膜(通过三乙醇胺中的羟基、N原子的静电效应和分子结构的共同作用形成钝化膜)，并且，三乙醇胺能够加快地聚合反应，提高早期海工地聚合物材料的密实性，进而提高海工地聚合物材料的阻锈性能、抗氯离子侵蚀、抗硫酸盐侵蚀等性能；有机硅或聚醚消泡剂是利用消除有害气泡的方式，增加地聚合物材料的密实性，进而提高海工地聚合物材料的阻锈性能、抗氯离子侵蚀、抗硫酸盐侵蚀等性能；此外，磷酸盐和焙烧水滑石在地聚合物浆液中呈碱性，可以加快地聚合反应，同时，焙烧水滑石是层状的插层材料，其可穿插于地聚合物材料的三维立体网络结构之中，大大提高海工地聚合物材料的密实性、抗折强度、抗压强度、抗裂性等性能；由40-50％的磷酸盐、10-30％的焙烧水滑石、20-30％的三乙醇胺、5-15％的有机硅或聚醚消泡剂复配制备的复合型阻锈剂，它的阻锈性能、抗氯离子侵蚀、抗硫酸盐侵蚀、抗折强度、抗压强度、抗裂性、早期强度优于使用单一的磷酸盐或焙烧水滑石或三乙醇胺或有机硅、聚醚消泡剂。
所述减水剂是聚羧酸高性能减水剂，粉末状，含水率小于1％，减水率为25-40％。
本发明还提供一种上述海工地聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
S1)将矿渣微粉、磨细玄武岩粉、偏高岭土、轻烧镁粉、硬石膏、海砂、粉煤灰微珠、玄武岩短切纤维和微型纤维按预定的重量份数，投入到砂浆搅拌机中，在300-500r/min的转速下，搅拌3-5min至均匀，得到地聚合物干混料A。
S2)先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，然后按预定的重量份数，将水玻璃和碱性激发剂加入到搅拌器中，在500-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀无沉淀，最后冷却至室温，得到碱性激发剂混合溶液B。
S3)先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，按预定的重量份数，将复合型阻锈剂和减水剂加入到搅拌器中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀，得到功能型外加剂的混合溶液C。
S4)先将步骤S1制得的地聚合物干混料A和总拌和用水量的1/2加入到砂浆搅拌机中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀；然后，加入步骤S2制得的碱性激发剂混合溶液B，继续搅拌1-2min至均匀；其次，加入步骤S3制得的功能型外加剂的混合溶液C，搅拌2-3min至均匀，得到海工地聚合物浆液；最后，将海工地聚合物浆液进行装入试模并养护成型(无需高温养护成型)，制备出海工地聚合物材料。
实施例1：
本实施例提供一种海工地聚合物材料，按重量份数包括：矿渣微粉28.7份、磨细玄武岩粉10份、偏高岭土5份、轻烧镁粉2.5份、硬石膏2.5份、海砂10份、粉煤灰微珠5份、玄武岩短切纤维0.2份、微型纤维0.2份、水玻璃25份、碱性激发剂10份、复合型阻锈剂0.5份、减水剂0.4份等。
本实施例提供一种海工地聚合物材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将矿渣微粉、磨细玄武岩粉、偏高岭土、轻烧镁粉、硬石膏、海砂、粉煤灰微珠、玄武岩短切纤维和微型纤维按预定的重量份数，投入到砂浆搅拌机中，在300-500r/min的转速下，搅拌3-5min至均匀，得到地聚合物干混料A。
(2)先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，然后按预定的重量份数，将水玻璃和碱性激发剂加入到搅拌器中，在500-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀无沉淀，最后冷却至室温，得到碱性激发剂混合溶液B。
(3)先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，按预定的重量份数，将复合型阻锈剂和减水剂加入到搅拌器中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀，得到功能型外加剂的混合溶液C。
(4)先将步骤(1)制得的地聚合物干混料A和总拌和用水量的1/2加入到砂浆搅拌机中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀；然后，加入步骤(2)制得的碱性激发剂混合溶液B，继续搅拌1-2min至均匀；其次，加入步骤(3)制得的功能型外加剂的混合溶液C，搅拌2-3min至均匀，得到海工地聚合物浆液；最后，将海工地聚合物浆液进行装入试模并养护成型(无需高温养护成型)，制备出海工地聚合物材料。
实施例2：
本实施例提供一种海工地聚合物材料，按重量份数包括：矿渣微粉38.7份、偏高岭土5份、轻烧镁粉2.5份、硬石膏2.5份、海砂10份、粉煤灰微珠5份、玄武岩短切纤维0.2份、微型纤维0.2份、水玻璃25份、碱性激发剂10份、复合型阻锈剂0.5份、减水剂0.4份等。
本实施例提供一种海工地聚合物材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将矿渣微粉、偏高岭土、轻烧镁粉、硬石膏、海砂、粉煤灰微珠、玄武岩短切纤维和微型纤维按预定的重量份数，投入到砂浆搅拌机中，在300-500r/min的转速下，搅拌3-5min至均匀，得到地聚合物干混料A。
(2)先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，然后按预定的重量份数，将水玻璃和碱性激发剂加入到搅拌器中，在500-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀无沉淀，最后冷却至室温，得到碱性激发剂混合溶液B。
(3)先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，按预定的重量份数，将复合型阻锈剂和减水剂加入到搅拌器中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀，得到功能型外加剂的混合溶液C。
(4)先将步骤(1)制得的地聚合物干混料A和总拌和用水量的1/2加入到砂浆搅拌机中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀；然后，加入步骤(2)制得的碱性激发剂混合溶液B，继续搅拌1-2min至均匀；其次，加入步骤(3)制得的功能型外加剂的混合溶液C，搅拌2-3min至均匀，得到海工地聚合物浆液；最后，将海工地聚合物浆液进行装入试模并养护成型(无需高温养护成型)，制备出海工地聚合物材料。
实施例3：
本实施例提供一种海工地聚合物材料，按重量份数包括：矿渣微粉33.7份、磨细玄武岩粉10份、轻烧镁粉2.5份、硬石膏2.5份、海砂10份、粉煤灰微珠5份、玄武岩短切纤维0.2份、微型纤维0.2份、水玻璃25份、碱性激发剂10份、复合型阻锈剂0.5份、减水剂0.4份等。
本实施例提供一种海工地聚合物材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将矿渣微粉、磨细玄武岩粉、轻烧镁粉、硬石膏、海砂、粉煤灰微珠、玄武岩短切纤维和微型纤维按预定的重量份数，投入到砂浆搅拌机中，在300-500r/min的转速下，搅拌3-5min至均匀，得到地聚合物干混料A。
(2)先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，然后按预定的重量份数，将水玻璃和碱性激发剂加入到搅拌器中，在500-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀无沉淀，最后冷却至室温，得到碱性激发剂混合溶液B。
(3)先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，按预定的重量份数，将复合型阻锈剂和减水剂加入到搅拌器中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀，得到功能型外加剂的混合溶液C。
(4)先将步骤(1)制得的地聚合物干混料A和总拌和用水量的1/2加入到砂浆搅拌机中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀；然后，加入步骤(2)制得的碱性激发剂混合溶液B，继续搅拌1-2min至均匀；其次，加入步骤(3)制得的功能型外加剂的混合溶液C，搅拌2-3min至均匀，得到海工地聚合物浆液；最后，将海工地聚合物浆液进行装入试模并养护成型(无需高温养护成型)，制备出海工地聚合物材料。
实施例4：
本实施例提供一种海工地聚合物材料，按重量份数包括：矿渣微粉28.9份、磨细玄武岩粉10份、偏高岭土5份、轻烧镁粉2.5份、硬石膏2.5份、海砂10份、粉煤灰微珠5份、微型纤维0.2份、水玻璃25份、碱性激发剂10份、复合型阻锈剂0.5份、减水剂0.4份等。
本实施例提供一种海工地聚合物材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将矿渣微粉、磨细玄武岩粉、偏高岭土、轻烧镁粉、硬石膏、海砂、粉煤灰微珠、微型纤维按预定的重量份数，投入到砂浆搅拌机中，在300-500r/min的转速下，搅拌3-5min至均匀，得到地聚合物干混料A。
(2)先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，然后按预定的重量份数，将水玻璃和碱性激发剂加入到搅拌器中，在500-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀无沉淀，最后冷却至室温，得到碱性激发剂混合溶液B。
(3)先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，按预定的重量份数，将复合型阻锈剂和减水剂加入到搅拌器中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀，得到功能型外加剂的混合溶液C。
(4)先将步骤(1)制得的地聚合物干混料A和总拌和用水量的1/2加入到砂浆搅拌机中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀；然后，加入步骤(2)制得的碱性激发剂混合溶液B，继续搅拌1-2min至均匀；其次，加入步骤(3)制得的功能型外加剂的混合溶液C，搅拌2-3min至均匀，得到海工地聚合物浆液；最后，将海工地聚合物浆液进行装入试模并养护成型(无需高温养护成型)，制备出海工地聚合物材料。
实施例5：
本实施例提供一种海工地聚合物材料，按重量份数包括：矿渣微粉28.9份、磨细玄武岩粉10份、偏高岭土5份、轻烧镁粉2.5份、硬石膏2.5份、海砂10份、粉煤灰微珠5份、玄武岩短切纤维0.2份、水玻璃25份、碱性激发剂10份、复合型阻锈剂0.5份、减水剂0.4份等。
本实施例提供一种海工地聚合物材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将矿渣微粉、磨细玄武岩粉、偏高岭土、轻烧镁粉、硬石膏、海砂、粉煤灰微珠、玄武岩短切纤维按预定的重量份数，投入到砂浆搅拌机中，在300-500r/min的转速下，搅拌3-5min至均匀，得到地聚合物干混料A。
(2)先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，然后按预定的重量份数，将水玻璃和碱性激发剂加入到搅拌器中，在500-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀无沉淀，最后冷却至室温，得到碱性激发剂混合溶液B。
(3)先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，按预定的重量份数，将复合型阻锈剂和减水剂加入到搅拌器中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀，得到功能型外加剂的混合溶液C。
(4)先将步骤(1)制得的地聚合物干混料A和总拌和用水量的1/2加入到砂浆搅拌机中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀；然后，加入步骤(2)制得的碱性激发剂混合溶液B，继续搅拌1-2min至均匀；其次，加入步骤(3)制得的功能型外加剂的混合溶液C，搅拌2-3min至均匀，得到海工地聚合物浆液；最后，将海工地聚合物浆液进行装入试模并养护成型(无需高温养护成型)，制备出海工地聚合物材料。
实施例6：
本实施例提供一种海工地聚合物材料，按重量份数包括：矿渣微粉33.7份、磨细玄武岩粉10份、偏高岭土5份、轻烧镁粉2.5份、硬石膏2.5份、海砂10份、玄武岩短切纤维0.2份、微型纤维0.2份、水玻璃25份、碱性激发剂10份、复合型阻锈剂0.5份、减水剂0.4份等。
本实施例提供一种海工地聚合物材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将矿渣微粉、磨细玄武岩粉、偏高岭土、轻烧镁粉、硬石膏、海砂、玄武岩短切纤维和微型纤维按预定的重量份数，投入到砂浆搅拌机中，在300-500r/min的转速下，搅拌3-5min至均匀，得到地聚合物干混料A。
(2)先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，然后按预定的重量份数，将水玻璃和碱性激发剂加入到搅拌器中，在500-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀无沉淀，最后冷却至室温，得到碱性激发剂混合溶液B。
(3)先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，按预定的重量份数，将复合型阻锈剂和减水剂加入到搅拌器中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀，得到功能型外加剂的混合溶液C。
(4)先将步骤(1)制得的地聚合物干混料A和总拌和用水量的1/2加入到砂浆搅拌机中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀；然后，加入步骤(2)制得的碱性激发剂混合溶液B，继续搅拌1-2min至均匀；其次，加入步骤(3)制得的功能型外加剂的混合溶液C，搅拌2-3min至均匀，得到海工地聚合物浆液；最后，将海工地聚合物浆液进行装入试模并养护成型(无需高温养护成型)，制备出海工地聚合物材料。
实施例7：
本实施例提供一种海工地聚合物材料，按重量份数包括：矿渣微粉29.2份、磨细玄武岩粉10份、偏高岭土5份、轻烧镁粉2.5份、硬石膏2.5份、海砂10份、粉煤灰微珠5份、玄武岩短切纤维0.2份、微型纤维0.2份、水玻璃25份、碱性激发剂10份、减水剂0.4份等。
本实施例提供一种海工地聚合物材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将矿渣微粉、磨细玄武岩粉、偏高岭土、轻烧镁粉、硬石膏、海砂、粉煤灰微珠、玄武岩短切纤维和微型纤维按预定的重量份数，投入到砂浆搅拌机中，在300-500r/min的转速下，搅拌3-5min至均匀，得到地聚合物干混料A。
(2)先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，然后按预定的重量份数，将水玻璃和碱性激发剂加入到搅拌器中，在500-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀无沉淀，最后冷却至室温，得到碱性激发剂混合溶液B。
(3)先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，按预定的重量份数，将减水剂加入到搅拌器中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀，得到功能型外加剂的混合溶液C。
(4)先将步骤(1)制得的地聚合物干混料A和总拌和用水量的1/2加入到砂浆搅拌机中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀；然后，加入步骤(2)制得的碱性激发剂混合溶液B，继续搅拌1-2min至均匀；其次，加入步骤(3)制得的功能型外加剂的混合溶液C，搅拌2-3min至均匀，得到海工地聚合物浆液；最后，将海工地聚合物浆液进行装入试模并养护成型(无需高温养护成型)，制备出海工地聚合物材料。
对比例：
本对比例提供一种常规地聚合物材料，按重量份数包括：矿渣微粉54.6份、海砂10份、水玻璃25份、碱性激发剂10份、减水剂0.4份等。
本对比例提供一种常规地聚合物材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将矿渣微粉、海砂按预定的重量份数，投入到砂浆搅拌机中，在300-500r/min的转速下，搅拌3-5min至均匀，得到地聚合物干混料A。
(2)先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，然后按预定的重量份数，将水玻璃和碱性激发剂加入到搅拌器中，在500-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀无沉淀，最后冷却至室温，得到碱性激发剂混合溶液B。
(3)先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，按预定的重量份数，将减水剂加入到搅拌器中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀，得到功能型外加剂的混合溶液C。
(4)先将步骤(1)制得的地聚合物干混料A和总拌和用水量的1/2加入到砂浆搅拌机中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀；然后，加入步骤(2)制得的碱性激发剂混合溶液B，继续搅拌1-2min至均匀；其次，加入步骤(3)制得的功能型外加剂的混合溶液C，搅拌2-3min至均匀，得到常规地聚合物浆液；最后，将常规地聚合物浆液进行装入试模并养护成型(无需高温养护成型)，制备出常规地聚合物材料。
本发明参考GB 36900.2《高完整性低、中水平放射性废物容器——混凝土容器》、JC/T 951《水泥砂浆抗裂性能试验方法》、JTS 153《水运工程结构耐久性设计标准》、JC/T2381-2016《修补砂浆》、JG/T 336-2011《混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆》、GB/T 50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》、GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》等标准或规范对实施例1-7和对比例的各个性能进行检测，检测结果如表1所示；抗折强度、抗压强度和抗开裂指数均有大幅提升，同时孔隙率、抗氯离子扩散系数和平均碳化深度明显下降，不但具有致密性好、强度高、韧性好等特点，而且具有抗氯离子侵蚀能力好、抗硫酸根侵蚀能力好、抗碳化能力好、抗裂防脱落性能好等性能，可应用于海上工程或沿海构筑物的浇筑、灌注、修复和养护。表1
Figure BDA0003913866160000131
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种海工地聚合物材料，其特征在于，包含如下重量组分：矿渣微粉25-60份、磨细玄武岩粉10-30份、偏高岭土5-25份、轻烧镁粉5-20份、硬石膏2.5-15份、海砂0.1-25份、粉煤灰微珠2.5-5份、玄武岩短切纤维0.1-1.5份、微型纤维0.1-2份、水玻璃5-30份、碱性激发剂3-15份、复合型阻锈剂0.1-3份、减水剂0.4-1份；
所述磨细玄武岩粉是由玄武岩固体废弃物筛分、破碎，然后经600-800℃高温焙烧、粉磨机粉磨制备而成；细度为800-1250目，比表面积为5000-10000m2/kg；
所述偏高岭土是在800-1000℃高温下，脱水研磨而成，细度为2000-5000目；
所述碱性激发剂是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂中的一种或多种；
所述微型纤维是按如下重量组分复配而成：25-45%的碳纤维、25-45%的硫酸钙晶须和15-30%的聚乙烯醇纤维；所述碳纤维平均长度为300-800μm，单丝直径为5-10μm，弹性模量为300-500GPa；所述硫酸钙晶须平均长度为200-300μm，单丝直径为3-5μm，弹性模量为200-350GPa；所述聚乙烯醇纤维平均长度为50-200μm，单丝直径为1-3μm，弹性模量为50-150GPa；
所述复合型阻锈剂是按如下重量组分复配而成：40-50%的磷酸盐、10-30%的焙烧水滑石、20-30%的三乙醇胺、5-15%的有机硅或聚醚消泡剂。
2.如权利要求1所述的一种海工地聚合物材料，其特征在于，所述矿渣微粉是经高温焙烧、粉磨机粉磨制得，比表面积为450-550m2/kg，28d活性指数为95-115%。
3.如权利要求1所述的一种海工地聚合物材料，其特征在于，所述轻烧镁粉主要成分为MgO，MgO含量为96-100%，细度为100-200目；所述硬石膏主要成分为无水硫酸钙，细度为800-1250目。
4.如权利要求1所述的一种海工地聚合物材料，其特征在于，所述海砂是经淡水洗涤、筛分得到，细度模数为1.2-3.0，氯离子含量为0.01-0.1%；所述减水剂是聚羧酸高性能减水剂，粉末状，含水率小于1%，减水率为25-40%。
5.如权利要求1所述的一种海工地聚合物材料，其特征在于，所述粉煤灰微珠是超细实心球状玻璃体，平均粒径为2-5μm。
6.如权利要求1所述的一种海工地聚合物材料，其特征在于，所述玄武岩短切纤维是在1000℃-1500℃的高温熔融后，高速拉制而成，长度为3-9mm，单丝直径为10-500μm，弹性模量为100-120Gpa。
7.如权利要求1所述的一种海工地聚合物材料，其特征在于，所述水玻璃为钠水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃中的一种或多种，水玻璃的模数在1.0-3.0之间，固含量为30-60%。
8.如权利要求1-7任一项所述的一种海工地聚合物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1）将矿渣微粉、磨细玄武岩粉、偏高岭土、轻烧镁粉、硬石膏、海砂、粉煤灰微珠、玄武岩短切纤维和微型纤维按预定的重量份数，投入到砂浆搅拌机中，在300-500r/min的转速下，搅拌3-5min至均匀，得到地聚合物干混料A；
S2）先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，然后按预定的重量份数，将水玻璃和碱性激发剂加入到搅拌器中，在500-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀无沉淀，最后冷却至室温，得到碱性激发剂混合溶液B；
S3）先称取总拌和用水量的1/4加入到搅拌器中，按预定的重量份数，将复合型阻锈剂和减水剂加入到搅拌器中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀，得到功能型外加剂的混合溶液C；
S4）先将步骤S1制得的地聚合物干混料A和总拌和用水量的1/2加入到砂浆搅拌机中，在300-800r/min的转速下，搅拌2-3min至均匀；然后，加入步骤S2制得的碱性激发剂混合溶液B，继续搅拌1-2min至均匀；其次，加入步骤S3制得的功能型外加剂的混合溶液C，搅拌2-3min至均匀，得到海工地聚合物浆液；最后，将海工地聚合物浆液进行装入试模并养护成型，制备出海工地聚合物材料。
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