專利名稱：一種抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于硅酸鹽水泥領(lǐng)域，具體涉及一種抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥。
背景技術(shù)：
在氯鹽環(huán)境(如海洋環(huán)境、除冰鹽環(huán)境、鹽堿地環(huán)境以及水中和土中含有大量氯離子的環(huán)境等)中采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)有上百年的歷史，但以普通硅酸鹽水泥制備混凝土?xí)r，由于混凝土的抗氯離子侵蝕能力較差，結(jié)構(gòu)中的鋼筋很快銹蝕，從而導(dǎo)致建筑物的過早破壞。據(jù)調(diào)查，采用普通硅酸鹽水泥制備的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在海洋環(huán)境中的耐久壽命往往只有20年左右，遠不能達到耐久壽命50年甚至更長的要求。
為解決這一問題，最初是采用礦渣水泥，研究和工程實踐均表明，采用大摻量礦渣的礦渣水泥能夠提高海洋環(huán)境中建筑物的耐久壽命。但礦渣水泥具有泌水率大的缺點，這使得礦渣水泥的應(yīng)用非常有限。礦渣水泥的另一個非常重要的問題是礦渣水泥是以強度來進行評定的，由于礦渣質(zhì)量以及摻量的變化，其抗氯離子性能并不穩(wěn)定。在我國，礦渣水泥中礦渣摻量通常在50％以下，有些甚至只有20％～3O％，這也導(dǎo)致礦渣水泥的抗氯離子性能較普通水泥改善較少。
由于單單采用選擇水泥的方法不能解決混凝土的抗氯鹽侵蝕問題，采用礦物摻合料技術(shù)來解決混凝土抗氯鹽侵蝕問題成為20世紀(jì)中后期以來的一個主要發(fā)展方向。在20世紀(jì)90年代以后，高性能混凝土概念的提出和對混凝土耐久性重視程度的增加，粉煤灰、礦渣微粉、硅灰等礦物摻合料在混凝土中的應(yīng)用得到很大的發(fā)展，并逐漸發(fā)展出了大摻量礦渣微粉抗氯離子侵蝕混凝土、大摻量粉煤灰抗氯離子侵蝕混凝土、硅灰抗氯離子侵蝕混凝土、復(fù)合礦物摻合料抗氯離子侵蝕混凝土等技術(shù)。
目前，抗氯鹽侵蝕混凝土的生產(chǎn)方式仍主要是以礦渣微粉、粉煤灰、硅灰礦物摻合料中的一種或多種部分取代水泥的方法在工地現(xiàn)場進行，這種方法存在諸多問題，如粉煤灰等礦物摻合料的質(zhì)量保證、多種礦物摻合料共同使用時其配比的均勻性、礦物摻合料和水泥以及外加劑之間的相容性、礦物摻合料摻量的有效控制等等。這些問題的存在嚴重制約了抗氯鹽腐蝕混凝土的工程應(yīng)用。
為解決上述問題，目前也有少量的廠家在工廠預(yù)制復(fù)合礦物摻合料，然后到工地現(xiàn)場和水泥、砂石、化學(xué)外加劑等原材料共同攪拌制備抗海水腐蝕混凝土。這種抗海水腐蝕混凝土制備方式較工地現(xiàn)場復(fù)配復(fù)合礦物摻合料的方法有了一定進步，但仍存在以下三個問題。
(1)由于不同廠家生產(chǎn)的水泥質(zhì)量參差、性能各異，所以采用工廠預(yù)制復(fù)合礦物摻合料的方法仍未從根本上解決水泥、礦物摻合料以及外加劑之間的相容性問題，仍需進行大量的試驗驗證，從而浪費大量人力物力，增加工程成本。
(2)礦物摻合料摻量難以控制，由于礦物摻合料通常需外運，其價格往往較水泥為高，施工單位往往為降低混凝土生產(chǎn)成本，而私自降低礦物摻合料用量。
(3)由于不同廠家生產(chǎn)的水泥質(zhì)量和礦物摻合料質(zhì)量不同，因此每個具體工程都要對水泥、礦物摻合料和化學(xué)外加劑的相容性進行研究，并需進行專門的抗氯鹽侵蝕混凝土配合比設(shè)計，這一方面增加了成本，另一方面也造成了抗氯鹽腐蝕混凝土的技術(shù)門檻太高，只能在大型工程中得到應(yīng)用，難以大面積推廣使用。
為了徹底解決氯鹽環(huán)境下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的問題，在氯鹽環(huán)境地區(qū)大面積推廣抗氯鹽腐蝕混凝土，就必須將抗氯鹽侵蝕混凝土變?yōu)橐环N價格相對較低，而且容易實現(xiàn)的技術(shù)，抗氯鹽硅酸鹽水泥就是實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥，該硅酸鹽水泥不僅有足夠的強度和體積穩(wěn)定性，更為重要的是有抗氯離子侵蝕能力。
本發(fā)明的抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥，是通過硅酸鹽水泥熟料、混合材料、石膏和助劑的優(yōu)化配比，按一定的單獨粉磨、共同粉磨以及混合工藝生產(chǎn)的具有抗氯離子性能的通用特種水泥。
抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥具有高的抗氯離子侵蝕能力，用其配制的混凝土(試驗用混凝土配比為水泥410kg，中砂660kg，5-25mm碎石1180kg，水148kg，混凝土坍落度為40-60mm，可摻加萘系高效減水劑以滿足混凝土和易性要求)56d齡期抗氯離子性能(ASTM1202電量法)小于1500庫侖。根據(jù)電量值，可將其分為中抗氯鹽硅酸鹽水泥(電量值為1000～1500庫侖)和高抗氯鹽硅酸鹽水泥(電量值小于1000庫侖)。
本發(fā)明的抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥的組分及含量如下組分含量(重量％)硅酸鹽水泥熟料 14～94混合材料5～85石膏1～10
助劑 0～15所述混合材料是粒化高爐礦渣、粉煤灰、火山灰質(zhì)混合材料、硅灰、偏高嶺土、沸石粉、鋼渣、?；珶掋t鐵渣、粒化增鈣液態(tài)渣、化鐵爐渣、粒化碳素鉻鐵渣、粒化高爐鈦礦渣、石灰石、砂巖、廢陶瓷、窯灰中的一種或一種以上。
當(dāng)采用?；郀t礦渣、鋼渣、?；珶掋t鐵渣、?；鲡}液態(tài)渣、化鐵爐渣、粒化碳素鉻鐵渣、粒化高爐鈦礦渣作為混合材料時，宜將其單獨粉磨，比表面積宜在200～2000m2/kg范圍內(nèi)。
這些混合材料多是工業(yè)廢渣或天然材料，對于減少水泥熟料的消耗，減輕環(huán)境負荷，實現(xiàn)水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。有些種類的混合材料(如粒化高爐礦渣、粉煤灰、硅灰、偏高嶺土等)具有改善水泥抗氯離子性能的作用，另一些種類的混合材料(如石灰石等)則具有取代水泥熟料、調(diào)整水泥強度等級、改善水泥顆粒級配的作用。通過這些混合材料種類和數(shù)量的優(yōu)化配比，一方面可以保證水泥具有較高的抗氯離子性能，具有足夠的強度和體積穩(wěn)定性；另一方面可以最大限度的利用工業(yè)廢渣和當(dāng)?shù)卦牧?，從而降低成本和保護環(huán)境。
所述助劑是助磨劑、表面活性劑、激發(fā)劑、混凝土外加劑中的一種或一種以上。其中助磨劑主要起加速粉磨過程的作用，如三乙醇胺、二乙醇胺等；表面活性劑主要起分散作用，如烷基羧酸鹽、萘磺酸鹽等；激發(fā)劑主要起激發(fā)組分活性作用，如硫酸鈣等；混凝土外加劑主要起調(diào)節(jié)水泥應(yīng)用性能的作用，如改善混凝土拌和物流變性能、調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時間、改善混凝土耐久性等，其主要品種有減水劑、高效減水劑、早強劑、緩凝劑、引氣劑、阻銹劑、膨脹劑、保水劑、減縮劑等，為它們中的一種或一種以上。
另外，可根據(jù)需要在水泥中再摻加體積摻量為0～2％的短切纖維，以增強水泥的抗裂能力。
根據(jù)所選擇的混合材料和助劑的種類，可以選擇所有材料共同粉磨、部分材料單獨粉磨后再共同粉磨、部分材料單獨粉磨后再和其他材料混合、部分材料共同粉磨后再和其他材料混合等方法進行生產(chǎn)。
對通過上述某種生產(chǎn)方法生產(chǎn)的抗氯鹽硅酸鹽水泥進行物理性能測試，測試結(jié)果見表1。
表1水泥物理性能對比

注[1]除P.II 42.5R水泥的細度用比表面積表示外，其余水泥細度均為80微米篩余。
試驗用的混凝土配比為水泥410kg，中砂660kg，5-25mm碎石1180kg，水148kg，混凝土坍落度為40-60mm，可摻加萘系高效減水劑以滿足混凝土和易性要求。
由表1可見，中抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥1和高抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥1的細度、凝結(jié)時間、安定性、強度等物理性能指標(biāo)滿足普通硅酸鹽水泥32.5R強度等級的要求，而且用其配制的混凝土抗氯離子侵蝕性能(電量值在800庫侖以上時，電量值越小，則抗氯離子能力越強；電量值低于800庫侖時，混凝土具有很高的抗氯離子能力)要遠優(yōu)于強度等級為32.5R的普通硅酸鹽水泥，也較42.5R強度等級的II型硅酸鹽水泥為優(yōu)。
根據(jù)中國土木工程學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)CCES 01-2004《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南》的要求，用于設(shè)計使用年限為50年的D級環(huán)境(環(huán)境等級分為A～F六級，其中A級環(huán)境作用程度可忽略，F(xiàn)級環(huán)境作用程度極端嚴重，D級環(huán)境如近?；蚝Ｑ蟓h(huán)境的水下區(qū)等)中鋼筋混凝土建筑物的混凝土56d齡期電量值需小于1500庫侖。根據(jù)表1的結(jié)果，常用的32.5R普通硅酸鹽水泥和42.5R II型硅酸鹽水泥均不能達到這個要求，即用這些水泥配制的混凝土不能用于這些環(huán)境下的鋼筋混凝土建筑物。
采用中抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥1配制的混凝土56d電量值低于1200庫侖，根據(jù)中國土木工程學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)CCES 01-2004《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南》的要求，該混凝土可用于設(shè)計使用年限為100年的D級(如近?；蚝Ｑ蟓h(huán)境的水下區(qū)等)及以下的環(huán)境中鋼筋混凝土建筑物。
采用高抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥1配制的混凝土56d電量值低于1000庫侖，根據(jù)中國土木工程學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)CCES 01-2004《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南》的要求，該混凝土可用于設(shè)計使用年限為50年的E級(如非炎熱地區(qū)的近?；蚝Ｑ蟓h(huán)境的水位變化區(qū)和浪濺區(qū)等)及以下的環(huán)境中鋼筋混凝土建筑物，也可用于設(shè)計使用年限為100年的D級及以下的環(huán)境中鋼筋混凝土建筑物。
本發(fā)明的抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥的優(yōu)點如下(1)本發(fā)明使用容易，只要控制水灰比一個指標(biāo)，就可以很方便的配制出抗氯離子性能優(yōu)良的混凝土，從而使得抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥大面積推廣變?yōu)榭赡埽?2)抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥的質(zhì)量更容易保證，由于工地現(xiàn)場不再進行水泥和礦物摻合料的搭配，從而可以有效解決礦物摻合料和水泥的相容性問題、礦物摻合料和水泥的質(zhì)量穩(wěn)定性問題以及礦物摻合料摻量不足等問題；(3)抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥的成本更低，由于抗氯鹽水泥是由水泥廠規(guī)模化進行生產(chǎn)，而且可以充分利用當(dāng)?shù)氐脑牧?，從而可以最大可能的降低膠凝材料的價格；(4)采用抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥后，由于不用將礦物摻合料和水泥單獨儲存和混合，混凝土原材料的儲存和計量設(shè)備可以更為簡化，而且混凝土攪拌時間可以縮短，從而進一步降低工程造價；(5)用抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥配制的抗氯鹽侵蝕的混凝土的質(zhì)量更容易檢測，對于特定的抗氯鹽硅酸鹽水泥而言，用其配制的混凝土強度與水膠比直接相關(guān)，從而可以很方便的從強度預(yù)測混凝土的抗氯離子侵蝕能力；(6)采用本發(fā)明，可促進散裝水泥的推廣，減少水泥和礦物摻合料包裝袋的消耗；(7)采用本發(fā)明，可大幅提高水泥的抗氯離子侵蝕能力，從而大幅提高在氯離子侵蝕環(huán)境中鋼筋混凝土建筑物的耐久壽命，減少建筑物拆除重建的次數(shù)，大量節(jié)約水泥熟料、砂石骨料等原材料和工程投資，經(jīng)濟效益和社會效益非常顯著。
具體實施方法下面通過實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但并不限制本發(fā)明內(nèi)容。
實施例1中抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥1的原材料質(zhì)量比為水泥熟料∶?；郀t礦渣∶粉煤灰∶石灰石∶石膏＝26∶35∶27∶5∶7。其性能測試值見表1。
實施例2高抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥1的原材料的質(zhì)量比為水泥熟料∶?；郀t礦渣∶粉煤灰∶石灰石∶石膏∶助磨劑＝26∶50∶14∶4∶5∶1，助磨劑為三乙醇胺。其性能測試值見表1。
實施例3中抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥2的原材料質(zhì)量比為水泥熟料∶粉煤灰∶石膏∶阻銹劑∶膨脹劑∶助磨劑＝54∶30∶4∶8∶3∶1，助磨劑為二乙醇胺。其性能測試值見表2。
實施例4高抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥2的原材料質(zhì)量比為水泥熟料∶硅灰∶石膏∶高效減水劑∶助磨劑＝91.5∶5∶2∶0.5∶1，助磨劑為三乙醇胺。其性能測試值見表2。
實施例5中抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥3的原材料質(zhì)量比為水泥熟料∶?；郀t礦渣∶粉煤灰∶石灰石∶石膏∶助磨劑∶表面活性劑＝25∶60∶4∶5∶5∶0.7∶0.3，并摻加水泥體積比0.5％的短切纖維，助磨劑為二乙醇胺，表面活性劑為烷基羧酸鹽。其性能測試值見表2。
實施例6高抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥3的原材料質(zhì)量比為水泥熟料∶粒化高爐礦渣∶粉煤灰∶硅灰∶石灰石∶火山灰質(zhì)混合材料∶鋼渣∶石膏∶助磨劑∶表面活性劑∶激發(fā)劑＝18∶34∶25∶5∶5∶5∶3∶3.5∶0.7∶0.3∶0.5，并摻加水泥體積比1.5％的短切纖維，助磨劑為二乙醇胺，表面活性劑為萘磺酸鹽，激發(fā)劑為硫酸鈣。其性能測試值見表2。
表2抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥物理性能

注[1]試驗用的混凝土配比為水泥410kg，中砂660kg，5-25mm碎石1180kg，水148kg，混凝土坍落度為40-60mm，可摻加萘系高效減水劑以滿足混凝土和易性要求。
由表2可見，兩種中抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥和高抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥3的細度、凝結(jié)時間、安定性、強度等物理性能指標(biāo)滿足普通硅酸鹽水泥32.5R強度等級的要求；高抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥2的細度、凝結(jié)時間、安定性、強度等物理性能指標(biāo)滿足普通硅酸鹽水泥42.5R強度等級的要求。四種抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥配制的混凝土均具有較高的抗氯鹽侵蝕能力。
根據(jù)環(huán)境條件和建筑物耐久壽命，選用高抗氯鹽硅酸鹽水泥或中抗氯鹽硅酸鹽水泥，按規(guī)定的水膠比進行應(yīng)用就可以方便的配制出抗氯離子侵蝕混凝土，從而促進抗氯離子侵蝕混凝土的大量推廣應(yīng)用，提高氯鹽環(huán)境下鋼筋混凝土建筑物的耐久壽命。
權(quán)利要求
1.一種抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥，其特征在于組分及含量如下組分 含量(重量％)硅酸鹽水泥熟料 14～94混合材料 5～85石膏 1～10助劑 0～15。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥，其特征在于所述混合材料是粒化高爐礦渣、粉煤灰、火山灰質(zhì)混合材料、硅灰、偏高嶺土、沸石粉、鋼渣、?；珶掋t鐵渣、?；鲡}液態(tài)渣、化鐵爐渣、?；妓劂t鐵渣、?；郀t鈦礦渣、石灰石、砂巖、廢陶瓷、窯灰中的一種或一種以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥，其特征在于當(dāng)采用?；郀t礦渣、鋼渣、?；珶掋t鐵渣、粒化增鈣液態(tài)渣、化鐵爐渣、?；妓劂t鐵渣、粒化高爐鈦礦渣作為混合材料時，要將其單獨粉磨，比表面積在200～2000m2/kg內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥，其特征在于所述助劑是助磨劑、表面活性劑、激發(fā)劑、混凝土外加劑中的一種或一種以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥，其特征在于所述助磨劑是三乙醇胺或二乙醇胺。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥，其特征在于所述表面活性劑是烷基羧酸鹽或萘磺酸鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥，其特征在于所述激發(fā)劑是硫酸鈣。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥，其特征在于所述混凝土外加劑是減水劑、高效減水劑、早強劑、緩凝劑、引氣劑、阻銹劑、膨脹劑、保水劑、減縮劑中的一種或一種以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥，其特征在于在硅酸鹽水泥中再摻加有體積摻量為0～2％的短切纖維。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抗氯鹽侵蝕的硅酸鹽水泥，包括硅酸鹽水泥熟料、混合材料、石膏和助劑，根據(jù)需要還可包括短切纖維。采用本發(fā)明，通過在水泥廠內(nèi)將各種材料按優(yōu)化比例進行配比，得到的水泥除強度和體積穩(wěn)定性滿足普通硅酸鹽水泥要求外，用其配制的混凝土的抗氯離子性能要遠優(yōu)于普通硅酸鹽水泥。與其它抗氯離子侵蝕混凝土配制技術(shù)相比，本發(fā)明使用容易，只要控制水灰比一個指標(biāo)，即可非常方便的配制出抗氯離子性能優(yōu)良的混凝土，使抗氯離子侵蝕混凝土的配制回歸為普通混凝土的配制，而且抗氯離子侵蝕混凝土的生產(chǎn)和質(zhì)量控制也大大簡化，從而大大降低抗氯鹽侵蝕混凝土的技術(shù)門檻，并能有效降低抗氯鹽侵蝕混凝土的工程造價，促進其推廣應(yīng)用。
文檔編號C04B22/14GK1792982SQ200510101480
公開日2006年6月28日 申請日期2005年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月25日
發(fā)明者楊醫(yī)博, 梁松, 莫海鴻, 陳尤雯 申請人:華南理工大學(xué)