本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，特別涉及一種可適應(yīng)海水環(huán)境的、具有高抗氯離子侵蝕性能的海工混凝土專用復合膠凝材料及其生產(chǎn)方法和用途。
背景技術(shù)：
當前，中國經(jīng)濟已發(fā)展成為高度依賴海洋的外向型經(jīng)濟，對海洋資源、空間的依賴程度大幅提高?！笆濉逼陂g，我國海南瓊州海峽跨海工程、深中通道、三沙建設(shè)等超大型海洋工程建設(shè)陸續(xù)啟動。隨著我國“海洋強國”及“一帶一路”戰(zhàn)略的不斷深入推進，市場對具有優(yōu)良抗海水侵蝕性能的海工混凝土需求量將不斷增加。
在海洋工程環(huán)境中，混凝土結(jié)構(gòu)被破壞主要是由于鋼筋銹蝕和鹽類侵蝕造成的，而氯離子侵蝕又是引發(fā)鋼筋銹蝕首要原因。因此，為改善海工建(構(gòu))筑物結(jié)構(gòu)耐久性，延長其服役壽命，關(guān)鍵在于采取有效措施提高海工混凝土抗氯離子侵蝕性能。
國內(nèi)外幾十年來的海洋工程實踐表明，合理使用礦物摻和料與高效減水劑，能有效提升混凝土的抗海水侵蝕性能。但是，由于沒有采用海工混凝土專用的復合膠凝材料，使得每個具體工程施工前都必須開展大量試配工作，以確定各種膠凝材料的最佳搭配比例，進而才能得到工程所需的混凝土配合比。同時，由于摻和料是在攪拌站摻入，還可能存在因攪拌時間不足而導致混凝土拌和物不均勻，從而對硬化混凝土長期性與耐久性產(chǎn)生不利影響；膠凝材料種類眾多而導致用錯膠凝材料，從而引發(fā)質(zhì)量事故等問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的首要目的在于提供一種海工混凝土專用復合膠凝材料的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供由上述方法制得的復合膠凝材料。
本發(fā)明的再一目的在于提供上述復合膠凝材料在海工混凝土中的應(yīng)用,該復合膠凝材料配制的混凝土具有良好的抗氯離子侵蝕性能和力學性能。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：
一種復合膠凝材料的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：
(1)所述的復合膠凝材料由以下質(zhì)量百分比的原料制得：
按以上配比準備原料；
(2)將熟料、石膏、工業(yè)廢渣共同粉磨至比表面積為320-380m2/kg；將高爐礦渣粉磨至比表面積為不小于420m2/kg，且強度等其他性能能夠達到s95及以上級別(gb/t203-2008)礦粉要求；最后將所有粉料混合均勻得到復合膠凝材料；
通過上述方法制備的復合膠凝材料具有如下特點：
(1)初始堆積密度高。將熟料、石膏和工業(yè)廢渣共同粉磨，經(jīng)過高溫煅燒后，易磨性較差的工業(yè)廢渣基本分布在粗粒度區(qū)間(比表面積集中在300m2/kg以下)，而熟料和石膏則分布在中間粒度區(qū)間(比表面積集中在300-380m2/kg之間)，同時摻入單獨粉磨得更細(比表面積集中在400m2/kg以上)的高爐礦渣后，配制的膠凝材料粗、中、細粒度區(qū)間分布合理，粉體初始堆積密度高。
(2)水化更合理，水化后的漿體更密實。工業(yè)廢渣的活性不高，但其自身硬度高，粗粒度區(qū)間的工業(yè)廢渣在漿體中主要起到骨架填充作用。水泥熟料的水化活性高，尤其以粉磨至中間粒度的熟料活性發(fā)揮更合理，其水化產(chǎn)物填充在骨架中能夠為復合膠凝材料提供早期強度，同時使水化后漿體呈堿性。高爐礦渣磨細后在水泥熟料水化后的堿性環(huán)境中活性很高，隨著高爐礦渣中后期的不斷水化，復合膠凝材料漿體的致密度也不斷提高，同時最初起骨架作用的工業(yè)廢渣由于水化速度很慢，后期也能水化，這樣使得漿體更加的致密，漿體力學性能和抗氯離子侵蝕性能也不斷提高。
(3)具有提高力學性能和提高抗氯離子侵蝕的作用。普通水泥中石膏摻量一般在5％以下，而本配方提升至5-15％，主要是因為石膏具有促進高爐礦渣水化作用，提高高爐礦渣的水化程度。同時，石膏中的硫與高爐礦渣中的鋁結(jié)合能夠生產(chǎn)大量含硫鋁的水化產(chǎn)物，該產(chǎn)物因其獨特的結(jié)構(gòu)使其本身的力學性能更高，抗?jié)B透能力更強。
綜上所述，通過該方法制備的復合膠凝材料粒度分布合理，初始堆積密度高，同時基于不同材料性質(zhì)調(diào)控漿體的水化進程，使水化后的漿體不斷致密，同時水化產(chǎn)物的自身性能好，最終使得該復合膠凝材料具有優(yōu)異的力學性能和抗侵蝕性能，用其配制的海工混凝土性能也非常突出。
所述的熟料是硅酸鹽水泥熟料，3d強度不低于27mpa，28d強度不低于52.5mpa，其他性能符合gb/t21372旋窯生產(chǎn)的硅酸鹽水泥熟料要求；
所述的高爐礦渣是指在高爐煉鐵過程中，由石灰石和白云石在高爐內(nèi)分解所得到的氧化鈣、氧化鎂，和鐵礦石中的廢礦、以及焦炭中的灰分相熔化，生成了以硅酸鹽與硅鋁酸鹽為主要成分的且經(jīng)空氣或水急冷處理，形成的粒狀顆粒物。高爐礦渣的化學成分主要為cao、sio2、a12o3，三者總量一般在90％以上。
所述的石膏是符合gb/t5483要求的g類、a類或者m類二級(含)以上的石膏或者混合石膏；
所述的工業(yè)廢渣是指在冶金工業(yè)排出的、經(jīng)過高度處理的廢棄物，常見的工業(yè)廢渣有錳渣、鎳渣、鋼渣、硫鐵渣等，燒失量不大于8％，含水率不大于10％，28d活性指數(shù)不低于70％，其他要求滿足gb/t18046-2008中對礦物摻合料的要求。
由上述方法制得的復合膠凝材料具有良好的抗氯離子侵蝕性能和力學性能，可以用于生產(chǎn)高抗蝕海工混凝土；
所述的高抗蝕海工混凝土，每m3中含有上述的復合膠凝材料290～590kg、細骨料650～1030kg、粗骨料945～1000kg、水145～175kg，減水劑摻量為復合膠凝材料質(zhì)量的1.3～1.6％；
其中所述的細骨料為ii區(qū)中砂，各項性能指標符合gb/t14684相關(guān)要求；粗骨料為5～25mm連續(xù)級配碎石，各項性能指標符合gb/t14685相關(guān)要求；水的各項性能指標符合jgj63相關(guān)要求；減水劑為聚羧酸高性能減水劑，各項性能指標符合gb8076相關(guān)要求；
所述高抗蝕海工混凝土的生產(chǎn)方法是：按配合比對粗骨料、細骨料、復合膠凝材料、水和減水劑分別進行配料計量；配料計量完成后，減水劑先下料進入水秤和水充分混合，然后各計量秤內(nèi)的物料按照先下骨料，然后再下粉料，最后下水和減水劑的順序自動投入攪拌機內(nèi)進行攪拌；各物料攪拌均勻即得到混凝土。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果：
1、本發(fā)明使用的復合膠凝材料由熟料、石膏、工業(yè)廢渣、粒化高爐礦渣按照一定的優(yōu)化比例和工藝制備而成，其自身的性能優(yōu)異。同時，該膠凝材料在水泥廠預(yù)先配制得到，均化效果好，能夠在不增加現(xiàn)行攪拌時間的前提下，大大提高混凝土的勻質(zhì)性。
2、本發(fā)明中，攪拌站僅需使用前述復合膠凝材料作為單一膠凝材料，通過調(diào)整水膠比和單方膠凝材料用量即可設(shè)計出滿足要求的各種強度等級海工混凝土，減少了試配工作量，降低了配制難度。由于混凝土生產(chǎn)時無需額外摻加礦物摻和料，攪拌站可減少粉料筒倉的數(shù)量，能起到節(jié)約場地和投資的作用。同時，混凝土生產(chǎn)工藝得到簡化，生產(chǎn)過程質(zhì)量控制的難度也得以大大降低。
3、使用本發(fā)明膠凝材料的高抗蝕海工混凝土比傳統(tǒng)方法配制的海工混凝土具有更優(yōu)良的工作性能、力學性能和抗氯離子侵蝕性能。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
實施例1
按表1所述任選2組復合膠凝材料配比，按照配比將熟料、石膏、工業(yè)廢渣混合粉磨至比表面積為350m2/kg，將礦渣粉磨至比表面積為450m2/kg，二者混合均勻，配制出兩種復合膠凝材料。
表1復合膠凝材料配比
分別采用上述兩種復合膠凝材料按不同的水膠比配制混凝土，具體配合比如表2所示。
表2混凝土配合比
按表1和表2配方配制的混凝土拌合物，其性能指標和力學性能指標如表3所示。
表3配制的混凝土拌合物性能指標和力學性能指標
表3數(shù)據(jù)表明，采用上述兩種復合膠凝材料均能夠配制出c30-c60強度等級且和易性良好的混凝土。說明通過這種方法配置出的膠凝材料的適應(yīng)性非常強，可滿足不同的生產(chǎn)需求。在生產(chǎn)不同強度等級時無需在調(diào)整摻合料的比例，使生產(chǎn)更加簡易，生產(chǎn)出的混凝土的質(zhì)量更加穩(wěn)定。
實施例2
為進一步對比采用上述兩種復合膠凝材料所配制的混凝土的性能，又分別使用國內(nèi)某大型國企施工的重點工程海工混凝土配合比進行了對比試驗，試驗方案如表4，混凝土的性能對比如表5所示。
表4國內(nèi)某重點工程混凝土配合比對比試驗方案
表5混凝土力學性能指標與抗氯離子侵蝕性能對比
表5數(shù)據(jù)表明，在砂石比例、水膠比、膠凝材料總用量、控制的混凝土拌合物性能等都相同的情況下，同樣都是3組分，使用復合膠凝材料作為單一膠凝材料配制的混凝土3d強度比使用常規(guī)三元組分方法配制的混凝土最多高出14-18mpa，28d強度最多高出3-13mpa。同時，使用復合膠凝材料作為單一膠凝材料配制的混凝土電通量很小，僅為常規(guī)方法配制混凝土的1/2-1/3，依據(jù)astmc1202-05標準，其氯離子滲透性很低，即具有優(yōu)良的抗氯離子侵蝕性能。
實施例3
為進一步確定本發(fā)明提出的海工混凝土專用復合膠凝材料的優(yōu)勢，選取了國內(nèi)某海軍基地重點工程海工混凝土配合比進行了對比試驗，試驗方案如表6，混凝土的性能對比如表7所示。
表6海軍某基地海工混凝土配合比對比試驗方案
表7混凝土力學性能指標與抗氯離子侵蝕性能對比
表7數(shù)據(jù)表明，使用本發(fā)明的復合膠凝材料作為單一膠凝材料配制的混凝土3d強度比使用常規(guī)方法配制的混凝土高出近6-14mpa，28d強度最多高出4-8mpa。同時，使用本發(fā)明的復合膠凝材料作為單一膠凝材料配制的混凝土電通量很小，僅為常規(guī)方法配制混凝土的1/2-1/3，依據(jù)astmc1202-05標準，其氯離子滲透性很低，即具有優(yōu)良的抗氯離子侵蝕性能。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。