一种无机聚合物胶凝材料及混凝土的制作方法

本发明涉及建筑材料制造技术领域，具体是指一种快硬早强、也可利用海水和海沙拌合的一种无机聚合物胶凝材料及混凝土。

背景技术：

我国地域经济的发展格局是沿海经济十分兴旺，内陆经济发展较慢，沿海城市的发展大多靠公路、水路、铁路、航空等，尤其水路十分发达，水路运输的优点是成本低，因此，港口、码头的建设规模越来越大，货物通航世界各地，为经济的腾飞添砖加瓦。近年我国的海岛建设也日新月异，最为出名的是南海种岛，为国家的国防建设做出了很大的贡献。然而，建设港口、码头和海岛，需要大量的水泥混凝土，而普通的水泥混凝土是不耐海水侵浊的，需要在混凝土表面和内部采取防护措施，这样就增加建设成本，延长了工期。

人们经过长期的研究，提出了多种可使用海水和海沙进行拌合的特种水泥混凝土，从国家知识产权局网站了解到，专利《一种可使用海水海砂拌合的无机聚合物胶凝材料及混凝土》（CN 103304159B）,其采用氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁、氧化钠、氧化钾、三氧化硫、二氧化碳，与海砂、海水及碎石按照一定比例拌合制备的混凝土，满足海洋工程建设的需要。其存在的问题是，原材料大都是工业级产品，成本高，重要的是含有氧化钙等，存在与碎石、海沙等骨料再反应的可能，因此，混凝土耐海水侵浊的能力下降。

现有的无机聚合物胶凝材料，为了达到快硬早强，大部分用铝硅酸盐废渣、粉煤灰、煤矸石、矿渣等工业废料生产，由于各原材料来源不同，成份参差不齐，导致产品的质量不稳定，给建设工程造成隐患，专利《碱矿渣粉煤灰无机聚合物胶凝材料及制造方法》（CN 100450949C）正是其代表之一, 它由氢氧化钠、钙、碳酸钠，加入矿渣、粉煤灰、水拌合，经过高压水热反应，再加入硫酸钠、沸石粉、铝矾土，磨细后进行高温煅烧而成，用于路面工程，此专利存在原材料来源众多，成本高，产品质量不稳定，长期强度不高，不适合于使用期较长的基础工程。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供成本低、效果显著的一种无机聚合物胶凝材料及混凝土。

本发明的技术方案：

一种无机聚合物胶凝材料，其以重量百分数为氧化硅50－68%，氧化铝9.6－14.4%，氧化镁5.4－8.0%，氧化钡4.2－6.2%，氧化铁8.2－12.4%，氧化钾2.4－3.6%的各种原材料，经过破碎和细磨，在600℃-800℃的常规煅烧窑中煅烧20－40分钟，生成玻璃体72－88%，再经过细磨为比表面积378－462㎡/㎏，密度2.50－2.76g/㎝³的无机聚合物胶凝材料。

作为优化，一种无机聚合物胶凝材料，其以重量百分数为氧化硅56－62%，氧化铝11.1－12.9%，氧化镁6.0－7.4%，氧化钡4.7－5.7%，氧化铁9.5－11.1%，氧化钾2.7－3.3%的各种原材料，经过破碎和细磨，在660℃-760℃的常规煅烧窑中煅烧22－30分钟，生成玻璃体76－84%，再经过细磨为比表面积400－441㎡/㎏，密度2.56－2.70g/㎝³的无机聚合物胶凝材料。

一种无机聚合物胶凝材料混凝土，取上述的无机聚合物胶凝材料409－452公斤，激发剂溶液238－263公斤，中粗河沙770－820公斤，5-20mm碎石一和20-40mm碎石二各680－720公斤，用双卧轴强制式搅拌机搅拌反应生成无机聚合物胶凝材料混凝土；所述激发剂溶液的重量百分比为：Na₂SiO和NaOH各占35%，余下为水。

作为优化，一种无机聚合物胶凝材料混凝土，取上述的无机聚合物胶凝材料480－520公斤，激发剂干粉95－102公斤，海沙780－820公斤，5-20mm碎石一和20-40mm碎石二各580－620公斤、海水168－178公斤，用双卧轴强制式搅拌机，搅拌，反应生成成品混凝土；所述激发剂干粉的重量百分比为：NaSiO3和NaOH各占50%。

本发明上述重量百分数为氧化硅50－68%，氧化铝9.6－14.4%，氧化镁5.4－8.0%，氧化钡4.2－6.2%，氧化铁8.2－12.4%，氧化钾2.4－3.6%的原材料，为单一的自然高岭石矿，成本低，开采方便。

本发明的有益效果是：

（1）使用自然高岭石矿，成本低，各种成分符合要求，达到快硬早强目的；

（2）不含碳酸钙元素，不存在与碎石、海沙等骨料再反应降低强度的风险，制成的混凝土耐久性优良；

（3）本发明煅烧温度仅600℃-800℃，能耗低，仅为硅酸盐水泥的40%，激发剂的生产能耗仅为硅酸盐水泥的15%；

（4）本发明快凝、早强、高致密、高耐久性、抗冻、防火、耐火、耐化学腐蚀、可用海水施工等优点。

附图说明

图1为快硬早强混凝土技术参数。

图2为海沙和海水拌合的混凝土技术参数。

图3为氯离子扩散系数和抗渗等级。

图4为本发明胶凝材料抗折强度试验结果。

图5为本发明胶凝材料抗压强度试验结果。

图6为本发明胶凝材料与水泥酸蚀试验结果对比。

图7为本发明胶凝材料与水泥耐久性试验结果对比。

图8为本发明胶凝材料抗渗性检测报告。

图9为本发明胶凝材料抗渗性检测报告。

具体实施方案

实施例1：制备快硬早强混凝土。

第一步，自然高岭石矿，其各成份重量比为：氧化硅59%、氧化铝12%、氧化镁6.7%、氧化钡5.2%、氧化铁10.3%、钾3%，将其进行破碎、细磨，在常规煅烧窑中以700℃温度煅烧25分钟，生成玻璃体成份材料约占80%，再经过细磨为比表面积420㎡/㎏，密度2.63g/㎝³，制成无机聚合物胶凝材料。

第二步，激发剂溶液制作，将Na₂SiO和NaOH加入水中，充分搅拌而成，Na₂SiO、NaOH、水三者配比，按重量比35%：35%：30%。

第三步，制备快硬早强混凝土，取上述无机聚合物胶凝材料430公斤，中粗河沙800公斤，5-20mm碎石一和20-40mm碎石二各700公斤，用滚筒式搅拌机搅拌5分钟，然后进入双卧轴强制式搅拌机，再注入激发剂溶液250公斤进行搅拌，制造成功快硬早强混凝土，图1为快硬早强混凝土技术参数。

结果与分析：

根据机场跑道面抢修技术要求：坍落度≧160mm，4h抗折强度≧2.5MPa，本发明的各项技术参数已达到或超过了该项指标，所以本发明能用于机场跑道的抢修道面。

实施例2：制备能用海沙做骨料海水拌合的无机聚合物胶凝材料混凝土。

1、取实施例1第一步制成的无机聚合物胶凝材料500公斤，与海沙800公斤，碎石一和碎石二各600公斤，用滚筒式搅拌机搅拌5分钟，得到干搅拌料。将海水173公斤，加入激发剂干粉200公斤中，搅拌成激发剂溶液。

2、将上述的干搅拌料，加入双卧轴强制式搅拌机，再将激发剂溶液注入搅拌机中搅拌至反应完成，得到海沙和海水拌合的混凝土，各项技术参数见：图2为海沙和海水拌合的混凝土技术参数，图3为氯离子扩散系数和抗渗等级，图4为本发明胶凝材料抗折强度试验结果，图5为本发明胶凝材料抗压强度试验结果，图6为本发明胶凝材料与水泥酸蚀试验结果对比，图7为本发明胶凝材料与水泥耐久性试验结果对比，图8为本发明胶凝材料抗渗性检测报告，图9为本发明胶凝材料抗渗性检测报告。

结果与分析：

本发明始于设计用于海洋建设工程，为解决海洋建设建筑成本高，原材料运输难的问题，研究出用海水、海沙拌合无机聚合物混凝土，可就地取材，用海沙做骨料，用海水拌合，大幅降低建筑成本，缩短建筑周期，为社会经济建设、国防建设做出贡献。

本发明与现有技术配方不同，见背景技术《一种可使用海水海砂拌合的无机聚合物胶凝材料及混凝土》（CN 103304159B），专利号：201310186175.1，本发明原料中不存在氧化钙、碳酸钙、氢氧化钙等钙元素。由于钙元素的活跃性，在成品中有再反应的风险，生成的氢氧化钙会腐蚀钢筋，严重威胁混凝结构的耐久性，所以在原材料中排除钙元素成分。因此高岭石矿的自然成分非常适合大规模工业化量产聚合物胶凝材料。