本发明涉及混凝土材料
技术领域：
，具体地涉及一种硅铝基海工混凝土材料及其制备方法。
背景技术：
：传统的普通水泥混凝土材料已在国民经济中发挥着重要作用,其还将在新世纪工程设施建设中占据重要地位。而普通水泥混凝土材料在生产和制备过程中消耗大量的石灰石、煤和电力等矿产资源和能源,排放大量CO2和SO2,产生温室效应和酸雨污染等,随着生态文明时代的到来,发展绿色混凝土已成为必然选择。海工混凝土是指在海滨、海水中或受海风影响的环境中使用，受海水或海风侵扰的混凝土。随着我国改革开放步伐的加快和各项重大建设项目的实施，海工混凝土每年的需求量已接近2亿立方米。在海洋环境下，建筑结构的破坏因素主要有：钢筋锈蚀作用、碳化作用、溶蚀作用、盐类侵蚀作用、冻融循环作用、碱集料反应、酸碱侵蚀作用、冲击磨损和机械破坏作用等。其中，最主要的破坏原因是钢筋锈蚀作用和盐类侵蚀作用。海水中和海岸边的混凝土工程由于长期受Cl-侵蚀，混凝土中钢筋锈蚀的现象非常普遍，已建的海港码头等工程多数达不到设计寿命的要求。据统计，美国每年因混凝土耐久性问题，损失近百亿美元，每4个建筑中发生一例钢筋锈蚀破坏。中国每年因混凝土内部钢筋锈蚀导致结构破坏也损失数十亿人民币。目前，海工混凝土的配制措施主要是在普通混凝土基础上，从掺加优质活性矿物混合料和高性能减水剂等综合技术措施入手，改善其耐侵蚀性能。并没有从根本上解决硅酸盐水泥混凝土耐侵蚀性差的缺陷。况且，海工混凝土工程大多数情况下位置偏远，运输不便，施工时难以得到优质的活性混合料。加上混凝土原材料多样性和配比中多组分给高性能海工混凝土的原材料采购、质量控制、实际配制和施工等方面均带来困难，而且普通水泥的生产，既消耗大量的资源、能源，又造成大量的污染。海洋严酷环境下对混凝土材料的性能要求高，包括高强度、高耐久性和高体积稳定性，然而传统的混凝土技术已经无法适应现代海洋工程的要求，迫切需要研究与发展新的耐久性能优良的、环境好的高性能海洋工程建设新材料。2014年10月23日，国家发改委、财政部、工信部联合发文，将海水拌养型混凝土列入科技攻关工程，支持南海岛礁建设用海水拌养型混凝土的产业化，支持“珊瑚礁、砂集料海水拌养混凝土就地取材利用率大于75%，28天强度不低于50MPa，劈裂抗拉强度大于5.0MPa，海水拌养型混凝土”在岛礁建设中示范应用。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种硅铝基海工混凝土材料及其制备方法，该制备方法中主要采用工业固体废弃物，生产过程不需要煅烧工艺，大幅降低了能源消耗和生产成本，制备的硅铝基海工混凝土材料耐久性和耐海水侵蚀性能高，使用寿命长，成本低。为了实现上述目的，本发明提供一种硅铝基海工混凝土材料的制备方法，其包括如下步骤：（1）将矿物掺合料、硅酸盐水泥熟料和成岩剂按比例称重后混合研磨，制成硅铝基胶凝材料待用；（2）将步骤（1）制成的硅铝基胶凝材料与骨料、外加剂按比例称重待用；（3）将步骤（2）得到的混合物料与水混合搅拌均匀；（4）将步骤（3）搅拌后制成的硅铝基海工混凝土料浆浇注到模具中养护，制成硅铝基海工混凝土材料。优选地，所述步骤（1）中矿物掺合料、硅酸盐水泥熟料和成岩剂按照60～95：0～30：1～10的重量比称重。优选地，所述步骤（1）中矿物掺合料、硅酸盐水泥熟料、成岩剂按照70～85：10～25：5～8份的重量比称重。优选地，所述步骤（1）中研磨制成的硅铝基胶凝材料的比表面积为350-550m2/kg。优选地，所述步骤（1）中矿物掺合料为矿渣、钢渣、粉煤灰、赤泥等工业废弃物或火山灰中的一种或几种。优选地，所述步骤（1）中硅酸盐水泥熟料可以由水泥按比例替代。优选地，所述步骤（1）中成岩剂为硅灰、硫酸钙、硫酸钠、甲酸钠、硅酸钠、偏硅酸钠、碳酸钙、氟石中的一种或几种。优选地，所述步骤（2）中制成的硅铝基胶凝材料与骨料、外加剂按照1：4～7：0.01～0.10的重量比称重。优选地，所述步骤（2）中的骨料为河沙、海沙、机制沙、尾矿沙、珊瑚砂、石子、工业废渣中的一种或几种。优选地，所述步骤（2）中的外加剂为减水剂、早强剂、防冻剂、活性剂中的一种或几种。优选地，所述步骤（3）中按照水灰比为0.44～0.65的计量加水。优选地，所述步骤（3）中加入的水可以为淡水或海水。优选地，所述步骤（3）中硅铝基胶凝材料、骨料和外加剂依次向搅拌水中加入，边搅拌边加料。优选地，所述搅拌时间为3±2分钟。优选地，所述步骤（4）中的养护温度为20-40℃，相对湿度为80%以上。一种硅铝基海工混凝土材料，其根据所述的硅铝基海工混凝土材料的制备方法所制备。采用上述方案后，本发明硅铝基海工混凝土材料及其制备方法具有以下有益效果：（1）本发明硅铝基海工混凝土材料的制备方法中以固体废弃物为主要原料，辅以少量的成岩剂，制备成的高性能硅铝基胶凝材料不仅可以解决城市固体废弃物的占地和污染问题，而且大大降低了建设成本，而普通水泥的生产，既消耗大量的资源、能源，又造成大量的污染，而该制备过程中不需要锻烧工艺，也不需要消耗石灰石等矿产资源，大幅降低了能源消耗和生产成本。（2）本发明制备的硅铝基海工混凝土材料有别于高钙体系的普通水泥混凝土材料，其耐久性和耐海水侵蚀性能大幅提高，完全可以满足设计寿命100年的重大工程要求。（3）本发明制备的硅铝基海工混凝土材料制备方法，可以制备岛礁建设用混凝土材料，满足“珊瑚礁、砂集料海水拌养混凝土，就地取材利用率大于75%，28天强度不低于50MPa，劈裂抗拉强度大于5.0MPa，海水拌养型混凝土”要求。具体实施方式下面结合具体实施例说明本发明所涉及的硅铝基海工混凝土材料及其制备方法。实施例1一种硅铝基海工混凝土材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将矿渣、粉煤灰、赤泥、硅酸盐水泥熟料、硅灰、硫酸钙及甲酸钠按照下面表1中的重量比进行配料，将配比中的材料加入到球磨机中进行混合研磨30分钟，制备硅铝基胶凝材料CaO/(SiO2+Al2O3)=0.96，比表面积为502cm2/kg。表1采用上述表1中配制的硅铝基胶凝材料的物理性能见下表2所示：表2（2）将上述步骤（1）中配制成的硅铝基胶凝材料与河沙、石子、聚羧酸早强型减水剂按照重量比为1∶2∶4∶0.015称重待用。（3）按照水灰比（即水与步骤（2）所得物料的比值）为0.49计量水量，将水加入搅拌机中，然后将步骤（2）准备的材料依次加入到搅拌机中，边搅拌边加料。（4）搅拌5分钟，制成硅铝基海工混凝土料浆，将料浆浇筑到模具中养护，养护温度为20-40℃，优选的养护温度为20±2℃，相对湿度80%以上，制成本发明硅铝基海工混凝土材料。将上述实施例制成的硅铝基海工混凝土材料切割成规则形状，进行性能检测，检测结果如表3所示。表3实施例2一种硅铝基海工混凝土材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将矿渣、火山灰、钢渣、硅酸盐水泥熟料、氟石、硫酸钙及碳酸钙按照下面表4中的重量比进行配料，将配比中的材料加入到球磨机中进行混合研磨30分钟，制备硅铝基胶凝材料CaO/(SiO2+Al2O3)=1.03，比表面积为486cm2/kg。表4采用上述表4中配制的硅铝基胶凝材料的物理性能见下表5所示：表5（2）将上述步骤（1）中配制的硅铝基胶凝材料与海沙、石子、聚羧酸早强型减水剂按照重量比为1∶1.5∶4∶0.015称重待用。（3）按照水灰比（即水与步骤（2）所得物料的比值）为0.48计量水量，将水加入搅拌机中，然后将步骤（2）准备的材料依次加入到搅拌机中，边搅拌边加料。（4）搅拌5分钟，制成硅铝基海工混凝土料浆，将料浆浇筑到模具中养护，养护温度为20-40℃，优选地养护温度为20℃±5℃，相对湿度80%以上，制成本发明硅铝基海工混凝土材料。将上述实施例制成的硅铝基海工混凝土材料切割成规则形状，进行性能检测，检测结果如表6所示。表6序号项目单位性能指标1抗压强度Mpa58.12抗折强度Mpa7.13抗渗性级S394抗冻标号D300560d耐海水腐蚀系数%99.04实施例3一种硅铝基海工混凝土材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将矿渣、粉煤灰、火山灰、硅灰、硫酸钙、硅酸钠按照下面表7中的重量比进行配料，将配比中的材料加入到球磨机中进行混合研磨30分钟，制备硅铝基胶凝材料CaO/(SiO2+Al2O3)=0.78，比表面积为466cm2/kg。表7（2）将上述步骤（1）中配制成的硅铝基胶凝材料与珊瑚沙、石子、活性剂按照重量比为1∶2∶2∶0.03称重待用。（3）按照水灰比（即水与步骤（2）所得物料的比值）为0.58计量水量，将水加入搅拌机中，然后将步骤（2）准备的材料依次加入到搅拌机中，边搅拌边加料。（4）搅拌3分钟，制成硅铝基海工混凝土料浆，将料浆浇筑到模具中养护，养护温度为20-40℃，优选的养护温度为30±2℃，相对湿度80%以上，制成本发明硅铝基海工混凝土材料。将上述实施例制成的硅铝基海工混凝土材料切割成规则形状，进行性能检测，检测结果如表8所示。表8序号项目单位性能指标1抗压强度Mpa60.32抗折强度Mpa7.13抗渗性级S394抗冻标号D300560d耐海水腐蚀系数%118.49实施例4一种硅铝基海工混凝土材料的制备方法，采用全珊瑚砂做骨料，海水拌养，包括如下步骤：（1）将矿渣、粉煤灰、火山灰、硅灰、硫酸钙、硅酸钠按照下面表9中的重量比进行配料，将配比中的材料加入到球磨机中进行混合研磨30分钟，制备硅铝基胶凝材料CaO/(SiO2+Al2O3)=0.78，比表面积为466cm2/kg。表9（2）将上述步骤（1）中配制成的硅铝基胶凝材料与珊瑚沙、活性剂按照重量比为1∶4.5∶0.07称重待用。（3）按照水灰比（即水与步骤（2）所得物料的比值）为0.58计量海水，将海水加入搅拌机中，然后将步骤（2）准备的材料依次加入到搅拌机中，边搅拌边加料。（4）搅拌3分钟，制成硅铝基海工混凝土料浆，将料浆浇筑到模具中养护，养护温度为20-40℃，优选的养护温度为30±2℃，相对湿度80%以上，制成本发明硅铝基海工混凝土材料。将上述实施例制成的硅铝基海工混凝土材料切割成规则形状，进行性能检测，检测结果如表10所示。表10序号项目单位性能指标1抗压强度Mpa55.92抗折强度Mpa6.63抗渗性级S394抗冻标号D300560d耐海水腐蚀系数%106.32与传统混凝土相比，传统混凝土中的胶凝材料为普通水泥，其主要化学成分中CaO/（SiO2+Al2O3）为1.5～2.5，属于钙基胶凝材料，而本发明所涉及的胶凝材料主要化学成分中CaO/（SiO2+Al2O3）为0.5～1.5，属于硅铝基胶凝材料。将本发明所涉及的硅铝基胶凝材料与钙基胶凝材料（普通水泥）性能比较如下表11所示：表11由表11的对比结果可以得出：本发明的硅铝基海工混凝土材料与普通混凝土的胶凝材料相比：收缩率低、防渗透性高、抗碳化性能和耐腐蚀性能强、水化热低。养护后的硅铝基海工混凝土材料基本的性能指标如下表12所示：表12序号项目单位性能指标1抗压强度Mpa≥402抗折强度Mpa≥5.03抗渗性级S394抗冻标号D200560d耐海水腐蚀系数%≥90由上述4个实施例及与传统混凝土的比较得出：本发明硅铝基海工混凝土材料的制备方法中以固体废弃物为主要原料，解决了城市固体废弃物的占地和污染问题，大大降低了建设成本，而且硅铝基混凝土材料有别于高钙体系的普通水泥混凝土材料，其耐久性和耐海水侵蚀性能大幅提高，完全可以满足设计寿命100年的重大工程要求。以上详细描述了本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明保护范围。另外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。当前第1页1 2 3