一种海洋堤坝建造用矿热炉渣混凝土材料的制作方法

[0001]
本发明属于海洋工程技术领域，尤其涉及一种海洋堤坝建造用矿热炉渣混凝土材料。


背景技术：

[0002]
矿热炉渣混凝土材料，指的是以矿热炉渣作为细集料的一种特定混凝土，其中的矿热炉渣则又指的是矿热炉在还原冶炼镍铁矿石时产生的渣料。
[0003]
现有技术中，海洋堤坝建造用普通混凝土，一般仅包括水泥、掺和料、碎石、砂以及减水剂，因此现有的海洋堤坝则存在以下几个问题：第一，结构抗剪强度不高，抗海水冲刷的能力一般；第二，抗渗性不高；第三，耐海水腐蚀性不高。
[0004]
综上所述，市场上需要一种可以在海水中长期、高强度使用的新型海洋堤坝浇筑用混凝土材料，其通过对浇筑用混凝土材料成分的改进，从而满足上述使用需求。
[0005]
专利公开号为cn105948654a，公开日为2016.09.21的中国发明专利公开了一种堤坝用高耐久硅酸盐混凝土，包括胶材：218.5-227.5、砂507-519、石子1703-1725、水100-110；所述胶材包括以下质量份的各组分：水泥165-171、粉煤灰32-34、和外加剂21.5-22.5。
[0006]
但是该发明专利中的硅酸盐混凝土，其浇筑而成的堤坝存在结构抗剪强度以及密度不高的问题。


技术实现要素：

[0007]
本发明的目的是提供一种海洋堤坝建造用矿热炉渣混凝土材料，其能通过将水泥、骨料、掺和料、增强纤维以及助剂混合的方式，达到有效制造海洋堤坝用矿热炉渣混凝土材料的效果。本发明具有海洋堤坝建造用矿热炉渣混凝土材料抗压、抗剪强度高，密度大、抗渗性好，抗海水冲刷、侵蚀能力强，对海洋堤坝的结构强度提升明显的优点。
[0008]
本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种海洋堤坝建造用矿热炉渣混凝土材料，所述矿热炉渣混凝土材料包括按重量计的以下各组分：水泥240-430份、骨料1500-1800份、掺和料120-180份、增强纤维100-200份，水150-170份以及助剂11-15份。
[0009]
在本发明中，所述水泥作为所述矿热炉渣混凝土材料的主要胶凝材料，所述骨料则用于保证整个海洋堤坝具有足够的结构强度和支撑力度，避免容易被压垮破裂的问题，而所述掺和料则用于补充堤坝的整体密度，保证其抗渗性，所述增强纤维则通过自身线状的结构特点，赋予堤坝一个极高的抗剪切力优点，相较于全部是颗粒料和粉料的现有堤坝混凝土，本发明中加入强纤维的海洋堤坝混凝土具有抗剪强度更高的优点，即海水长期冲刷，不易破裂粉碎。
[0010]
最后是所述助剂，其作用是在混凝土料固化成型过程中，保证适宜的固化速度、固化效果和最终的固化强度。
[0011]
进一步优选的技术方案在于：所述骨料包括碎石以及矿热炉渣；所述掺和料包括云母粉、沸石粉、玻璃微粉、粉煤灰、陶瓷粉、硅灰以及矿渣粉。
[0012]
在本发明中，所述骨料最大粒径不超过31.5mm，所述掺和料的细度大于350目，前者主要用于结构强度，后者主要用于粘结固定、密度填充的作用。
[0013]
进一步优选的技术方案在于：所述增强纤维包括钢碳纤维以及有机纤维，所述钢碳纤维以不锈钢纤维为芯棒，外层为碳纤维，整体通过熔融铝粉烧结固化而成；所述有机纤维包括聚丙乙烯纤维以及聚丙烯纤维。
[0014]
进一步优选的技术方案在于所述钢碳纤维的制备方法依次包括以下步骤：s1、在所述不锈钢纤维外层绞合多根所述碳纤维，得到钢碳纤维主体，再将所述钢碳纤维主体抽拉通过第一筒状模具；s2、往所述第一筒状模具内注入熔融态的铝粉，得到钢碳纤维前体；s3、将所述钢碳纤维前体再次抽拉通过第二筒状模具，并往所述第二筒状模具内注入熔融态铝粉以及多孔钢珠，得到最终的所述钢碳纤维。
[0015]
进一步优选的技术方案在于：s1中，所述碳纤维在所述不锈钢纤维上以正弦绞合的方式绞合固定，正弦绞合旋转角度为120-160
°
，所述钢碳纤维主体的外径为0.6-1.3mm，所述第一筒状模具的内径为1.5mm。
[0016]
进一步优选的技术方案在于：s3中，所述第二筒状模具的内径为1.9mm，第二次加入的所述熔融态铝粉与多孔钢珠的重量比为（3-7）:1，所述多孔钢珠的开孔率为75-95%、粒径为0.03-0.11mm，所述钢碳纤维最后截断至长度为45-80mm。
[0017]
进一步优选的技术方案在于：s2中，所述熔融态铝粉的温度为720-750℃，s3中，所述熔融态铝粉的温度为740-780℃。
[0018]
在本发明中，所述钢碳纤维的作用是保证海洋堤坝在受到海水冲刷的剪切力时，堤坝各部分、各区域之间存在一个较强的拉结力，避免堤坝过早的垮塌破裂，而所述有机纤维则用于保证上述拉结力具有一个适宜的微形变允许量，保证抗剪切力结构具有一个微小的调节形变量，避免海洋堤坝内部出现断裂细纹。
[0019]
此外，所述钢碳纤维的结构是内层不锈钢纤维芯棒、外层碳纤维、整体熔融铝粉烧结，这样做的目的，也是使得上述抗剪切的拉结力具有一个强劲拉力的基础，和一个允许微形变的状态，最终使得均匀分布所述钢碳纤维和所述有机纤维的海洋堤坝在受到海水大力冲刷时，可以自身内部结构拉紧固定，而且通过自身微小形变来“卸力”，保证堤坝长期使用的稳固性。
[0020]
在本发明中，外层的所述碳纤维采用绞合的方式，最终被内层的熔融铝粉固化层粘结固定，保证钢碳纤维上所述碳纤维的实际长度是大于所述不锈钢纤维的长度的，这样也能使得上述形变力更加充分。
[0021]
还有，最外侧的熔融铝粉固化层，是包含多孔钢珠，所述多孔钢珠具有以下两个作用：第一，使得钢碳纤维表面向内一定深度的空间内都是有开孔的，这样水泥料与所述钢碳纤维的结合面积就更大，粘结强度就更大；第二，在铝粉固化层所需厚度不变的情况下，加入多孔钢珠，可以大大降低所述钢碳纤维的整体密度。
[0022]
最后，s2中形成内侧熔融铝粉固化层，s3中形成外侧熔融铝粉固化层，由于形成外侧熔融铝粉固化层的第二次熔融态铝粉中会加入多孔钢珠，因此会吸收部分热量，为了保证内外两层结构的固化均一性，因此采用s3中熔融铝粉温度高于s2中熔融铝粉温度的方式。
[0023]
进一步优选的技术方案在于：所述助剂包括聚羧酸减水剂、海藻酸钠稳定剂以及硅烷偶联剂。
[0024]
本发明通过将水泥、骨料、掺和料、增强纤维以及助剂混合的方式，达到有效制造海洋堤坝建造用矿热炉渣混凝土材料的效果。本发明具有海洋堤坝建造用矿热炉渣混凝土材料抗压、抗剪强度高，密度大，抗渗性好，抗海水冲刷、侵蚀能力强，对海洋堤坝的结构强度提升明显的优点。
附图说明
[0025]
图1为本发明中钢碳纤维的断面结构示意图，其中1、不锈钢纤维，2、碳纤维，3、内侧熔融铝粉固化层，4、外侧熔融铝粉固化层，5、多孔钢珠。
具体实施方式
[0026]
以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。
[0027]
实施例1：如附图1所示，一种海洋堤坝建造用矿热炉渣混凝土材料，所述矿热炉渣混凝土材料包括按重量计的以下各组分：水泥240份、骨料1740份、掺和料130份、增强纤维100份，水170份以及助剂11份。
[0028]
所述骨料包括碎石以及矿热炉渣；所述掺和料包括云母粉、沸石粉、玻璃微粉、粉煤灰、陶瓷粉、硅灰以及矿渣粉。所述增强纤维包括钢碳纤维以及有机纤维，所述钢碳纤维以不锈钢纤维为芯棒，外层为碳纤维，整体通过熔融铝粉烧结固化而成；所述有机纤维包括聚丙乙烯纤维以及聚丙烯纤维。
[0029]
所述钢碳纤维的制备方法依次包括以下步骤：s1、在所述不锈钢纤维外层绞合多根所述碳纤维，得到钢碳纤维主体，再将所述钢碳纤维主体抽拉通过第一筒状模具；s2、往所述第一筒状模具内注入熔融态的铝粉，得到钢碳纤维前体；s3、将所述钢碳纤维前体再次抽拉通过第二筒状模具，并往所述第二筒状模具内注入熔融态铝粉以及多孔钢珠，得到最终的所述钢碳纤维。
[0030]
s1中，所述碳纤维在所述不锈钢纤维上以正弦绞合的方式绞合固定，正弦绞合旋转角度为120
°
，所述钢碳纤维主体的外径为0.6mm，所述第一筒状模具的内径为1.5mm。
[0031]
s3中，所述第二筒状模具的内径为1.9mm，第二次加入的所述熔融态铝粉与多孔钢珠的重量比为4:1，所述多孔钢珠的开孔率为80%、粒径为0.06mm，所述钢碳纤维最后截断至长度为50mm。
[0032]
s2中，所述熔融态铝粉的温度为720℃，s3中，所述熔融态铝粉的温度为740℃。
[0033]
所述助剂包括聚羧酸减水剂、海藻酸钠稳定剂以及硅烷偶联剂。
[0034]
最后，本实施例中海洋堤坝建造用矿热炉渣混凝土材料，具有抗压、抗剪强度高，密度大，抗渗性好，抗海水冲刷、侵蚀能力强，对海洋堤坝的结构强度提升明显的优点。
[0035]
实施例2：如附图1所示，一种海洋堤坝建造用矿热炉渣混凝土材料，所述矿热炉渣混凝土材料包括按重量计的以下各组分：水泥300份、骨料1610份、掺和料150份、增强纤维160份，水160份以及助剂13份。
[0036]
所述骨料包括碎石以及矿热炉渣；所述掺和料包括云母粉、沸石粉、玻璃微粉、粉
煤灰、陶瓷粉、硅灰以及矿渣粉。所述增强纤维包括钢碳纤维以及有机纤维，所述钢碳纤维以不锈钢纤维为芯棒，外层为碳纤维，整体通过熔融铝粉烧结固化而成；所述有机纤维包括聚丙乙烯纤维以及聚丙烯纤维。
[0037]
所述钢碳纤维的制备方法依次包括以下步骤：s1、在所述不锈钢纤维外层绞合多根所述碳纤维，得到钢碳纤维主体，再将所述钢碳纤维主体抽拉通过第一筒状模具；s2、往所述第一筒状模具内注入熔融态的铝粉，得到钢碳纤维前体；s3、将所述钢碳纤维前体再次抽拉通过第二筒状模具，并往所述第二筒状模具内注入熔融态铝粉以及多孔钢珠，得到最终的所述钢碳纤维。
[0038]
s1中，所述碳纤维在所述不锈钢纤维上以正弦绞合的方式绞合固定，正弦绞合旋转角度为140
°
，所述钢碳纤维主体的外径为0.8mm，所述第一筒状模具的内径为1.5mm。
[0039]
s3中，所述第二筒状模具的内径为1.9mm，第二次加入的所述熔融态铝粉与多孔钢珠的重量比为5:1，所述多孔钢珠的开孔率为80%、粒径为0.06mm，所述钢碳纤维最后截断至长度为60mm。
[0040]
s2中，所述熔融态铝粉的温度为740℃，s3中，所述熔融态铝粉的温度为760℃。
[0041]
所述助剂包括聚羧酸减水剂、海藻酸钠稳定剂以及硅烷偶联剂。
[0042]
最后，本实施例中海洋堤坝建造用矿热炉渣混凝土材料，具有抗压、抗剪强度高，密度大，抗渗性好，抗海水冲刷、侵蚀能力强，对海洋堤坝的结构强度提升明显的优点。
[0043]
实施例3：如附图1所示，一种海洋堤坝建造用矿热炉渣混凝土材料，所述矿热炉渣混凝土材料包括按重量计的以下各组分：水泥380份、骨料1520份、掺和料170份、增强纤维160份，水150份以及助剂15份。
[0044]
所述骨料包括碎石以及矿热炉渣；所述掺和料包括云母粉、沸石粉、玻璃微粉、粉煤灰、陶瓷粉、硅灰以及矿渣粉。所述增强纤维包括钢碳纤维以及有机纤维，所述钢碳纤维以不锈钢纤维为芯棒，外层为碳纤维，整体通过熔融铝粉烧结固化而成；所述有机纤维包括聚丙乙烯纤维以及聚丙烯纤维。
[0045]
所述钢碳纤维的制备方法依次包括以下步骤：s1、在所述不锈钢纤维外层绞合多根所述碳纤维，得到钢碳纤维主体，再将所述钢碳纤维主体抽拉通过第一筒状模具；s2、往所述第一筒状模具内注入熔融态的铝粉，得到钢碳纤维前体；s3、将所述钢碳纤维前体再次抽拉通过第二筒状模具，并往所述第二筒状模具内注入熔融态铝粉以及多孔钢珠，得到最终的所述钢碳纤维。
[0046]
s1中，所述碳纤维在所述不锈钢纤维上以正弦绞合的方式绞合固定，正弦绞合旋转角度为160
°
，所述钢碳纤维主体的外径为1.0mm，所述第一筒状模具的内径为1.5mm。
[0047]
s3中，所述第二筒状模具的内径为1.9mm，第二次加入的所述熔融态铝粉与多孔钢珠的重量比为7:1，所述多孔钢珠的开孔率为90%、粒径为0.09mm，所述钢碳纤维最后截断至长度为80mm。
[0048]
s2中，所述熔融态铝粉的温度为760℃，s3中，所述熔融态铝粉的温度为780℃。
[0049]
所述助剂包括聚羧酸减水剂、海藻酸钠稳定剂以及硅烷偶联剂。
[0050]
最后，本实施例中海洋堤坝建造用矿热炉渣混凝土材料，具有抗压、抗剪强度高，
密度大，抗渗性好，抗海水冲刷、侵蚀能力强，对海洋堤坝的结构强度提升明显的优点。
[0051]
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种修改。这些都是不具有创造性的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。