一种耐海蚀低强度水泥基材料及其制备方法与应用

本发明涉及土木工程材料，尤其是涉及一种耐海蚀低强度水泥基材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、水泥基材料在海蚀环境下会受到硫酸盐、镁盐、氯盐等侵蚀及干湿交替等多种因素的综合作用，并发生膨胀或水化产物分解，最终导致结构的过度膨胀和开裂。相关研究表明，海水中的硫酸根离子会与水泥的水化产物氢氧化钙以及铝酸三钙发生反应，生成三硫型水化硫铝酸钙(也称为钙矾石，简写为aft)和石膏，使得混凝土内部膨胀产生膨胀应力，最后导致开裂。海水中的镁离子可以与氢氧化钙反应生成水镁石(mg(oh)2)，产生结晶压力和膨胀，导致混凝土局部开裂。同时，伴随着孔隙溶液碱性降低和镁离子的侵入，部分水化硅酸钙(c-s-h)会脱钙转化为水化硅酸镁(m-s-h)，使得水泥基体的弱化。此外，干湿循环的物理过程中产生的各种盐结晶，也会造成膨胀压力，造成水泥基体开裂。

2、相关技术中，应用于海洋工程中的水泥基材料通常设计为超高性能混凝土，即采用最紧密堆积理论制备而成，具有密实的内部结构，同时也具有超高的力学性能的水泥基材料，其在制备过程中需要添加钢纤维或合成纤维，并添加足量的减水剂，掺入一定量的硅灰。然而，对于一些强度等级要求不高，并且水泥基材料中不需要内置钢筋的滨海工程结构，如复合地基等，如果为了提高结构的耐海蚀性能而使用超高性能混凝土，会在强度和成本上造成浪费，并且这些超高性能混凝土通常隐含碳含量过高，不利于提高环保效益。

3、因此，需要设计出一种耐海蚀、低隐含碳和低隐含能，且适用于低强度要求的环保型水泥基材料，以应用于滨海工程。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种耐海蚀低强度水泥基材料，能够利用微集料效应和协同效应，提升水泥基材料的密实度，抵抗海水中离子侵蚀，此外本发明的耐海蚀低强度水泥基材料还具有低隐含碳和低隐含能特征，有利于实现水泥基材料的低碳化，提高环保效益。

2、本发明还提出一种耐海蚀低强度水泥基材料的制备方法。

3、本发明还提出一种耐海蚀低强度水泥基材料在复合地基中的应用。

4、本发明的第一方面，提供了一种耐海蚀低强度水泥基材料，按照重量百分比计，其制备原料包括：

5、

6、根据本发明实施例的耐海蚀低强度水泥基材料，至少具有如下有益效果：

7、(1)本发明通过在水泥基材料中以较大掺量掺入粉煤灰显著提高了材料的耐海蚀性。在水泥基材料中加入粉煤灰，可通过二次水化反应，生成次级水化硅酸钙，提高密实度；此外，与水泥相比，粉煤灰氧化钙含量较低，有助于降低水泥水化后体系中的氧化钙含量，减少水泥基材料与海水接触后生成石膏。

8、(2)本发明发现通过在水泥基材料中掺入矿粉有助于生成次级水化硅酸钙，提高密实度。矿粉中的氧化铝含量较高，掺矿粉的水泥基材料中可产生钙硅比较小的次级水化硅酸钙，与体系中游离的铝结合形成水滑石，对水泥基材料与海水中的硫酸根离子接触有一定限制作用，避免钙矾石延迟形成。此外，在本发明的水泥基材料体系中，粉煤灰和矿粉能够起到微集料效应和协同效应。

9、(3)本发明的耐海蚀低强度水泥基材料低成本，且具有低隐含碳和低隐含能特征，可以实现水泥基材料的低碳化，提高环保效益。

10、在本发明的一些实施方式中，按照重量百分比计，其制备原料包括：

11、

12、

13、在本发明的一些实施方式中，所述粉煤灰和所述矿粉的总添加量占所述水泥、所述粉煤灰和所述矿粉的总添加量的55％～65％。

14、在实际应用中如果粉煤灰和矿粉总掺量过高，为控制水泥基材料的抗压强度，需要降低水胶比，即减少单位体积用水量。为保持水泥基材料流动性，需要额外添加减水剂，导致较高的成本。

15、在本发明的一些实施方式中，所述粉煤灰添加量占所述粉煤灰和所述矿粉的总添加量的55％～85％。优选为60～80％。

16、如果水泥基材料中粉煤灰掺量过小，而矿粉掺量过大，不利于提高耐海蚀性能。此外，虽然和纯水泥相比，掺入粉煤灰和掺入矿粉，都能一定程度上提高水泥基材料的耐海蚀性。但是本发明发现单独掺入粉煤灰对耐海蚀性能的改善效果大于单独掺入矿粉的，而掺入粉煤灰之后再少量掺入矿粉，可以发挥微集料效应，一定程度上提高水泥基材料的密实度，提高耐海蚀性能。因此，限定粉煤灰/(粉煤灰+矿粉)质量比在55％-85％，有利于提高水泥基材料的耐海蚀性能。

17、在本发明的一些实施方式中，所述水泥包括硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、铝酸盐水泥中的至少一种。

18、在本发明的一些实施方式中，所述硅酸盐水泥的强度等级为42.5及以上。优选地，所述硅酸盐水泥的强度等级为42.5或52.5。

19、具体的，所述强度等级为42.5是指抗压强度为42.5mpa。

20、在本发明的一些实施方式中，所述粉煤灰为ⅰ级粉煤灰。分类标准参照gb/t 1596-2017。

21、ⅰ级粉煤灰为低钙粉煤灰，使得其碱活性较低，不易引起碱-骨料反应，有利于水泥水化过程中钙矾石的早期形成，避免了水泥基材料在接触海水后，在硫酸根作用下钙钒石的延迟形成，引起材料膨胀开裂。但其掺杂量过高，在相同配比下，配置出的水泥基材料的抗压强度会降低，且耐海蚀性能无法保证。

22、在本发明的一些实施方式中，所述矿粉为s95级及以上的矿粉。分类标准参照gb/t18046-2017。

23、优选地，所述矿粉为s95级矿粉。

24、s95级矿粉通常具有细小的颗粒大小，提供更多的反应表面积，有利于水泥浆体的胶凝和硬化过程，此外，s95级矿粉可以填充水泥中的微观孔隙，减少水泥浆体的渗透性，提高混凝土的致密性，但添加量过高不利于耐蚀性的提高。

25、在本发明的一些实施方式中，所述细骨料为级配曲线在ⅱ区的中砂。

26、在本发明的一些实施方式中，所述中砂选自黄砂、石英砂、尾砂、陶砂、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石的至少一种。

27、在本发明的一些实施方式中，所述耐海蚀低强度水泥基材料的抗压强度为20～35mpa。

28、在本发明的一些实施方式中，所述耐海蚀低强度水泥基材料的28d抗压强度为20～30mpa。

29、在本发明的一些实施方式中，所述耐海蚀低强度水泥基材料的耐蚀系数大于0.90。

30、在本发明的一些实施方式中，所述耐海蚀低强度水泥基材料的耐蚀系数大于0.94。

31、在本发明的一些实施方式中，所述耐海蚀低强度水泥基材料的隐含能小于1.10mj/kg。

32、在本发明的一些实施方式中，所述耐海蚀低强度水泥基材料的隐含能小于0.58mj/kg。

33、在本发明的一些实施方式中，所述耐海蚀低强度水泥基材料的隐含能小于0.57mj/kg。

34、本发明的第二方面，提供第一方面所述耐海蚀低强度水泥基材料的制备方法，包括将所述耐海蚀低强度水泥基材料的制备原料混合即得。

35、根据本发明实施例的制备方法，至少具有如下有益效果：本发明的耐海蚀低强度水泥基材料制备方法简单，成本低。

36、在本发明的一些实施方式中，所述混合具体包括先将所述水泥、粉煤灰、矿粉和细骨料搅拌混合，然后加入所述水搅拌即得。

37、在本发明的一些实施方式中，所述耐海蚀低强度水泥基材料的制备方法具体包括：

38、步骤s1、将所述水泥、粉煤灰、矿粉和细骨料混合，搅拌45～180s，得到混合干物料；

39、步骤s2、向所述混合干物料中加入所述水，搅拌30～180s，即得。

40、本发明的第三方面，提供第一方面所述耐海蚀低强度水泥基材料在复合地基中的应用。

41、由于应用采用了上述第一方面耐海蚀低强度水泥基材料的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

42、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。