專利名稱：一種高性能海工水泥及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種高性能海工水泥及其制造方法，更特別的涉及一種能耐海水腐蝕的高性能海工水泥及其制造方法。
背景技術：
目前國內外的一般土木工程建設都使用通用波特蘭水泥(我國稱硅酸鹽水泥)，而對于有特殊要求和特殊環境下使用的水泥必須采用特種水泥。當前國內外已有的特種水泥主要有快硬水泥(適應于緊急搶修施工的工程)，中低熱水泥(適應于大壩等大體積混凝土工程)，抗硫酸鹽水泥(適應于地下含有硫酸鹽侵蝕介質的工程)等。
近二十年來，近海工程迅速發展，因海水中含有Cl-、SO42-等多種侵蝕介質，目前國內外現有的水泥品種都不能很好的適應有海水腐蝕的工程。為解決Cl-、SO42-對混凝土的侵蝕，近年來，大部分用于港口碼頭的海工高性能混凝土主要采用硅酸鹽水泥，在混凝土拌合時再大量摻加礦渣粉、粉煤灰和硅灰配制而成。在海上施工時，各種材料的運輸、混凝土各組分的計量及混拌都不易管理，使得施工十分麻煩，工程質量不易保證。
發明內容
本發明的目的之一是提供一種能耐海水腐蝕的高性能海工水泥及其制造方法。
本發明的這個以及其他目的將通過下列詳細說明和描述來進一步展開和闡述。
本發明的高性能海工水泥，由以下組成 熟料10-50重量％， 礦渣20-60重量％， 粉煤灰0-40重量％，硅鋁質微粉5-30重量％， 上述總量之和為100％。
進一步的，本發明的高性能海工水泥，由以下組成 熟料20-50重量％， 礦渣20-50重量％， 粉煤灰0-30重量％，硅鋁質微粉10-30重量％， 上述總量之和為100％。
可以選擇的是，本發明的高性能海工水泥，由以下組成 熟料20-45重量％， 礦渣30-50重量％， 粉煤灰0-30重量％，硅鋁質微粉10-20重量％， 上述總量之和為100％。
在本發明的高性能海工水泥中，所述的硅鋁質微粉是由硬石膏和硅鋁質廢渣微粉組成；較好的是，所述的硅鋁質微粉是由硬石膏和硅鋁質廢渣微粉按20-80∶80-20的比例組成；可以選擇的是，所述的硅鋁質微粉是由硬石膏和硅鋁質廢渣微粉按30-70∶70-30的比例組成，具有增強、微膨脹等性能。
在本發明的高性能海工水泥中，所述的熟料是硅酸鹽水泥熟料，硅酸鹽水泥的比表面積360-400m2/kg，所述的礦粉比表面積350-450m2/kg。
本發明的高性能海工水泥的制造方法是采用水泥和礦粉分別粉磨工藝，粉煤灰根據海工水泥型號可以與礦渣一起粉磨，也可以與熟料一起粉磨。將海洋工程用混凝土的各種組分經優化配制，即以適當礦物組分的硅酸鹽水泥熟料，摻入適量礦渣或礦粉、粉煤灰、硅灰、硅鋁質微粉，和適量石膏共同粉磨后制成，簡化了施工工藝，具有使用方便、施工性能好，易于質量控制，可減少三分之一以上的施工時間，加快施工進度，降低施工成本。
本發明的海工水泥(也稱高性能海工水泥)是申請人等根據當時杭州灣大橋指揮部領導設想和寧波港務局的需求，與中國建筑材料科學研究總院共同研制成功的新產品，2007年進行了二次開發。用該產品配制的海工混凝土具有高流動性、高強度、高耐久性、優異的抗氯離子滲透能力，以及現場施工操作方便等優點。該產品主要用于海洋工程建設，是百年工程壽命設計的優選產品。如跨海大橋、港口、碼頭、船塢、海上石油鉆井平臺、海底隧道及沿海地下工程等，是海洋工程建設極為理想的復合膠凝材料。
目前，海洋工程上同時也有類似產品出現，由于我公司高性能海工水泥配方中摻加了硅鋁質微粉等，因此在抗侵蝕性能指標上優于其它同類產品，如氯離子擴散系數指標，高性能海工水泥14天就能達到1.0×10-12m2/S，電通量小于1000庫侖，而同類產品28天才能達到。同時，高性能海工水泥配制的混凝土在達到終凝以后，可以進行海水養護，而同類產品無法保證。而且高性能海工水泥配制的混凝土的耐磨性能達到道路水泥標準。
本發明的高性能海工水泥摻入了耐蝕增強組分，用該產品配制的海洋工程混凝土具有早期強度高，后期強度增進大；水泥水化熱低、抗氯離子滲透性能好，耐侵蝕性高等優良性能，在海水浸泡環境下性能更為突出。在0.35水灰比的混凝土28天抗氯離子擴散系數≤0.6×10-12m2/S，電通量≤800庫侖。因此用海工水泥配制的高性能混凝土的抗海水侵蝕能力可達百年。
本發明的高性能海工水泥具有良好的施工性能以往配制海洋工程用高性能混凝土都是用硅酸鹽水泥現場加礦渣、硅灰等，每次拌制時間長達90秒以上。而海工水泥可與普通水泥一樣具有簡便的施工性能，均勻性好，配制的混凝土與外加劑的適應性好，流動性好，可泵性好，減水效率高，不泌水，不離析，拌制時間僅需45-60秒。
本發明的高性能海工水泥在3倍海水和3％Na2SO4中養護后的抗壓強度與水中養護強度基本一致，其中抗折強度有一定幅度的增加(見表1)。
本發明的水泥的不同品種型號滿足不同工程的需要按水灰比≤0.35，水泥用量≥400kg的規范要求，可以提供混凝土抗壓強度三天≥40MPa，廿八天≥60MPa的早強高強型(I型)高性能海工水泥，也能提供用大體積混凝土工程的混凝土抗壓強度三天約35MPa，廿八天≥45MPa的低水化熱型(III型)海工水泥。因此當海工水泥應用于大體積混凝土工程和日平均氣溫大于20℃時，應采取良好的養護并其他的適當措施，或選擇低水化熱、低早強和抗裂性能好的III型和II型高性能海工水泥，以防止混凝土表面細裂縫的產生。
本發明的高性能海工水泥配制的混凝土在達到終凝以后，可以進行海水養護，而同類產品無法保證。并且本發明的高性能海工水泥配制的混凝土的耐磨性能達到道路水泥標準，磨損量僅有0.61kg/m2。
表1、高性能海工水泥常規物理性能情況
表2、膠砂試塊不同養護介質中的強度試驗情況
在本發明中使用的所有原材料等均是常規使用的，可以從市場購得。在本發明中，如非特指，所有的量、百分比均為重量單位。
下面結合實施例對本發明進行具體的描述。由技術常識可知，本發明可以通過其他的不脫離其精神實質或必要特征的實施方案來實現。因此，下列實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本發明范圍內或等同本發明的范圍內的改變均被本發明包含。
具體實施例方式 實施例1 按以下重量比稱取各原料 熟料 20重量％，礦渣 30重量％， 粉煤灰30重量％，硅鋁質微粉20重量％， 其中熟料是硅酸鹽水泥熟料，硅鋁質微粉是由硬石膏和硅鋁質廢渣微粉按2∶8的比例配制而成。采用水泥和礦粉分別粉磨然后混合工藝制成。
產品抗壓強度(MPa)3天和28天分別是9.4和40.4，廿八天混凝土的強度MPa、Cl-擴散系數×10-12m2/S和電通量(C)分別是60.0、0.39和427。
實施例2 按以下重量比稱取各原料 熟料 30重量％，礦渣 40重量％， 粉煤灰 15重量％，硅鋁質微粉 15重量％， 其中熟料是硅酸鹽水泥熟料，硅鋁質微粉是由硬石膏和硅鋁質廢渣微粉按3∶7的比例配制而成。采用水泥和礦粉分別粉磨然后混合工藝制成。
產品抗壓強度(MPa)3天和28天分別是15.4和44.2，廿八天混凝土的強度MPa、Cl-擴散系數×10-12m2/S和電通量(C)分別是63.1、0.41和424。
實施例3 按以下重量比稱取各原料 熟料 45重量％，礦渣 45重量％， 粉煤灰 0重量％， 硅鋁質微粉 10重量％， 其中熟料是硅酸鹽水泥熟料，硅鋁質微粉是由硬石膏和硅鋁質廢渣微粉按4∶6的比例配制而成。采用水泥和礦粉分別粉磨然后混合工藝制成。
產品抗壓強度(MPa)3天和28天分別是20.3和50.8，廿八天混凝土的強度MPa、Cl-擴散系數×10-12m2/S和電通量(C)分別是77.1、0.72和661。
實施例4 按以下重量比稱取各原料 熟料45重量％，礦渣 30重量％， 粉煤灰 15重量％，硅鋁質微粉 15重量％， 其中熟料是硅酸鹽水泥熟料，硅鋁質微粉是由硬石膏和硅鋁質廢渣微粉按5∶5的比例配制而成。采用水泥和礦粉分別粉磨然后混合工藝制成。
產品抗壓強度(MPa)3天和28天分別是21.3和45.8，廿八天混凝土的強度Mpa、Cl-擴散系數×10-12m2/S和電通量(C)分別是73.2、0.78和561。
實施例5 按以下重量比稱取各原料 熟料35重量％，礦渣45重量％， 粉煤灰 10重量％，硅鋁質微粉10重量％， 其中熟料是硅酸鹽水泥熟料，硅鋁質微粉是由硬石膏和硅鋁質廢渣微粉按8∶2的比例配制而成。采用水泥和礦粉分別粉磨然后混合工藝制成。
產品抗壓強度(MPa)3天和28天分別是18.3和45.8，廿八天混凝土的強度Mpa、Cl-擴散系數×10-12m2/S和電通量(C)分別是67.1、0.52和461。
在上述實施例中，混凝土海工水泥用量為440kg/m3，水灰比0.35。對材料指標要求熟料28天抗壓強度≥56MPa，礦粉比表面積350-450m2/kg，符合GB/T18046-2008規定的S75級別以上，粉煤灰符合GB/T1596-2005規定的水泥活性混合材料用粉煤灰的技術要求，硅鋁質微粉SiO2＝15-35％，Al2O3＝8-12％，比表面積≥600m2/kg。
根據中港三航局寧波分公司的檢測，用“舜江”高性能海工水泥配制的高性能混凝土能滿足海洋工程一百年的使用壽命，并應用于海軍114碼頭、寧波鋼廠碼頭、寶鋼馬跡山II期碼頭、洋山石油儲運I期、省引進天然氣LNG及應用工程港口工程、北侖四期集裝箱碼頭等工程。
權利要求
1、一種高性能海工水泥，其特征在于由以下組成
熟料10-50重量％，礦渣20-60重量％，
粉煤灰 0-40重量％， 硅鋁質微粉 5-30重量％，
上述總量之和為100％。
2、根據權利要求1所述的高性能海工水泥，其特征在于由以下組成
熟料20-50重量％，礦渣20-50重量％，
粉煤灰 0-30重量％， 硅鋁質微粉 10-30重量％，
上述總量之和為100％。
3、根據權利要求1所述的高性能海工水泥，其特征在于由以下組成
熟料 20-45重量％，礦渣30-50重量％，
粉煤灰0-30重量％， 硅鋁質微粉 10-20重量％，
上述總量之和為100％。
4、根據權利要求1-3之一所述的高性能海工水泥，其特征在于所述的硅鋁質微粉是由硬石膏和硅鋁質微粉組成。
5、根據權利要求1-3之一所述的高性能海工水泥，其特征在于所述的硅鋁質微粉是由硬石膏和硅鋁質微粉按20-80∶80-20的比例組成。
6、根據權利要求1-3之一所述的高性能海工水泥，其特征在于所述的硅鋁質微粉是由硬石膏和硅鋁質微粉按30-70∶70-30的比例組成。
7、根據權利要求1-3之一所述的高性能海工水泥，其特征在于所述的熟料是硅酸鹽水泥熟料。
8、根據權利要求7所述的高性能海工水泥，其特征在于所述的硅酸鹽水泥的比表面積360-400m2/kg。
9、根據權利要求1-3之一所述的高性能海工水泥，其特征在于所述的礦粉比表面積350-450m2/kg。
10、根據權利要求1-9之一所述的高性能海工水泥的制造方法，其特征在于采用水泥和礦粉分別粉磨工藝，粉煤灰根據海工水泥型號可以與礦渣一起粉磨，也可以與熟料一起粉磨。
全文摘要
本發明公開了一種高性能海工水泥及其制造方法，由以下組成熟料10-50重量％，礦渣20-60重量％，粉煤灰0-40重量％，硅鋁質微粉5-30重量％，上述總量之和為100％。本發明的產品能耐海水腐蝕，并且簡化了施工工藝，具有使用方便、施工性能好，易于質量控制，可減少三分之一以上的施工時間，加快施工進度，降低施工成本。
文檔編號C04B7/26GK101343150SQ200810134410
公開日2009年1月14日 申請日期2008年7月23日 優先權日2008年7月23日
發明者俞樞根, 馬國寧, 葉曉林, 施浩洋, 云 劉, 昕 王, 葉興夫, 超 霍, 王文義, 劉克忠 申請人:寧波科環新型建材股份有限公司