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

摘要

本发明涉及一种可使用海水海砂拌合的无机聚合物胶凝材料及其制备的胶砂和混凝土以及该混凝土的制备方法。所述无机聚合物胶凝材料包括氧化物计的化学组分重量百分数为氧化钙18～40%，二氧化硅33～42%，三氧化二铝10～19%，氧化镁2～8%，氧化钠和氧化钾合计2～13%，三氧化硫小于2%，二氧化碳小于4%。采用上述无机聚合物胶凝材料与海砂、海水及碎石按照一定比例拌合制备的混凝土工作性能、力学性能和耐久性能良好，可满足海洋工程建设的需要，具有显著的社会和经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体是指一种可使用海水海砂拌 合的无机聚合物胶凝材料及其制备的胶砂和混凝土以及该混凝土的 制备方法。

背景技术

我国面临资源与能源紧张的严峻形势，开发和利用海洋资源是实 现可持续发展和解决新时代能源危机的切实可行之路，因此海洋及岛 礁工程建设需求急迫，需要耐久性高、服役寿命长的海洋工程建筑材 料。目前海工混凝土的拌合均采用淡水和河砂，由于淡水及河砂的供 给均需要从内陆运输，大大增加了建设成本，也使得远海岛礁的建设 更为困难。另一方面，近年来我国建设规模迅速扩大，对混凝土的需 求量逐年增加。但大量开采河砂耗费了土地资源，也破坏了涵养地下 水资源的砂砾石层，随着环保要求的提高和河砂资源的枯竭，河砂的 供应越来越不能满足社会经济发展的需要。对于一些特殊需要的海事 建设，如抢修抢建，淡水及河砂的运输时间长，难以满足工程的需要。 综上所述，采用海水海砂拌合混凝土具有重要的社会和经济意义。

发明内容

（一）要解决的技术问题

为解决现有技术不足，满足海洋工程建设的需要，本发明提供一 种性能优异的可使用海水海砂拌合的胶凝材料及其制备的胶砂和混 凝土以及该混凝土的制备方法。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可使用海水海砂拌合的无机聚合物胶凝材料，该胶凝材料包 括以氧化物计的化学组分重量百分数为氧化钙18～40%，二氧化硅 33～42%，三氧化二铝10～19%，氧化镁2～8%，氧化钠和氧化钾合 计2～13%，三氧化硫小于2%，二氧化碳小于4%。

进一步地，所述各组分的重量配比为：氧化钙30～37%，二氧化 硅35～38%，三氧化二铝14～19%，氧化镁5～8%，氧化钠和氧化钾 合计4～10%，三氧化硫小于1%，二氧化碳小于3%。

进一步地，上述各组分原材料均匀分散，比表面积不小于400 平方米/千克，玻璃体含量不小于70%（重量），压蒸膨胀率不大于 0.50%。

一种胶砂，包括上述的无机聚合物胶凝材料、海砂和海水，其中， 所述胶凝材料与所述海砂比例1：3（重量），所述海水与所述胶凝材 料比例2：5（重量）。

一种混凝土，每立方混凝土的配比为上述的无机聚合物胶凝材料 250～550公斤，海砂500～750公斤，碎石900～1350公斤，海水 150～220公斤。

进一步地，所述各组分的重量配比为：所述无机聚合物胶凝材料 400-500公斤，所述海砂550～750公斤，所述碎石1100～1350公斤， 所述海水160-200公斤。

进一步地，所述海砂细度模数为1.8～2.6；所述碎石粒径为5～10 毫米和15～25毫米两种，二者重量比为3：7，压碎指标＜15，针片 状含量≤5%（重量）。

进一步地，按上述配比加入无机聚合物胶凝材料、海砂和碎石， 干混30～60秒，得到干混料；然后加海水搅拌60～120秒，得到混 凝土。。

进一步地，混凝土初凝时间为30～240分钟，混凝土坍落度为 50～220毫米。

进一步地，混凝土28天抗压强度为15-80兆帕，抗渗等级为 P12-P40，抗冻融系数为F200-F300，28天抗氯离子扩散系数为 1.35～4.5×10^-12平方米/秒。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明的优点为：使用海水、海砂拌合，施工 简单，节约成本。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，本发明可 以通过其他的不脱离其本质特征的实施方案来实现。因此，以下所列 方案只是举例说明，本发明的实施方式并不局限于此。

实施例1

无机聚合物胶凝材料以氧化物计的化学组分重量百分数为：氧化 钙18.4%，二氧化硅40.3%，三氧化二铝18.7%，氧化镁5.8%，氧 化钠和氧化钾合计12.8%，三氧化硫0.3%，二氧化碳3.7%。按所述 胶凝材料与海砂比例1：3（重量）、海水与胶凝材料比例2：5（重 量）进行拌合，初凝时间为32分钟，终凝时间43分钟；所测3天 抗压强度为51.4MPa，抗折强度为10.2MPa；28天抗压强度为 82.3MPa，抗折强度为11.9MPa。

实施例2

无机聚合物胶凝材料以氧化物计的化学组成重量百分数为：氧化 钙40.0%，二氧化硅35.9%，三氧化二铝12.8%，氧化镁7.8%，氧 化钠和氧化钾合计2.1%，三氧化硫0.9%，二氧化碳0.5%。按胶凝 材料与海砂比例1:3（重量）、海水与胶凝材料比例2：5（重量）进 行拌合，初凝时间为231分钟，终凝时间377分钟；所测3天抗压 强度为25.5MPa，抗折强度为6.3MPa；28天抗压强度为71.1MPa， 抗折强度为10.3MPa。

实施例3

无机聚合物胶凝材料以氧化物计的化学组成重量百分数为：氧化 钙34.9%，二氧化硅37.9%，三氧化二铝15.0%，氧化镁6.4%，氧 化钠和氧化钾合计4.3%，三氧化硫0.6%，二氧化碳0.9%。按胶凝 材料与海砂比例1：3（重量）、海水与胶凝材料比例2：5（重量） 进行拌合，初凝时间为116分钟，终凝时间184分钟；所测3天抗 压强度为32.4MPa，抗折强度为7.6MPa；28天抗压强度为80.8MPa， 抗折强度为10.9MPa。

实施例4

无机聚合物胶凝材料以氧化物计的化学组成重量百分数为：氧化 钙37.5%，二氧化硅33.9%，三氧化二铝11.2%，氧化镁7.7%，氧 化钠和氧化钾合计6.4%，三氧化硫0.6%，二氧化碳2.7%。按胶凝 材料与海砂比例1：3（重量）、海水与胶凝材料比例2：5（重量） 进行拌合，初凝时间为82分钟，终凝时间152分钟；所测3天抗压 强度为47.7MPa，抗折强度为8.4MPa；28天抗压强度为92.1MPa， 抗折强度为11.5MPa。

实施例5

无机聚合物胶凝材料以氧化物计的化学组成重量百分数为：氧化 钙30.7%，二氧化硅36.8%，三氧化二铝17.3%，氧化镁4.6%，氧 化钠和氧化钾合计8.1%，三氧化硫0.4%，二氧化碳2.1%。按胶凝 材料与海砂比例1：3（重量）、海水与胶凝材料比例2：5（重量） 进行拌合，初凝时间为74分钟，终凝时间128分钟；所测3天抗压 强度为48.9MPa，抗折强度为8.8MPa；28天抗压强度为94.4MPa， 抗折强度为12.1MPa。

实施例6

使用实施例5胶凝材料按照表2的几种配比方式配制混凝土。先加入 胶凝材料、海砂和碎石干混60秒，然后加入海水搅拌120秒得到高 性能混凝土；所用海砂细度模数为2.3，氯离子含量为0.0639%，海 水组成如表1所示；与表2对应的混凝土物理性能、抗渗性能和抗碳 化性能测试结果如表3～5所示。

表1海水化学成分

表2混凝土配合比

表3混凝土物理性能测试结果

从表3中可以看出，所述海水海砂拌合混凝土坍落度较大，凝结 时间适宜，能很好地满足施工作业要求；3天抗压强度可达44.3MPa， 抗折强度可达4.8MPa，强度发展较快，28天抗压强度达72.3MPa， 抗折强度6.5MPa，力学性能良好。

表4混凝土抗渗性能测试结果

从表4中可以看出，所述海水海砂高性能混凝土强度发展较快， 早期强度高，使得结构非常致密，3天氯离子扩散系数可达2.94×10^-12平方米/秒，7天氯离子扩散系数为2.46×10^-12平方米/秒，较普通水 泥混凝土28天氯离子扩散系数还要小，28天氯离子扩散系数为1.35 ×10^-12平方米/秒，和高性能海工混凝土56天氯离子扩散系数相当； 编号1～4试件的抗渗等级均大于P40，可见所述海水海砂高性能混 凝土具有非常好的抗渗性能。

表5混凝土碳化试验测试结果

按GB50082-2009进行加速碳化试验，从表5可以看出，海水 海砂高性能混凝土早期碳化速率较快，7天时已达12.4mm，然而， 后期碳化速率逐渐减小，尤其是14天至28天期间只碳化了 1.5～2.5mm深度，至28天龄期时最大碳化深度为17.1mm，与C30 普通水泥混凝土相当，表明海水海高性能砂混凝土抗碳化性能良好。

与现有技术相比，本发明的优点为：使用海水、海砂拌合，施工 简单，节约成本。

以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域 的普通技术人员能够显而易见地想到的一些雷同、替代方案，均应落 入本发明保护的范围。