一种高抗蚀海工胶凝材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种高抗蚀海工胶凝材料及其制备方法和应用。包括如下原料：基体材料、早强剂、减水剂、膨胀剂、引气剂、超细冶金渣，基体材料包括赤泥、高炉矿渣、钢渣、铜渣、锌渣、镍渣，基体材料中主要成分的重量份含量为：CaO为30‑40份，SiO

【技术实现步骤摘要】
一种高抗蚀海工胶凝材料及其制备方法和应用
本专利技术属于海洋工程材料、冶金废渣资源化利用和生态环境保护
，具体涉及一种高抗蚀海工胶凝材料及其制备方法和应用。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。随着沿海地区经济的发展，我国海洋工程进入大规模建设时期。海洋工程基础设施建设是推进海洋强国战略的重中之重。海工材料在服役过程中面临海水的侵蚀、冲刷等作用，海工材料的耐久性问题一直被高度重视。据资料显示，发达国家近海建筑物维修费占建筑维修总费用的40％，随着海洋工程建设进入高潮期，混凝土构筑物的维修高峰期也将发生在我国沿海地区，且维修周期也将延长。因此，开发一种抗海水侵蚀性能优良的高性能海工材料意义重大。目前，已有部分学者针对提高海工材料性能展开了研究。在现有技术中通过大量使用硫铝酸盐水泥及添加有机外加剂，以提高材料抗侵蚀能力；或通过加入双灰凝粉解决海工混凝土抗冲磨能力差的问题；有的以高铁磷铝酸盐水泥熟料为主体材料，加入辅助性胶凝材料来提高抗氯离子侵蚀能力及抗硫酸盐侵蚀性能。有的在硅酸盐水泥熟料和铝酸盐水泥熟料中加入部分固废，通过合理粒径级配改善海工混凝土的综合性能，缓解锈蚀。我国工业冶金渣量大、面广、害多，冶金渣年排放量达几千万甚至数亿吨，以山东省为例，赤泥产量>3000万吨/年，钢渣产量>1500万吨/年，黄金尾矿存量>10亿吨，镍渣产量＞100万吨/年，铜渣产量＞30万吨。利用废渣制备工程胶凝材料是实现固废大规模资源化利用的重要途径，符合环保业和绿色建筑业的发展需求，也是“生态文明”和社会“绿色发展、循环发展、低碳发展”的必然要求。目前，已有部分研究针对关于冶金废渣的综合利用，以实现其资源化利用。比如在硅酸盐水泥熟料中掺入大量矿渣及少量粉煤灰，提高抗海水侵蚀能力；有的方案中的原材料以废渣为主，添加粉煤灰和尾矿制备具有经济与环保效益的材料；有的方案中加入少量粉煤灰和微量脱硫石膏，以提高普通混凝土耐久性的复合掺合料。但是，上述技术均存在冶金渣的利用率低，制备的海工胶凝材料存在凝结时间长、力学强度低、抗侵蚀能力差等物理力学性能问题。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种高抗蚀海工胶凝材料及其制备方法和应用。为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：第一方面，一种高抗蚀海工胶凝材料，包括如下原料：基体材料、早强剂、减水剂、膨胀剂、引气剂、超细冶金渣，基体材料包括赤泥、高炉矿渣、钢渣、铜渣、锌渣、镍渣，基体材料中主要成分的重量份含量为：CaO为30-40份，SiO2为15-23份，Al2O3为15-30份，Fe2O3为18-35份，SO3为8-12份。本专利技术利用多种类型的冶金渣包括赤泥、高炉矿渣、钢渣、铜渣、锌渣和镍渣，得到一种多类型废渣混合的胶凝材料，这种胶凝材料是一种铁质组分含量较高的材料，比如铜渣，含有较多含量的铁。是一种具有凝结时间短、力学强度高、抗溶蚀侵蚀能力强的高铁相硅酸盐水泥类海工胶凝材料。第二方面，上述高抗蚀海工胶凝材料的制备方法，具体步骤为：将基体材料的各原料进行混合，混合后煅烧；将煅烧后的基体材料与早强剂、减水剂、膨胀剂、引气剂、超细冶金渣混合得到胶凝材料。本专利技术的胶凝材料制备方法，将各废渣混合进行煅烧使各个成分融合为一个整体均匀的基体材料，然后再与其它添加成分混合，得到一种具有在抗侵蚀能力方面、力学强度、凝结时间方面具有较好性能的胶凝材料。第三方面，上述的高抗蚀海工胶凝材料在注浆材料领域中的应用。第四方面，一种注浆材料，包括上述的高抗蚀海工胶凝材料和水。注浆材料可以应用在多种工程领域中，尤其是在海洋工程领域中，相比于其它注浆材料具有更好的抗侵蚀能力。本专利技术的有益效果：(1)该制备方法以大宗利用冶金废渣为切入点，在大量消耗冶金废渣、实现冶金废渣资源化利用的同时，解决了大量冶金废渣堆存占用耕地的问题，减轻了对生态环境包括土壤和地下水的污染破坏，具有科学价值和生态效益。(2)高抗蚀海工胶凝材料利用高铁质组分的冶金渣协同制备，具有凝结时间短、力学强度高、抗溶蚀侵蚀能力强且价格低廉的优点，满足于海洋工程建设的需求，具有可观的经济价值和工程价值。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。第一方面，一种高抗蚀海工胶凝材料，包括如下原料：基体材料、早强剂、减水剂、膨胀剂、引气剂、超细冶金渣，基体材料包括赤泥、高炉矿渣、钢渣、铜渣、锌渣、镍渣，基体材料中主要成分的重量份含量为：CaO为30-40份，SiO2为15-23份，Al2O3为15-30份，Fe2O3为18-35份。本专利技术胶凝材料的基体材料中各个废渣的配合实现主要成分CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3的含量在一定范围内，各个主要成分影响胶凝材料的碱度，硅、铝、铁含量影响得到的胶凝材料强度和耐氯离子和其它水中离子侵蚀的能力，并且影响凝结的时间。本专利技术是一种高铁相组分的胶凝材料，废渣中铁质主要为Fe2O3，Fe2O3的含量较高，高铁相材料致密，空隙率小，海水难于渗入，可以有效阻挡氯离子和其它侵蚀离子的扩散。本专利技术充分利用了各种冶金渣，相比于传统的利用粉煤灰等材料的胶凝材料具有更好的抗侵蚀能力等优秀性能，同时本专利技术具有更好的冶金渣利用率，相比于现有的利用废渣制备胶凝材料的技术，本专利技术中冶金渣的利用率更高，而且效果更好，具有冶金废渣的资源化利用和环境保护的特点。在本专利技术的一些实施方式中，煅烧生料中碱度系数在0.85-0.98，煅烧生料为煅烧处理步骤之前的物料，碱度系数在本专利技术的一些实施方式中，铝硫比为2.2-3.5，铝硫比在本专利技术的一些实施方式中，铝铁比为2.0-2.8，铝铁比上述碱度系数、铝硫比(Al/S)、铝铁比(Al/Fe)式中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、SO3等分别为相应化学成分所占的质量百分比。本专利技术中的成分CaO、SiO2和TiO2主要影响碱度系数，通过各个成分的对碱度系数的比重，得到碱度系数的值，然后决定基体材料中的废渣的含量。铝硫比和铝铁比，衡量硫和铝相对于铁的含量，平衡三种成分的含量，得到抗侵蚀能力、强度和凝结时间更好的配比。碱度系数必须小于1，否则会造成胶凝材料的急凝；铝硫比反映了形成C4A3S的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高抗蚀海工胶凝材料，其特征在于：具体步骤为：包括如下原料：基体材料、早强剂、减水剂、膨胀剂、引气剂、超细冶金渣，基体材料包括赤泥、高炉矿渣、钢渣、铜渣、锌渣、镍渣，基体材料中主要成分的重量份含量为：CaO为30-40份，SiO

【技术特征摘要】
1.一种高抗蚀海工胶凝材料，其特征在于：具体步骤为：包括如下原料：基体材料、早强剂、减水剂、膨胀剂、引气剂、超细冶金渣，基体材料包括赤泥、高炉矿渣、钢渣、铜渣、锌渣、镍渣，基体材料中主要成分的重量份含量为：CaO为30-40份，SiO2为15-23份，Al2O3为15-30份，Fe2O3为18-35份，SO3为8-12份。


2.如权利要求1所述的高抗蚀海工胶凝材料，其特征在于：煅烧生料中碱度系数在0.85-0.98，煅烧生料为煅烧处理步骤之前的物料，碱度系数


3.如权利要求1所述的高抗蚀海工胶凝材料，其特征在于：铝硫比为2.2-3.5，铝硫比


4.如权利要求1所述的高抗蚀海工胶凝材料，其特征在于：铝铁比为2.0-2.8，铝铁比


5.如权利要求1所述的高抗蚀海工胶凝材料，其特征在于：所述胶凝材料包括如下原料：基体材料60-100份、早强剂3-6份、减水剂2-4份、膨胀剂4-10份、引气剂0-2份、超细冶金渣5-40份；
优选的，基体材料80-100份、减水剂2-4份、膨胀剂4-10份、引气剂0.5-2份、超细冶金渣35-40份。


6.如权利要求1所述的高抗蚀海工胶凝材料，其特征在于：基体材料中主要成分的重量份含量为：CaO为35-40份，SiO2为20-23份，Al2O3为20-30份，Fe2O3为25-35份，SO3为8-12份。


7.如权利要求1所述的高抗蚀海工胶凝材料，其特征在于：早强剂为三乙醇胺、甲酸钙、尿素中的一种或几种；
或，减水剂为萘系减水剂、脂肪酸减水剂、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李召峰，张健，张晨，齐延海，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37