[发明专利]一种掺加改性偏高岭土的海工水泥

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种掺加改性偏高岭土的海工水泥。

背景技术

近年来，我国港口、海岸防护、跨海大桥及海上钻井平台等海上工程建设发展很快，这些海工混凝土结构在海洋环境中服役时长期受到海水的侵蚀与冲刷，所处环境非常恶劣，因此，海工混凝土的耐久性越来越受到重视。

海工混凝土最常见的破坏形式便是内部钢筋锈蚀造成的混凝土保护层开裂和剥落，其产生的原因在于海洋环境中的氯离子易扩散进入混凝土结构内部，并在钢筋表面积聚，当达到临界浓度时就会破坏混凝土结构内的钢筋表面的钝化膜，致使钢筋锈蚀并发生体积膨胀，并最终导致混凝土的破坏。因此，提高混凝土的抗渗性能，防止氯离子的侵入，能够有效提高混凝土的耐久性。

为更有效地改善外部环境对混凝土的侵蚀作用并延长混凝土结构的使用寿命，通常需要在混凝土耐久性设计和材料的选择阶段充分考虑保证足够的混凝土保护层厚度和使用高品质的混凝土。混凝土保护层厚度的增加能够带来一定的益处，因为这种做法能够有效阻碍侵蚀性介质的侵入并延长初始侵蚀产生的时间。然而事实上，由于力学性能和现实原因，保护层厚度的增加是有限的，为了达到混凝土的理想力学性能和优异的耐久性，提倡矿物掺合料在混凝土中的应用以提高混凝土抗氯离子渗透性能已得到越来越多工程技术人员的认可。

矿物掺合料，通常指火山灰质材料，主要成分是氧化硅、氧化铝和其他有效矿物质。矿物掺合料的火山灰质效应使其与对结构不利的氢氧化钙发生反应，生成产物C-S-H凝胶，此产物为极小粒子所组成的刚性凝胶材料，能够提高结构的强度与密实度。常用的矿物掺合料有粉煤灰、矿渣粉及硅灰等，这些矿物掺合料提高混凝土抗氯离子侵蚀的原因主要包括以下两个方面：1）矿物掺合料的添加有效优化了混凝土内部微观结构，从而提高了它对氯离子抗渗的扩散阻力；2）添加矿物掺合料后使得水泥的二次水化反应生成低碱性C-S-H凝胶，能够增强混凝土对氯离子的化学结合能力与物理吸附能力。但这些矿物掺合料也存在一些不足，例如粉煤灰的早期水化能力差，单掺粉煤灰时对混凝土早期强度有一定的不利影响；矿渣粉作用的发挥受细度和温度等的影响较大；而硅灰则因价格太高而限制了其应用范围。由于各类矿物掺合料加入混凝土中均有利弊，所以矿物掺合料的掺入技术也从单掺发展到多元复掺，从而使混凝土获得更加优异的性能。白炭黑是近年来应用于混凝土组成的一种纳米材料，其粒径为20nm-30nm，可以填充硅灰颗粒堆积后的更小空隙，填充硬化混凝土内部的毛细孔，极大地改善混凝土的抗氯离子渗透性。

本发明在结合上述三种矿物掺合料和白炭黑各自特征的基础上，引入了另一种对混凝土抗氯离子渗透性能具有显著改善作用的矿物掺合料——改性偏高岭土，并将这五种活性矿物材料与硅酸盐水泥按一定重量比混合制备出了一种海工水泥。本发明具有制备工艺简单、抗裂性能好、抗氯离子扩散性能好且满足海工水泥常规物理力学性能等特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺加改性偏高岭土的海工水泥，本发明能够显著改善混凝土的抗氯离子渗透性能，解决海洋环境中大体积水利工程混凝土的抗侵蚀能力问题，提高了海洋环境水利工程混凝土结构的耐久性、强度及其他工作性能。

本发明提出的一种掺加改性偏高岭土的海工水泥，由硅酸盐水泥、矿渣粉、粉煤灰、硅灰、白炭黑及改性偏高岭土组成，各组分的重量比为：

硅酸盐水泥                                 100

矿渣粉                                     50-100

粉煤灰                                     15-35

硅灰                                       10-20

白炭黑                                     3-6

改性偏高岭土                               15-50；

所述改性偏高岭土是由高岭土在高温下煅烧后经粉磨制备而成，其制备方法如下：

1）将高岭土与窑灰按重量比为9:1的比例混合均匀，随后放入马弗炉内；

2）对马弗炉的升温速率进行设定，使样品能在15min内从室温升温至800℃±20℃，并在此温度范围内保温20min；

3）煅烧完毕后将样品取出并在空气中急冷，对样品进行粉磨并使其细度满足80μm筛余量小于1.0%，即得所需的改性偏高岭土。