[发明专利]固废基高铁硫铝酸盐海工胶凝材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于资源循环利用产业，涉及固体废弃物的综合利用，具体涉及固废基高铁硫铝酸盐海工胶凝材料及其制备方法与应用。按照质量份数计，包括以下原料：固废基高铁硫铝酸盐水泥熟料70～80份、脱硫石膏5～10份、石灰石尾矿5～10份、钢渣10～20份、减水剂0.15～0.2份、缓凝剂0.05～0.1份、硅灰2～4份。本发明不仅具有快硬、早强、高强、高密实度、高抗渗等特性，特抗海水侵蚀，而且具有优异的抗海水冲刷和抗碳化性能，可有效提高海洋混凝土工程的耐久性寿命。

技术领域

本发明属于资源循环利用产业，涉及固体废弃物的综合利用，具体涉及固废基高铁硫铝酸盐海工胶凝材料及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，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。

海洋混凝土工程的建设主要采用硅酸盐水泥，但是硅酸盐水泥在海洋环境下长期遭受海水侵蚀、海浪冲刷以及碳化后，极易劣化破坏，导致其服役年限远低于设计年限，造成了资源的严重浪费，可以尝试通过在硅酸盐水泥中添加矿粉等活性矿物掺合料来提高材料的耐久性，虽然有一定效果，但是未在根本上解决硅酸盐水泥水化反应慢、早期强度低、和抗海水侵蚀性能差等问题，因此，海工水泥亟需根本性突破。

因硫铝酸盐水泥具有水化反应迅速、早强、高强、高抗冻、高密实度、高抗渗等特性，部分学者开展了将其用作海工水泥的相关研究，研究发现，硫铝酸盐水泥较硅酸水泥基海工胶凝材料具有优异的抗冻和抗海水侵蚀等特性，适合作为海工水泥使用，但是因其特殊的矿物组成，导致其水化液相pH值较低，进而导致材料抗碳化性不足，严重影响了海洋工程建筑的耐久性寿命。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供固废基高铁硫铝酸盐海工胶凝材料及其制备方法与应用，该凝胶材料不仅具有快硬、早强、高强、高密实度、高抗渗等特性，特抗海水侵蚀，而且具有优异的抗海水冲刷和抗碳化性能，可有效提高海洋混凝土工程的耐久性寿命。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种固废基高铁硫铝酸盐海工胶凝材料，按照质量份数计，包括以下原料：

固废基高铁硫铝酸盐水泥熟料70～80份、脱硫石膏5～10份、石灰石尾矿5～10份、钢渣10～20份、减水剂0.15～0.2份、缓凝剂0.05～0.1份、硅灰2～4份。

高铁硫铝酸盐水泥熟料与普通硫铝酸盐水泥熟料的主要在于：高铁硫铝酸盐水泥熟料中Fe₂O₃的含量为5～12wt％,而普通硫铝酸盐水泥熟料中Fe₂O₃的含量仅为1～3wt％，这就进一步导致了两种熟料中铁相矿物含量的差异，其中，高铁硫铝酸盐水泥熟料中铁相含量为15～30wt％，而普通硫铝酸盐水泥熟料中铁相的含量仅为3～6wt％，要远低于高铁硫铝酸盐水泥孰料中铁相的含量。而铁相在水化过程中会产生铁胶和氢氧化钙，铁胶具有胶凝性，可以有效的增进水化浆体的密实性，能大大提高水化浆体的抗渗性、抗侵蚀以及抗冲刷特性，而氢氧化钙则可以提高水化浆体液相pH值，可以有效提高水化浆体的抗碳化性和保护混凝土中钢筋表面的保护膜进而提高其抗Cl^-离子电化学腐蚀作用，因此，铁相矿物含量更高的高铁硫铝酸盐水泥要比普通硫铝酸盐水泥更适宜做海工胶凝材料使用。

经过研究表明，采用固废基高铁硫铝酸盐水泥熟料比普通高铁硫铝酸盐水泥熟料具有更好的机械强度优势，更有利于海工胶凝材料的制备，尤其以钢渣、脱硫石膏、铝灰、煤矸石和石灰石尾矿为原料烧制的固废基高铁硫铝酸盐水泥熟料在制备海工胶凝材料时性能更为优异。