[发明专利]高性能碱激发矿渣基海水珊瑚骨料混凝土及制备方法

说明书

本发明提出了一种高性能碱激发矿渣基海水珊瑚骨料混凝土及制备方法，该混凝土由工业废渣、碱激发剂、纤维、珊瑚礁砂、珊瑚礁石和海水混合而成，矿渣、粉煤灰和硅灰混合物形成工业废渣。本发明通过掺入一定比例的粉煤灰和硅灰来缓减碱激发全矿渣胶凝材料凝结时间快、收缩大的弊端，而且不会影响到混凝土的强度特性。纤维的掺入是为了有效增加珊瑚骨料混凝土的韧性和抗裂性能。同时，纤维的约束作用还可一定程度上缓解碱激发矿渣胶凝材料的收缩。本发明使得这种混凝土适用于海洋环境，实现绿色环保、高强度、高耐久的目的。

技术领域

本发明属于海洋建筑工程材料技术领域，具体涉及一种高性能碱激发矿渣基海水珊瑚骨料混凝土及制备方法。

背景技术

珊瑚骨料混凝土作为海洋工程建设中一种新型工程材料，其充分利用海水以及废弃的珊瑚礁石等海岛地区特有海洋资源，不仅解决远海岛礁上传统工程材料短缺问题，还节省了工程造价以及降低了项目建造工期，适宜用于高温、高湿、高盐、多风的海洋环境。

然而，珊瑚骨料混凝土存在于以下缺陷：1)由于珊瑚骨料具有轻质多孔、筒压强度低、内部缺陷多、吸水率高等特性，致使采用常规方法制备出的珊瑚骨料混凝土韧性及抗拉性较差，且面临着抗压强度低、弹性模量小、抗渗性及耐久性不足等瓶颈问题。2)传统珊瑚骨料混凝土以水泥作为胶凝材料，水泥在生产过程中会引起能耗和环境问题，不利于绿色低碳发展。面对日益增多的海洋工程基础设施建设，亟需研发出一种新型原料属地化、低成本、高环保、高强度、高耐久的珊瑚骨料混凝土。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能碱激发矿渣基海水珊瑚骨料混凝土及制备方法，通过调整胶凝材料各原料组分的合理配比，使得混凝土在强度不削减的情况下具备更好的工作性能，而且缓解传统碱激发全矿渣基胶凝材料凝结时间快以及收缩大的问题；然后利用碱激发胶凝材料致密微观结构特性，来填充和改善浆体与骨料微观界面，进而解决传统珊瑚骨料混凝土强度低、耐久性差的问题；通过增加纤维进一步的增强强度和韧性。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高性能碱激发矿渣基海水珊瑚骨料混凝土，其由工业废渣、碱激发剂、纤维、珊瑚礁砂、珊瑚礁石和海水混合而成。

优选地，所述工业废渣包括矿渣、粉煤灰、硅灰，以其混合物作为胶凝材料的原料；其中，矿渣用量占胶凝材料总量的75-80％；粉煤灰量占胶凝材料总量的15-20％；硅灰量占胶凝材料总量的5％。

优选地，所述纤维为聚丙烯纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的一种或者多种，直径为43～53μm，长度为6～10mm，掺量占工业废渣用量的0.2-0.6％。

优选地，所述珊瑚礁砂宜为细砂或中砂，珊瑚礁石粒径为5-25mm天然原状或经破碎的珊瑚礁石，其体积砂率为45-55％。

优选地，所述碱激发剂由Na₂SiO₃粉末、片状NaOH和海水配制而成，使得碱激发剂模数为1.2-1.6，碱掺量为4-8％。

优选地，所述海水可为天然海水或人工按比例配制的海水，其总水胶比为0.55-0.65。

一种高性能碱激发矿渣基海水珊瑚骨料混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、称取工业废渣、纤维、珊瑚礁砂、珊瑚礁石、海水以及碱激发剂的原料，备用；其中，碱激发剂的原料包括Na₂SiO₃粉末和片状NaOH；

S2、制备碱激发剂：

将Na₂SiO₃粉末倒入一部分海水中搅拌，后加入片状NaOH至混合溶液中并持续搅拌，至Na₂SiO₃粉末和NaOH完全溶解，将制成的碱发剂溶液密封并冷却以备用；