[发明专利]一种碱激发矿渣海水海砂混凝土及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碱激发矿渣海水海砂混凝土及其制备方法，混凝土包括质量百分比为16～20％的工业废渣，质量百分比为1～3％的碱激发剂原料，质量百分比为8％～10％的海水，质量百分比为20～25％的海砂，质量百分比为45～55％的粗骨料，混凝土由工业废渣、碱激发剂、海水、海砂和粗骨料均匀混合而成。本发明制备的混凝土充分利用海水、海砂海洋资源，以矿渣等工业固废物作为胶凝材料，不仅能缓减淡水和河砂等传统材料资源的消耗，还实现了固废资源再利用。碱激发胶凝材料有着浆体结构致密及固定氯离子等优点，适宜用于高温、高湿、高盐的海洋环境，其应用于远海岛礁地区工程基础设施建设，将有效地降低项目的工程造价和建造工期。

技术领域

本发明属于海洋建筑工程材料技术领域，具体涉及一种碱激发矿渣海水海砂混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土作为工程建设中最普遍的建筑材料之一，其主要由水泥、淡水、河砂和碎石等拌合而成。然而，随着我国日益增加的工程建设需求，淡水和河砂等自然资源被大幅度消耗，使我国的陆地资源和生态环境遭受到严峻的挑战。若能有效地利用海洋中丰富的海水和海砂等海洋资源，这将大大缓解传统淡水和河砂等材料资源的消耗。此外，若能充分地利用这些海洋资源用于远海岛屿地区的工程建设中，还将大幅度降低项目的工程造价和建造工期。然而，海水和海砂中高的氯盐含量容易引起结构内部筋材腐蚀，进而影响到整体结构的服役寿命和耐久性能，这极大限制了海水和海砂等海洋资源在工程建设中的应用。

传统的海水海砂混凝土是以水泥作为胶凝材料，然而，水泥在生产过程中会消耗大量能源资源以及排放大量温室气体，不利于绿色环保的低碳发展。面对日益增多的工程基础设施建设需求，亟需研发出一种新型原料属地化、低成本、高环保、高强度、高耐久的海工混凝土。

发明内容

鉴于传统水泥基海水海砂混凝土所面临的上述瓶颈问题，本发明提供一种碱激发矿渣海水海砂混凝土及其制备方法，有效地降低了能源消耗和温室气体的排放，实现了成本低廉、节能减排、绿色环保的可持续发展。

本发明技术方案如下：

一种碱激发矿渣海水海砂混凝土，混凝土包括质量百分比为16～20％的工业废渣，质量百分比为1～3％的碱激发剂原料，质量百分比为8％～10％的海水，质量百分比为20～25％的海砂，质量百分比为45～55％的粗骨料，工业废渣、碱激发剂、海水、海砂和粗骨料的质量百分比之和为100％，混凝土由工业废渣、碱激发剂、海水、海砂和粗骨料均匀混合而成。

进一步地，工业废渣为矿渣微粉、粉煤灰、硅灰，矿渣微粉、粉煤灰、硅灰的混合物为胶凝材料的原料，其中矿渣微粉、粉煤灰和硅灰分别占胶凝材料总量的75-80％，15-20％和5％。

进一步地，碱激发剂是由速溶Na₂SiO₃粉末、片状NaOH以及海水混合配制，碱激发剂溶液模数(SiO₂质量与Na₂O质量之比)为1.2-1.6，Na₂O质量所占胶凝材料用量之比即碱掺量为4-8％。

进一步地，混凝土各原料按质量在每立方米混凝土中配比如下：矿渣微粉360-400kg、粉煤灰60-80kg、硅灰20-30kg、海砂550-600kg、碎石1000-1300kg、Na₂SiO₃粉末20-60kg、片状NaOH 5-20kg和海水180-250kg。

进一步地，海水可为天然海水或者按比例配制的人工海水，海水与胶凝材料用量之比即水胶比为0.45-0.55；

进一步地，海砂为细砂或中砂，粗骨料粒径为5-25mm连续级配的碎石或卵石，砂率为31-35％。

进一步地，一种碱激发矿渣海水海砂混凝土的制备方法，包括如下具体步骤：

(1)称取所有原料，备用；