一种固废基海工既有构筑物修复材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及海工建筑修复材料技术领域，具体涉及一种固废基海工既有构筑物修复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。
海洋工程建筑物长期受到海水浸泡、冲刷、腐蚀等影响，海工建筑物的耐久性问题越来越受到重视。目前，我国港口、海塘、海岸防护工程上主要使用的是传统硅酸盐水泥，该类水泥具有抗侵蚀能力差的特点，在海水侵蚀作用下易造成既有构筑物开裂、失稳破坏等灾害，因此，迫切需求一种高性能海工修复材料。
目前，有很多针对破损混凝土结构的修复材料，但都存在一些不足。例如，聚合物水泥基修复材料具有良好的耐腐蚀性能，但其早期强度较低；树脂基修复材料具有强度较高、渗透性强、耐腐蚀性极强的特点，但其与混凝土基层的粘结较差；玻璃纤维、碳纤维和聚丙烯纤维布可以改善构件的抗裂性能、提高承载能力，但造价较高，而且其修复主要在外层，不能深入混凝土内部进行修复。
发明内容
针对上述的问题，本发明提出了一种固废基海工既有构筑物修复材料及其制备方法与应用，该修复材料以高铁相冶金渣作为修复材料的主要组分，得到的修复材料具有抗海水冲刷性好、抗侵蚀性强、价格低廉等特点，非常适于海工既有构筑物的修复。为实现上述目的，本发明技术方案如下。
在本发明的第一方面，提供一种固废基海工既有构筑物修复材料，以重量份计，其原料组成包括如下组分：20～30份赤泥、15～35份钢渣、30～40 份电石渣、15～25份铁尾矿、5～20石膏、0.5～2份膨胀剂、1～5份胶结剂。该修复材料形成的结实体耐海水腐蚀强、力学强度高、可注性强、黏结能力强，适于海工既有构筑物的修复。
进一步地，所述赤泥、钢渣、电石渣、铁尾矿、石膏均为粉体。
在本发明的第二方面，公开一种固废基海工既有构筑物修复材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)通过加热对赤泥、钢渣、石膏、铁尾矿、电石渣形成的混合粉体进行活化处理，得到冶金渣复合体，将其粉磨成粉体，得冶金渣复合粉。
(2)将所述冶金渣复合粉与膨胀剂、胶结剂混合均匀，即得。
进一步地，步骤(1)中，所述混合粉体的制备方法为：将赤泥、钢渣、石膏、铁尾矿和电石渣混合后破碎、烘干，然后粉磨至比表面积不小于260kg/m2，即得。
进一步地，步骤(1)中，所述活化处理的温度为1000～1400℃，活化时间为1-2小时，活化后通过风冷或者水淬的方式降至室温，即得。
进一步地，步骤(1)中，所述冶金渣复合粉的比表面积不小于 400kg/m2。
进一步地，步骤(1)和(2)中，以重量份计，所述赤泥、钢渣、电石渣、铁尾矿、石膏、膨胀剂、胶结剂的添加比例为：20～30份赤泥、15～35 份钢渣、30～40份电石渣、15～25份铁尾矿、5～20石膏、0.5～2份膨胀剂、 1～5份胶结剂。
进一步地，所述赤泥包括拜耳赤泥、烧结赤泥、联合法赤泥等中的至少一种，作为胶凝材料的铁源和铝源。
进一步地，所述石膏包括脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、硬石膏等中的至少一种，其主要作为胶凝材料的钙源和硫源，此外，固废石膏中的杂质离子Ni、P等元素有助于降低冶金渣复合体的处理温度。
进一步地，所述膨胀剂包括硫铝酸钙类、氧化钙类、硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂中的至少一种。
进一步地，所述胶结剂包括聚酯类高聚物、多元醇类聚合物、聚醚类聚合物中的至少一种。
在本发明的第三方面，公开所述固废基海工既有构筑物修复材料在海洋工程中的应用。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)钢渣和铁尾矿这两种高铁相冶金渣具有潜在的胶凝活性，通过在高温活化过程中可与赤泥等形成铁铝酸盐相这种胶凝矿物，而这种胶凝矿物具有抗侵蚀能力强、力学强度高的特性，能显著提高修复材料的水化速率和密实度，从而改善其早期力学性能和耐久性能。另外，铁铝酸盐相能够弥补现有传统硅酸盐材料作为海工修复材料的不足，而且具有抗海水冲刷、抗侵蚀性强、价格低廉等特点。
(2)通过工业固废对调节高温处置后的冶金渣复合体的凝结时间、浆体微观结构等性能，进一步提高了海工既有构筑物修复材料的工作性能。
附图说明
构成本发明一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明第一实施例中冶金渣复合体高温活化后的XRD谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。本发明中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
正如前文所述，目前很多针对破损混凝土结构的修复材都存在一些不足。例如，聚合物水泥基修复材料具有良好的耐腐蚀性能，但其早期强度较低；树脂基修复材料具有强度较高、渗透性强、耐腐蚀性极强的特点，但其与混凝土基层的粘结较差；玻璃纤维、碳纤维和聚丙烯纤维布可以改善构件的抗裂性能、提高承载能力，但造价较高，而且其修复主要在外层，不能深入混凝土内部进行修复。为此，本发明提出了一种固废基海工既有构筑物修复材料及其制备方法，现结合说明书附图与具体实施方式对本发明进一步说明。
第一实施例
一种固废基海工既有构筑物修复材料的制备，包括如下步骤：将拜耳赤泥(30重量份)、钢渣(25重量份)、脱硫石膏(10重量份)和电石渣 (35重量份)、铁尾矿(20重量份)混合后经破碎、烘干、粉磨至比表面积为260kg/m2，然后自然陈化2小时，完成后在1000℃下活化2.0h后，风冷至室温，粉磨至比表面积为400kg/m2，加入1重量份硫铝酸钙类膨胀剂、3重量份聚合多元醇混合均匀，即得。
第二实施例
一种固废基海工既有构筑物修复材料的制备，包括如下步骤：将拜耳赤泥(20重量份)、钢渣(15重量份)、磷石膏(5重量份)和电石渣(30 重量份)、铁尾矿(15重量份)混合后经破碎、烘干、粉磨至比表面积为 260kg/m2，然后自然陈化2小时，得到冶金渣复合体，然后在1200℃下活化1.5h后，风冷至室温，粉磨至比表面积为400kg/m2，加入0.5重量份硫铝酸钙类膨胀剂、1重量份聚合多元醇混合均匀，即得。
第三实施例
一种固废基海工既有构筑物修复材料的制备，包括如下步骤：将拜耳赤泥(22重量份)、钢渣(35重量份)、氟石膏(20重量份)和电石渣(40 重量份)、铁尾矿(25重量份)混合后经破碎、烘干、粉磨至比表面积为 260kg/m2，然后自然陈化2小时，得到冶金渣复合体，然后在1400℃下活化1.0h后，风冷至室温，粉磨至比表面积为400kg/m2，加入2重量份氧化钙类膨胀剂、5重量份聚合多元醇混合均匀，即得。
第四实施例
一种固废基海工既有构筑物修复材料的制备，包括如下步骤：将拜耳赤泥(30重量份)、钢渣(25重量份)、脱硫石膏(10重量份)和电石渣 (35重量份)、铁尾矿(20重量份)混合后经破碎、烘干、粉磨至比表面积为400kg/m2，然后加入1重量份硫铝酸钙类膨胀剂、3重量份聚合多元醇混合均匀，即得。
第五实施例
一种固废基海工既有构筑物修复材料的制备，包括如下步骤：将钢渣 (25重量份)、脱硫石膏(10重量份)和电石渣(35重量份)、铁尾矿(20 重量份)混合后经破碎、烘干、粉磨至比表面积为260kg/m2，然后自然陈化2小时，得到冶金渣复合体，然后在1000℃下活化2.0h后，风冷至室温，粉磨至比表面积为400kg/m2，加入1重量份硫铝酸钙类膨胀剂、3重量份聚合多元醇混合均匀，即得。
第六实施例
一种固废基海工既有构筑物修复材料的制备，包括如下步骤：将拜耳赤泥(30重量份)、脱硫石膏(10重量份)和电石渣(35重量份)混合后经破碎、烘干、粉磨至比表面积为260kg/m2，然后自然陈化2小时，得到冶金渣复合体，然后在1000℃下活化2.0h后，风冷至室温，粉磨至比表面积为400kg/m2，加入1重量份硫铝酸钙类膨胀剂、3重量份聚合多元醇混合均匀，即得。
性能测试
对上述第一至第六实施例制备的固废基海工既有构筑物修复材料的各项性能进行测试，结果如表1所示。
表1
从表1的测试数据可以看出高温活化是提高固废基海工既有构筑物修复材料性能的关键处理步骤，此外赤泥和钢渣是找高温活化过程中形成铁铝酸盐相(参考图1C4AF，即铁铝酸四钙)的主要组成部分，对缩短凝结时间、提高工作性能具有重要的作用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
