【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于混凝土制品领域，具体涉及一种长寿命低碳铁铝酸盐水泥混凝土及其所制管片的制备方法。
技术介绍
1、铁铝酸盐水泥混凝土具有快凝快硬、早强高强、低收缩高体积稳定性、耐磨抗冲刷、抗侵蚀高服役性等特点，特别适用于海洋工程，已成功应用于南极考察站、福建东山岛南门海堤、国家海洋局等特殊性能要求的工程领域，满足国家经济建设需求。
2、近年来，随着我国能源结构不断调整，光伏、风电及核电等绿色清洁能源所占比重不断提升。为提升能源保障能力和促进绿色发展，我国有计划地持续推进核电工程落地实施。核电站需要冷却水将热量带走，海洋是一个天然大换热场。将海水作为冷却媒介，利用海水直流循环冷却技术，将热量带向大海，经济又环保。
3、排水隧洞是海水直流循环的通道，大多采用盾构法施工工艺。大排量、高流速及高低温海水对管片的冲刷、侵蚀作用极强，这对混凝土管片质量提出了巨大挑战。一旦管片耐久性不过关，发生破损，将会影响核电的正常运行。并且，深埋地下特性也决定了其更换的复杂性与难度。因此，核电工程排水隧道用管片的耐磨、耐冲刷、抗蚀性能要求极高。与传统硅酸盐水泥相比，铁铝酸盐水泥混凝土更加适合用于生产制备排水隧道用管片。
4、但由于铁铝酸盐水泥水化迅速，混凝土表面失水过快，再加上管片弧形结构特点，一旦表面湿养护跟不上，即使对管片进行二次抹压，管片上表面极易发生塑性收缩开裂。此外，由于水化放热集中，降温过程中温度应力较大，极易发生温度开裂。这些开裂管片只能报废，无法应用于实体结构。并且，外界侵蚀介质会顺着裂缝进入混凝土内部，破
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于，提供一种长寿命低碳铁铝酸盐水泥混凝土及其所制管片的制备方法，所要解决的技术问题是：一方面，消除铁铝酸盐水泥混凝土管片制备过程中的表面塑性收缩与降温过程中的温度开裂；另一方面，实现混凝土管片低碳化制备，并赋予其在复杂环境下长期服役能力，使管征与核电工程设计寿命相匹配。
2、本专利技术的具体技术方案是：
3、一种长寿命低碳铁铝酸盐水泥混凝土，以重量份计，其包括：
4、铁铝酸盐水泥：400～450份；
5、免蒸养功能材料：60～90份；
6、耐蚀耐磨增强材料：40～80份；
7、纤维：10～25份
8、减水剂：2～3份；
9、细骨料：640～700份；
10、粗骨料：950～1040份。
11、优选的，铁铝酸盐水泥为强度等级42.5mpa以上的高铁相铁铝酸盐水泥，其勃氏比表面积为(400±20)m2/kg；铁铝酸盐水泥配制用水泥熟料矿相按重量百分比计含有45.0～55.0％的无水硫铝酸钙、15.0～25.0％的硅酸二钙和30.0～35.0％的铁相固溶体，铁铝酸盐水泥的三氧化二铁含量10.0～12.0％。通过化学调控铁铝酸盐水泥熟料矿相组成、物理调控颗粒细度，进而优化其水化速率，使其水化温升在2小时左右达到最高峰。同时，利用其自身水化热协同免蒸养功能材料，促进混凝土强度快速构建，实现混凝土管片的免蒸养与低碳化制备。此外，通过提高熟料中铁相含量，可以进一步提升混凝土耐磨性，赋予管片更好的耐冲刷性。
12、优选的，免蒸养功能材料以重量百分比计，其包括：
13、锂渣粉：20.0～30.0％，
14、粉煤灰：30.0～40.0％，
15、矿粉：20.0～30.0％，
16、硅灰：5.0～10.0％，
17、石膏：5.0～10.0％，
18、糊精：0.5％。
19、上述的免蒸养功能材料作用在于加快铁铝酸盐水泥混凝土水化，在短时间内产生更多的水化热。同时，利用混凝土自身水化温升，在热激发效应下，与铁铝酸盐水泥发生协同、相互促进化学反应，无需外部热源养护即可实现混凝土管片免蒸养低碳化制备。
20、优选的，锂渣粉为碳化处理锂渣微粉，比表面积(350±20)m2/kg，碳化处理锂渣微粉制备工艺是首先对含水锂渣进行二氧化碳碳化预处理，物料碳化时间控制在30～50min，将锂渣中的氧化锂在水存在情况下反应生成碳酸锂，然后将锂渣利用120～140℃余热进行烘干处理，再通过球磨机进行粉磨处理。
21、优选的，粉煤灰为磨细统灰，性能指标符合ⅱ级灰品质，45μm筛余≤3.0％，磨细统灰主要是利用机械力效应，将统灰中大的玻璃微珠打破，释放出更多的小微珠。一方面，改善混凝土工作性，另一方面参与化学反应，生成低钙c-s-h凝胶，加快混凝土强度构建。
22、优选的，矿粉为磨细矿渣粉，比表面积(650±20)m2/kg，28d活性指数≥105％，矿粉作用是协同参与水化反应，一方面增加体系氢氧化钙含量，另一方面，生成更多的c-s-h凝胶，在增加混凝土强度的同时，优化混凝土晶胶比，提高混凝土管片韧性。
23、优选的，硅灰为冶炼硅铁合金或工业硅时通过烟道排出的粉尘，经收集得到的以无定形二氧化硅为主要成分的粉体材料，sio2含量≥90.0％，比表面积(bet法)≥18m2/g。硅灰在免蒸养功能材料中主要作用是提供高活性sio2，生成更多的c-s-h凝胶，同时利用其超细特性，填充孔隙，形成紧密堆积，增加管片密实性与抗渗性。
24、优选的，石膏为硬石膏，性能符合gb/t5483《天然石膏》技术要求，其中，so3≥48％，结晶水含量≤3.0％。
25、优选的，糊精为β环糊精，比旋光度＝+(162±2)°，颗粒尺寸分布：20.0～30.0μm。糊精的作用是与锂渣粉协同作用，调控铁铝酸盐水泥水化速率，保证混凝土30min内施工性能，满足浇筑需求。
26、优选的，耐蚀耐磨增强材料以重量百分比计，其包括：
27、钢渣粉：30.0～40.0％，
28、明矾石：40.0～60.0％，
29、金刚砂粉：10.0～20.0％。
30、上述的耐蚀耐磨增强材料作用在于增加混凝土管片的密实性、耐磨性，从而提高混凝土管片的抗冲刷与抗侵蚀性能。
31、优选的，钢渣粉为二氧化碳气冷钢渣经粉磨制得的钢渣微粉，其d50≤5.0μm，勃氏比表面积为(680±20)m2/kg，氧化铁含量≥30％，所述的钢渣粉经二氧化碳气冷后，f-cao重量比为2.5～4.0％，f-mgo重量比为2.0～4.0％，钢渣微粉的作用兼具增加混凝土耐磨性、密实性双重功效。一方面，钢渣微粉中氧化铁含量较高，具有良好的耐磨性，其可以增加铁铝酸盐水泥混凝土管片的耐磨性。另一方面，二氧化碳气冷的钢渣中保留下来一定含量的f-cao、f-mgo，其水化生成的膨胀性产物可以进一步填充密实混凝土内部孔隙，大孔变小孔，孔结构得到优化，从而提高混凝土管片的密实性，进行优化提升混凝土耐蚀性能。...
【技术保护点】
1.一种长寿命低碳铁铝酸盐水泥混凝土，其特征在于，以重量份计，其包括：
2.根据权利要求1所述的一种长寿命低碳铁铝酸盐水泥混凝土，其特征在于：所述的铁铝酸盐水泥为强度等级42.5MPa以上的高铁相铁铝酸盐水泥，其勃氏比表面积为(400±20)m2/kg；所述的铁铝酸盐水泥配制用水泥熟料矿相按重量百分比计含有45.0～55.0％的无水硫铝酸钙、15.0～25.0％的硅酸二钙和30.0～35.0％的铁相固溶体，所述的铁铝酸盐水泥的三氧化二铁含量10.0～12.0％。
3.根据权利要求1所述的一种长寿命低碳铁铝酸盐水泥混凝土，其特征在于：所述的免蒸养功能材料以重量百分比计，其包括：
4.根据权利要求3所述的一种长寿命低碳铁铝酸盐水泥混凝土，其特征在于：所述的锂渣粉为碳化处理锂渣微粉，比表面积(350±20)m2/kg，碳化处理锂渣微粉制备工艺是首先对含水锂渣进行二氧化碳碳化预处理，物料碳化时间控制在30～50min，将锂渣中的氧化锂在水存在情况下反应生成碳酸锂，然后将锂渣利用120～140℃余热进行烘干处理，再通过球磨机进行粉磨处理；所述的粉煤灰为磨
5.根据权利要求1所述的一种长寿命低碳铁铝酸盐水泥混凝土，其特征在于：所述的耐蚀耐磨增强材料以重量百分比计，其包括：
6.根据权利要求5所述的一种长寿命低碳铁铝酸盐水泥混凝土，其特征在于：所述的钢渣粉为二氧化碳气冷钢渣经粉磨制得的钢渣微粉，其D50≤5.0μm，勃氏比表面积为(680±20)m2/kg，氧化铁含量≥30％，所述的钢渣粉经二氧化碳气冷后，f-CaO重量比为2.5～4.0％，f-MgO重量比为2.0～4.0％；所述的明矾石为磨细生明矾石，纯明矾石含量≥70％，钾钠比≥5.5，比表面积为(350±20)m2/kg；所述的金刚砂粉为磨细金钢砂粉，细度45μm筛余≤15.0％。
7.根据权利要求1所述的一种长寿命低碳铁铝酸盐水泥混凝土，其特征在于：所述的纤维为钢纤维与聚丙烯纤维组成的混合纤维，以重量百分比计，钢纤维为85.0～95.0％，PVC纤维为5.0～15.0％，所述的钢纤维为合金结构钢，外形为纵向平直且两端带钩，表面有细密压痕，公称长度≤20mm的700级钢纤维，所述的聚丙烯纤维长度≤15mm、当量直径30μm。
8.根据权利要求1所述的一种长寿命低碳铁铝酸盐水泥混凝土，其特征在于：所述的减水剂为聚羧酸和三聚氰胺复合高性能粉状减水剂，以重量百分比计，聚羧酸减水剂为50.0～75.0％，三聚氰胺减水剂为25.0～50.0％，减水率≥25％。
9.根据权利要求1所述的一种长寿命低碳铁铝酸盐水泥混凝土，其特征在于：所述的细骨料为机制砂与碳化钢渣混合料，以重量百分比计，机制砂为60.0～75.0％、钢渣为25.0～40.0％，所述的机制砂的比粒度5.0～6.0，MB值≤1.0，石粉含量≤10.0％，片状颗粒含量≤5.0％，所述的碳化钢渣为经二氧化碳固碳处理过的钢渣，消除其安定性不良问题，粒径范围为2.5～5.0mm，Fe2O3含量≥30％，所述的粗骨料为整形人工精品碎石，双级配、三级配或多级配骨料中的至少一种，最大粒径≤25.0mm，紧密堆积空隙率35.0～37.0％，不规则颗粒含量≤3.0％。
10.权利要求1～9任何一项所述的一种长寿命低碳铁铝酸盐水泥混凝土所制管片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种长寿命低碳铁铝酸盐水泥混凝土，其特征在于，以重量份计，其包括：
2.根据权利要求1所述的一种长寿命低碳铁铝酸盐水泥混凝土，其特征在于：所述的铁铝酸盐水泥为强度等级42.5mpa以上的高铁相铁铝酸盐水泥，其勃氏比表面积为(400±20)m2/kg；所述的铁铝酸盐水泥配制用水泥熟料矿相按重量百分比计含有45.0～55.0％的无水硫铝酸钙、15.0～25.0％的硅酸二钙和30.0～35.0％的铁相固溶体，所述的铁铝酸盐水泥的三氧化二铁含量10.0～12.0％。
3.根据权利要求1所述的一种长寿命低碳铁铝酸盐水泥混凝土，其特征在于：所述的免蒸养功能材料以重量百分比计，其包括：
4.根据权利要求3所述的一种长寿命低碳铁铝酸盐水泥混凝土，其特征在于：所述的锂渣粉为碳化处理锂渣微粉，比表面积(350±20)m2/kg，碳化处理锂渣微粉制备工艺是首先对含水锂渣进行二氧化碳碳化预处理，物料碳化时间控制在30～50min，将锂渣中的氧化锂在水存在情况下反应生成碳酸锂，然后将锂渣利用120～140℃余热进行烘干处理，再通过球磨机进行粉磨处理；所述的粉煤灰为磨细统灰，性能指标符合ⅱ级灰品质，45μm筛余≤3.0％；所述的矿粉为磨细矿渣粉，比表面积(650±20)m2/kg，28d活性指数≥105％；所述的硅灰为冶炼硅铁合金或工业硅时通过烟道排出的粉尘，经收集得到的以无定形二氧化硅为主要成分的粉体材料，sio2含量≥90.0％，比表面积(bet法)≥18m2/g；所述的石膏为硬石膏，其中，so3≥48％，结晶水含量≤3.0％；所述的糊精为β环糊精，比旋光度＝+(162±2)°，颗粒尺寸分布：20.0～30.0μm。
5.根据权利要求1所述的一种长寿命低碳铁铝酸盐水泥混凝土，其特征在于：所述的耐蚀耐磨增强材料以重量百分比计，其包括：
6.根据权利要求5所述的一种长寿命低碳铁铝酸盐水泥混凝土，其特征在于：所述的钢渣粉为二氧...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹德麟，李长成，高阳阳，王小可，张巍，
申请(专利权)人：建筑材料工业技术监督研究中心，
类型：发明
国别省市：
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