[00784285]硫铝酸钡(锶)钙基特种水泥的制备技术及海工工程应用

该项目属无机非金属材料领域，涉及新品种特种水泥制备技术及其在海工工程的应用。海工工程应用环境十分恶劣，它不仅受潮汐和风浪的强烈冲击，有时遭受冰冻，还受到含硫酸盐和氯离子海水的侵蚀，故对其结构混凝土提出苛刻要求。国内外绝大多数海工混凝土工程，仍使用硅酸盐水泥。通过引入外加剂、掺合料及配比优化等多项措施，力图提高其力学性能、抗海水侵蚀及工程耐久性。但由于硅酸盐水泥组成体系的局限性，世界各地沿海混凝土工程被海水侵蚀损坏的问题仍未从根本上解决。据报道，每年美国花费2500多亿美元、中国投入近4000亿元用于沿海工程维护、修补和加固。因此，长期困扰海工混凝土工程安全与耐久性的难题，引起世界的普遍关注，混凝土抗海水侵蚀更成为研究的热点。针对上述问题，该项目提出研发本体具有防腐抗渗、快硬早强的新品种水泥的创新思路。通过理论计算、矿物组成与结构设计，发现并合成了防腐抗渗性能优良、且具有快硬早强性能的硫铝酸钡(锶)钙系列矿物。通过合成单晶，获得了结构数据，应用量子化学方法确定了其构效关系，阐明了Ba2+、Sr2+离子提高矿物活性的机制。以该矿物为基础发明的水泥体系，为满足海工工程要求提供了可靠材料。主要发明为：1．通过水泥熟料矿物组成设计，发明了以硫铝酸钡(锶)钙(60%-65%)、硅酸二钙和铁铝相为主要矿物组成的硫铝酸钡(锶)钙特种水泥。与硅酸盐水泥水化生成大量Ca(OH)<,2>易被海水侵蚀不同，利用污染严重的钡(锶)工业废渣制备的特种水泥，水化产物以含钡(锶)钙矾石为主，其水化微膨胀特性使混凝土结构更加致密，具有优良的防腐抗渗和快硬早强性能。该水泥1天抗压强度达50MPa以上，抗蚀系数高达1．15。2．以硫铝酸钡(锶)钙特种水泥为基料，控制辅助调节材料和外加剂组成与比例，发明了抗海水侵蚀性能优良的新型水泥基防渗堵漏材料；利用发明的新型混凝土界面剂，采用集料预包裹技术，解决了混凝土新老界面结合的问题。防渗堵漏材料与界面剂的发明，为海工工程修补与加固提供了材料与应用技术。其抗渗等级达到P12以上。3．将硫铝酸钡(锶)钙矿物引入到硅酸盐水泥熟料矿物体系，发明了组成为硫铝酸钡(锶)钙(6%-15%)、硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙的阿利特-硫铝酸钡(锶)钙水泥。利用硫铝酸钡(锶)钙矿物的特点对硅酸盐水泥进行改性，实现了优势互补，扩大了应用范围，性价比极具竞争力。该水泥的1天抗压强度达到27.7MPa。该发明水泥材料全部实现了工业化生产，成功应用于青岛海湾大桥、烟威和威青高速公路等海工工程的建设与修补。该系列水泥烧成温度较硅酸盐水泥低，可利用钡(锶)工业废渣代替部分原料。以在7家企业生产的500万吨水泥计，利用钡(锶)渣120万吨，减排CO<,2>约50万吨。已实现经济效益3.87亿元，社会和环境效益显著。该项目获得发明专利授权7项，山东省技术发明奖一等奖1项、科技进步奖一等奖2项，在《Ce-mentandConcreteResearch》和《AdvancesinCementResearch》等学术期刊发表论文87篇。