碱式硫酸镁水泥基材料及其在高寒盐湖环境中的应用基础研究

The damage of Portland cement concrete because of awful weather in the Qaidam basin salt lake region is a serious threat to railroad, electric power, pipelines and buildings in the region, and even causes a huge economic loss. Basic magnesium sulfate cement with the advantages of high strength, high toughness, low rebar corrosion, has better salt resistance and freeze resistance performance than Portland cement. Therefore, basic magnesium sulfate cement is expected to be used for concrete materials in the Qaidam basin salt lake region instead of Portland cement. In this work, the mass production process of basic magnesium sulfate cement powder will be researched. Then, basic magnesium sulfate cement concrete appropriate for high and cold salt lake region will be prepared by composite additive technology. Meanwhile, the durability mechanism and the service life of basic magnesium sulfate cement concrete in salt lake region will be studied deeply and evaluated reasonably. This study would provide an effective way to promote the large-scale utilization of magnesium in the Qaidam basin salt lakes, and would explore an ideal cement material with low cost and high durability to solve the concrete damage problem in the salt lake region.

盐湖地区气候恶劣，普通硅酸盐水泥混凝土的破坏问题严重威胁铁路、电力、尤其管道和建筑物的安全，且造成了巨大的经济损失。碱式硫酸镁水泥具有高强、高韧性、低钢筋锈蚀的优点，与硅酸盐水泥相比，抗盐腐蚀和抗冻性能也更加优异，有望应用于盐湖地区。本课题中，我们将研究碱式硫酸镁水泥粉料的规模生产工艺，并通过复合外加剂技术，以碱式硫酸镁水泥为胶凝材料，制备适用于高寒盐湖地区的碱式硫酸镁水泥混凝土。同时，将研究碱式硫酸镁水泥混凝土在盐湖地区中的耐久性机理，并合理评价碱式硫酸镁水泥混凝土在盐湖地区中的使用寿命。通过开展该研究工作，为促进柴达木盐湖镁资源的大宗利用提供有效途径，同时，为解决我国盐湖地区混凝土破坏问题，探索一种低成本、高耐久的理想替代材料。

为充分利用青海盐湖地区的镁资源，发展新型碱式硫酸镁水泥混凝土，解决盐湖地区混凝土破坏严重的问题。本研究首先探讨了碱式硫酸镁水泥粉磨工艺，通过考察原料组成、球磨温度、球磨时间、硫酸镁预脱水温度和时间等相关参数对碱式硫酸镁水泥粉料均匀性、强度、安定性的影响，优化出生产碱式硫酸镁水泥粉料的最佳工艺参数。其次研究了碱式硫酸镁水泥混凝土的制备方法。通过考察集灰比、需水量、养护温度和湿度、高效减水剂和引气剂等条件对碱式硫酸镁水泥混凝土抗压强度影响，优化出不同强度等级的碱式硫酸镁水泥的配合比。最后研究了碱式硫酸镁水泥混凝土抗盐水腐蚀的性能，干湿循环环境下的抗盐水腐蚀性能，抗水冻和盐冻腐蚀等性能。结果表明，碱式硫酸镁水泥粉料生产过程中球磨时间为5~10min，球磨过程中的温度不得超过50℃。碱式硫酸镁水泥粉料体积安定性合格，凝结时间可调，通过控制氧化镁的活性和矿物掺合料的不同可得到强度等级为32.5~72.5R的碱式硫酸镁水泥粉料。碱式硫酸镁水泥混凝土具有早强的特性，集灰比、需水量、养护温度和湿度、高效减水剂和引气剂等均对碱式硫酸镁水泥混凝土有影响，本研究为混凝土配合比设计提供重要参考。相比普通硅酸盐水泥混凝土，碱式硫酸镁水泥混凝土具有较优的基本力学性能和抗疲劳破坏性能，抗盐腐蚀性能，抗水冻和抗盐冻融破坏性能。由于盐的结晶产生的结晶压力对混凝土产生破坏作用。通过XRD分析，可知在盐水腐蚀之后，并没有腐蚀产物的生成，碱式硫酸镁水泥混凝土在盐水中的破坏并不是化学破坏而是物理破坏。同时通过调节水灰比，添加粉煤灰硅灰等矿物掺合料等，可以有效的提高碱式硫酸镁水泥混凝土的抗盐腐蚀和抗冻等性能。本研究为盐湖镁资源的大宗利用问题提供了有效途径，实现了盐湖资源的可持续发展，同时有效解决盐溶液侵蚀严重地区混凝土材料的破坏问题。