3*穏樂设j毎洋工程doi:10.3969/j.issn,1001-2206.2021.02.001
碱矿渣胶凝材料性质研究
壬巍S刘益"，林鲜1
1•中国石油集团工程技术研究有限公司，天津300451
2•中国石油集团海洋工程有限公司钻井事业部，天津300451
摘要：DE矿渣胶凝材料为研究对象，对其物理力学性质展开系统的试验研究，D期开发出一种新型的e满足海底管道配重层补□要求的胶凝材料。研究表明：第一，当采用模数为1.0的液体钠水LE激发&矿渣凝PbO0.5%~10%(质数E矿渣胶凝材料度保持基本不下约90MPa), E渣凝材为5-83的下凝30min6h矿渣凝PbO10% -24%，凝e8h，下约70MPa。第二，当采用工业液体NaOH LE发渣凝PbO0.5%~10%E渣凝材料的约65MPa下约50MPa凝10＞的下3h28h。第凝PbO Ca(OH)"的物不具有凝性。第用E渣胶凝材海底管道配重补e的。
关键词：海底管道；配重层补材料；E矿渣胶凝材料；调凝剂；抗压强度
Study on properties of alkali activated pulverized blast-furnace slag cement
WANG Wei1,LIU Yi1,LIN Xian1
1PC Engineering Technology Rearch Company Limited,Tianjin300451,China
2PC Offshore Engineering Company Limited,Tianjin300451,China
Abstract:Taking alkali activated pulverized blast-furnace slag cement as the rearch object,the physical and mechanical properties of this cement are systematically studied in order to develop a new cementitious material which can meet the requirements of suba pipeline concrete counterweight layer patching.The results show that：firstly,when liquid sodium silicate with modulus of1.0is ud as alkali activator and tting time regulator PbO of0.5wt.%〜10wt.%is added into slag,the compressive strength of alkali activated pulverized blast-furnace slag cement keeps basically unchanged(about90MPa),while the final tting time of this cement increas from30min to6h at room temperature of5〜8°C;if the slag is mixed with PbO of10wt.%〜24wt.%,the final tting time can be extended to8h,but the compressive strength can be reduced to about70MPa;condly,when industrial liquid NaOH is ud as alkali activator and PbO of0.5wt.%〜10wt.%is added into slag,the compressive strength of this cement decreas slightly from about 65MPa to about50MPa,and the final tting time increas from3h to28h at room temperature of10C;
王羲之是哪个朝代的人thirdly,the mixture of PbO and Ca(OH)2has no gelling property;fourthly,it is possible to apply alkali activated pulverized blast-furnace slag cement for concrete counterweight layer patching of submarine pipeline.
Keywords:submarine pipeline;patching material of counterweight layer;alkali activated pulverized blast-furnace slag cement;tting time regulator;compressive strength
传统的海底管道配重层补口材料主要为沥青玛蹄脂，由于使用这种材料在铺管船上进行补口时大约需要加热到160%以上才能满足施工要求，造成现场烟熏火燎，工作环境极为恶劣。于是几十年来，人们一直在努力寻求新型的补口材料。例如，沿着柔性材料的发展思路，先后开发岀了聚补口材料、聚补口材料沿着性材料发展思路，开发岀了非金属材料补口材料。
自美国在二十世纪三十年代和前苏联在二十世纪十年统材料以来，
材料发了国上重，国
进行大用，，材料在工用发展a由于种材料能环施工性能 时
后后
性[1-(]，种材料进行统，了性能
，用于海底管道配重层补口上，
环境效益。
海洋工，程___3*程览设
1原材料和试验方法
试验采用天津市渔阳超细矿粉加工有限公司的比表面积为6000cm2/g的超细矿渣，采用质量分数为40%的液体N.OH和天津碱厂生产的模数为2.6〜2.9、相对密度为1.38〜1.45的液体钠水玻璃。在试验中所使用的各种有机、无机化合物均为化学试剂。
碱矿渣胶凝材料浆体凝结时间的测定方法及碱矿渣胶凝材料试件的制作方法为：控制碱矿渣胶凝材料浆体流动度19〜22cm，在4cm X4cm x16cm 的试模中成型，流动度测定按GB/T2419—2005（水泥胶砂流动度测定方法》进行，用维卡凝结时间测定仪测定时的凝结时间。
2试验结果与讨论
2.1钠水玻璃的模数及掺量的影响
试验结果见表1〜表4O
表1NaOH的掺量对碱矿渣胶凝材料性能的影响（养护温度8°C）
固体NaOH水/凝时间/压强度/MPa 量/%矿渣(h:min)3d7d28d
30.3152：3039.147.960.7
60.310：3734.037.457.9
90.3450：3829.231.441.9
130.370：3431.731.437.0
160.441：1019.527.119.9
190.4910.317.314.5
注：表中所的量均指相对矿渣的掺量，且均以质量计，水/矿渣为质量，。
表2模数为0.5的水玻璃掺量对碱矿渣胶凝材料性能的影响
（养护温度62）
体水玻璃水/凝时间/压强度/MPa
量/%矿渣h：min3d7d28d
2.50.3325.028.638.4
5.00.334：4544.052.967.5
7.50.350：2046.245.759.9
10.00.340：1525.655.473.0
12.50.340：1757.455.171.0
15.00.370：1835.344.355.2
表3模数为3.0的水玻璃掺量对碱矿渣胶凝材料性能的影响
（养护温度76）
固体水玻璃水/凝时间抗压强度/MPa 量/%矿渣/h：min3d7d28d
2.50.310.58.216.3
5.00.313：127.430.852.6
7.50.330：2832.650.358.8
10.00.340：3243.065.675.7
12.50.330：1145.468.172.3
15.00.350：2036.255.258.7
表4模数为3.5的水玻璃掺量对碱矿渣胶凝材料性能的影响
（养护温度79）
固体份水玻璃水/终凝时间抗压强度/MP.
量/%矿渣/h：min3d7d28d
5.00.341：270.6 5.435.7
7.50.3250：41 4.126.353.8
步履的意思10.00.330：3445.358.669.4
12.50.34543.263.183.8
15.00.3500：2745.859.383.3
表1表明：单用N.0H为剂，在8@的养护条件下，N.0H的量为矿渣的3%〜6%，NaOH矿渣胶凝材料的压强度28d可达60MPa。
表2、表3、表4表：用钠水玻璃为剂，在7G的养护条件下，钠水玻璃的最佳模数为1.0，量为7.5%〜12.5%，钠水玻璃矿渣的
压强度28d可达到75MPa o
无论用NaOH还是钠水玻璃为矿渣的：剂，在量，碱矿渣胶凝材料的终凝时间均在0.5〜2.5h间。
!.2常见化合物的种类及掺量的影响
试验结表5O
表5表：数的化合物和碱的化
合物碱矿渣胶凝材料的压强度；
中的数化合物对碱矿渣胶凝材料的抗压强度O无论加的种化合物，在，碱激发矿渣胶凝材料的凝时间均在2.5h O
2.3掺PbO调凝剂的碱激发矿渣胶凝材料的基本
性能
（1）PbO量对模数为1.0的钠水玻璃激发矿渣胶凝材料的°试验结表6o
王巍等：（矿渣胶凝材料性质研究
海洋工程
表5 9见化合物的种类及掺量对碱矿渣胶凝材料性能的影响
不同温度下终凝时间
抗压强度
(95 J 48.h ) /MPa
化合物
協里
/%
/ (h ：min )养护 温度/H
0：47
8
103.7锯酸钠+蔗糖
（质量比1: 1）
1.0
0：5010113.9氯化顿 4.0
汽车手工
1：28
9
66.5醋酸顿
0.50：461098.90.5
0：251094.0
化 2.01：028
109.76.0
1：03
10108.70.50：237116.4化 2.01：01
8
106.0
6.0
掌纹歌词
0：4410123.8三氧化二铸
0.50：1810113.5硝酸铜
2.0
1：30
8
60.1
三氯化铁 2.50：339107.9氢氧化铝 2.01：02
8
122.52.02：109123.8二氯化锡 5.02：18767.8
氧化亚锡
7.01：058
114.9硼酸
6.01：131276.6
2.01：118
99.3四硼酸钠
6.01：101080.72.01：10
8
90.5磷酸三钠
6.00：40106
7.82.01：14
8
105.1
氟硅酸钠
6.00：461093.9铝酸钱
2.0
0：46相对过剩人口
8
106.6
注：表中试验的配比采用模数为1.0的钠 玻璃，固体份钠水玻
璃掺量为矿渣和化合物之和的10%，水：固体质量比为0.34。
表6表明：当PbO 内掺矿渣的0%~12%时，
可使模数为1.0的钠水玻璃激发矿渣胶凝材料的终
凝时间在47 min 至5h 之间可调，而胶凝材料的抗 压强度基本保持在100 MPa 不变；当PbO 为内掺
矿渣的12%~24%时，可使胶凝材料的终凝时间在
5~8 h 之间可调，但胶凝材料的抗压强度则由约
MPa 降至约70 MPa 。
（2）PbO 掺量对NaOH 激发矿渣胶凝材料性
能的影响。试验结果见表7。
表7表明：当PbO 调凝剂内掺矿渣的0%~8%
时，可使NaOH 激发矿渣胶凝材料强度保持在50 MPa 以上，当调凝剂内掺8%~10%时，胶凝材料的抗
压强度略下降至约40 MPa 。
表6 PbO 掺量对模数为1.0的钠水玻璃激发矿渣胶凝材料
性能的影响
PbO 内掺/%
终凝时间（养护温度8 D ）
/ （ h ： min ）抗压强度（5 弋养护 48 h ） /MPa
00： 47103.71.0
2： 55105.92.03： 33104.63.0
3： 37107.44.03： 55107.6
5.04： 1598.2
6.0
4： 33
106.9
12.05： 1299.7
14.76： 0289.724.0
8： 07
69.1
注：1•表中试验的配比采用模数为1.0的钠水玻璃， 份钠水
玻璃掺量为矿渣和化合物质量之和的10%，水：固体质量比 为 0.34。
2•内掺是指PbO 质量与PbO +矿渣质量的百分比值。
表7 PbO 型缓凝剂掺量对N-OH 激发矿渣胶凝材料性能的影响
PbO 内掺/%
终凝时间（养护温度10 L ） /抗压强度
(h ： min )(95 K 养护 48 h ) /MPa
03： 00
64.9
2.0
49.5
4.025： 4251.0
6.0
27： 2049.48.028： 1849.410.0
28： 25
39.9
注：表中试验的配比采用 体NaOH 为激发剂，固体份NaOH 掺
量为矿渣和化合物质量之和的5%，水：固体质量比为0.36。
（3）钠水玻璃模数对掺PbO 调凝剂的碱激发
矿渣胶凝材料性能的影响。 试验结果见表 8。
表8钠水玻璃模数对掺PbO 调凝剂的碱激发矿渣胶凝材料
性能的影响
钠水玻璃 模数水：固质量比终凝时间 度
10N ） / （h ： min ）
抗压强度 养护48 h ）(95O
/MPa
NaOH 0.3623： 34
49.40.1
0.32
9： 4965.70.20.316： 0073.70.30.303： 4278.6
0.4
0.302： 5279.80.5
0.30
2： 06
84.0
注： 表中试验的配比采用不 模数的钠水玻璃， 固体份钠水玻璃
掺量为矿渣和PbO 质量之和的5%，PbO 为内掺矿渣的8%。
表8表明：钠水玻璃模数对掺PbO 调凝剂的 水玻璃激发矿渣胶凝材料的凝结时间和抗压强度影
响极大，当水玻璃模数由0增加到0.5时，水泥的
海洋工，程___3*程览设
终凝时间由23h34min缩短到2h6min，而抗压
强度由49.4MPa增加到84.0MP.。
(4)PbO调凝剂和NaOH掺量等比例增加时
对碱激发矿渣胶凝材料性能的影响。试验结果如表
9所示。
表9PbO调凝剂和NaOH掺量等比例增加时对碱激发矿渣胶凝
材料性能的影响
PbO 内掺/%固体NaOH
掺量/%
水：
量比
终凝时间（
度10C）/
（h:min）
抗压度
(95D养护
48h)/MPa
850.32511：5458.8
16100.294：0753.7
24150.263：3440.7
注：试验配比中均外掺1.0%的模数为2.8、相对密度为1.4的液体钠水玻璃。
表9表明：PbO调凝剂和NaOH掺量等比例增加，使得NaOH激发矿渣水泥的终凝时间由11h 54min缩短到3h34min，抗压强度也由58.8MPa 下降到40.7MPa。
(5)PbO调凝剂的胶凝性研究。试验结果见表10。
表10PbO调凝剂的胶凝性质
Ca（OH）2 /PbO
体
NaOH掺量
/%
水：
量比
终凝时间（
度10F）
（
/h：min）
哽咽的意思
抗压度
（10G
6d）/MPa
0.16600.48不凝0
0.16650.48不凝0
表10表明：调凝剂PbO与Ca(OH)2的混合物不具有胶凝性。
3结论
以上试验研究仅仅是试图将碱矿渣胶凝材料应用于海底管道配重层补口上的初探，更为详的研究。通过上述研究，初步得到如下结：
(1)用数为1.0的液体钠水玻璃作为碱激发剂，矿渣内掺调凝剂PbO0.5%〜10%时，碱矿渣胶凝材料抗压强度持不下降(90MPa)，而碱矿渣胶凝材料为5：8<；的下，终凝时间由30min6h矿渣内掺调凝剂PbO10%〜24%，则终凝时间
8h，抗压强度下降70MPa。
(2)用液体NaOH为碱激发剂，矿渣内掺调凝剂PbO0.5%〜10%时，碱矿渣胶凝材料的抗压强度由约65MPa略下降至约50MPa，而终凝时间10?下，由3h28h。
(3)调凝剂PbO与Ca(OH)2的混合物不具有胶凝性。
(4)应用碱矿渣胶凝材料海底管道配重层补口是能的。
参考文献
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⑵傅E，程臻!，韩静云，等%4金属阳离子对硅酸盐溶液激发的4
矿渣水泥浆体黏度的影响!J].科学技术与工程,2020,20(10)：4101-4106.
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傣族泼水节矿渣混凝土的影响[&]•科技,2017,1(2)：19-21.
⑸王，•4矿渣水泥的对比研究[&]•'南理工大
学学报(自然科学),2016,35(4):583-589.
古代有名的人物作者简介：
王巍(1986—),,'，工程师，2011年毕业于中学(),
Email：****************
收稿日期：2020-12-31
