CN107686298B - 一种自密实复合混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种自密实复合混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自密实复合混凝土，按质量份由原料：水为1份，天然粗骨料为3.748份，再生粗骨料为1.606份，细骨料为5.331份，水泥为2.460～2.768份，钢渣为0.308～0.615份，稻壳灰为0.342份，附加水为0.077份，外加剂为0.0058～0.096份组成；本发明制备的自密实复合混凝土具有良好的流动性、填充性、抗离析性，且经时损失、耐久性及强度均满足建筑相关要求，制备方法简单，降低了同比同强度的自密实混凝土的生产成本，解决了钢渣及建筑垃圾处理的问题，缓解资源枯竭的压力，绿色环保，适合工业化生产。本发明还公开了一种自密实复合混凝土的制备方法。

Description

一种自密实复合混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种混凝土材料，更具体地说，是涉及一种自密实复合混凝土及其制备方法。
背景技术
自密实混凝土(Self Compacting Concrete或Self-Consolidating Concrete简称SCC)是指依靠自重力作用而无需额外机械振捣力作用，就能有足够的流动和变形能力，即使存在致密钢筋也得以填充模板空间并形成密实均匀的混凝土。配制自密实混凝土一般通过外加剂、胶凝材料和粗细骨料的选择与搭配和精心的配合比设计，将混凝土的屈服应力减小到足以被自重产生的剪应力克服，使得混凝土流动性增大，同时又具有足够的塑性粘度，令骨料悬浮于水泥浆中，不出现离析和泌水问题，能自由流淌并充分填充模板内的空间，形成密实且均匀的胶凝结构。高强自密实混凝土不仅工作性能较好，且强度和耐久性均满足性能要求，随着我国建筑业高速发展，以及劳动力的短缺，我国对于自密实混凝土需求量逐步提升，因此自密实混凝土在我国建筑行业应用前景广阔。
随着我国钢产量持续快速增长，钢材的生产会产生污染环境的钢渣；建筑本身使用寿命和建拆周期的缩短导致大量的建筑垃圾无法处理。钢渣粉的研究主要集中在利用钢渣粉替代水泥制备普通混凝土，而再生骨料研究中主要集中在利用废弃混凝土加工成再生粗骨料替代部分天然粗骨料制备再生混凝土。目前制备的自密实混凝土虽然满足施工和强度要求，但造价成本较高，因此采用钢渣、再生粗骨料和稻壳灰固体废弃料替代水泥、天然粗骨料和硅灰制备自密实混凝土，可以降低自密实混凝土的生产成本，且高强自密实混凝土是一种不同于普通混凝土的高性能混凝土，具有很高流动性和力学强度并且在浇筑过程中不离析、不泌水，能够无需机械振捣力作用而充满模板和包裹钢筋的混凝土，同时已有的制备再生混凝土和钢渣混凝土技术不能解决人工短缺的现状。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术存在的问题和不足，提供一种具有高强度力学性能和良好的流动性、填充性、抗离析性，且经时损失及强度均满足建筑相关要求的C60强度等级高性能自密实复合混凝土。
本发明利用建筑垃圾回收加工成所得再生骨料，其单价约为60元/m3(含加工费)，而天然骨料的单价为90元/m3，按再生骨料取代天然骨料的30％取代率计算，则自密实复合混凝土因再生骨料而节约了8.2元/m3；利用炼钢废渣加工成所得钢渣粉，其单价约为110元/t(含加工费)，而水泥的单价约为330元/t，每立方米钢渣取代水泥的取代率按照15％计算，则自密实复合混凝土因钢渣而节约了16.15元/m3。在相同配合比条件下，自密实复合混凝土可直接节约材料成本为24.35元/m3。同时该C60强度等级自密实复合混凝土的制备方法简单，降低了同比同强度的自密实混凝土的生产成本，还可以解决钢渣及建筑垃圾处理的问题，缓解资源枯竭的压力，绿色环保，制备方案简单，适合工业化生产。
为达到上述目的，本发明实现目的所采取的技术方案是：
一种自密实复合混凝土，其特征在于，按质量份由原料：水为1份，天然粗骨料为3.748份，再生粗骨料为1.606份，细骨料为5.331份，水泥为2.460～2.768份，钢渣为0.308～0.615份，稻壳灰为0.342份，附加水为0.077份，外加剂为0.0058～0.096份组成；其中，所述的钢渣为放置6个月以上的炼钢废渣通过除铁后掺入0.03％的石膏和0.0075％的质量比为0.7:0.3:1的三乙醇胺、乙二醇和去离子水复合助磨剂，混合均匀，然后将混合物放入球磨机，以45.5r/min的转速研磨60min，过0.08mm的筛子筛分，得到粒径≦0.08mm的钢渣粉末；所述稻壳灰是将稻壳浸没在浓度为15％的稀盐酸中，浸泡2h，取出，沥干，然后经500-700℃熔炉燃烧冷却，放在球磨机中以38r/min的转速研磨30min，过筛，得到粒径为0.08mm的稻壳灰。
进一步，上述所述再生粗骨料为含有碎砖、砂浆块的废弃混凝土经分拣、破碎、筛分后粒径为5～10mm的连续级配再生粗骨料，其表观密度为2.60g/cm3，堆积密度为1.20g/cm3，吸水率为4.75％。
进一步，上述所述天然粗骨料为表观密度为2.87g/cm3，堆积密度为1.53g/cm3，吸水率为0.54％，粒径为5～10mm的连续级配碎石料，。
进一步，上述所述细骨料为Ⅱ区级配的河沙中的中砂，其堆积密度为1.54g/cm3，表观密度为2.64g/cm3，含水率为0.35％。
进一步，上述所述外加剂是减水率为25％以上的聚羧酸减水剂。
进一步，上述所述水泥为P·O42.5硅酸盐水泥。
进一步，上述所述钢渣粉末的表观密度为2.36g/cm3，碱度系数为1.99。
进一步，上述所述稻壳灰的SiO2含量在80％以上，表观密度为2.33g/cm3。
进一步，上述所述水为自来水；所述附加水为雨水。
为达到上述目的，本发明实现目的所采取的另一技术方案是：
一种自密实复合混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、原料制备
(1)将建筑垃圾中含有碎砖、砂浆块的废弃混凝土进行分拣、破碎和筛分，选取粒径为5～10mm的再生粗骨料，备用；
(2)将已放置6个月以上的炼钢废渣进行除铁、除铁后掺入0.03％的石膏和0.0075％的质量比为0.7:0.3:1的三乙醇胺、乙二醇和去离子水复合助磨剂，混合均匀，然后将混合物放入球磨机，以45.5r/min的转速研磨60min，得到钢渣放入0.08mm的筛子筛分，得到粒径≦0.08mm的钢渣粉末，备用；
(3)将稻壳浸没在浓度为15％的稀盐酸中，浸泡2h取出，沥干，然后再经500-700℃熔炉燃烧冷却后，放在球磨机中以38r/min的转速研磨30min，过筛，得到粒径为0.08mm的稻壳灰，备用；
步骤2、按照配方各原料组分的重量份数称取水泥、天然粗骨料、再生粗骨料、细骨料、钢渣、稻壳灰、水、附加水以及外加剂；
步骤3、向内壁均匀涂有混凝土薄层的搅拌机中放入再生粗骨料和附加水，启动搅拌机以48r/min的转速搅拌2～3mins，再依次加入天然粗骨料、细骨料、水泥、稻壳灰和钢渣，以48r/min的转速继续搅拌2～3mins，搅拌均匀；
步骤4、加入已称量好的水，继续以48r/min的转速搅拌2～3mins；
步骤5、将称取的外加剂均分5～6次加入搅拌机中，每加一次，随即启动搅拌机以48r/min的转速搅拌1分钟，并观察拌合物的流动性，直至最后一次加完外加剂后继续搅拌3mins，即得到自密实复合混凝土。
本发明的优点和有益效果主要体现在如下几点：
1.本发明的自密实复合混凝土，所用的材料除普通混凝土使用的水泥、石子、砂和水四种原料外，还包括经过处理的稻壳灰和已除铁并放置6个月以上的废弃钢渣经球磨后达到水泥级度的钢渣粉、含有碎砖与砂浆块的废弃混凝土经破碎、筛分的连续级配再生粗骨料和高效聚羧酸减水剂，所制备的自密实复合混凝土的流动性、填充性、抗离析性、经时损失和强度均满足相关要求；
2.本发明采用炼钢废渣球磨后达到水泥级度替代部分水泥(10％～20％)、采用含有碎砖、砂浆块的废弃混凝土作为连续级配再生粗骨料替代部分天然粗骨料(30％)制备自密实复合混凝土的方法，能有效解决钢厂产生的废弃钢渣，减少建筑垃圾，缓解资源枯竭的压力，绿色环保，节约资源，降低了同比同强度的自密实混凝土的生产成本，符合国家可持续发展的理念，适合工业化生产。
3.本发明在掺入稻壳灰后有较低的经时损失率，初始坍落扩展度平均值为680mm，J环扩展度为673，经过90mins后坍落扩展度平均值为643mm，J环扩展度为630mm，即90min后自密实复合混凝土依旧有很好的流动性，经时损失率为5.44％，在一个半小时配送范围内，泵车达到工地现场可以直接浇筑。
4.本发明的自密实复合混凝土的耐久性能优于未掺入稻壳灰。通过氯离子渗透结果看出，掺入稻壳灰比未掺入稻壳灰或掺入粉煤灰的自密实复合混凝土的氯离子扩散系数下降45％和26％。
5.本发明立方体抗压强度测试均68.6MPa以上，有较高的强度保证率。目前我国废弃钢渣约1.5亿吨，稻壳约4000万吨、废弃混凝土至少达到2.5亿吨，并且这一数据还在继续上升。这些固体废弃料已经产生了严峻的环境压力。本发明对固体废弃料实现再生利用，提高了混凝土的绿色度，能为节能减排产生直接贡献。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规试验中的条件。
本发明的一种自密实复合混凝土的制备方法，具体步骤如下：
1、准备原料
水泥：为P·O42.5普通硅酸盐水泥，表观密度为3.20g/cm3。
稻壳灰：将稻壳在经过稀盐酸处理后，在500-700℃庐内燃烧冷却后，经球磨机研磨30min得到稻壳灰；SiO2含量在80％以上，表观密度为2.33g/cm3。
所述稻壳灰主要化学成分：
细骨料：细度模数为2.4中型河砂，堆积密度为1.54g/cm3，表观密度为2.64g/cm3，含水率为0.35％。
钢渣：钢厂已放置6个月以上的炼钢废渣经除铁、球磨和筛分后，选取粒径小于0.08mm的钢渣粉，表观密度为2.36g/cm3。
所述钢渣主要化学成分：
天然粗骨料：5～10mm连续级配碎石料，表观密度为2.87g/cm3，堆积密度为1.53g/cm3，吸水率为0.54％。
再生粗骨料：将建筑垃圾中含有碎砖、砂浆块的废弃混凝土经过分拣、破碎和筛分，筛除小于4.75mm和大于10mm的颗粒后，以骨料粒径在5～10mm粒径段加工制成再生粗骨料，表观密度为2.60g/cm3，堆积密度为1.20g/cm3，吸水率为4.75％。
外加剂：为高效聚羧酸减水剂。
水：为自来水。
附加水：为雨水。
2、按照表中配比各原料组分的重量份数称取水泥、天然粗骨料、再生粗骨料、细骨料、钢渣、稻壳灰、水、附加水以及外加剂；
自密实复合混凝土实施例配比表
3、向内壁均匀涂有混凝土薄层的搅拌机中放入再生粗骨料和附加水，启动搅拌机以48r/min的转速搅拌2～3mins，再依次加入天然粗骨料、细骨料、水泥、稻壳灰和钢渣，以48r/min的转速继续搅拌2～3mins，搅拌均匀；
4、加入已称量好的水，继续以48r/min的转速搅拌2～3mins；
5、将称取的外加剂均分5～6次加入搅拌机中，每加一次，随即启动搅拌机以48r/min的转速搅拌1分钟，并观察拌合物的流动性，直至最后一次加完外加剂后继续搅拌3mins，即得到自密实复合混凝土。
6、测试数据结果
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自密实复合混凝土，其特征在于，按质量份由原料：水为1份，天然粗骨料为3.748份，再生粗骨料为1.606份，细骨料为5.331份，水泥为2.460～2.768份，钢渣为0.308～0.615份，稻壳灰为0.342份，附加水为0.077份，外加剂为0.0058～0.096份组成；通过如下步骤制备得到，
步骤1、原料制备
(1)将建筑垃圾中含有碎砖、砂浆块的废弃混凝土进行分拣、破碎和筛分，选取粒径为5～10mm的再生粗骨料，备用；
(2)将已放置6个月以上的炼钢废渣进行除铁、除铁后掺入0.03％的石膏和0.0075％的质量比为0.7:0.3:1的三乙醇胺、乙二醇和去离子水复合助磨剂，混合均匀，然后将混合物放入球磨机，以45.5r/min的转速研磨60min，得到钢渣放入0.08mm的筛子筛分，得到粒径≦0.08mm的钢渣粉末，备用；
(3)将稻壳浸没在浓度为15％的稀盐酸中，浸泡2h取出，沥干，然后再经500-700℃熔炉燃烧冷却后，放在球磨机中以38r/min的转速研磨30min，过筛，得到粒径为0.08mm的稻壳灰，备用；
步骤2、按照配方各原料组分的重量份数称取水泥、天然粗骨料、再生粗骨料、细骨料、钢渣、稻壳灰、水、附加水以及外加剂；
步骤3、向内壁均匀涂有混凝土薄层的搅拌机中放入再生粗骨料和附加水，启动搅拌机以48r/min的转速搅拌2～3mins，再依次加入天然粗骨料、细骨料、水泥、稻壳灰和钢渣，以48r/min的转速继续搅拌2～3mins，搅拌均匀；
步骤4、加入已称量好的水，继续以48r/min的转速搅拌2～3mins；
步骤5、将称取的外加剂均分5～6次加入搅拌机中，每加一次，随即启动搅拌机以48r/min的转速搅拌1分钟，并观察拌合物的流动性，直至最后一次加完外加剂后继续搅拌3mins，即得到自密实复合混凝土。
2.根据权利1所述的自密实复合混凝土，其特征在于，所述再生粗骨料为含有碎砖、砂浆块的废弃混凝土经分拣、破碎、筛分后粒径为5～10mm的连续级配再生粗骨料，其表观密度为2.60g/cm3，堆积密度为1.20g/cm3，吸水率为4.75％。
3.根据权利1所述的自密实复合混凝土，其特征在于，所述天然粗骨料为表观密度为2.87g/cm3，堆积密度为1.53g/cm3，吸水率为0.54％，粒径为5～10mm的连续级配碎石料。
4.根据权利1所述的自密实复合混凝土，其特征在于，所述细骨料为Ⅱ区级配的河沙中的中砂，其堆积密度为1.54g/cm3，表观密度为2.64g/cm3，含水率为0.35％。
5.根据权利1所述的自密实复合混凝土，其特征在于，所述外加剂是减水率为25％以上的聚羧酸减水剂。
6.根据权利1所述的自密实复合混凝土，其特征在于，所述水泥选用表观密度为3.20g/cm3的P·O42.5硅酸盐水泥。
7.根据权利1所述的自密实复合混凝土，其特征在于，所述钢渣粉末的表观密度为2.36g/cm3.
8.根据权利1所述的自密实复合混凝土，其特征在于，所述稻壳灰的SiO2含量在80％以上，表观密度为2.33g/cm3。
9.根据权利1所述的自密实复合混凝土，其特征在于，所述水为自来水；所述附加水为雨水。
10.一种自密实复合混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、原料制备
(1)将建筑垃圾中含有碎砖、砂浆块的废弃混凝土进行分拣、破碎和筛分，选取粒径为5～10mm的再生粗骨料，备用；
(2)将已放置6个月以上的炼钢废渣进行除铁、除铁后掺入0.03％的石膏和0.0075％的质量比为0.7:0.3:1的三乙醇胺、乙二醇和去离子水复合助磨剂，混合均匀，然后将混合物放入球磨机，以45.5r/min的转速研磨60min，得到钢渣放入0.08mm的筛子筛分，得到粒径≦0.08mm的钢渣粉末，备用；
(3)将稻壳浸没在浓度为15％的稀盐酸中，浸泡2h取出，沥干，然后再经500-700℃熔炉燃烧冷却后，放在球磨机中以38r/min的转速研磨30min，过筛，得到粒径为0.08mm的稻壳灰，备用；
步骤2、按照配方各原料组分的重量份数称取水泥、天然粗骨料、再生粗骨料、细骨料、钢渣、稻壳灰、水、附加水以及外加剂；
步骤3、向内壁均匀涂有混凝土薄层的搅拌机中放入再生粗骨料和附加水，启动搅拌机以48r/min的转速搅拌2～3mins，再依次加入天然粗骨料、细骨料、水泥、稻壳灰和钢渣，以48r/min的转速继续搅拌2～3mins，搅拌均匀；
步骤4、加入已称量好的水，继续以48r/min的转速搅拌2～3mins；
步骤5、将称取的外加剂均分5～6次加入搅拌机中，每加一次，随即启动搅拌机以48r/min的转速搅拌1分钟，并观察拌合物的流动性，直至最后一次加完外加剂后继续搅拌3mins，即得到自密实复合混凝土。
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