CN112429993A - 一种钢渣透水混凝土及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新型建筑材料技术领域，特别是涉及一种钢渣透水混凝土及其制备工艺，本发明第一方面提供一种用于钢渣透水混凝土的胶凝材料，所述胶凝材料至少包括以下重量份的组分：硅酸盐水泥：1‑1.5，矿粉：1‑1.5，硬石膏磨细粉：0.04‑0.06。本发明第二方面提供一种钢渣透水混凝土，所述钢渣透水混凝土由第一方面所述胶凝材料、基底料、水和聚羧酸减水剂，混合搅拌获得，所述胶凝材料、所述基底料、所述水和所述聚羧酸减水剂的重量比为3‑4.6：20：0.9‑1.84：0.045‑0.0675，所述基底料包括以下重量份的组分：再生骨料：5‑7，钢渣：27‑28，钢渣集料：4‑5，细砂：3‑5。本发明制备的钢渣透水混凝土抗压强度高，成本低。

Description

一种钢渣透水混凝土及其制备工艺

技术领域

本发明涉及新型建筑材料技术领域，特别是涉及一种钢渣透水混凝土及其制备工艺。

背景技术

目前，国内外都重视固体废弃物的综合利用。冶金渣与建筑垃圾作为大宗固废，其资源化利用历来受到人们的重视。在钢铁废渣中高炉矿渣所占的比例最高，每生产1吨生铁，会产生0.4-1.0吨的高炉矿渣，每年估算产生高炉矿渣3.0-8.0亿吨，利用高炉矿渣替代部分水泥作为混凝土掺合料的研究有巨大的潜在价值。此外，随着城镇化的不断推进，产生了大量的建筑废弃物，我国建筑废弃物年产量约35亿吨，但综合利用率不足5％，常用集中堆放或填埋的方式予以处置，不仅占用宝贵的土地资源，还会污染周边环境。推进冶金渣、建筑垃圾等大宗固废无害化、减量化、资源化综合利用刻不容缓。

本发明以大掺量矿粉掺合料为技术路线，辅以适量高标号水泥及少量碱激发剂替代单一水泥作为钢渣基透水混凝土胶凝材料制备干硬性钢渣透水砼，延长初凝时间、改善施工性，制备出符合要求的产品，降低产品生产成本，提升产品市场竞争力，更多的销售和利用钢渣资源、建筑垃圾再生资源，是变废为宝的体现，契合国家循环经济利用政策。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种钢渣透水混凝土及其制备工艺，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种用于钢渣透水混凝土的胶凝材料，所述胶凝材料至少包括以下重量份的组分：

硅酸盐水泥：1-1.5；

矿粉：1-1.5；

硬石膏磨细粉：0.04-0.06。

本发明第二方面提供一种钢渣透水混凝土，所述钢渣透水混凝土由第一方面所述胶凝材料、基底料、水和聚羧酸减水剂，混合搅拌获得，所述胶凝材料、所述基底料、所述水和所述聚羧酸减水剂的重量比为3-4.6：20：0.9-1.84：0.045-0.0675。

所述基底料包括以下重量份的组分：

再生骨料：5-7；

钢渣：27-28；

钢渣集料：4-5；

细砂：3-5。

本发明第三方面，提供一种制备第二方面所述钢渣透水混凝土的方法，所述方法包括以下步骤：

1)按配比取胶凝材料均分为二份，将一份胶凝材料与基底材料混合后，获得初级钢渣混泥土混；

2)取步骤1)中将另一份胶凝材料与初级钢渣混泥土、减水剂和水混合搅拌，获得钢渣透水混泥土。

如上所述，本发明具有以下有益效果：

(1)矿粉主要含玻璃相和结晶相，而玻璃相由贫硅相和富硅相组成，在由外加剂和钢渣促成的碱性环境中，矿渣粉离解出的[SiO4]^4-离子能与Ca²⁺离子形成水化硅酸钙凝胶，由此矿粉可替代部分水泥熟料作胶凝材用于混凝土中，此外矿粉具有火山灰作用，可显著降低混凝土水化热，增加混凝土抗压强度。

(2)钢渣混凝土中掺入适量再生骨料和少量细砂，使得搅拌过程中表面多棱角、粗糙的钢渣骨料之间的相互滚动阻力得到表观密度较小的再生骨料和近球形的细砂颗粒的缓解，有效改善混凝土的工作性能。

(3)以矿粉替代部分水泥熟料作胶凝材用，可节约成本15-25元/平米，以钢渣集料、建筑再生料作骨料制备混凝土，可消纳固废的同时降低产品集料成本，且减少对天然砂石的开采保护环境，预期具有显著环保及经济效益。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

本发明第一方面提供一种用于钢渣透水混凝土的胶凝材料，所述胶凝材料至少包括以下重量份的组分：

硅酸盐水泥：1-1.5；

矿粉：1-1.5；

硬石膏磨细粉：0.04-0.06。

本发明中的掺有矿粉，可替代部分水泥熟料作胶凝材料用于混凝土中，此外矿粉具有火山灰作用，可显著降低混凝土水化热，增加混凝土抗压强度，以矿粉替代部分水泥熟料作胶凝材用，可节约成本15-25元/平米。

在一实施例中，所述硅酸盐水泥的型号为PⅡ52.5。

所述硅酸盐水泥为市售的硅酸盐水泥，具体可从太仓海螺水泥有限公司购买。

在一实施例中，所述矿粉的密度不小于2.8g/cm³，比表面积不小于350m²/kg，28d活性指数不小于95％。

优选地，所述矿粉的等级为S95，市面上常有的矿粉等级有S75、S95、S105三种等级，等级为S95的矿粉，28d强度接近水泥且比S105矿粉更具成本优势。

在本实施例中，所述矿粉为市售的常规矿粉，具体可从宝田新型建材有限公司购买。

在一实施例中，所述硬石膏磨细粉包括无水硫酸钙。

在本实施例中，所述硬石膏磨细粉为市售的常规硬石膏磨细粉，具体可从南京特恒建材科技有限公司购买。

本发明第二方面提供一种钢渣透水混凝土，所述钢渣透水混凝土由第一方面所述胶凝材料、基底料、水和聚羧酸减水剂，混合搅拌获得，所述胶凝材料、所述基底料、所述水和所述聚羧酸减水剂的重量比为3-4.6：20：0.9-1.84：0.045-0.0675。

所述基底料至少包括以下重量份的组分：

再生骨料：5-7；

钢渣：27-28；

钢渣集料：4-5；

细砂：3-5。

在本发明中，在由硬石膏磨细粉和钢渣促成的碱性环境中，胶凝材料中的矿粉离解出的[SiO4]^4-离子能与Ca²⁺离子形成水化硅酸钙凝胶，可显著降低混凝土水化热，增加混凝土抗压强度，掺入的再生骨料和细砂可有效改善混凝土的工作性能。

在本实施例中，所述聚羧酸减水剂为市售的常规聚羧酸减水剂，具体可从苏州易斯特公司购买。

优选地，所述再生骨料的重量份为6，钢渣的重量份为27，钢渣集料的重量份为4，细砂的重量份为3。

在一实施例中，所述钢渣中的游离钙含量＜5％，粒径范围为5-15mm。

优先地，所述钢渣中的游离钙含量＜3％，可以避免影响钢渣混凝土体积的稳定性。

在本实施例中，所述钢渣为市售的常规钢渣，具体可从上海中冶环境工程科技有限公司购买。

在一实施例中，所述钢渣集料的粒径范围为0.8-3mm。粒径范围为0.8-3mm的钢渣集料可填充钢渣和再生骨料的孔隙，提高混凝土强度。

在本实施例中，所述钢渣集料为市售的钢渣集料，具体可从上海中冶环境工程科技有限公司购买。

在一实施例中，所述再生骨料的粒径范围为5-10mm。所述再生骨料的粒径与所述钢渣的粒径相近，协同作混凝土骨架效果较好。

在本实施例中，所述再生骨料为市售的再生骨料，再生骨料可为建筑垃圾经过处理获得，具体可从郑州科菲达有限公司购买。

在一实施例中，所述细砂的粒径范围为0.5-1mm。

在本实施例中，所述细砂为市售的常规细砂，具体可从上海裕莎实业有限公司购买。

本发明第三方面，提供一种制备第二方面所述钢渣透水混凝土的方法，所述方法包括以下步骤：

1)按配比取胶凝材料均分为二份，将一份胶凝材料与基底材料混合后，获得初级钢渣混泥土混；

2)取步骤1)中将另一份胶凝材料与初级钢渣混泥土、减水剂和水混合搅拌，获得钢渣透水混泥土。

在步骤1)中，通过按预定配比分别称量水泥、矿粉、硬石膏磨细粉，放入封闭容器中混合均匀，获得凝胶材料，根据所需钢渣混泥土的质量，按预定配比分别称量钢渣、钢渣集料、再生集料、细砂及胶凝材料，将胶凝材料均分为二份，将一份胶凝材料与基底材料混合后，获得初级钢渣混泥土。

在步骤2)中，取步骤1)中将另一份胶凝材料与初级钢渣混泥土、根据所需钢渣混泥土的质量按配比取的减水剂和水混合后，获得钢渣混泥土。

在发明中，第一次加入散状的胶凝材料，钢渣集料外裹一层胶凝材料形成厚的水泥浆壳，二次加入散状的胶凝材料颗粒与水形成的砂浆填充在钢渣和再生骨料的粘结处，可防止混凝土泌水、离析，提高砂浆与骨料间的粘结力，提高混凝土强度。减水剂在步骤2)中加入可与水充分混匀获得效果较佳。

在一实施例中，在步骤1)中，所述基底材料中的钢渣提前预湿。

优选地，所述钢渣提前1个小时预湿。

钢渣内部有较多微小孔隙，预湿以后防止其吸收拌合用水，不易控制加水量，且预湿钢渣骨料表面有利于外裹胶凝材料。

实施例1

制备混泥土工艺流程：

(1)计量、均化：按既定配比称量水泥、矿粉、硬石膏磨细粉，放入封闭容器中预拌25-40秒至均匀状态；

(2)搅拌：钢渣提前1小时预湿，先称量钢渣集料、再生集料、细砂及一半胶凝材料，用小型卧式搅拌机混合搅拌15-30秒后，再加入另一半胶凝材料及减水剂并匀速加水搅拌40-50秒，该搅拌方式使得物料搅拌均匀，防止骨料结团产生。

(3)成型：将搅拌好的物料送入100*100*100的混凝土试模，用铁棒插捣6-10秒，放在振动台上振动4-8秒，用平板振动机振动3-5秒。

(4)养护：混凝土试块随模具入养护窑养护。控制温度大于20摄氏度，湿度大于75％。

实施例2

PII 52.5级硅酸盐水泥：6wt％；矿粉：9wt％质量份；硬石膏磨细粉：胶凝材总量的4％；聚羧酸减水剂：胶凝材总量的1.5％；细砂：6wt％；5-10mm再生骨料：12wt％；0.8-3mm钢渣：8wt％；5-15mm钢渣：54wt％；适量水。

按照工艺流程称量、预拌胶凝材料，加入粗、细集料添加减水剂、适量的水进行均匀搅拌，将搅拌好的物料送入100*100*100的混凝土试模，用铁棒插捣6-10秒，放在振动台上振动4-8秒，用平板振动机振动3-5秒成型。将混凝土试块随模具送入养护窑养护。

实施例3

PII 52.5级硅酸盐水泥：7wt％；矿粉：8wt％；硬石膏磨细粉：胶凝材总量的4％；聚羧酸减水剂：胶凝材总量的1.5％；细砂：6wt％；5-10mm再生骨料：12wt％；0.8-3mm钢渣：8wt％；5-15mm钢渣：54wt％；适量水。

搅拌、成型、养护工艺同实施例1。

实施例4：

PII 52.5级硅酸盐水泥：8wt％；矿粉：7wt％；硬石膏磨细粉：胶凝材总量的4％；聚羧酸减水剂：胶凝材总量的1.5％；细砂：6wt％；5-10mm再生骨料：12wt％；0.8-3mm钢渣：8wt％；5-15mm钢渣：54wt％；适量水。

搅拌、成型、养护工艺同实施例1。

实施例5：

PII 52.5级硅酸盐水泥：9wt％；矿粉6wt％；聚羧酸减水剂：胶凝材总量的1.5％；细砂：6wt％；5-10mm再生骨料：12wt％；0.8-3mm钢渣：8wt％；5-15mm钢渣：54wt％；适量水。

搅拌、成型、养护工艺同实施例1。

对比例1：

PII 52.5级硅酸盐水泥：16wt％；聚羧酸减水剂：胶凝材总量的1.5％；细砂：6wt％；5-10mm再生骨料：12wt％；0.8-3mm钢渣：8wt％；5-15mm钢渣：54wt％；适量水。

搅拌、成型、养护工艺同实施例1。

对比例2：

矿粉：16wt％；聚羧酸减水剂：胶凝材总量的1.5％；细砂：6wt％；5-10mm再生骨料：12wt％；0.8-3mm钢渣：8wt％；5-15mm钢渣：54wt％；适量水。

搅拌、成型、养护工艺同实施例1。

参照GB/T50081普通混凝土力学性能试验方法和GB/T25993透水路面砖和透水路面板对试验组样品7d、28d抗压强度及透水系数进行检测。

经检测，所得结果如下：

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种用于钢渣透水混凝土的胶凝材料，其特征在于，所述胶凝材料至少包括以下重量份的组分：

硅酸盐水泥：1-1.5；

矿粉：1-1.5；

硬石膏磨细粉：0.04-0.06。

2.根据权利要求1所述的一种用于钢渣透水混凝土的胶凝材料，其特征在于：所述矿粉的密度不小于2.8g/cm³，比表面积不小于350m²/kg，28d活性指数不小于95％。

3.根据权利要求1所述的一种用于钢渣透水混凝土的胶凝材料，其特征在于：所述硬石膏磨细粉包括无水硫酸钙。

4.一种钢渣透水混凝土，其特征在于：所述钢渣透水混凝土由权利要求1至3任一项所述胶凝材料、基底料、水和聚羧酸减水剂，混合搅拌获得，所述胶凝材料、所述基底料、所述水和所述聚羧酸减水剂的重量比为3-4.6：20：0.9-1.84：0.045-0.0675，所述基底料至少包括以下重量份的组分：

再生骨料：5-7；

钢渣：27-28；

钢渣集料：4-5；

细砂：3-5。

5.根据权利要求4所述的一种钢渣透水混凝土，其特征在于：所述钢渣中的游离钙含量＜5％，粒径范围为5-15mm。

6.根据权利要求4所述的一种钢渣透水混凝土，其特征在于：所述钢渣集料的粒径范围为0.8-3mm。

7.根据权利要求4所述的一种钢渣透水混凝土，其特征在于：所述再生骨料的粒径范围为5-10mm。

8.根据权利要求4所述的一种钢渣透水混凝土，其特征在于：所述细砂的粒径范围为0.5-1mm。

9.一种制备权利要求4至8任一项所述钢渣透水混凝土的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按配比取胶凝材料均分为二份，将一份胶凝材料与基底材料混合后，获得初级钢渣混泥土混；

2)取步骤1)中将另一份胶凝材料与初级钢渣混泥土、减水剂和水混合搅拌，获得钢渣透水混泥土。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：在步骤1)中，所述基底材料中的钢渣提前预湿。