CN102199025B - 一种以钢渣为集料的结构加固材料 - Google Patents

一种以钢渣为集料的结构加固材料 Download PDF

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Abstract

本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种以钢渣为集料的结构加固材料。由水泥、钢渣、矿渣粉、粉煤灰、沸石粉、乳胶粉、纤维素醚、消泡剂和聚羧酸系减水剂组成。本发明中钢渣经过热焖处理，使用本发明可解决普通钢渣易造成材料稳定性不好的问题，使钢渣这种炼钢产业的固体废弃物得到资源化高效利用。使用本发明可降低现有水泥基加固材料的成本，使其具有更好的施工性、力学性能和耐久性。本发明抗压强度和抗折强度高，收缩率小，耐久性好，适用于各类建筑物和桥梁的加固工程。

Description

一种以钢渣为集料的结构加固材料
技术领域
本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种以钢渣为集料的结构加固材料。
背景技术
建筑业是国民经济的重要物质生产部门，它与整个国家经济的发展、人民生活的改善有着密切的关系。混凝土是最重要的建筑材料，普通建筑物的设计使用寿命为30-50年，大量在解放初期至上世纪80年代交付使用的住宅、厂房等建筑物均已到检测、加固修复阶段。据统计，我国需要加固修复的房屋占现有房屋的20%-30%。建筑物的加固、修复不仅需要科学合理的设计，而且需要性能优异的加固、修复材料。然而我国至今仍缺乏相应的规范和应用技术规程，导致没有专用的加固、修复配套材料。因此，结合我国建筑物加固、修复实际和需要，开发性能优良的专用材料十分迫切。
钢渣是炼钢过程中产生的废渣，排放量约为钢产量的15%-20%。近年来，随着我国经济的快速发展，钢铁产量迅速增长，1996年我国的钢产量为1亿吨，全年排放钢渣1500多万吨，2009年钢产量为近6亿吨，全年排放钢渣超过9000万吨。大量的钢渣堆积不仅占用土地，同时也是对资源的极大浪费。我国钢渣的利用率不足15%，虽然近年来已在钢渣资源化技术的开发及应用上取得了一些成绩，但钢渣的利用率与发达国家相比仍有很大差距，主要用作筑路与回填工程材料，而作为集料在砂浆和混凝土中的应用不多。
现今使用的加固材料大部分是普通的加固材料，其加固性能不太理想；有部分加固材料虽然性能良好，但价格非常昂贵，很少有力学性能和耐久性都良好且价格又适中的加固材料。一种好的加固材料，应该在达到加固目的的基础上，进一步降低成本，使固体废弃物变废为宝，减少对自然资源的开采。
传统的水泥基加固材料类似于灌浆材料，它所使用的集料主要是天然河砂，胶凝材料主要是水泥。天然河砂的取材主要来源于挖掘河床，这改变了河床形貌，影响航运甚或造成河流改道等严重后果，不仅严重破坏了自然生态，而且加快了资源的消耗。我国天然砂日益枯竭，用钢渣取代天然砂，以水泥-矿渣粉-粉煤灰-沸石粉作为复合胶凝体系来制备结构加固材料，不仅提高了钢渣、矿渣粉、粉煤灰和沸石粉自身的经济附加值，更重要的是，它为建筑业的节能减排和低碳化创造了良好的基础条件，还保护了资源，是一项利国、利民、利于环境的重大举措。
本发明制备的加固材料主要由水泥、矿渣粉和、粉煤灰和沸石粉作为胶凝材料，以钢渣作为集料，并加入减水剂、乳胶粉、消泡剂等制备而成，它具有良好的施工性、合适的强度、体积稳定性以及耐久性，可以满足不同的加固需要，产品能以干混形式供应市场，具有广阔的市场前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种流动性大，流动性保持好，强度发展快，体积稳定性好，耐久性好的以钢渣为集料的结构加固材料。该加固材料以水泥、矿渣粉、粉煤灰和沸石粉作为复合胶凝材料，以钢渣作为集料。本发明提出的以钢渣为集料的结构加固材料，由水泥、钢渣、矿渣粉、粉煤灰、沸石粉、乳胶粉、纤维素醚、消泡剂和聚羧酸系减水剂组成，各组分的重量比为：
水泥                    100
钢渣                    50-500
矿渣粉                  10-50
粉煤灰                  5-40
沸石粉                  3-15
乳胶粉                  1-5
纤维素醚                0-1.0
消泡剂                  0-0.10
聚羧酸系减水剂          0.05-0.50。
各组份较佳的重量比为：
水泥                    100
钢渣                    150-450
矿渣粉                  15-40
粉煤灰                  10-35
沸石粉                  4-10
乳胶粉                  2-4
纤维素醚                0.2-0.6
消泡剂                  0.02-0.08
聚羧酸系减水剂          0.10-0.40。
本发明中，所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥或52.5级普通硅酸盐水泥中的一种。
本发明中，所述钢渣经过热焖处理，其颗粒级配与天然砂基本相同，堆积密度为1700-1900kg/m3。其中各粒径范围所占百分比（重量比）：2.5mm-5mm为8.38%；1.25mm-2.5mm为9.50%；0.16mm-1.25mm为78.90%；0-0.16mm为3.22%。
本发明中，所述矿渣粉为S75矿渣粉或S95矿渣粉中的一种。
本发明中，所述粉煤灰为Ⅱ级高钙粉煤灰或Ⅲ级高钙粉煤灰中的一种。
本发明中，所述纤维素醚的粘度为50,000mPa.s-150,000mPa.s。
本发明提出的以钢渣为集料的结构加固材料的制备方法，具体步骤为：按前述各重量比例称取各组份，将水泥、钢渣、矿渣粉、粉煤灰、沸石粉、乳胶粉、纤维素醚、消泡剂和聚羧酸系减水剂通过机械搅拌，混合至均匀状态，即得所需产品。
本发明提出的以钢渣为集料的结构加固材料的使用方法，具体步骤如下：
准确称取以钢渣为集料的结构加固材料和水，先将水加入搅拌机，在搅拌机叶片开始转动的情况下，将加固材料匀速投入搅拌机。搅拌均匀后即可施工。加水量为本发明材料重量的8%-30%。
本发明中，水泥作为主要的胶凝组分，矿渣粉、粉煤灰和沸石粉作为掺合料，与水泥一起组成复合胶凝体系。矿渣粉是粒化高炉矿渣磨细后的细粉，其主要化学成分是SiO2，CaO和Al2O3，约达90%；此外还含有MgO，Fe2O3，Na2O和K2O等。矿渣粉成分与水泥熟料很相似，活性较高，因而可作为辅助胶凝材料使用，其水化生成的水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙凝胶能够促进体系的强度发展，起到复合胶凝效应和微集料效应。粉煤灰是燃煤发电厂的一种工业废弃物，其成分中含有大量的SiO2和Al2O3，本发明中所采用的高钙粉煤灰中含有较多的氧化钙，故而具有较高的水化活性。采用矿渣粉和高钙粉煤灰复合掺加，充分发挥两者的活性，对整个体系的早期强度和后期强度都能起到很大的作用。沸石粉的多孔结构可以帮助材料具有一定保水性，而其所含大量SiO2，又是水化硅酸盐的来源之一，有助于提高强度。掺入乳胶粉是为了提高体系的内聚力和柔韧性。纤维素醚的作用是保水增稠，改善体系的和易性。聚羧酸系减水剂的加入可以降低体系用水量，提高其流变性及可塑性，使其强度提高，减少收缩，延长寿命。
钢渣耐磨性好，颗粒形状和自然级配好，容积密度大，抗变形、破碎、磨损能力强，吸水性、抗冻融能力等性能指标等都很好，用于作集料，可以大大提高加固材料的强度和抗变形能力。
本发明为一种结构加固材料，其流动度大，流动度损失率小，具有优良的和易性和施工性，便于提高生产和施工效率，并且大量采用工业废弃物为原材料，具有很高的环境效益和社会效益。本发明产品抗压强度和抗折强度高，收缩率小，耐久性好，能够满足不同的加固需要。本发明可供钢渣处理厂和加固材料厂生产，广泛适用于各种建筑物及桥梁、大坝等的加固，还可用于普通的结构施工。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1，一种以钢渣为集料的结构加固材料，按42.5级普通硅酸盐水泥100，钢渣50，S75矿渣粉10，II级高钙粉煤灰5，沸石粉15，乳胶粉1，纤维素醚0，消泡剂0，聚羧酸系减水剂0.05的重量比配制而成。按加固材料总重量的30%加水搅拌均匀后，其流动度为240mm，1h损失率为12%，28天抗压强度为57.0MPa，28天抗折强度为8.0MPa，28天拉伸粘结强度为0.8MPa，28天收缩率为0.067%。
实施例2，一种以钢渣为集料的结构加固材料，按52.5级普通硅酸盐水泥100，钢渣500，S95矿渣粉50，II级高钙粉煤灰40，沸石粉3，乳胶粉5，纤维素醚1.0，消泡剂0.10，聚羧酸系减水剂0.50的重量比配制而成。按加固材料总重量的8%加水搅拌均匀后，其流动度为155mm，1h损失率为13%，28天抗压强度为68.0MPa，28天抗折强度为12.0MPa，28天拉伸粘结强度为1.8MPa，28天收缩率为0.061%。
实施例3，一种以钢渣为集料的结构加固材料，按42.5级普通硅酸盐水泥100，钢渣400，S95矿渣粉35，III级高钙粉煤灰20，沸石粉10，乳胶粉3，纤维素醚0.5，消泡剂0.06，聚羧酸系减水剂0.20的重量比配制而成。按加固材料总重量的30%加水搅拌均匀后，其流动度为180mm，1h损失率为9%，28天抗压强度为62.0MPa，28天抗折强度为11.0MPa，28天拉伸粘结强度为1.3MPa，28天收缩率为0.047%。
实施例4，一种以钢渣为集料的结构加固材料，按52.5级普通硅酸盐水泥100，钢渣250，S75矿渣粉25，III级高钙粉煤灰15，沸石粉8，乳胶粉2，纤维素醚0.6，消泡剂0.02，聚羧酸系减水剂0.40的重量比配制而成。按加固材料总重量的20%加水搅拌均匀后，其流动度为200mm，1h损失率为10%，28天抗压强度为76.0MPa，28天抗折强度为14.0MPa，28天拉伸粘结强度为1.1MPa，28天收缩率为0.051%。

Claims (6)

1.一种以钢渣为集料的结构加固材料，其特征在于该加固材料由水泥、钢渣、矿渣粉、粉煤灰、沸石粉、乳胶粉、纤维素醚、消泡剂和聚羧酸系减水剂组成，各组分的重量比为：
水泥                    100
钢渣                    50-500
矿渣粉                  10-50
粉煤灰                  5-40
沸石粉                  3-15
乳胶粉                  1-5
纤维素醚                0-1.0
消泡剂                  0-0.10
聚羧酸系减水剂          0.05-0.50。
2.根据权利要求1所述的以钢渣为集料的结构加固材料，其特征在于各组份的重量比为：
水泥                    100
钢渣                    150-450
矿渣粉                  15-40
粉煤灰                  10-35
沸石粉                  4-10
乳胶粉                  2-4
纤维素醚                0.2-0.6
消泡剂                  0.02-0.08
聚羧酸系减水剂          0.10-0.40。
3.根据权利要求1所述的以钢渣为集料的结构加固材料，其特征在于所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥或52.5级普通硅酸盐水泥中的一种。
4.根据权利要求1所述的以钢渣为集料的结构加固材料，其特征在于所述矿渣粉为S75矿渣粉或S95矿渣粉中的一种。
5.根据权利要求1所述的以钢渣为集料的结构加固材料，其特征在于所述粉煤灰为Ⅱ级高钙粉煤灰或Ⅲ级高钙粉煤灰中的一种。
6.根据权利要求1所述的以钢渣为集料的结构加固材料，其特征在于所述纤维素醚的粘度为50,000mPa.s-150,000mPa.s。
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