CN102211918B - 一种以钢渣为集料的快速结构加固材料 - Google Patents

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快速结构加固材料。由硫铝酸盐水泥、钢渣、矿渣粉、粉煤灰、煅烧高岭土、乳胶粉、纤维素醚、消泡剂和减水剂组成。本发明中钢渣为碱度系数不小于1.6的经过热焖或陈化处理的钢渣，使用本发明可解决普通水泥基加固材料能耗大、湿作业时间长以及耐久性差的问题，可以节约材料成本和施工成本。本发明的快速结构加固材料，采用复合胶凝材料，配以钢渣集料和复合外加剂，现场加水搅拌后即可使用，具有工作性好、强度发展快、力学性能和耐久性好、收缩率小等特性，适用于各类建筑物和桥梁、大坝的加固工程。

Description

一种以钢渣为集料的快速结构加固材料

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快速结构加固材料。

背景技术

从上世纪50年代开始，加固这门学科在我国发展非常迅速，在混凝土结构抗震加固、危旧房改造及工程事故处理等大量的工程实践中，取得很大的成绩。我国目前混凝土结构需要加固的原因主要有以下几个方面：（1）设计基础资料和设计方法不科学，导致设计出来的建筑物存在着安全问题；（2）由于施工方法错误、施工管理不善以及施工单位偷工减料等原因，使得建筑物存在质量问题；（3）由于高湿酸碱环境、温差、冻融等影响以及地震、流沙等自然灾害的作用，导致建筑物发生严重损坏；（4）由于设计规范的修订和设计标准的提高，按照原规范标准设计的结构不能满足现有要求；（5）因为原有建筑物使用功能和要求的改变，需要对其进行改造、加固。

混凝土结构加固材料主要有水泥基加固材料、钢材及焊接材料、纤维和纤维复合材料、胶粘剂和阻锈剂，其中应用最为广泛的是水泥基加固材料。传统的水泥基加固材料存在着一些问题：（1）制备工艺复杂，能源消耗大；（2）大多采用不可再生的自然资源，材料选择范围狭小；（3）加固养护周期长，新旧混凝土粘结强度低，耐久性能差；（4）施工工艺要求严格，尤其雨雪天施工难度大。这些问题使得混凝土结构加固的材料成本高，施工困难，总体造价高，限制了我国混凝土加固行业的发展。因此，结合我国混凝土结构加固需要，开发性能优良且施工简单、湿作业时间短的专用加固材料是当务之急。

钢渣是钢铁工业主要废渣之一，其来源有三个方面：（1）来自金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物；（2）来自被侵蚀的炉衬料和炉材料；（3）为调整钢渣性质而加入的造渣材料，如：石灰石、白云石、铁矿石、硅石等。钢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，2010年钢产量超过6亿吨，全年排放钢渣超过1亿吨以上。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。目前我国钢渣少量应用于生产钢渣水泥以及用作建筑地面回填料，而绝大部分仍被弃置江河，堆积农田，造成环境污染和资源浪费，其综合利用率不足15%。

用钢渣作为集料代替天然砂砂生产快速结构加固材料，可以减少对天然砂的开采，解决钢渣大量堆积问题。矿渣粉、粉煤灰和煅烧高岭土也是工业副产品。用钢渣取代天然砂，以水泥-矿渣粉-粉煤灰-煅烧高岭土作为复合胶凝体系来生产快速结构加固材料，不仅解决了现阶段我国水泥基加固材料存在的问题，还提高了钢渣、矿渣、粉煤灰和沸石粉自身的经济附加值，为建筑业的节能减排和低碳化创造了良好的基础条件。

本发明制备的快速结构加固材料主要由硫铝酸盐水泥、矿渣粉、粉煤灰和煅烧高岭土作为胶凝材料，以钢渣作为集料，并加入减水剂、乳胶粉、纤维素醚和消泡剂等制备而成，它施工简单，强度发展快，强度高，体积稳定性及耐久性好，可以满足不同的加固需要，产品能以干混形式供应市场，具有很好的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工作性好，强度发展快，体积稳定性好，耐久性好的以钢渣为集料的快速结构加固材料。

本发明提出的以钢渣为集料的快速结构加固材料，该快速结构加固材料以硫铝酸盐水泥、矿渣粉、粉煤灰和煅烧高岭土作为复合胶凝材料，以钢渣作为集料并辅以多种外加剂。本发明提出的以钢渣为集料的快速结构加固材料，由硫铝酸盐水泥、钢渣、矿渣粉、粉煤灰、煅烧高岭土、乳胶粉、纤维素醚、消泡剂和减水剂组成，各组分的重量比为：

硫铝酸盐水泥           100

钢渣                           100-400

矿渣粉                       10-45

粉煤灰                       5-35

煅烧高岭土               3-15

乳胶粉                       1-4

纤维素醚                   0.01-0.15

消泡剂                       0.02-0.15

减水剂                       0.05-3.00。

各组份较佳的重量比为：

硫铝酸盐水泥           100

钢渣                           150-400

矿渣粉                       15-40

粉煤灰                       10-35

煅烧高岭土               4-10

乳胶粉                       1-3.5

纤维素醚                   0.01-0.12

消泡剂                       0.02-0.12

减水剂                       0.10-2.50。

本发明中，所述硫铝酸盐水泥为42.5级或52.5级硫铝酸盐水泥中的一种。

本发明中，所述钢渣为碱度系数不小于1.6的经过热焖或陈化处理的钢渣，最大粒径为5mm，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重量百分比：2.5mm-5mm为8.38%；1.25mm-2.5mm为9.50%；0.16mm-1.25mm为78.90%；大于0，小于等于0.16mm为3.22%。

本发明中，所述减水剂为聚羧酸系减水剂或萘系减水剂中的一种。

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                                                

级高钙粉煤灰，其游离氧化钙含量≤3.0%，烧失量≤5.0%。

本发明中，所述煅烧高岭土为经600-1100^oC煅烧的高岭土，粉磨至比表面积≥400m²/kg。

本发明中，所述纤维素醚的粘度为2,000mPa.s-10,000mPa.s。

本发明提出的以钢渣为集料的快速结构加固材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）将钢渣破碎至5mm以下，依次过2.5mm，1.25mm，0.16mm的筛网，得到的粒径范围分别为2.5-5mm,1.25-2.5mm，0.16-1.25mm， 0-0.16mm的四种钢渣。

（2）按各粒径范围所占重量百分比配制钢渣，该粒径范围分布基本与天然砂一致：2.5mm-5mm为8.38%；1.25mm-2.5mm为9.5%；0.16mm-1.25mm为78.9%；0-0.16mm为3.22%。

（3）按前述重量比例称取已配制好的钢渣、硫铝酸盐水泥、矿渣粉、粉煤灰、煅烧高岭土、乳胶粉、纤维素醚、消泡剂和减水剂，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快速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快速结构加固材料和水，先将水加入搅拌机，随着搅拌机叶片转动，将快速结构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10%-25%。

本发明中，水泥作为主要的胶凝组分，矿渣粉、粉煤灰和煅烧高岭土作为掺合料，与水泥一起组成复合胶凝体系。矿渣粉成分与水泥熟料相似，其中SiO₂，CaO和Al₂O₃总含量约达90%，活性较高，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。高钙粉煤灰通常是指火力发电厂采用褐煤、次烟煤作为燃料而排放出的一种CaO成分较高的粉煤灰，是一种既含有一定数量水硬性晶体矿物，又含有潜在活性物质的材料。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。煅烧高岭土中SiO₂和Al₂O₃含量总和约占80%，在水泥水化后期，碱性环境可以激发SiO₂和Al₂O₃在活性，使之与水泥的水化产物CH 发生火山灰反应，提高了水泥的水化程度，降低了液相中的CH 浓度，生成对强度贡献较大的CSH和CAH 凝胶，减少了混凝土的孔隙率。另外煅烧高岭土属多孔粉体，亲水性较强，在浆体中起到蓄水作用，在水泥持续水化过程中需要用水时，煅烧高岭土吸附的水又能逐渐释放出来，对水泥的水化起到自养护作用。

纤维素醚起着保水、增稠、延缓水泥水化动力和改善施工性能等作用。掺入乳胶粉是为了提高体系的内聚力和柔韧性。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。消泡剂可以减少浇筑成型中带入的空气泡和水泥颗粒间的堆积空隙等有害孔，提高体系的强度和光洁度。

钢渣表面粗糙，使得钢渣与水泥石之间界面的物理结合增强；另一方面，钢渣中金属铁形成颗粒骨架，少部分水泥熟料矿物镶嵌其中，水化熟料的熟化使钢渣颗粒与水泥浆体的界面粘结增强，使得塑性断裂、脆性断裂和微观切削减少，耐磨性能提高。此外钢渣的抗冻融和抗破碎性能好，用钢渣作集料可以提高快速加固材料的强度、弹性模量和耐久性。

本发明为一种快速结构加固材料，其流动度大，粘聚性和保水性好，具有优良的和易性和施工性，便于提高生产和施工效率。本发明产品大量采用工业废弃物为原材料，材料成本低，并且湿作业时间短，使得总体加固造价低，具有很高的环境效益和社会效益。本发明产品强度发展快且强度高，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快速结构加固材料，按42.5级硫铝酸盐水泥100，钢渣100，S75矿渣粉10，粉煤灰5，煅烧高岭土3，乳胶粉1，纤维素醚0.01，消泡剂0.02，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10%加水搅拌均匀，即得所需产物。性能测试结果见表1。

实施例2，一种以钢渣为集料的快速结构加固材料，按52.5级硫铝酸盐水泥100，钢渣400，S95矿渣粉45，粉煤灰35，煅烧高岭土15，乳胶粉4，纤维素醚0.15，消泡剂0.15，萘系减水剂3.00的重量比配制而成。按加固材料总重量的25%加水搅拌均匀，即得所需产物。性能测试结果见表1。

实施例3，一种以钢渣为集料的快速结构加固材料，按52.5级硫铝酸盐水泥100，钢渣350，S95矿渣粉35，粉煤灰20，煅烧高岭土6，乳胶粉3，纤维素醚0.10，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18%加水搅拌均匀，即得所需产物。性能测试结果见表1。

实施例4，一种以钢渣为集料的快速结构加固材料，按42.5级硫铝酸盐水泥100，钢渣250，S75矿渣粉25，粉煤灰15，煅烧高岭土10，乳胶粉2，纤维素醚0.06，消泡剂0.04，萘系减水剂1.80的重量比配制而成。按加固材料总重量的20%加水搅拌均匀，即得所需产物。性能测试结果见表1。

表1 实施例性能测试结果

 

Claims (8)

1.一种以钢渣为集料的快速结构加固材料，其特征在于该快速结构加固材料由硫铝酸盐水泥、钢渣、矿渣粉、粉煤灰、煅烧高岭土、乳胶粉、纤维素醚、消泡剂和减水剂组成，各组分的重量比为：

硫铝酸盐水泥           100

钢渣                           100-400

矿渣粉                       10-45

粉煤灰                       5-35

煅烧高岭土               3-15

乳胶粉                       1-4

纤维素醚                   0.01-0.15

消泡剂                       0.02-0.15

减水剂                       0.05-3.00。

2.根据权利要求1所述的以钢渣为集料的快速结构加固材料，其特征在于各组份的重量比为：

硫铝酸盐水泥           100

钢渣                           150-400

矿渣粉                       15-40

粉煤灰                       10-35

煅烧高岭土               4-10

乳胶粉                       1-3.5

纤维素醚                   0.01-0.12

消泡剂                       0.02-0.12

减水剂                       0.10-2.50。

3.根据权利要求1所述的以钢渣为集料的快速结构加固材料，其特征在于所述硫铝酸盐水泥为42.5级或52.5级硫铝酸盐水泥中的一种。

4.根据权利要求1所述的以钢渣为集料的快速结构加固材料，其特征在于所述粉煤灰为I级高钙粉煤灰，其游离氧化钙含量≤3.0%，烧失量≤5.0%。

5.根据权利要求1所述的以钢渣为集料的快速结构加固材料，其特征在于所述矿渣粉为S75矿渣粉或S95矿渣粉中的一种。

6.根据权利要求1所述的以钢渣为集料的快速结构加固材料，其特征在于所述煅烧高岭土为经600-1100^oC煅烧的高岭土，粉磨至比表面积≥400m²/kg。

7.根据权利要求1所述的以钢渣为集料的快速结构加固材料，其特征在于所述减水剂为萘系或聚羧酸系减水剂。

8.根据权利要求1所述的以钢渣为集料的快速结构加固材料，其特征在于所述纤维素醚的粘度为2,000mPa.s-10,000mPa.s。