CN102329105A - 用锰渣-钢渣-石灰石粉作掺合料制备混凝土的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用锰渣-钢渣-石灰石粉作掺合料制备混凝土的方法。原料由胶凝材料、集料、外加剂和水组成。胶凝材料由水泥、锰渣、钢渣和石灰石粉复合而成，激发剂为碱性或硫酸盐激发剂。所用锰渣微粉、钢渣微粉和石灰石粉的比表面积分别控制在400～600m²/kg、500～800m²/kg和600～900m²/kg。采用小粒径连续级配粗集料，5～20mm碎石含量大于85％。激发剂预先溶于水，随拌合水掺入。所得混凝土工作性能良好，28天强度比单独采用矿渣微粉的混凝土强度提高约8％，成本降低近20％，抗收缩性、抗冻性和抗海水侵蚀性等耐久性得到明显改善。本发明工艺简单，可配制C20～C60等级混凝土，可显著提高混凝土中工业废渣掺量，具有良好的实用价值。

Description

用锰渣-钢渣-石灰石粉作掺合料制备混凝土的方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种利用锰渣-钢渣-石灰石粉作为掺合料制备高性能混凝土的方法。

背景技术

近年来，高性能混凝土的研究重点集中在混凝土结构设计、低水灰比、活性矿物细掺料以及高效外加剂的使用等几个方面。因此，利用工业废渣、天然矿物或复合矿粉作为混凝土掺合料是实现配制高性能混凝土的有效手段之一。

目前，全国钢铁冶金、能源、有色、矿山等行业每年产生的矿渣、钢渣、粉煤灰、煤矸石、赤泥、尾矿等固体工业废渣共计18亿吨，但是综合利用率仅为55.7％，大量的固体工业废物仍然未能得到有效利用。因此，如何实现固体废弃物的无害化、减量化和资源化，已成为发展经济和保护环境的关键。目前混凝土中最常用的掺合料有磨细矿渣、粉煤灰、硅灰等。

水淬锰渣是一类特殊的矿渣，它是锰铁合金在高温冶炼过程中由所排放的熔渣经水急冷而成的粒状颗粒，具备一定的水硬性和火山灰性，是一种潜在活性较高的材料，与矿渣、粉煤灰等工业废渣一样，具有应用开发的价值。目前在我国水淬锰渣尚未得到充分的开发利用，除30％用于水泥混合材和回炉冶炼外，其它70％作堆填处理，年净排放量达1200万吨。用于水泥混合材的锰渣单独粉磨细度都在350m²/kg左右，而且都是以复合形式填加，相关研究也只停留在初步研究阶段。

钢渣是在钢铁生产过程中由造渣材料、冶炼反应物、侵蚀脱落的炉体和补炉材料、金属炉料带入的杂质和为调整钢渣性质而特意加入的造渣材料所组成的固体渣体，是生产钢铁过程的副产品。在生产中，每生产1吨钢铁就有15％-20％的钢渣产生。在我国炼钢厂堆积的钢渣总量超过2亿吨，占地1万多亩，而且每年仍以3000多万吨的数量增长。这些钢渣若不综合利用，会占用越来越多的土地，污染环境并造成资源的浪费。在近几十年来研究发现，钢渣具有和水泥相似的矿物组分，可以作为二次资源再加以利用，不仅具有良好的社会效益，同时还具有巨大的经济效益。

在我国生产石灰石碎石、机制砂等集料时，产生了大量的石屑、石粉。用石屑代砂、掺入一定的石灰石粉可改善混凝土的各项性能，但不定量、无限制的使用，必然对其强度、施工性能和耐久性能带来不良影响。其表现为混凝土单位用水量大、强度低、施工性能以及耐久性能差。为了达到有效利用石灰石粉，研究以石灰石粉作为掺合料的混凝土的各项性能，以达到有目的、高效利用石灰石粉。如果在提高混凝土的强度、施工性和耐久性的同时，实现石灰石粉的有效利用，将实现良好的经济效益和环境效益的结合。

目前还没有将锰渣微粉、钢渣微粉和石灰石粉复合制备成混凝土掺合料用于高性能混凝土的相关研究报道。

发明内容

本发明的目的就是利用一种以锰渣、钢渣和石灰石为主要原料作为混凝土掺合料，该掺合料能够大量利用工业生产中废弃的水淬锰渣和石灰石。并能在适当的外加剂(高效减水剂和激发剂)作用下，通过与其它砂石料配合，制备得到满足相应标准要求的混凝土。

具体步骤如下：

(1)原料由胶凝材料、集料、外加剂和水组成，胶凝材料、集料和水的质量百分比分别为：12％～24％、65％～75％和6％～10％；其中胶凝材料质量百分比为：水泥30％～65％，锰渣20％～40％，钢渣10％～20％，石灰石5％～10％；粗集料采用小粒径连续级配，粒径5～30mm，质量百分比分别为为：5～10mm：0.01％～45％；10～20mm：35％～65％；20～30mm：5％～15％；砂率为34％～40％；外加剂为激发剂和减水剂，激发剂为胶凝材料质量百分比的1％～5％，减水剂为胶凝材料质量百分比的1.0％～2.0％；细集料细度模数为2.6，水胶比为0.30～0.55；

(2)将锰渣、钢渣和石灰石烘干至含水率小于1.0％，放入球磨机中分别粉磨至比表面积400～600m²/kg、500～800m²/kg和600～900m²/kg；

(3)将步骤(2)制得的水泥、锰渣、钢渣和石灰石按步骤(1)比例混合均匀得到胶凝材料；激发剂加水拌合至均匀；

(4)将粗集料倒入搅拌机中，再将步骤(3)配好的胶凝材料倒入，然后将细集料倒入搅拌机中进行干拌60秒；在搅拌过程中先后加入减水剂及步骤(3)配制激发剂溶液，搅拌180～240秒后停机，制备成型，在温度20±2℃，湿度90±5％环境下养护；

所述激发剂为KOH、NaOH、Ca(OH)2、K2SO4、Na2SO4和CaSO4中的一种或两种；

所述减水剂为NSO β-萘磺酸甲醛高缩物钠盐。

本发明的有益效果是：

(1)能够大量利用水淬锰渣、钢渣和石灰石制备混凝土掺合料，掺入量分别在20％～40％，0.01％～20％和5％～10％，改善环境，减少污染，节约资源。

(2)配制的混凝土强度完全符合国家标准，强度满足C20～C60各等级要求，而且其抗侵蚀性，抗冻性，收缩性等耐久性能均良好，符合高性能混凝土的要求。

(3)制备技术简单，成本低，同时也降低了混凝土生产成本。

具体实施方式

实施例1：

(1)原料由胶凝材料、集料、减水剂和水组成，胶凝材料、集料和水的质量百分比分别为18.3％、72.5％和9.2％；其中胶凝材料质量百分比组成为：水泥40％，锰渣40％，钢渣10％，石灰石10％；粗集料质量百分比为：5～10mm：30％；10～20mm：55％；20～30mm：15％；激发剂化学纯NaOH为胶凝材料质量百分比的3.0％，减水剂NSO β-萘磺酸甲醛高缩物钠盐为胶凝材料质量百分比的1.5％；砂细度模数为2.6，砂率为37％，水胶比为0.50；

(2)将锰渣、钢渣和石灰石烘干至含水率小于1％，放入球磨机中分别粉磨至比表面积452m²/kg、550m²/kg和609m²/kg；

(3)将步骤(2)制得的水泥、锰渣、钢渣和石灰石按步骤(1)比例混合均匀得到胶凝材料；激发剂加水拌合至均匀；

(4)将粗集料倒入搅拌机中，再将步骤(3)配好的胶凝材料倒入，然后将细集料倒入搅拌机中进行干拌60秒；在搅拌过程中先后加入减水剂及步骤(3)配制激发剂溶液，搅拌180秒后停机，制备成型，经养护至28天即可；

将成型好的混凝土试件24h后拆模，在温度20±2℃，湿度90±5％环境下养护，测得3d抗压强度25.6MPa；7d抗压强度34.3MPa；28d抗压强度39.7MPa。

实施例2：

(1)原料由胶凝材料、集料、外加剂和水组成，胶凝材料和水的质量百分比分别为21.2％、69.3％和9.5％；其中胶凝材料质量百分比组成为：水泥50％，锰渣30％，钢渣10％，石灰石10％；集料质量百分比为：5～10mm：35％；10～20mm：55％；20～30mm：10％；激发剂为化学纯KOH+K2SO4，两者质量比为40∶60，取胶凝材料质量百分比的3.0％；减水剂NSO β-萘磺酸甲醛高缩物钠盐为胶凝材料质量百分比的2.0％；砂细度模数为2.6，砂率为38％，水胶比为0.45；

(2)将锰渣、钢渣和石灰石烘干至含水率小于1％，放入球磨机中分别粉磨至比表面积495m²/kg、611m²/kg和792m²/kg；

(3)将步骤(2)制得的水泥、锰渣、钢渣和石灰石按步骤(1)比例混合均匀得到胶凝材料；激发剂加水拌合至均匀；

(4)将粗集料倒入搅拌机中，再将步骤(3)配好的胶凝材料倒入，然后将细集料倒入搅拌机中进行干拌60秒；在搅拌过程中先后加入减水剂及步骤(3)配制激发剂溶液，搅拌240秒后停机，制备成型，经养护至28天即可.

将成型好的混凝土试件24h后拆模，在温度20℃，湿度90％的环境下养护，测的3d抗压强度33.5MPa；7d抗压强度42.8MPa；28d抗压强度50.3MPa。以上两例塌落度都在160mm左右，工作性良好，塌落度损失小，无泌水现象。通过配合比可看出，锰渣-钢渣-石灰石复合掺合料掺量在50％～60％时所制备的混凝土抗压强度完全满足C30和C40的强度要求。

实施例3：

(1)原料由胶凝材料、集料、外加剂和水组成，胶凝材料、集料和水的质量百分比分别为24.2％、66.1％和9.7％；其中胶凝材料质量百分比组成为：水泥60％，锰渣20％，钢渣15％，石灰石5％；集料质量百分比为：5～10mm：45％；10～20mm：45％；20～30mm：10％；外加剂为激发剂和减水剂；激发剂为化学纯K2SO4为胶凝材料质量百分比的3.0％；减水剂NSO β-萘磺酸甲醛高缩物钠盐为胶凝材料质量百分比的2.0％；细集料细度模数为2.8，砂率为40％；水胶比为0.40；

(2)将锰渣、钢渣和石灰石烘干至含水率小于1％，放入球磨机中分别粉磨至比表面积495m²/kg、611m²/kg和792m²/kg；

(3)将步骤(2)制得的水泥、锰渣、钢渣和石灰石按步骤(1)比例混合均匀得到胶凝材料；激发剂加水拌合至均匀；

(4)将粗集料倒入搅拌机中，再将步骤(3)配好的胶凝材料倒入，然后将细集料倒入搅拌机中进行干拌60秒；在搅拌过程中先后加入减水剂及步骤(3)配制激发剂溶液，搅拌240秒后停机，制备成型，经养护至28天即可；

所配制的混凝土塌落度180mm，工作性良好，塌落度损失小，无泌水现象。

将成型好的混凝土试件24h后拆模，在温度20土2℃，湿度90±5％环境下养护，测的3d抗压强度49.3MPa；7d抗压强度58.2MPa；28d抗压强度70.7MPa。在进行混凝土抗收缩性、抗冻性、抗海水侵蚀性试验中，得出锰渣-钢渣-石灰石高性能混凝土耐久性均高于普通混凝土。此例说明利用锰渣-钢渣-石灰石复合掺合料制备的混凝土可满足C60的强度要求。

Claims (1)

1.一种用锰渣-钢渣-石灰石粉作掺合料制备混凝土的方法，其特征在于具体步骤为：

(1)原料由胶凝材料、集料、外加剂和水组成，胶凝材料、集料和水的质量百分比分别为：12％～24％、65％～75％和6％～10％；其中胶凝材料质量百分比为：水泥30％～65％，锰渣20％～40％，钢渣10％～20％，石灰石5％～10％；粗集料采用小粒径连续级配，粒径5～30mm，质量百分比分别为为：5～10mm：0.01％～45％；10～20mm：35％～65％；20～30mm：5％～15％；外加剂为减水剂和激发剂，减水剂为胶凝材料质量百分比的1.0％～2.0％，激发剂为胶凝材料质量百分比的1.0％～5.0％；细集料细度模数为2.5～3.0，砂率为34％～40％，水胶比为0.30～0.55；

(2)将锰渣、钢渣和石灰石烘干至含水率小于1.0％，放入球磨机中分别粉磨至比表面积400～600m²/kg、500～800m²/kg和600～900m²/kg；

(3)将步骤(2)制得的水泥、锰渣、钢渣和石灰石按步骤(1)比例混合均匀得到胶凝材料；激发剂加水拌合至均匀；

(4)将粗集料倒入搅拌机中，再将步骤(3)配好的胶凝材料倒入，然后将细集料倒入搅拌机中进行干拌60秒；在搅拌过程中先后加入减水剂及步骤(3)配制激发剂溶液，搅拌180～240秒后停机，制备成型，在温度20±2℃，湿度90±5％环境下养护；

所述激发剂为KOH、NaOH、Ca(OH)2、K2SO4、Na2SO4和CaSO4中的一种或两种；

所述减水剂为NSO β-萘磺酸甲醛高缩物钠盐。