CN104250082A - 一种海工管道用钢渣喷射混凝土及其制备和应用 - Google Patents

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曹春光
翁云翔
杨刚
金强
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Abstract

本发明涉及建筑材料领域，具体公开了一种海工管道用钢渣喷射混凝土及其制备和应用。本发明的钢渣喷射混凝土，其组成含有如下重量份的各组分：钢渣75-120重量份，水泥9-15重量份，硅粉0.75-3重量份，水2.25-9.75重量份。本发明利用了钢渣本身比重高的特性，选做配重物料，使得钢渣不仅作为骨料使用而且增加了配重功能，并且各组分直接相互配合，使得混凝土更致密，有较高的经济效益；并且本发明的钢渣喷射混凝土可以应用于海工配重领域，采用喷射方式施工，便捷快速，节省工期，较同等级产品更有竞争优势。

Description

一种海工管道用钢渣喷射混凝土及其制备和应用
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体公开了一种钢渣喷射混凝土及其制备和应用。
背景技术
海工混凝土是指在海滨、海水中或受海风影响的环境中服役，受海水或海风侵扰的混凝土。海工混凝土由于经常地或周期性地与海水接触，受到海水或海洋大气（含有氯离子），或受波浪、流水的冲击、磨损等作用，而遭受损害，缩短耐用年限。主要破坏机理：海水中Mg2+，Cl-、SO4 2-对混凝土侵蚀、冻融循环、干湿交替、钢筋锈蚀、氯盐结晶膨胀、CO2侵蚀等。
目前，海底管道用混凝土因防止海底暗流冲击，要求混凝土除海工混凝土特性外还需要混凝土比重高，增加管道稳定性。常用海底管道混凝土采用进口赤铁矿作为配重物料，增加混凝土比重。此方法不但使得混凝土成本增加，而且造成自然资源浪费。
现有技术中防止海工混凝土侵蚀的方法多通过材料选择、配合比设计等途径解决；一是减少材料Cl-含量，二是通过提高混凝土强度和致密性，减少海水中Cl-在混凝土中的渗透，从而提高海工混凝土的寿命。
发明内容
本发明的目的在于开发钢渣的新用途，提供一种以钢渣为主要原料的钢渣喷射混凝土，本发明的钢渣喷射混凝土强度高，可运用于海工以及需要比重较大的建筑领域，并且还具有环保、经济的等优点。
本发明首先公开了一种钢渣喷射混凝土，其组成含有如下重量份的各组分：
进一步的，前述钢渣喷射混凝土的组成中还含有外加剂。
优选的，所述外加剂选自高效速凝剂和/或阻锈剂。
更优选的，所述高效速凝剂的含量为水泥质量的3～6wt%；所述阻锈剂的含量为水泥质量的2.5～3.5wt%。
优选的，所述钢渣采用0.1～10mm连续级配的钢渣，其中，粒径规格在0.1～0.8mm的钢渣含量为20～25wt%，粒径规格在0.8～6mm的钢渣含量为50～60wt%，粒径规格在6～10mm的钢渣含量为20～25wt%。
更优选的，所述钢渣中f-CaO的含量<1wt%，SO3的含量<1wt%，金属铁的含量<1wt%，安定性合格，电导率<25mS/m。
本发明的所述连续级配钢渣符合JGJ52-2006《混凝土用砂、石质量及检验方法标准》要求。
优选的，所述水泥为42.5号普通硅酸盐水泥。
优选的，所述硅粉的粒径范围为0.1～0.2μm，比表面积为15～20m2/g，活性指数＞90%，SiO2含量>85%。
本发明的钢渣喷射混凝土以连续级配的钢渣作骨料，与一定数量的水泥、硅粉、外加剂、水混合获得。一方面，本发明利用了钢渣本身比重高的特性，选做配重物料，使得钢渣不仅作为骨料使用而且增加了配重功能；另一方面，利用钢渣和硅粉中富含的SiO2，当与水混合时溶液中富Si贫Ca的凝胶在钢渣和硅粉粒子表面形成附着层，经过一定时间后，富Si和贫Ca凝胶附着层开始溶解和水泥水化产生的Ca(0H)2反应生成C-S-H凝胶，提高混凝土强度；最后，通过配合比设计，利用硅粉颗粒细的点，填充水泥水化产生的Ca(0H)2结晶细化产生的细孔隙，使得混凝土更致密。
本发明第二方面公开了前述钢渣喷射混凝土的制备方法，为按照前述混凝土的组成将钢渣、水泥以及硅粉加水搅拌，喷射成型，养护获得；或者，为按照前述混凝土的组成将钢渣、水泥、硅粉以及外加剂加水搅拌，喷射成型，养护获得。
优选的，所述搅拌在强制式搅拌机进行，搅拌时间为10～20min。
本发明第三方面公开了前述钢渣喷射混凝土的使用方法，包括以下步骤：
1）按钢渣喷射混凝土的组成称取各组分原料，将原料中的固体物质置于强制式搅拌机内，加水搅拌10～20min；
2）将前一步骤搅拌好的物料倒入喷射机料斗；
3）打开喷射机与压缩空气阀门进行喷射成型；
4）成型后养护。
本发明最后公开了前述钢渣喷射混凝土在海工管道建设中的应用。
本发明的有益效果为：一方面，本发明的钢渣喷射混凝土具有较高的经济效益：成功将钢渣引入海工配重领域，取代原有的进口赤铁矿等配重材料；解决了因操作空间狭小、施工环境不足造成的困难，采用喷射方式施工，便捷快速，节省工期；并且利用钢渣与硅粉中的活性成分，使得混凝土密实、提高了混凝土强度，较同等级产品更有竞争优势。另一方面，本发明的钢渣喷射混凝土还具有较高的社会效益：钢渣作为海工混凝土原材料使用，符合国家绿色生态海洋开发的政策要求；并且本发明的产品是环保产品，不但避免天然资源的开采利用，而且提高钢渣废弃资源的高附加值利用，一举两得。
附图说明
图1：一种海工管道用钢渣喷射混凝土制备的工艺流程图
具体实施方式
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。
以下实施例所采用的水为中水，高效促凝剂为TK-782型高效减水剂，阻锈剂为JG-900环保型钢筋阻锈剂，钢渣购自上海宝冶钢渣综合开发实业有限公司。实施例1-3所采用的钢渣集料选用0.1-0.8mm、0.8-6mm、6-10mm，三种粒径规格，且符合JGJ52-2006《混凝土用砂、石质量及检验方法标准》要求，钢渣集料的性能如下表所示：
表1钢渣集料的性能
钢渣集料工艺参数 实施例1 实施例2 实施例3
f-CaO,% 0.00 0.00 0.00
SO3,% 0.05 0.07 0.03
金属铁含量，% 0.31 0.30 0.29
安定性 合格 合格 合格
电导率，mS/s 13 11 15
实施例1钢渣喷射混凝土的制备
称取439g粒径范围在0.1-0.8mm的钢渣，1317g粒径范围在0.8-6mm的钢渣，439g粒径范围在6-10mm的钢渣，265g水泥，26.5g硅粉，阻锈剂9.275g后，加66.25g水搅拌10min。将搅拌好的物料倒入喷射机料斗，打开喷射机与压缩空气阀门，进行喷射成型，喷射需均匀、慢速进行；成型结束后养护，获得钢渣喷射混凝土。
实施例2钢渣喷射混凝土的制备
称取1175g粒径范围在0.1-0.8mm的钢渣，2350g粒径范围在0.8-6mm的钢渣，1175g粒径范围在6-10mm的钢渣，470g水泥，117g硅粉，高效促凝剂28.2g后，加164.5g水搅拌10min。将搅拌好的物料倒入喷射机料斗，打开喷射机与压缩空气阀门，进行喷射成型，喷射需均匀、慢速进行；成型结束后养护，获得钢渣喷射混凝土。
实施例3钢渣喷射混凝土的制备
称取1035g粒径范围在0.1-0.8mm的钢渣，2565g粒径范围在0.8-6mm的钢渣，940g粒径范围在6-10mm的钢渣，670g水泥，33.45g硅粉，高效促凝剂16.8g、阻锈剂20.1g后，加435.5g水搅拌10min。将搅拌好的物料倒入喷射机料斗，打开喷射机与压缩空气阀门，进行喷射成型，喷射需均匀、慢速进行；成型结束后养护，获得钢渣喷射混凝土。
实施例4钢渣喷射混凝土的性能
对实施例1-3制备的钢渣喷射混凝土的抗压强度、氯离子扩散系数、吸水率及比重等参数进行检测，检测方法参考《水运工程混凝土试验规程》JTJ270-1998。检测结果见表2。
表2检测结果

Claims (10)

1.一种钢渣喷射混凝土，其组成含有如下重量份的各组分：
2.如权利要求1所述的钢渣喷射混凝土，其特征在于，所述钢渣喷射混凝土的组成中还含有外加剂。
3.如权利要求2所述的钢渣喷射混凝土，其特征在于，所述外加剂选自高效速凝剂和/或阻锈剂。
4.如权利要求3所述的钢渣喷射混凝土，其特征在于，所述高效速凝剂的含量为水泥质量的3～6wt%；所述阻锈剂的含量为水泥质量的2.5～3.5wt%。
5.如权利要求1所述的钢渣喷射混凝土，其特征在于，所述钢渣采用0.1～10mm连续级配的钢渣，其中，粒径规格在0.1～0.8mm的钢渣含量为20～25wt%，粒径规格在0.8～6mm的钢渣含量为50～60wt%，粒径规格在6～10mm的钢渣含量为20～25wt%。
6.如权利要求1所述的钢渣喷射混凝土，其特征在于，所述钢渣中f-CaO的含量<1wt%，SO3的含量<1wt%，金属铁的含量<1wt%，安定性合格，电导率<25mS/m。
7.如权利要求1所述的钢渣喷射混凝土，其特征在于，所述硅粉的粒径范围为0.1～0.2μm，比表面积为15～20m2/g，活性指数＞90%，SiO2含量>85%。
8.权利要求1-7任一权利要求所述钢渣喷射混凝土的制备方法，为按照前述混凝土的组成将钢渣、水泥以及硅粉加水搅拌，喷射成型，养护获得；或者，为按照前述混凝土的组成将钢渣、水泥、硅粉以及外加剂加水搅拌，喷射成型，养护获得。
9.权利要求1-7任一权利要求所述钢渣喷射混凝土的使用方法，包括以下步骤：
1）按钢渣喷射混凝土的组成称取各组分原料，将原料中的固体物质置于强制式搅拌机内，加水搅拌10～20min；
2）将前一步骤搅拌好的物料倒入喷射机料斗；
3）打开喷射机与压缩空气阀门进行喷射成型；
4）成型后养护。
10.权利要求1-7任一权利要求所述钢渣喷射混凝土在海工管道建设中的应用。
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