CN106061917A - 包含急冷制钢还原渣粉末的喷射混凝土用加速剂组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包含急冷制钢还原渣粉末的混凝土用加速剂，更具体而言涉及一种粉末型加速剂，其包含急冷制钢还原渣粉末，在喷射混凝土作业中添加到水泥从而通过快速硬化而加快强度发展。所述加速剂组合物包含急冷制钢还原渣粉末、碳酸钠、石膏、熟石灰、铝酸钠和增稠剂，所述急冷制钢还原渣粉末通过以下方式制得：向炼钢厂的炼铁过程中产生的副产物的熔融还原电弧炉渣喷射并飞散高压高速气体5秒～60秒，从而使1,300℃～1,600℃的熔融还原渣急冷至40℃～90℃，并且将其粉碎为3,000cm2/g～12,000cm2/g的粉末。

Description

包含急冷制钢还原渣粉末的喷射混凝土用加速剂组合物
技术领域
本发明涉及一种包含急冷制钢(rapidly cooled steel)还原渣粉末的喷射混凝土用加速剂组合物，更具体而言涉及一种加速剂，其包含粉末型急冷制钢还原渣粉末，在使用喷射混凝土的作业中添加到水泥，并通过快速硬化而促进强化。所述喷射混凝土用加速剂组合物包含急冷制钢还原渣粉末，由含有下述急冷制钢还原渣粉末、碳酸钠、石膏、熟石灰、铝酸钠和增稠剂的混合物构成，所述急冷制钢还原渣粉末通过以下方式制得：向炼钢厂的炼铁过程中产生的副产物的熔融还原电弧炉渣喷射高压高速气体5秒～60秒，使1,300℃～1,600℃的熔融还原渣飞散从而将其急冷至40℃～90℃，并且将所述急冷渣粉碎至具有3,000cm2/g～12,000cm2/g的粉末细度。
背景技术
在建造隧道、水坝或地下结构体时，已经使用喷射混凝土通过加固基岩或地面的裂隙来防止坍塌。
喷射混凝土通过控制挖掘作业后立即发生的基部的初期位移以及防止风化而提升了挖掘面的稳定性。另外，喷射混凝土填充了基岩的裂隙或不规则部分从而在加固石中发挥如同接缝砂浆的粘合功能作用。而且，在结构体的长期使用和安全性方面，认为喷射混凝土的功能很重要。
喷射混凝土通过混凝土搅拌车、泵、喷嘴等喷射到施工现场的顶部和墙面，并迅速硬化。此处，必须使用快速硬化用加速剂。
加速剂是通过促进喷射混凝土的初始强化而使喷射混凝土迅速发挥其作为支持体的功能的混凝土用外加剂。当喷射混凝土如在隧道作业中那样向上施工时，应促进混凝土的凝固以改善作业效率和防止所附着的混凝土由于其重量而剥落。此外，应促进所附着的混凝土的硬化从而在初始获得地桩中所需的强度并承受爆破振动。为了实现此目标，在喷射混凝土施工时使用加速剂。喷射混凝土用加速剂应具有以下特性：
第一，应迅速表现初始强度，并应表现优良的长期强度。第二，应增大混凝土的粘合性以使回弹和粉尘的量减少。第三，由于喷射时发生的粉尘和飞散物等频繁接触人体，所以喷射混凝土用加速剂不应含有对人体有害的成分。第四，在混凝土泵送过程中不应发生堵塞和脉动等。第五，不应发生喷射混凝土的剥落和表面偏斜等。第六，长期收缩应降低为减少破裂发生和不发生如钢材腐蚀等不良影响。第七，在供水时应提供足够的效果。
此外，当作为制钢工艺中出现的副产物的钢还原渣进行急冷并且粉碎的细粉接触水时，由于伴有放热反应的快速反应而显示出快速凝固，使得混合无法进行。也就是说，按照KS L ISO 679测量砂浆的压缩强度，结果，甚至在初始水合离子的三小时内也表现出10MPa以上的高强度。因此，此种钢还原渣对于应快速硬化并保持形状的喷射混凝土是合适的材料。
考虑近来使用作为工业副产物的炉渣粉末的喷射混凝土相关技术，韩国专利10-0919745号记载了一种喷射混凝土用外加剂组合物，其包含：50～75重量份的高炉渣细粉；20～45重量份的无水石膏；1～5重量份的氢氧化钙、氢氧化钠或其混合物中的任一种；以及0.1～0.5重量份的硬化加速剂，其中，所述高炉渣细粉具有4,000～6,000(cm2/g)的Blain细度，所述硬化加速剂为碳酸钠(Na2CO3)，并且基于所述外加剂组合物的总重量还添加有0.1～1.0重量份的高性能聚羧酸类减水剂，通过粉末混合用混合器、无重力混合器、带式混合器和鼓式混合器中的一种进行混合，使得构成所述外加剂组合物的各种成分均匀混合。
此外，韩国专利10-0919745号记载了使用粉末型预拌喷射混凝土建造隧道喷射混凝土支持体的方法，该方法包括：(a)制造粉末型预拌喷射混凝土的步骤，其中，将喷射混凝土的粗骨料的最大尺寸控制为8mm或10mm，在工厂严格管理骨料的粒径，将管理的骨料和水泥的总量的30重量％～50重量％用高炉渣替代，并且除了水和加速剂以外的所有材料均在工厂预拌；(b)将所述粉末型预拌喷射混凝土通过车辆移动到隧道施工现场的步骤；(c)向混合器投入所述粉末型预拌喷射混凝土然后向其投入预设量的水和外加剂的步骤；和(d)高压喷射混合的喷射混凝土的步骤。
不过，由于使用高炉渣的喷射混凝土组合物使用单独的加速剂(如碳酸钠)或高性能减水剂来实现快速凝固，因此难以实现均匀快速凝固特性并显示喷射混凝土的固有性质。此外，如本发明中这样的使用急冷制钢还原渣粉末作为加速剂从而在不使用单独的加速剂的情况下满意地显示其性质的喷射混凝土尚未开发出来。因此，本发明人开发了一种包含急冷制钢还原渣粉末的喷射混凝土用加速剂组合物，其使用急冷制钢还原渣粉末作为加速剂，从而完成了本发明，通过利用工业副产物而对生态友好的低碳绿色发展作出贡献。
发明内容
技术问题
因此，鉴于上述问题而做出了本发明，本发明的一个目的是提供包含作为工业副产物的急冷制钢还原渣的喷射混凝土用加速剂组合物，从而对生态友好的低碳绿色发展作出贡献。
根据本发明的另一方面，提供了一种加速剂喷射混凝土组合物，其包含急冷制钢还原渣粉末，将该急冷制钢还原渣粉末添加到混凝土中并通过促进混凝土的硬化而加速强化。
更具体而言，根据本发明的另一方面，提供了一种包含急冷制钢还原渣的喷射混凝土用加速剂组合物，其使用包含急冷制钢还原渣粉末、碳酸钠、石膏、熟石灰和铝酸钠的混合物制得，所述急冷制钢还原渣粉末通过以下方式制得：向炼钢厂的炼铁过程中产生的副产物的熔融还原电弧炉渣喷射高压高速气体5秒～60秒，使1,300℃～1,600℃的熔融还原渣飞散从而将其急冷至40℃～90℃，并且将所述急冷渣粉碎至具有3,000cm2/g～12,000cm2/g的粉末细度。此外，根据本发明的又一方面，提供了一种不会使混凝土的强度劣化、降低施工费用并且生态友好的加速剂。
技术方案
根据本发明的一个方面，上述和其他目的可以通过提供包含急冷制钢还原渣的喷射混凝土用加速剂组合物而实现，其中，所述加速剂组合物包含急冷制钢还原渣粉末、碳酸钠、石膏、熟石灰、铝酸钠和增稠剂。
所述加速剂组合物可以包含50重量％～70重量％的急冷制钢还原渣粉末、10重量％～25重量％的碳酸钠、1重量％～10重量％的石膏、5重量％～10重量％的熟石灰、1重量％～5重量％的铝酸钠和0.1～0.5重量％的增稠剂。
所述急冷制钢还原渣粉末可以通过下述方式制备：向炼铁过程中产生的副产物的熔融还原电弧炉渣喷射并飞散高压高速气体5秒～60秒而不与水接触，从而将1,300℃～1,600℃的熔融还原渣急冷至40℃～90℃，并且将所述急冷渣粉碎至3,000cm2/g～12,000cm2/g的粉末细度，其中，所述急冷制钢还原渣粉末包含40质量％～60质量％的CaO、15质量％～35质量％的Al2O3和10质量％～30质量％的SiO2。
包含所述急冷制钢还原渣的喷射混凝土用加速剂组合物可以显示出快速凝固特性，因而在1～2分钟内变为初始凝固状态，在10分钟内变为最终凝固状态，由此初始表现出强度，从而表现出初始强度。
有利效果
本发明的加速剂使用工业副产物急冷制钢还原渣粉末作为主要材料，由此通过减少碳排放使环境破坏最小化，提高了经济可行性，并通过总体上显示与硅酸盐水泥(Portland cement)类似的有害性和对人体具有较小的毒性而提供了有利的作业环境。
此外，本发明的使用无定形急冷制钢还原渣作为主要材料的所述加速剂即使在少量使用时也显示出快速凝固特性，因而在1～2分钟内变为初始凝固状态，在10分钟内变为最终凝固状态，由此初始表现出强度，从而表现出初始强度。因此，喷射混凝土的强度提高。
附图说明
图1描绘了显示通过Vicat针测量的急冷制钢还原渣细粉的凝固时间的图。
图2描绘了加热温度的测量结果的图。
图3描绘了砂浆压缩强度的图。
图4描绘了砂浆样本的长度变化的图。
具体实施方式
本发明的包含急冷制钢还原渣的喷射混凝土用加速剂组合物包含急冷制钢还原渣粉末、碳酸钠、石膏、熟石灰、铝酸钠和增稠剂。
包含急冷制钢还原渣的加速剂组合物包含50重量％～70重量％的急冷制钢还原渣粉末、10重量％～25重量％的碳酸钠、1重量％～10重量％的石膏、5重量％～10重量％的熟石灰、1重量％～5重量％的铝酸钠和0.1～0.5重量％的增稠剂。
急冷制钢还原渣粉末可以通过下述方式制备：向炼铁过程中产生的副产物的熔融还原电弧炉渣喷射并飞散高压高速气体5秒～60秒而不与水接触，从而将1,300℃～1,600℃的熔融还原渣急冷至40℃～90℃，并且将所述急冷渣粉碎至3,000cm2/g～12,000cm2/g的粉末细度，其中，所述急冷制钢还原渣粉末包含40质量％～60质量％的CaO、15质量％～35质量％的Al2O3和10质量％～30质量％的SiO2。
包含急冷制钢还原渣的喷射混凝土用加速剂组合物显示出快速凝固特性，因而在1～2分钟内变为初始凝固状态，在10分钟内变为最终凝固状态，由此初始表现出强度，从而表现出初始强度。
在下文中，参照以下实施例和附图为本领域普通技术人员更详细地说明本发明，从而容易实施本发明。如本领域技术人员将认识到的，所述实施方式可以以各种不同方式修改，而不会脱离本发明的精神或范围。
首先，本发明的急冷制钢还原渣粉末通过以下方式制备：向作为炼钢厂的炼铁过程中产生的副产物的熔融还原电弧炉渣喷射高压高速气体5秒～60秒，使1,300℃～1,600℃的熔融还原渣飞散从而将其急冷至40℃～90℃，并且将所述急冷渣粉碎至具有3,000cm2/g～12,000cm2/g的粉末细度，并且所述急冷制钢还原渣粉末包含CaO和Al2O3作为主要成分。
所述粉末为按照两种成分的摩尔比具有3CaO·Al2O3-12CaO·7Al2O3-CaO·Al2O3-CaO·2Al2O3的连续固体。当将该粉末与Ca(OH)2或硅酸盐水泥混合时，将快速形成如CaO·Al2O3·10H2O、2CaO·Al2O3·8H2O、3CaO·Al2O3·6H2O等水合物，于是，显示出快速硬化特性。
材料的固有快速凝固特性随CaO含量增大(即3CaO·Al2O3含量增大)而增加。不过，当将矿物添加到硅酸盐水泥时，其变得难以控制性质。此外，急冷的无定形物质显示出比晶体更高的快速凝固特性。
此外，为了提供适合用作加速剂的快速凝固能力，应将急冷制钢还原渣粉末粉碎为其比表面积变为5500cm2/g～6500cm2/g。
当将急冷制钢还原渣粉末以小于50重量％的量使用时，初始的快速凝固能力快速凝固能力显著降低。另一方面，当急冷制钢还原渣粉末以70重量％以上的量使用时，发生过度的快速凝固现象，从而难以提供施工作业性并导致长期强度降低。因此，基于100重量％的本发明的加速剂组合物，急冷制钢还原渣粉末的含量优选为50重量％～70重量％。
熟石灰在初始水合时增加Ca(OH)2的浓度，从而加快喷射混凝土的初始强化。当熟石灰的量小于5重量％时，初始强度改善效果轻微。另一方面，当熟石灰的量大于10重量％时，熟石灰在初始步骤中接触水，由此发生快速假性凝固并干扰喷射混凝土的凝结。因此，喷射混凝土可能未附着至施工场所，并且可能从其脱落。因此，基于100重量％的本发明的加速剂组合物，熟石灰的含量优选为5重量％～10重量％。
石膏改善喷射混凝土的后期硬化速度和压缩强度。作为石膏成分的三氧化硫离子在初始水合过程中与铝酸钙水合物反应，由此产生针状结晶钙矾石并对初始强度有贡献。该针状结晶随时间生长从而进一步加强水合组织之间的连接。此外，针状结晶对长期强化有贡献。由于添加石膏产生的作为膨胀性针状物质的钙矾石补偿还原渣粉末的长期收缩特性，从而对体积稳定性有贡献。
当石膏的含量小于1重量％时，强度改善效果轻微。另一方面，当石膏的含量大于10重量％时，在施工场所可能发生破裂或初始快速凝固能力可能降低。因此，基于100重量％的本发明的加速剂组合物，石膏的含量优选为1重量％～10重量％。
碳酸钠改善后期硬化速度和初始强度并通过确保喷射混凝土的流动性而提高喷射混凝土的粘附性。当碳酸钠的含量小于10重量％时，强度和流动性改善效果轻微。另一方面，当碳酸钠的含量大于25重量％时，施工作业性的确保能力和快速凝固能力降低。因此，基于100重量％的本发明的加速剂组合物，碳酸钠的含量优选为10重量％～25重量％。
铝酸钠促进初始1分钟内的反应性。当铝酸钠的含量小于1重量％时，初始快速凝固效果轻微。另一方面，当铝酸钠的含量大于5重量％时，显示出过度的初始快速凝固从而降低喷射混凝土的粘附性，并且其碱性增大，由此有害性增强。因此，基于100重量％的本发明的加速剂组合物，铝酸钠的含量优选为1重量％～5重量％。
增稠剂增大喷射混凝土的粘度从而减少在喷射混凝土施工时未附着和回弹的回弹料的量。当增稠剂的含量小于0.1重量％时，定性提升效果轻微。另一方面，当增稠剂的含量大于0.5重量％时，快速凝固特性劣化。因此，基于100重量％的本发明的加速剂组合物，增稠剂的含量优选为0.1～0.5重量％。
在下文中，将参照以下实施例和比较例对本发明进行详细说明。不过，以下实施例和比较例并不是提供来限制本发明的范围，本领域技术人员将认识到可以进行各种修改、增加和替换，而不脱离本发明的范围和精神。
[实施例1]
将本发明的无定形急冷制钢还原渣粉末粉碎至6,000cm2/g的粉末细度。将粉碎的无定形急冷制钢还原渣粉末与碳酸钠、熟石灰、铝酸钠、石膏和增稠剂混合，如表1所总结。结果，制得了加速剂。
[表1]
[实施例2]
贯入阻力和压缩强度试验
将通用硅酸盐水泥和ISO标准砂以1:3的比率混合。然后，将如表1所示制备的本发明的加速剂(实施例)和韩国“U”公司制造的粉末加速剂(比较例)各自基于混合水泥的总量为6重量％的量混合来制备样本，然后进行凝固和压缩强度试验。对实施例和比较例的各个样本进行基于时间的贯入阻力和砂浆压缩强度试验。结果总结在表2中。
[表2]
如表2所示，可以确认本发明的加速剂(实施例)显示出与传统加速剂(比较例)相比相当或更高的凝固和强度特性。此外，可以确认，在喷射混凝土中使用本发明的包含急冷制钢还原渣的加速剂组合物时，虽然使用工业副产物作为主要材料，但初始和长期强度增加。
[实施例3]
按照KS L ISO 9597，改变缓凝剂的添加量，通过Vicat针对本发明中使用的急冷还原渣进行凝固试验。结果示于图1。
如图1所示，在本发明的加速剂中大量包含的急冷制钢还原渣细粉的凝固时间通过Vicat针测量。对此，可以确认，在不添加缓凝剂时，在与水接触后立即发生最终凝固，这表明该细粉的快速凝固特性和高反应性。因此，由于急冷制钢还原渣细粉在与水反应后快速凝固，其是使回弹量最小化的有效喷射混凝土试剂。此外，通过控制缓凝剂的用量可以确保作业时间，从而可以确保作业性。
[实施例4]
测量本发明的加速剂组合物和“U”公司制造的传统粉末加速剂各自的加热温度。结果总结在图2中。
如图2所示，测量本发明的加速剂(实施例)和传统加速剂(比较例)的基于时间的水合热温度。结果，其最高温度彼此相似，而传统加速剂达到最高温度所用的时间较短，但本发明的加速剂的温度保持能力更高。本发明的加速剂的此种特性可有效改善喷射混凝土的施工作业性和粘附性以及长期强度。
[实施例5]
对通过混合本发明中使用的加速剂组合物的急冷还原渣细粉和石膏制得的粉末按照KS L ISO 679进行砂浆压缩强度试验。结果示于图3。砂浆样本的长度变化示于图4。
如图3所示，在将本发明所用的急冷还原渣细粉与石膏混合时，在初始3小时的时刻也显示出约20MPa的高强化率，并在商业上使用的长时间熟化硅酸盐水泥中也显示出129％的高强化率。
如图4所示，可以确认，在将本发明所用的急冷还原渣细粉与石膏混合时，显示出样本的长度变化。此外，可以确认，在28日熟化时，该样本还显示出与商业上使用的硅酸盐水泥OPC相比稳定的长度变化，这表明样本具有体积稳定性。
提供上述说明仅用于阐述本发明的技术构思。本领域技术人员将认识到，可以进行各种修改、添加和替换，而不脱离本发明的范围和精神。因此，虽然通过有限的实施例和附图对本发明进行了说明，但本发明的技术构思不应限于这些实施例和附图。本发明的范围并不由本发明的具体实施方式所限定，而是由所附权利要求所限定，在此范围内的所有差异应解释为在本发明的范围之内。

Claims (4)

1.一种喷射混凝土用加速剂组合物，其包含急冷制钢还原渣，其中，所述加速剂组合物包含急冷制钢还原渣粉末、碳酸钠、石膏、熟石灰、铝酸钠和增稠剂。
2.如权利要求1所述的加速剂组合物，其包含50重量％～70重量％的所述急冷制钢还原渣粉末、10重量％～25重量％的所述碳酸钠、1重量％～10重量％的所述石膏、5重量％～10重量％的所述熟石灰、1重量％～5重量％的所述铝酸钠和0.1重量％～0.5重量％的所述增稠剂。
3.如权利要求1所述的加速剂组合物，其中，所述急冷制钢还原渣粉末通过以下方式制得：向炼铁过程中产生的副产物的熔融还原电弧炉渣喷射并飞散高压高速气体5秒～60秒而不与水接触，从而将1,300℃～1,600℃的熔融还原渣急冷至40℃～90℃，并且将急冷渣粉碎至3,000cm2/g～12,000cm2/g的粉末细度，其中，所述急冷制钢还原渣粉末包含40质量％～60质量％的CaO、15质量％～35质量％的Al2O3和10质量％～30质量％的SiO2。
4.如权利要求1～3中任一项所述的加速剂组合物，其中，包含所述急冷制钢还原渣的所述喷射混凝土用加速剂组合物显示出快速凝固特性，从而在1～2分钟内变为初始凝固状态，在10分钟内变为最终凝固状态，由此初始表现出强度，从而表现出初始强度。
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