CN106316171A

CN106316171A - 一种用于地基加固和土体改良的复合型钢渣基水泥

Info

Publication number: CN106316171A
Application number: CN201610640914.3A
Authority: CN
Inventors: 邓永锋; 赵余; 邓祖华; 刘松玉; 顾兴宇
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2016-08-05
Filing date: 2016-08-05
Publication date: 2017-01-11

Abstract

本发明提出了一种复合型钢渣基水泥，用于地基加固和土体改良，主体由钢渣、偏高岭土、水泥和特制的早强剂组成。在水泥提供碱性环境的基础上，掺入复配早强减水剂，进一步激发钢渣、偏高岭土与水泥进行水化反应，生成胶凝物质，使整体的复合型钢渣基水泥具有高强度的性能。将其用于地基加固和土体改良，可以避免钢渣中f‑CaO膨胀对加固和改良后土体性能的影响。钢渣、偏高岭土和水泥的添加比例依据水泥率值进行计算，质量比例在54～68∶8～10∶24～36范围内，复配早强减水剂的掺量为1％。该掺配方法能够解决不同厂商的钢渣由于成分不同而导致的适用性问题。该方法能够提高钢渣利用率，减少水泥用量，降低地基加固或者土体改良的成本。

Description

一种用于地基加固和土体改良的复合型钢渣基水泥

技术领域

本发明是一种地基加固和土体改良的新材料，属于交通运输工程和土木工程中地基处理的技术领域。

背景技术

截止至2012年粗钢产量达约8.3亿吨，占世界总产量的约50％。目前，我国钢渣产量占粗钢产量的15～20％，因此每年约有1亿～1.5亿吨钢渣伴随着粗钢生产而产出。但是我国钢渣综合利用率却不到60％，每年有大量钢渣得不到利用，堆积于土壤上，造成土壤受到污染、土壤微生物群遭到破坏、地下水体污染等问题。传统地基加固和土体改良材料一般选用水泥，而水泥价格相对较高，其生产过程中出现的能源消耗问题与碳排放问题也对环境造成大量负担。本发明意在以废弃物钢渣替代部分水泥做地基加固和土体改良材料，充分利用钢渣，降低水泥使用量，既减少地基加固成本，又减轻工程建设中对环境条件的透支，有着重要的经济与社会意义。

钢渣是一种具有潜在胶凝性的材料，其钢渣化学成分中主要是CaO、SiO₂，和少量Al₂O₃，Fe₂O₃、MnO等含量波动幅度较大；矿物成分主要是钢渣的主要矿物组成有硅酸三钙(C₃S)、硅酸二钙(C₂S)、RO(R代表镁、铁、锰的氧化物所形成的固熔体)、游离石灰(freeCaO；f-CaO)等。由于钢渣中C₂S占30～60％，而C₃S含量却只有不到20％，因此钢渣水化速度比普通硅酸盐水泥慢许多，通常被用来做路基填料、混凝土骨料、沥青混合料骨料来使用，而往往并不将钢渣作为叫胶凝材料使用。其原因主要是钢渣内部活性较难激发出来，其早期水化程度低，表现为早期强度低。

目前主要的活性激发方法有物理激发、化学激发、热力激发。物理激发是采用机械的方法提高钢渣的细度，是较常用的一种激发方式，但磨细工艺成本较高。而热力激发带来成本大幅度提高，不适用于岩土工程实践。岩土工程实践中常用激发方法为化学激发，常见激发剂有碱激发剂和硫酸盐激发剂，如水玻璃、氢氧化钠、碳酸钠、石膏和硫酸钠等等。而这些激发剂参与的激发过程往往对温度有着较高要求，常温下激发效果不明显。需要指出的是水泥这一传统固化剂，亦可作为激发剂，可用于常温下钢渣性能的激发。

为此本发明以钢渣和偏高岭土为原料，以普通硅酸盐水泥为激发剂，提出复配型早强减水剂，寻求合适的配比，形成能用于地基加固和土体改良的钢渣基复合型加固材料。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种复合型钢渣基水泥，钢渣活性难以激发，常用激发剂对温度要求较高，于常温下激发效果欠佳。针对钢渣强度难以激发的问题，在钢渣中加入含活性的偏高岭土，辅以普通硅酸盐水泥做激发剂，掺入复配型早强减水剂，制作钢渣基新型复合水泥，用作地基加固和土体改良的添加材料，达到提升钢渣整体利用率，降低工程成本，节约能源和降低碳排放量的目的。

技术方案：本发明的一种复合型钢渣基水泥

依照普通硅酸盐水泥的率值范围，向钢渣中添加偏高岭土，使混合物的化学成分于普通硅酸盐水泥相似。控制指标分别是：

采用水泥率值(硅率SM、铝率IM和石灰饱和系数KH，计算依据各组分质量含量)控制添入偏高岭土与水泥的含量，并掺入1％SEU-2型复配早强减水剂，将钢渣活性激发出来；偏高岭土、水泥掺入的比例依照水泥率值计算方法，钢渣-偏高岭土-水泥的质量比例为54～68∶8～10∶24～36，指标控制方法为；

④硅率SM＝SiO₂/(Al₂O₃+Fe₂O₃)

⑤铝率IM＝Al2O₃/Fe₂O₃

⑥石灰饱和系数KH

当IM≥0.64时；

当IM＜0.64时；

控制SM在2～2.4之间；IM在1.2～1.6之间，而KH在0.9～0.94之间，配置好混合物后，依照标准稠度需水量，掺入1％复配型早强减水剂制样，放入标准养护室进行养护。

所述的钢渣为比表面积为300m²/kg～500m²/kg之间的钢渣粉。

所述的复配型早强减水剂配比见表1：

表1复配型早强减水剂配比

本发明的复合型钢渣基水泥适用于地基加固和土体改良。

有益效果：依据水泥配比将钢渣组分增补后，钢渣的成分得到了弥补和补充，早期强度与后期强度均有明显提高。未加偏高岭土、水泥的钢渣3天无侧限抗压强度为0.1MPa，7天无侧限抗压强度为0.2MPa，28天无侧限抗压强度为0.4MPa；而经过成分增补后的钢渣3天无侧限抗压强度的为3.4MPa～9.8MPa，7天无侧限抗压强度为8.8MPa～29.5MPa，28天无侧限抗压强度为32.6～56.5MPa。从无侧限抗压强度表现来看，掺入偏高岭土、水泥、和复配型早强减水剂后钢渣的早期强度与后期强度有近百倍的提高，体现出成分增补行为对钢渣前期强度激发与后期强度的提升有极大的效果。

目前，市面上钢渣的价格参差不齐，试验所用钢渣为湿法磁选后的产品，市场价格约为50元/吨，水泥市场价格约为300元/吨，偏高岭土约为400元/吨，自主研发的复配型早强减水剂约300元/吨。依照配比设计出的钢渣约占62％，偏高岭土约占10％，水泥约占28％，复合型钢渣基水泥约为155元/吨，虽然比钢渣价格高出2.1倍，但其价格仅是水泥的50％，能够大大的降低成本。

具体实施方式

选用比表面积为300m²/kg～500m²/kg之间的钢渣(嘉兴钢铁厂磁选后钢渣)，并对其进行化学成分测试，利用测试结果与水泥成分相对比，向其中加入偏高岭土、水泥。加入时，应控制混合后物质的成分满足水泥率值要求。控制SM在2～2.4之间；IM在1.2～1.6之间，而KH在0.9～0.94之间。复配早强减水剂，其配比见表1，掺入量为1％。

例：选用嘉兴地区进行过湿法磁选后的钢渣，其化学成分列于表2中：

表2钢渣化学成分(质量分数)

依据《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》(GB/T20491--2006)的规定，将钢渣通过0.9mm的筛子，筛余量小于0.5％。测试各配比钢渣基水泥标准稠度需水量，依照该需水量制样，放入标准养护室(20℃，90％±4％)养护一天后拆模，标准养护至龄期，测其3天、7天和28天的无侧限抗压强度值。结果如表3所示。结果表明掺入偏高岭土、水泥和少量早强减水剂后，钢渣的早期强度与后期强度均有极大提升。相比于纯钢渣，经成分增补后的钢渣3天强度提高了30～100倍，7天强度提高了40～140倍，28天强度提高80～110倍。体现出掺入偏高岭土与水泥后的钢渣基水泥，在强度激发与强度表现上的优越性。

表3试验结果

Claims

1.一种复合型钢渣基水泥，其特征在于：采用水泥率值控制添入偏高岭土与水泥的含量，并掺入1％的复配型早强减水剂，将钢渣活性激发出来；偏高岭土、水泥掺入的比例依照水泥率值计算方法，钢渣-偏高岭土-水泥的质量比例为54～68∶8～10∶24～36，指标控制方法为：

①硅率SM＝SiO₂/(Al₂O₃+Fe₂O₃)

②铝率IM＝Al₂O₃/Fe₂O₃

③石灰饱和系数KH

当IM≥0.64时；

当IM＜0.64时；

控制SM在2～2.4之间；IM在1.2～1.6之间，而KH在0.9～0.94之间，配置好混合物后，依照标准稠度需水量，掺入复配型早强减水剂制样，放入标准养护室进行养护。

2.根据权利要求1所述的一种复合型钢渣基水泥，其特征在于：所述的钢渣为比表面积为300m²/kg～500m²/kg之间的钢渣粉。

3.根据权利要求1所述的一种复合型钢渣基水泥，其特征在于所述的复配型早强减水剂配比为：

4.一种如权利要求1所述的复合型钢渣基水泥的应用，其特征在于所述的复合型钢渣基水泥适用于地基加固和土体改良。