CN106316302A - C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土及其制备方法 - Google Patents

C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土及其制备方法，所述的C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土，按质量份数由原料：水为1份，天然粗骨料为3.089份，再生粗骨料为1.322份，细骨料为3.822份，水泥为0.970～0.1.213份，钢渣为1.213～1.455份，粉煤灰为0.609份，附加水为0.064份，外加剂为0.00495份～0.0124份组成。本发明的混凝土具有良好的流动性、填充性、抗离析性，且经时损失及强度均满足建筑相关要求，同时制备方法简单，降低了同比同强度的自密实混凝土的生产成本，还解决了钢渣及建筑垃圾处理的问题，缓解资源枯竭的压力，绿色环保，适合工业化生产。

Description

C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种建筑材料技术领域，具体涉及一种C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土及其制备方法。
背景技术
自密实混凝土（Self Compacting Concrete或Self-Consolidating Concrete简称SCC）是指依靠自重力作用而无需额外机械振捣力作用，就能有足够的流动和变形能力，即使存在致密钢筋也得以填充模板空间并形成密实均匀的混凝土。配制自密实混凝土一般通过外加剂、胶凝材料和粗细骨料的选择与搭配和精心的配合比设计，将混凝土的屈服应力减小到足以被自重产生的剪应力克服，使得混凝土流动性增大，同时又具有足够的塑性粘度，令骨料悬浮于水泥浆中，不出现离析和泌水问题，能自由流淌并充分填充模板内的空间，形成密实且均匀的胶凝结构。随着我国建筑业高速发展，以及劳动力的短缺，我国对于自密实混凝土需求量逐步提升，因此自密实混凝土在我国建筑行业应用前景广阔。
随着我国钢产量持续快速增长，钢材的生产会产生污染环境的钢渣；建筑本身使用寿命和建拆周期的缩短导致大量的建筑垃圾无法处理。钢渣粉的研究主要集中在利用钢渣粉替代水泥制备普通混凝土，而再生骨料研究中主要集中在利用废弃混凝土加工成再生粗骨料替代部分天然粗骨料制备再生混凝土。目前制备的自密实混凝土虽然满足施工和强度要求，但造价成本较高，因此采用钢渣与再生粗骨料双固体废弃料替代水泥和天然粗骨料制备自密实混凝土，可以降低自密实混凝土的生产成本，且自密实混凝土是一种不同于普通混凝土的高性能混凝土，具有很高的流动性并且在浇筑过程中不离析、不泌水，能够无需机械振捣力作用而充满模板和包裹钢筋的混凝土，同时已有的制备再生混凝土和钢渣混凝土技术不能解决人工短缺的现状。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的问题和缺陷，提供一种具有良好的流动性、填充性、抗离析性，且经时损失及强度均满足建筑相关要求的C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土及其制备方法。
本发明利用建筑垃圾回收加工成所得再生骨料的单价约为60元/m³（含加工费），而天然骨料的单价约为90元/m³，按再生骨料取代天然骨料的30%取代率计算，则掺钢渣再生骨料自密实混凝土因再生骨料而节约了约8.2元/m³；利用炼钢废渣加工成所得钢渣粉单价约为110元/t（含加工费），而水泥的单价约为330元/t，每立方米钢渣取代水泥的取代率按照55%计算，则掺钢渣再生骨料自密实混凝土因钢渣而节约了约27.995元/m³。在相同配合比条件下，掺钢渣再生骨料自密实混凝土可直接节约材料成本约为36.195元/m³。同时该C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土的制备方法简单，降低了同比同强度的自密实混凝土的生产成本，还可以解决钢渣及建筑垃圾处理的问题，缓解资源枯竭的压力，绿色环保，制备方案简单，适合工业化生产。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土，按质量份数由原料：水为1份，天然粗骨料为3.089份，再生粗骨料为1.322份，细骨料为3.822份，水泥为0.970～0.1.213份，钢渣为1.213～1.455份，粉煤灰为0.609份，附加水为0.064份，外加剂为0.00495份～0.0124份组成。
进一步，上述所述钢渣按质量百分数为含有15.9%的MgO，存放6个月以上的炼钢废渣，经除铁、球磨、筛分，得粒径小于0.08mm的钢渣粉。所述钢渣的表观密度为2.36g/cm3，碱度系数为1.99。钢渣其他检测指标均符合《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》GB/T 20491-2006标准。
所述钢渣主要化学成分（%）如下表1所示：
名称 CaO SiO2 Fe2O3 MgO Al2O3 Mn2O3 P2O5 烧失量
含量 35.2 16.38 21.44 15.9 4.81 2.37 1.38 0.16
名称 TiO2 SO3 V2O5 Na2O Cr2O K2O ZnO /
含量 0.73 0.68 0.37 0.19 0.17 0.11 0.11 /
进一步，上述所述再生粗骨料为含有碎砖、砂浆块的废弃混凝土，经分拣、破碎、筛分，得粒径为5～20mm的连续级配再生粗骨料。所述再生粗骨料的表观密度为2.60g/cm3，堆积密度为1.20g/cm3，吸水率为4.75%。
进一步，上述所述天然粗骨料采用粒径为5～20mm的连续级配碎石料。所述天然粗骨料的表观密度为2.87g/cm3,堆积密度为1.53 g /cm3，吸水率为0.54%。
进一步，上述所述细骨料为Ⅱ区级配的河沙、中砂中的任一种。
进一步，上述所述外加剂为减水率为25%的高效聚羧酸减水剂。
进一步，上述所述水泥为P·O42.5硅酸盐水泥。
进一步，上述所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。
为达到上述目的，本发明的另一技术方案是：
一种C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按照各原料组分的重量份数称取所述水泥、天然粗骨料、再生粗骨料、细骨料、钢渣、粉煤灰、水、附加水以及高效聚羧酸减水剂；
步骤2、按顺序依次将称量好的天然粗骨料、再生粗骨料、细骨料、水泥、粉煤灰和钢渣放入内壁均匀涂有混凝土薄层的搅拌机中，以45转/分钟启动搅拌机搅拌2～3mins；
步骤3、加入已称量好的水和附加水，继续以45转/分钟搅拌2～3mins；
步骤4、将称好的高效聚羧酸减水剂分至少五次加入搅拌机中，每加一次，随即启动搅拌机搅拌1分钟，直至最后一次加完后继续搅拌3mins，即得到C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土
本发明采用钢渣、再生粗骨料替代部分水泥和天然粗骨料制备高性能再生骨料自密实混凝土出于三个目的：
一是，大规模的钢铁生产伴随钢渣的产生已经造成环境影响，解决钢渣所带来的问题已然是一个国家经济可持续发展的课题；
二是，减少水泥生产，从而减少二氧化碳的排出，有利于大气环境保护；
三是，将带有碎砖、砂浆块的废弃混凝土的建筑垃圾的循环利用，符合绿色建筑材料的要求。当前关于采用钢渣和再生粗骨料的双固体废弃料的研究很少，因此配制掺钢渣再生骨料自密实混凝土不但可以解决废弃钢渣和建筑垃圾所造成的环境和社会问题，还有一定的经济效益，而且贯彻了国家节约资源、绿色生产的技术经济政策。
本发明的优点是：
1．本发明生产的C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土，所用的材料除普通混凝土使用的水泥、石子、砂和水四种原料外，还包括粉煤灰、已除铁的放置6个月以上之久的废弃钢渣经球磨后达到水泥级度的钢渣粉、含有碎砖与砂浆块的废弃混凝土经破碎、筛分的连续级配再生粗骨料和高效聚羧酸减水剂，所制备的掺钢渣再生骨料自密实混凝土的流动性、填充性、抗离析性、经时损失和强度均满足相关要求；
2．本发明采用炼钢废渣球磨后达到水泥级度替代部分水泥（50%～60%）、采用含有碎砖、砂浆块的废弃混凝土作为连续级配再生粗骨料替代部分天然粗骨料（30%）制备掺钢渣再生骨料自密实混凝土的方法，能有效解决钢厂产生的废弃钢渣，减少建筑垃圾，缓解资源枯竭的压力，绿色环保，节约资源，降低了同比同强度的自密实混凝土的生产成本，符合国家可持续发展的理念，适合工业化生产。
3. 本发明有较低的经时损失率，初始坍落扩展度平均值为740mm，J环扩展度为715，经过90mins后坍落扩展度平均值为620mm，J环扩展度为575mm，即90min后掺钢渣再生骨料自密实混凝土依旧有一定的流动性，此时可加0.15%高效聚羧酸减水剂，坍落扩展度可恢复到730mm，J环扩展度为695mm。
4.本发明立方体抗压强度测试均在23MPa以上，有较高的强度保证率。目前我国废弃钢渣约1.5亿吨，废弃混凝土至少达到2.5亿吨，并且这一数据还在继续上升。这些固体废弃料已经产生了严峻的环境压力。本发明对双固体废弃料实现再生利用，提高了混凝土的绿色度，能为节能减排产生直接贡献。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规试验中的条件。
实施例
（1）准备原料
水泥：P·O42.5普通硅酸盐水泥，表观密度为3.20g/cm3。
粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰，表观密度为2.42g/cm3。
细骨料：细度模数为2.4中型河砂，堆积密度为1.54 g/cm3，表观密度为2.64 g/cm3，含水率为0.35%。
钢渣：钢厂已放置6个月以上的炼钢废渣经除铁、球磨和筛分后，选取粒径小于0.08mm的钢渣粉，表观密度为2.36g/cm3，钢渣碱度系数为1.99，MgO质量百分数为15.9%，钢渣其他检测指标均符合《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》GB/T 20491-2006标准。
天然粗骨料：5～20mm连续级配碎石料，表观密度为2.87g/cm3，堆积密度为1.53g/cm3，吸水率为0.54%。
再生粗骨料：将建筑垃圾中含有碎砖、砂浆块的废弃混凝土经过分拣、破碎和筛分，筛除小于4.75mm和大于20mm的颗粒后，以骨料粒径在5～20mm粒径段加工制成再生粗骨料，表观密度为2.60g/cm3，堆积密度为1.20 g/cm3，吸水率为4.75%。
外加剂：高效聚羧酸减水剂。
水与附加水：自来水。
（2）为防止粘锅，按照各原料组分的重量份数进行预拌混凝土，用量根据搅拌机容积确定，其中预拌混凝土的量要能保证将搅拌机内壁均匀涂上水泥砂浆薄层，待搅拌机内壁涂上水泥砂浆薄层后，取出剩余混凝土；
（3）按照各原料组分的重量份数称取水泥、天然粗骨料、再生粗骨料、细骨料、钢渣、粉煤灰、水、附加水以及外加剂；然后向上述内壁均匀涂有混凝土薄层的搅拌机中按顺序依次加入已称量好的天然粗骨料、再生粗骨料、细骨料、水泥、粉煤灰和钢渣，然后启动搅拌机进行干拌2mins，保证各材料组份拌合均匀，若搅拌机容积较大，可以适当延长干拌时间；
（4）加入已称量好的水和附加水，继续搅拌2～3mins；
（5）最后再将称好的聚羧酸高效减水剂分至少五次加入搅拌机，每加一次，随即启动搅拌机搅拌1分钟，并注意观察拌合物的流动性，直至最后一次加完后继续搅拌3mins，即得到C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土。
C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土实施例配合比如下表2所示：
C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土实施例效果测试数据如下表3所示：
实施例 坍落扩展度(mm) J环扩展度(mm) T500试验(s) 离析率试验(%) fcu,28(MPa)
1 730 705 4.42 19.55 28.1
2 750 725 4.15 19.89 23.5
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土，按质量份数由原料：水为1份，天然粗骨料为3.089份，再生粗骨料为1.322份，细骨料为3.822份，水泥为0.970～0.1.213份，钢渣为1.213～1.455份，粉煤灰为0.609份，附加水为0.064份，外加剂为0.00495份～0.0124份组成。
2.根据权利要求1所述的C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土，其特征在于，所述钢渣按质量百分数为含有15.9%的MgO，存放6个月以上的炼钢废渣，经除铁、球磨、筛分，得粒径小于0.08mm的钢渣粉。
3.根据权利1所述的C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土，其特征在于，所述再生粗骨料为含有碎砖、砂浆块的废弃混凝土，经分拣、破碎、筛分，得粒径为5～20mm的连续级配再生粗骨料。
4.根据权利1所述的C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土，其特征在于，所述天然粗骨料采用粒径为5～20mm的连续级配碎石料。
5.根据权利1所述的C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土，其特征在于，所述细骨料为Ⅱ区级配的河沙、中砂中的任一种。
6.根据权利1所述的C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土，其特征在于，所述外加剂为减水率为25%的高效聚羧酸减水剂。
7.根据权利1所述的C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土，其特征在于，所述水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥任一种。
8.根据权利1所述的C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。
9.一种如权利要求1至9任一项所述的C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、按照各原料组分的重量份数称取所述水泥、天然粗骨料、再生粗骨料、细骨料、钢渣、粉煤灰、水、附加水以及高效聚羧酸减水剂；
步骤2、按顺序依次将称量好的天然粗骨料、再生粗骨料、细骨料、水泥、粉煤灰和钢渣放入内壁均匀涂有混凝土薄层的搅拌机中，以45转/分钟启动搅拌机搅拌2～3mins；
步骤3、加入已称量好的水和附加水，继续以45转/分钟搅拌2～3mins；
步骤4、将称好的高效聚羧酸减水剂分至少五次加入搅拌机中，每加一次，随即启动搅拌机搅拌1分钟，直至最后一次加完后继续搅拌3mins，即得到C20级掺钢渣再生骨料自密实混凝土。
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