CN106966647A - 一种含冶炼渣的混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种含冶炼渣的混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种含冶炼渣的混凝土及其制备方法，涉及建筑材料领域。一种含冶炼渣的混凝土，主要由按重量份数计的以下原料制作而成：冶炼渣1700～2000份、磷渣100～150份、碳纤维30～50份、水泥280～650份、外加剂3.9～10份、粉煤灰80～150份。每份冶炼渣包括按重量份数计的氧化钙0.34～0.45份、二氧化硅0.3～0.35份、三氧化二铝0.1～0.17份。外加剂包括减水剂、阻锈剂、防水剂中的一种或多种。工业废弃物作为混凝土原料，降低了混凝土制备成本，减少了环境污染以及天然沙石等矿产资源的开采。磷渣、碳纤维、氧化钙、二氧化硅等有利于提高混凝土综合性能。

Description

一种含冶炼渣的混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种建筑材料领域，且特别涉及一种含冶炼渣的混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土一般用水泥作胶凝材料，砂、石作集料，与水(加或不加外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得，其使用范围十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业、机械工业、海洋的开发、地热工程等，混凝土也是重要的材料。随着经济、科技水平的不断发展，我国的城市建设也日益火热，其中需要用到大量的混凝土，而现有的大部分混凝土在配制时期所用的集料大多是天然的砂、石，但是作为天然集料的砂、石资源日益匮乏，价格上涨，而且过度采集砂石也对环境造成了一定的破坏。另一方面，工业生产中排放出的有害的固体废物长期堆积不仅占用大量土地，而且会造成对水系和大气的严重污染和危害。大量采矿以及废石堆积的结果，毁坏了大片的农田和森林地带，因此对其进行回收再利用是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含冶炼渣的混凝土，该含冶炼渣的混凝土不仅回收利用了冶炼渣、磷渣等工业废弃物，成本低且具备较优的综合力学性能。
本发明的另一目的在于提供一种上述含冶炼渣的混凝土的制备方法，按照一定比例混合各种原料得到该含冶炼渣的混凝土，简单高效且成本低。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种含冶炼渣的混凝土，其主要由按重量份数计的以下原料制作而成：冶炼渣1700～2000份、磷渣100～150份、碳纤维30～50份、水泥280～650份、外加剂3.9～10份、粉煤灰80～150份。每份冶炼渣包括按重量份数计的氧化钙0.34～0.45份、二氧化硅0.3～0.35份、三氧化二铝0.1～0.17份。外加剂包括减水剂、阻锈剂、防水剂中的一种或多种。
本发明提出一种上述含冶炼渣的混凝土的制备方法，其包括：将以上原料按重量份数比例进行混合。
本发明实施例的含冶炼渣的混凝土及其制备方法的有益效果是：
本发明实施例提供的含冶炼渣的混凝土主要采用了冶炼渣、磷渣、粉煤灰等工业废弃物作为混凝土原料，一方面降低了混凝土制备的成本，另一方面以再次利用的方式将冶炼渣、磷石膏进行二次回收利用，减少了环境的污染以及天然沙石等矿产资源的开采。磷渣还有利于增强混凝土后期的强度。冶炼渣中含有大量的氧化钙和二氧化硅，与水泥的成分相近，有利于提高混凝土耐化学腐蚀的能力以及抗渗透能力。碳纤维的加入可以减轻混凝土开裂程度，限制裂缝宽度，抵抗混凝土表面龟裂和抗爆防火能力，提高混凝土的抗折强度和韧性。减水剂能防止混凝土坍落度损失而不引起明显缓凝，低掺量下就能够发挥较高的塑化效果，对混凝土增强效果显著。外加剂作为混凝土功能性调整成分，对混凝土的性能优化，使其中的各种成分充分发挥其性能，并且可以有效地避免各成分之间的不利干扰。进一步地，外加剂采用聚羧酸减水剂。聚羧酸减水剂还能与钙离子反应形成聚羧酸钙，从而能够富集在混凝土的表面，提高混凝土的表面强度和致密度，进而增强混凝土的抗碳化性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供的含冶炼渣的混凝土及其制备方法进行具体说明。
一种含冶炼渣的混凝土，主要由按重量份数计的以下原料制作而成：冶炼渣1700～2000份、磷渣100～150份、碳纤维30～50份、水泥280～650份、外加剂3.9～10份、粉煤灰80～150份。每份冶炼渣包括按重量份数计的氧化钙0.5～0.65份、二氧化硅0.1～0.2份、三氧化二铝0.05～0.08份。外加剂包括减水剂、阻锈剂、防水剂中的一种或多种。
本发明实施例中，主要选用了首钢水城钢铁集团赛德建设有限公司的冶炼渣。其冶炼渣中具有较高的氧化钙含量，与水泥有更好的和易性，且能改善新拌混凝土的工作性，减少混凝土热应力裂缝，提高混凝土耐化学腐蚀能力，降低氯离子渗透速率，防止碱与冶炼渣的反应。冶炼渣中的其他成份，例如二氧化硅、三氧化二铝等都对混凝土的性能有不同程度的提高。例如三氧化二铝在使用时经溶解能够水解为溶胶，该溶胶能够渗透至水泥浆内部的毛细孔内，阻塞和切断毛细孔隙，增加了水泥的致密性，进而调高了水泥的抗水性。防水剂与三氧化二铝协效使用的效果使得混凝土抗水性更优。本发明实施例提供的冶炼渣中还包括少量的氧化镁、三氧化二铁、三氧化硫等成分，具体的，例如含有质量分数为9.1％的氧化镁、1.5％的三氧化二铁、1.5％的三氧化硫。当然，在本发明的其他实施例中，也可以选用其他的工厂冶炼渣。
磷渣的主要成分是硅酸盐和铝酸盐玻璃体，以及少量细小晶体。结晶相中有假硅灰石、石英、方解石、氟化钙、硅酸二钙和二氧化硅存在，因此，磷渣具有较高的矿物活性。磷渣不具备水硬活性，掺入混凝土后，必须被水泥熟料的水化产物氢氧化钙碱性激发才能产生水化反应，生成凝胶性水化产物。因此磷渣的水化比水泥熟料慢，因此对于混凝土具有缓凝作用。而此种缓凝作用，使得水泥-骨料结构更加紧密，内部孔隙率下降，气孔直径变小，有利于提高混凝土后期的强度。磷渣与减水剂共同使用时，对水泥浆体的填充与分散效果更好。这是由于减水剂既破坏了水泥浆体的絮凝结构，也破坏了磷渣的絮凝结构，使两者更好的填充与分散。
碳纤维在混凝土中的填充，能够通过逐级分解裂纹和吸收导致裂纹的外力，从而阻碍混凝土裂纹的扩展，提高混凝土的抗裂能力，宏观表现为混凝土的抗冲击强度增强。
阻锈剂用于抑制或减轻混凝土中钢筋或其他预埋金属锈蚀。通过添加防水剂和减水剂增加混凝土的密实性，提高混凝土抵抗不良水质侵入的能力。通过降低侵入混凝土中SO4 2-浓度，并细化毛细孔的孔径，抑制氢氧化钙从水泥石中析出的速度，达到延缓石膏和钙矾石晶体的生成，起到抑制其膨胀破坏的作用，进而起到延缓混凝土硫酸盐侵蚀破坏的速度。阻锈剂可以在钢筋表面形成一层分子化学保护膜，对已经发生锈蚀或未发生锈蚀的钢筋混凝土结构进行保护，阻止因氯离子、碳化或杂散电流等各种原因造成的钢筋锈蚀。阻锈剂可选用复合氨基醇钢筋阻锈剂、氨基羧酸阻锈剂、有机硅氧烷阻锈剂等。
制备标号为C25(即立方体试件抗压强度标准值为25MPa的混凝土)的混凝土时，优选冶炼渣1700～1797份、磷渣100～115份、碳纤维30～38份、水泥280～310份、外加剂3.9～4.8份、粉煤灰80～90份。
制备标号为C30(即立方体试件抗压强度标准值为30MPa的混凝土)的混凝土时，优选冶炼渣1750～1800份、磷渣118～129份、碳纤维38～44份、水泥360～380份、外加剂5～6.8份、粉煤灰95～105份。
制备标号为C35(即立方体试件抗压强度标准值为25MPa的混凝土)的混凝土时，优选冶炼渣1749～1790份、磷渣130～145份、碳纤维44～48份、水泥420～450份、外加剂6.5～8.6份、粉煤灰110～150份。
其中，本发明实施例中提供的冶炼渣主要包括重量比为1:0.9～1.5的第一集料和第二集料。若第一集料和第二集料选用的粒径过大，混凝土易发生严重的离析，造成保水性、粘聚性、耐久性下降。因此第一集料的平均粒径优选0.35～0.5毫米，第二集料的平均粒径优选5～20毫米。第一集料的压碎指标优选12.5％，第二集料的压碎指标优选10.6％。压碎指标是集料抵抗压碎的性能指标，它是按规定试验方法测得的被压碎碎屑的重量与试样总重量之比。被压碎的部分细粒属于软弱颗粒，如风化的卵石、砂岩及泥岩等，软弱颗粒含量过高会降低混凝土的强度，特别是对于C40以上的混凝土影响更大。第一集料的堆积密度优选1783Kg/m3，第二集料的堆积密度优选1560Kg/m3。选用上述的堆积密度可以降低骨料孔隙率，降低水泥浆用量，有利于混凝土的流动性、耐久性和强度的提高。
本发明实施例提供的减水剂主要选自聚羧酸减水剂、脂肪族减水剂、三聚氰胺减水剂、萘系减水剂、氨基磺酸盐减水剂组成的组中的一种或多种。
减水剂的使用有利于提高混凝土的综合性能。聚羧酸减水剂、萘系减水剂和三聚氰胺减水剂是目前世界上使用最广泛的高效减水剂。聚羧酸减水剂具有高减水率、低坍落高度损失、低碱含量且与水泥相容性好等优点。且使用聚羧酸减水剂时，可用更多的冶炼渣活粉煤灰取代水泥，从而降低成本。减水剂的复合使用，更有效地减少了混凝土中的水灰比，因而水泥-骨料内部孔隙体积明显减小，水泥-骨料更为致密，可大幅度提高混凝土的强度。减水剂也使得水泥的分散更为均匀，水泥的有效利用率得到提高，这也是提高混凝土强度的原因。
本发明实施例还提供了一种上述含冶炼渣的混凝土的制备方法，将上述原料按事先称取的质量进行混合。较优地，可在冶炼渣、磷渣、碳纤维、水泥、粉煤灰以及水的混合搅拌过程中投入外加剂，使减水剂在制备含冶炼渣的混凝土过程中混合更为均匀，最大程度地发挥减水剂的功效。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例以坍落度为180毫米制备体积为1立方米、标号为C25的含冶炼渣的混凝土所采用的原料及其用量具体如表1所示。
表1含冶炼渣的混凝土原料
原料 冶炼渣 磷渣 碳纤维 水泥 粉煤灰 水 聚羧酸
质量 1797kg 100kg 30kg 310kg 80kg 210kg 3.9kg
其中冶炼渣中包括第一集料882kg，第二集料915kg。第一集料的平均粒径0.47毫米、堆积密度1783Kg/m3、压碎指标为12.5％。第二集料的平均粒径5毫米、堆积密度为1560Kg/m3、压碎指标为10.6％。冶炼渣中共含有氧化钙629kg、二氧化硅539.1、三氧化二铝179.7kg。
将称量好的各种原料混合搅拌即得含冶炼渣的混凝土。
实施例2
本实施例以坍落度为170毫米制备体积为1立方米、标号为C25的含冶炼渣的混凝土所采用的原料及其用量具体如表2所示。
表2含冶炼渣的混凝土原料
原料 冶炼渣 磷渣 碳纤维 水泥 粉煤灰 水 聚羧酸
质量 1700kg 115kg 38kg 280kg 90kg 190kg 4.8kg
其中冶炼渣中包括第一集料894.7kg，第二集料805.3kg。第一集料的平均粒径0.35毫米、堆积密度1780Kg/m3、压碎指标为12.1％。第二集料的平均粒径20毫米、堆积密度为1565Kg/m3、压碎指标为10.4％。冶炼渣中共含有氧化钙765kg、二氧化硅595、三氧化二铝289kg。
将称量好的各种原料混合搅拌即得含冶炼渣的混凝土。
实施例3
本实施例以坍落度为180毫米制备体积为1立方米、标号为C30的含冶炼渣的混凝土所采用的原料及其用量具体如表3所示。
表3含冶炼渣的混凝土原料
其中冶炼渣中包括第一集料875kg，第二集料875kg。第一集料的平均粒径0.5毫米、堆积密度1760Kg/m3、压碎指标为11.8％。第二集料的平均粒径8毫米、堆积密度为1568Kg/m3、压碎指标为10.1％。冶炼渣中共含有氧化钙595kg、二氧化硅542.5、三氧化二铝285.3kg。
将称量好的各种原料混合搅拌即得含冶炼渣的混凝土。
实施例4
本实施例以坍落度为190毫米制备体积为1立方米、标号为C30的含冶炼渣的混凝土所采用的原料及其用量具体如表4所示。
表4含冶炼渣的混凝土原料
其中冶炼渣中包括第一集料720kg，第二集料1080kg。第一集料的平均粒径0.4毫米、堆积密度1770Kg/m3、压碎指标为12.8％。第二集料的平均粒径20毫米、堆积密度为1570Kg/m3、压碎指标为10.8％。冶炼渣中共含有氧化钙626.4kg、二氧化硅612kg、三氧化二铝270kg。
将称量好的各种原料混合搅拌即得含冶炼渣的混凝土。
实施例5
本实施例以坍落度为180毫米制备体积为1立方米、标号为C35的含冶炼渣的混凝土所采用的原料及其用量具体如表5所示。
表5含冶炼渣的混凝土原料
其中冶炼渣中包括第一集料833kg，第二集料916kg。第一集料的平均粒径0.38毫米、堆积密度1771Kg/m3、压碎指标为12.7％。第二集料的平均粒径15毫米、堆积密度为1562Kg/m3、压碎指标为10.7％。冶炼渣中共含有氧化钙608.7kg、二氧化硅577.2kg、三氧化二铝227.4kg。
将称量好的冶炼渣、磷渣、碳纤维、水泥、粉煤灰、水混合搅拌，并在搅拌过程中边搅拌边加入聚羧酸、铝盐防水剂、有机硅氧烷阻锈剂。
实施例6
本实施例以坍落度为200毫米制备体积为1立方米、标号为C35的含冶炼渣的混凝土所采用的原料及其用量具体如表6所示。
表6含冶炼渣的混凝土原料
其中冶炼渣中包括第一集料814kg，第二集料976kg。第一集料的平均粒径0.49毫米、堆积密度1763Kg/m3、压碎指标为12.2％。第二集料的平均粒径18毫米、堆积密度为1568Kg/m3、压碎指标为10.3％。冶炼渣中共含有氧化钙716kg、二氧化硅572.8kg、三氧化二铝250.6kg。
将称量好的冶炼渣、磷渣、碳纤维、水泥、粉煤灰、水混合搅拌，并在搅拌过程中边搅拌边加入聚羧酸、氨基羧酸阻锈剂。
实施例7
本实施例以坍落度为200毫米制备体积为1立方米、标号为C40的含冶炼渣的混凝土所采用的原料及其用量具体如表7所示。
表7含冶炼渣的混凝土原料
其中冶炼渣中包括第一集料1000kg，第二集料1000kg。第一集料的平均粒径0.5毫米、堆积密度1760Kg/m3、压碎指标为11.2％。第二集料的平均粒径10毫米、堆积密度为1570Kg/m3、压碎指标为9.5％。冶炼渣中共含有氧化钙900kg、二氧化硅700kg、三氧化二铝340kg。
将称量好的各种原料混合搅拌即得含冶炼渣的混凝土。
试验例1
将实施例1、实施例3、实施例5制备含冶炼渣的混凝土时采用的主要的原料：水泥、第一集料、第二集料的成本进行计算。同时，以现有的机制砂石为骨料分别制备标号为C25、C30、C35的混凝土并进行成本分析。两种成本分析对比结果如表8所示。
表8成本对比
通过比较可知，标号为C25、C30、C35的含冶炼渣的混凝土每立方米降低成本分别为：21.84元、6.66元、4.36元。发明人做了如下估算，预计半年可为市场提供C25约5万立方米、C30约10万立方米、C35约8万立方米，估算创效值为C25：21.84元/m3×5万m3＝109.2万元、C30：6.66元/m3×10万m3＝66.6万元、C35：4.36元/m3×8万m3＝34.8万元，即半年增加总效益为210.68万元。
试验例2
将实施例1～7制备的含冶炼渣的混凝土依次编号为1～7号，同时，以现有的机制砂石为骨料制备得到的标号为C25、C30、C35的混凝土编号为8～10号。各混凝土的性能测试对比结果如表9所示。
其中，三天抗压强度是在载荷为250KN下测定的；七天抗压强度是在载荷为370KN下测定的；二十八天抗压强度是在载荷为530KN下测定的。在老化箱中模拟自然环境加速各混凝土的老化，1000小时后观察各混凝土表面裂纹情况。
表9混凝土性能测试对比
由表9可知，实施例1～7制得的含冶炼渣的混凝土越到后期，其抗压强度增长幅度越大，抗开裂能力较优。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种含冶炼渣的混凝土，其特征在于，其主要由按重量份数计的以下原料制作而成：冶炼渣1700～2000份、磷渣100～150份、碳纤维30～50份、水泥280～650份、外加剂3.9～10份、粉煤灰80～150份；每份所述冶炼渣包括按重量份数计的氧化钙0.34～0.45份、二氧化硅0.3～0.35份、三氧化二铝0.1～0.17份；所述外加剂包括减水剂、阻锈剂、防水剂中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的含冶炼渣的混凝土，其特征在于，所述含冶炼渣的混凝土主要由按重量份数计的以下原料制作而成：所述冶炼渣1700～1797份、所述磷渣100～115份、所述碳纤维30～38份、所述水泥280～310份、所述外加剂3.9～4.8份、所述粉煤灰80～90份。
3.根据权利要求1所述的含冶炼渣的混凝土，其特征在于，所述含冶炼渣的混凝土主要由按重量份数计的以下原料制作而成：所述冶炼渣1750～1800份、所述磷渣118～129份、所述碳纤维38～44份、所述水泥360～380份、所述外加剂5～6.8份、所述粉煤灰95～105份。
4.根据权利要求1所述的含冶炼渣的混凝土，其特征在于，所述含冶炼渣的混凝土主要由按重量份数计的以下原料制作而成：所述冶炼渣1749～1790份、所述磷渣130～145份、所述碳纤维44～48份、所述水泥420～450份、所述外加剂6.5～8.6份、所述粉煤灰110～150份。
5.根据权利要求2～4任一项所述的含冶炼渣的混凝土，其特征在于，所述冶炼渣包括重量比为1:0.9～1.5的第一集料和第二集料，所述第一集料的平均粒径为0.35～0.5毫米，所述第二集料的平均粒径为5～20毫米。
6.根据权利要求5所述的含冶炼渣的混凝土，其特征在于，所述第一集料的压碎指标为12.5％，所述第二集料的压碎指标为10.6％。
7.根据权利要求5所述的含冶炼渣的混凝土，其特征在于，所述第一集料的堆积密度为1783Kg/m3，所述第二集料的堆积密度为1560Kg/m3。
8.根据权利要求1所述的含冶炼渣的混凝土，其特征在于，所述减水剂包括选自聚羧酸减水剂、脂肪族减水剂、三聚氰胺减水剂、萘系减水剂、氨基磺酸盐减水剂组成的组中的一种或多种。
9.一种如权利要求1～8任一项所述的含冶炼渣的混凝土的制备方法，其特征在于，所述含冶炼渣的混凝土的制备方法包括将所述原料按重量份数比例用水拌和。
10.根据权利要求9所述的含冶炼渣的混凝土的制备方法，其特征在于，按重量份数比例混合所述原料包括将所述冶炼渣、所述磷渣、所述碳纤维、所述水泥、所述粉煤灰在水中混合搅拌，并在搅拌过程中投入所述外加剂。
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