CN107382192A - C30级钢渣粉自密实混凝土及其制备方法、预制构件 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种C30级钢渣粉自密实混凝土，其水胶比控制在0.3～0.7之间，其中原料组分按重量分数计算包括：钢渣粉1～10重量份数；滑石粉1～10重量份数；水泥5～15重量份数；天然粗骨料20～30重量份数；再生粗骨料6～15重量份数；砂20～30重量份数；粉煤灰1.5～3.5重量份数；水2～10重量份数；减水剂0.001～0.1重量份数。得到的自密实混凝土具有良好的流动性、间隙通过性、抗离析性，满足强度要求，该混凝土便于施工的同时降低了混凝土生产成本，制备方法简单，适合工业化生产。

Description

C30级钢渣粉自密实混凝土及其制备方法、预制构件

技术领域

本申请涉及建筑材料技术领域，特别是新型自密实混凝土技术领域，具体而言，涉及一种C30级钢渣粉自密实混凝土及C30级钢渣粉自密实混凝土的制备方法和应用。

背景技术

自密实混凝土(Self-Consolidating Concrete简称SCC)是指在自身重力作用下，能够流动、密实，即使存在致密钢筋也能完全填充模板，同时获得很好均质性，并且不需要附加振动的混凝土。配制自密实混凝土一般通过外加剂、胶结材料和粗细骨料的选择与搭配和合理的配合比设计，将混凝土的屈服应力减小到足以被因自重产生的剪应力克服，使混凝土流动性增大，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。

炼钢排出的钢渣，排出量约为粗钢产量的15～20％。钢渣主要由钙、铁、硅、镁和少量铝、锰、磷等的氧化物组成。主要的矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰、磷的氧化物形成的固熔体，还含有少量游离氧化钙以及金属铁、氟磷灰石等。有的地区因矿石含钛和钒，钢渣中也稍含有这些成分。钢渣中各种成分的含量因炼钢炉型、钢种以及每炉钢冶炼阶段的不同，有较大的差异。钢渣目前进行破碎、筛分、磁选，以回收其中金属，经回收金属后，钢渣内金属成分大为减少，目前回收利用困难，成为废弃钢渣。

废弃钢渣目前没有好的利用方式，本发明因此而来。

发明内容

本申请旨在提供一种C30级钢渣粉自密实混凝土，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种C30级钢渣粉自密实混凝土，其水胶比控制在0.3～0.7之间，其中原料组分按重量分数计算包括：

钢渣粉1～10重量份数；

滑石粉1～10重量份数；

水泥5～15重量份数；

天然粗骨料15～22重量份数；

再生粗骨料6～15重量份数；

砂20～30重量份数；

粉煤灰4.0～5重量份数；

水2～10重量份数；

减水剂0.001～0.1重量份数。

优选的技术方案是：钢渣粉的粒径在1μm～15μm，其紧实率在40％～60％。紧实率是指湿态的钢渣粉在一定紧实力的作用下其体积变化的百分率，用钢渣粉试样紧实前后高度变化的百分数来表示。

优选的技术方案是：所述钢渣粉为经破碎设备或者研磨设备对废弃钢渣进行循环粉碎处理，然后通过分拣设备对不同粒径进行分拣获取。

优选的技术方案是：滑石粉的粒径在1μm～15μm，其紧密度在40％～70％。

优选的技术方案是：所述混凝土中原料组分按重量分数计算包括：

钢渣粉1～10重量份数；

滑石粉1～10重量份数；

水泥8～15重量份数；

天然粗骨料15～22重量份数；

再生粗骨料6～12重量份数；

砂20～30重量份数；

粉煤灰4.0～5重量份数；

水4～8重量份数；

减水剂0.001～0.1重量份数。

优选的技术方案是：所述混凝土中原料组分按重量分数计算包括：

钢渣粉1～8重量份数；

滑石粉1～8重量份数；

水泥5～15重量份数；

天然粗骨料15～22重量份数；

再生粗骨料6～15重量份数；

砂20～30重量份数；

粉煤灰4.0～5重量份数；

水4～8重量份数；

减水剂0.001～0.1重量份数。

优选的技术方案是：所述混凝土中原料组分按重量分数计算包括：

钢渣粉1～8重量份数；

滑石粉1～8重量份数；

水泥8～15重量份数；

天然粗骨料15～22重量份数；

再生粗骨料6～12重量份数；

砂20～30重量份数；

粉煤灰4.0～5重量份数；

水4～8重量份数；

减水剂0.001～0.1重量份数。

优选的技术方案是：所述C30级钢渣粉自密实混凝土的水胶比为0.3～0.65；优选的，所述C30级钢渣粉自密实混凝土的水胶比为0.3、0.32、0.54、0.62。

本发明的另一目的在于提供了一种所述的C30级钢渣粉自密实混凝土的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)按照预定量预先将钢渣粉、水泥和滑石粉拌匀，得到A料；

(2)按照预定配比天然粗骨料、再生粗骨料、砂、A料、粉煤灰、减水剂的顺序投料然后启动搅拌机，干拌1～10min；然后加入水，继续搅拌1～10min，搅拌均匀即得所述的C30级钢渣粉自密实混凝土。

具体的制备步骤可以按照如下步骤进行：

(1)将建筑垃圾中的废弃混凝土经过分拣、破碎和筛分，筛除小于9.50mm 和大于20mm的颗粒后，以骨料粒径在10mm～20mm粒径段加工制成再生粗骨料；

(2)为防止粘锅，称取各材料适量，拌制混凝土，待搅拌机内壁粘上水泥砂浆，取出混凝土，按配合比称取A料、再生粗骨料、天然粗骨料、水、粉煤灰和外加剂，按照再生粗骨料、天然粗骨料、A料、粉煤灰和外加剂的顺序投料然后启动搅拌机，干拌1min～10min；

(3)加入已经称量好的水和附加水，继续搅拌1min～10min。

本发明的又一目的在于提供一种所述的C30级钢渣粉自密实混凝土制备而成的混凝土构件。所述混凝土构件为墙材、砂浆和其他预制构件的一种。

优选的技术方案是：所述水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为I级粉煤灰。

本发明的钢渣粉是经回收利用后的废弃钢渣，再加工后形成的。本发明的钢渣粉经破碎设备或者研磨设备对废弃钢渣进行循环粉碎处理，然后通过分拣设备对不同粒径进行分拣获取，粒径在1μm～15μm为钢渣粉，粒径大于15μm为钢渣砂，两者物理性能迥异。经研究证实，钢渣粉的紧实率在40％～60％，其破碎指数小于15，可以与滑石粉配合，作为自密实混凝土中水泥的完美替代。破碎指数 (shatter index)通常为评定钢渣粉韧性的指标，常用方法是标准圆柱钢渣粉试样从规定高度坠落在6目筛网中部的钢砧上，残留在该筛网上钢渣粉的重量占总重量的百分数。

采用上述方案后，本发明与现有技术相比较具有以下突出的优点和效果：

(1)本发明得到的C30级钢渣粉自密实混凝土不但简化了加工工序，而且降低了成本。目前对经回收利用后的废弃钢渣的处理的研究很少。因此，配制自密实再生骨料混凝土不但可以有效解决建筑垃圾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。

(2)本发明得到的C30级钢渣粉自密实混凝土具有自密实混凝土的自身优点，可以在自身重力下，填充模板，同时具有优良的均质性，并且不需要附加振动，避免了振捣对模板产生的磨损，增加了结构设计的自由度，减少混凝土对搅拌机的磨损，保证混凝土良好地密实。根据本发明配制的C30级自密实混凝土具有良好的流动性、间隙通过性、抗离析性，满足强度要求。便于施工的同时降低了混凝土生产成本，制备方法简单，适合工业化生产。

(3)本发明得到的C30级钢渣粉自密实混凝土具有数种工业的优势，特别是建筑工业、化学工业(掺加剂制造商)、所有建造市场(建筑、土木工程或预铸厂)、设备建造工业(the construction industry of units)或水泥工业。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等 是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样 使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够 以描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何 变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方 法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有 清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上 方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述一个部件或者模块或特征与其他部 件或者模块或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了 部件或者模块的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果部件或者模 块被倒置，则描述为“在其他部件或者模块或构造上方”或“在其他部件或者模块或 构造之上”的部件或者模块之后将被定位为“在其他部件或者模块或构造下方”或 “在其他部件或者模块或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括 “在……上方”和“在……下方”两种方位。该部件或者模块也可以其他不同方式定位 (旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

正如背景技术所介绍的，现有技术中自密实混凝土特别是C30级钢渣粉自密实混凝土通过钢渣粉的添加和调整虽然能解决其抗拉强度的问题，但其抗压强度无法进行保证。而在自密实混凝土中其抗压强度决定着自密实混凝土的应用范围和应用领域，本发明提供了一种特殊配方的C30级钢渣粉自密实混凝土，可在抗拉强度和抗压强度两个维度上都达到了标准要求，使C30级钢渣粉自密实混凝土可以应用于建筑工业、化学工业等领域。

本申请一种典型的实施方式中，提出了一种C30级钢渣粉自密实混凝土，其水胶比控制在0.3～0.7之间，其中原料组分按重量分数计算包括：

钢渣粉1～10重量份数；

滑石粉1～10重量份数；

水泥5～15重量份数；

天然粗骨料15～22重量份数；

再生粗骨料6～15重量份数；

砂20～30重量份数；

粉煤灰4.0～5重量份数；

水2～10重量份数；

减水剂0.001～0.1重量份数。

本发明还涉及一种C30级自密实混凝土制备方法，包括以下步骤:

(1)将建筑垃圾中的废弃混凝土经过分拣、破碎和筛分，筛除小于9.50mm 和大于20mm的颗粒后，以骨料粒径在10mm～20mm粒径段加工制成再生粗骨料；

(2)为防止粘锅，称取各材料适量，拌制混凝土，待搅拌机内壁粘上水泥砂浆，取出混凝土，按配合比称取A料、再生粗骨料、天然粗骨料、水、粉煤灰和外加剂，按照再生粗骨料、天然粗骨料、A料、粉煤灰和外加剂的顺序投料然后启动搅拌机，干拌1min～10min；

(3)加入已经称量好的水和附加水，继续搅拌1min～10min。

术语说明

本发明技术方案中水泥，包括但不限于硅酸盐水泥或其他混合水泥等。其中硅酸盐水泥，包括但不限于低热硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、早强硅酸盐水泥、超早强硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥等。另外，混合水泥，包括但不限于高炉水泥、硅石水泥、粉煤灰水泥等。作为水泥，硅酸盐水泥是优选的，其中，普通硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥或低热硅酸盐水泥是优选的。水泥的标号是水泥“强度”的指标。水泥的强度是表示单位面积受力的大小，是指水泥加水拌和后，水泥浆经凝结、硬化后的坚实程度(水泥的强度与组成水泥的矿物成分、颗粒细度、硬化时的温度、湿度、以及水泥中加水的比例等因素有关)，一般取标准养护条件下养护28d时的立方体抗压强度。P·O42.5普通硅酸盐水泥即为强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥。

作为用于混凝土的骨料，可列举出粗骨料和细骨料。这里，在自密实混凝土中添加作为骨料的粗骨料和细骨料。作为粗骨料，可列举出河砾石、海砾石、山砾石、碎石、矿渣碎石等，作为细骨料，可列举出河砂、海砂、山砂等。另外，粗骨料和细骨料可以根据通常的分类(筛分等)来区分。

再生粗骨料为将建筑垃圾中的废弃混凝土经分拣、破碎和筛分，去除小于 9.50mm和大于20mm的颗粒后，加工制成的骨料粒径范围在10～20mm的粒径段。

此外，在这种混凝土中，从获得充分的强度的观点考虑，每1m³该混凝土优选为700～1000kg，更优选800～900kg，另外，粗骨料的含量每1m³混凝土优选为800～1100kg，更优选为850～950kg。这种混凝土例如可以通过如下方式获得：将水泥外加剂、粉煤灰添加到水泥中，形成水泥组合物，再将水和骨料添加到该水泥组合物中进行混合，由此获得。然而，由于本发明的混凝土只要在其组成中含有上述水泥外加剂即可，因此，可以在混凝土制备时添加。所述细骨料为中砂，所述外加剂为聚羧酸减水剂，所述水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥，所述粉煤灰为 I级粉煤灰。

此外，混凝土中进一步含有混凝土外加剂。混凝土外加剂是在搅拌混凝土过程中掺入，占水泥质量5％以下的，能显著改善混凝土性能。作为优选的，混凝土外加剂为减水剂。作为减水剂，可以没有限制地应用减水剂、AE减水剂、高性能减水剂、高性能AE减水剂等作为混凝土中使用的减水剂所公知的材料。多元羧酸系的减水剂是优选的。减水剂在水泥组合物中的含量优选为0.8～3.0％水泥质量。另外，减水剂可以不作为水泥外加剂加入，而是在制备混凝土时添加。

减水剂定义为对于给定可加工性的混凝土，将混合水量通常减少10％至15％的添加剂。减水剂包括，例如，木质磺酸盐、羟基羧酸、烃和其他专用有机化合物(例如甘油、聚乙烯醇、甲基硅铝酸钠、磺胺酸和酪蛋白)。高性能减水剂，包括但不限于萘系高效减水剂，聚羧酸高效减水剂和脂肪族高效减水剂。其中萘系高效减水剂为萘磺酸盐甲醛缩合物。脂肪族高效减水剂是丙酮磺化合成的羰基焦醛。聚羧酸减水剂(Poly-carboxylate Super-plasticizer)是一种高性能减水剂，是水泥混凝土运用中的一种水泥分散剂，化学上可以分为两类，以主链为甲基丙烯酸，侧链为羧酸基团和MPEG(Methoxypolyethylene glycol)，聚酯型结构。另外一种为主链为聚丙烯酸，侧链为Vinyl alcohol polyethylene glycol，聚醚型结构。

骨料，即在混凝土中起骨架或填充作用的粒状松散材料。骨料作为混凝土中的主要原料，在建筑物中起骨架和支撑作用。粒径大于4.75mm的骨料称为粗骨料，俗称石。常用的有碎石及卵石两种。碎石是天然岩石或岩石经机械破碎、筛分制成的，粒径大于4.75mm的岩石颗粒。卵石是由自然风化、水流搬运和分选、堆积而成的、粒径大于4.75mm的岩石颗粒。卵石和碎石颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径2.4倍者为针状颗粒；厚度小于平均粒径0.4倍者为片状颗粒(平均粒径指该粒级上、下限粒径的平均值)。建筑用卵石、碎石应满足国家标准GB/T 14685－2011《建筑用卵石、碎石》的技术要求。粒径4.75mm以下的骨料称为细骨料，俗称砂。砂按产源分为天然砂、人工砂两类。天然砂是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的、粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。天然砂包括河砂、湖砂、山砂和淡化海砂。人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称。

本发明的天然粗骨料即为一般常用的粗骨料。粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。粉煤灰可作为混凝土的掺合料。

本发明采用磁珠、非金属纤维和钢渣粉配合，得到的高性能自密实混凝土不但加工工序简单，而且在抗压强度和抗拉性能上都能满足要求。解决了现有技术中C30级钢渣粉自密实混凝土无法在获得抗拉强度的同时，在抗压强度上也能满足混凝土标准的要求。

实施例1～16

(1)准备原料：

水泥：P·O42.5普通硅酸盐水泥，表观密度为3.10g/cm³。

粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰，表观密度2.04g/cm³。

砂:细度模数为2.36的中砂，表观密度为2.65g/cm³，堆积密度为1.45g/cm³，含水率为0.4％。

天然粗骨料：5～20mm连续粒级的碎石，表观密度为2.75g/cm³，堆积密度为1.35g/cm³，吸水率为0.45％。

再生粗骨料：将建筑垃圾中的废弃混凝土经过分拣、破碎和筛分，筛除小于9.50mm和大于20mm的颗粒后，以骨料粒径在10mm～20mm粒径段加工制成再生粗骨料，表观密度为2.35g/cm³，堆积密度为1.23g/cm³，吸水率为4.76％。

钢渣粉：将废弃钢渣经破碎设备或者研磨设备对废弃钢渣进行循环粉碎处理，然后通过分拣设备对不同粒径进行分拣，获取粒径在1μm～15μm，即为钢渣粉，经检测钢渣粉的紧实率在40％～60％。

外加剂：聚羧酸高效减水剂。

水：自来水。

(2)为防止粘锅，称取各材料适量，拌制混凝土，待搅拌机内壁粘上水泥砂浆，取出混凝土，按配合比称取A料、再生粗骨料、天然粗骨料、水、粉煤灰和外加剂，按照再生粗骨料、天然粗骨料、A料、粉煤灰和外加剂的顺序投料然后启动搅拌机，干拌1min～10min；

(3)加入已经称量好的水和附加水，继续搅拌1min～10min。

钢渣粉自密实再生混凝土配合比如下：

钢渣粉自密实再生混凝土的立方体抗压强度、峰值点测试结果如下表格：

实施例	峰值点	立方体抗压强度Mpa
			1	18.596	33.6
2	15.555	32.5
			3	33.986	37.3
4	28.523	33.5
			5	32.775	32.7
6	28.627	37.1
			7	28.126	33.1
8	31.024	32.6
			9	28.109	37.9
10	18.871	33.2
			11	32.352	32.8
12	28.981	37.5
			13	18.276	33.2
14	32.543	32.9
			15	28.821	37.1
16	18.593	31.9

根据上表结果，可以看出，本发明得到的C30级钢渣粉自密实混凝土在抗压强度满足现有混凝土标准C30。该自密实混凝土钢渣粉和滑石粉，作为自密实混凝土中水泥的完美替代，具有良好的流动性、间隙通过性、抗离析性，满足强度要求。便于施工的同时降低了混凝土生产成本，制备方法简单，适合工业化生产。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种C30级钢渣粉自密实混凝土，其水胶比控制在0.3～0.7之间，其中原料组分按重量分数计算包括：

钢渣粉 1～10重量份数；

滑石粉 1～10重量份数；

水泥 5～15重量份数；

天然粗骨料 15～22重量份数；

再生粗骨料 6～15重量份数；

砂 20～30重量份数；

粉煤灰 4.0～5重量份数；

水 2～10重量份数；

减水剂 0.001～0.1重量份数。

2.根据权利要求1所述的C30级钢渣粉自密实混凝土，其中，

钢渣粉的粒径在1μm～15μm，其紧实率在40％～60％。

3.根据权利要求1所述的C30级钢渣粉自密实混凝土，其中，

所述钢渣粉为经破碎设备或者研磨设备对废弃钢渣进行循环粉碎处理，然后通过分拣设备对不同粒径进行分拣后得到。

4.根据权利要求1所述的C30级钢渣粉自密实混凝土，其中，

滑石粉的粒径在1μm～15μm，其紧密度在40％～70％。

5.根据权利要求1所述的C30级钢渣粉自密实混凝土，其中原料组分按重量分数计算包括：

钢渣粉 1～10重量份数；

滑石粉 1～10重量份数；

水泥 8～15重量份数；

天然粗骨料 15～22重量份数；

再生粗骨料 6～12重量份数；

砂 20～30重量份数；

粉煤灰 4.0～5重量份数；

水 4～8重量份数；

减水剂 0.001～0.1重量份数。

6.根据权利要求1所述的C30级钢渣粉自密实混凝土，其中原料组分按重量分数计算包括：

钢渣粉 1～8重量份数；

滑石粉 1～8重量份数；

水泥 5～15重量份数；

天然粗骨料 15～22重量份数；

再生粗骨料 6～15重量份数；

砂 20～30重量份数；

粉煤灰 4.0～5重量份数；

水 4～8重量份数；

减水剂 0.001～0.1重量份数。

7.根据权利要求1所述的C30级钢渣粉自密实混凝土，其中原料组分按重量分数计算包括：

钢渣粉 1～8重量份数；

滑石粉 1～8重量份数；

水泥 8～15重量份数；

天然粗骨料 15～22重量份数；

再生粗骨料 6～12重量份数；

砂 20～30重量份数；

粉煤灰 4.0～5重量份数；

水 4～8重量份数；

减水剂 0.001～0.1重量份数。

8.根据权利要求1所述的C30级钢渣粉自密实混凝土，其特征在于，

所述C30级钢渣粉自密实混凝土的水胶比为0.3～0.65；优选的，所述C30级钢渣粉自密实混凝土的水胶比为0.3、0.32、0.54、0.62。

9.一种权利要求1～8任意一项所述的C30级钢渣粉自密实混凝土的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)按照预定量预先将钢渣粉、水泥和滑石粉拌匀，得到A料；

(2)按照预定配比天然粗骨料、再生粗骨料、砂、A料、粉煤灰、减水剂的顺序投料然后启动搅拌机，干拌1～10min；然后加入水，继续搅拌1～10min，搅拌均匀即得所述的C30级钢渣粉自密实混凝土。

10.一种权利要求1～8任意一项所述的C30级钢渣粉自密实混凝土制备而成的混凝土构件。