CN107540306A

CN107540306A - 一种含钢渣和稻壳灰的掺合料及利用其制备的高强混凝土

Info

Publication number: CN107540306A
Application number: CN201710718528.6A
Authority: CN
Inventors: 欧阳东
Original assignee: Jinan University
Current assignee: Jinan University
Priority date: 2017-08-21
Filing date: 2017-08-21
Publication date: 2018-01-05

Abstract

本发明提供了一种高强混凝土，以每立方米质量份数计，所述混凝土包括如下组分：胶凝材料500~700份；水100~200份；混凝土掺合料50~150份；石料1000~1200份；砂700~800份；减水剂10~25份；其中混凝土掺合料包括钢渣和稻壳灰，钢渣和稻壳灰的质量比为6：4。本发明生产工艺简单，将钢渣和稻壳灰复合作为高强混凝土的掺合料，不仅明显优于二者分别单掺的效果，而且早期强度和后期强度均得到明显提升，并且能够改善胶凝材料的安定性及混凝土工作性能；本发明原料廉价、易获取，既缓解了高强混凝土对硅灰及超细矿渣粉供应的压力，又提高了钢渣或稻壳灰作为掺合料的效率，符合可持续发展的需要。

Description

一种含钢渣和稻壳灰的掺合料及利用其制备的高强混凝土

技术领域

本发明涉及于建筑材料技术领域，更具体地，涉及一种用钢渣和稻壳灰制备的掺合料及利用其制备的高强混凝土。

背景技术

随着现代水泥混凝土技术的发展，高强、高耐久性已成为了混凝土材料的重要发展方向。高强及高耐久性混凝土以其抗压强度高、抗变形能力强、耐久性能好等的特点，在建筑行业得到了大规模的应用。高强及高耐久性混凝土一般需要掺入掺合料，也同时对掺合料要求较高。目前高强及高耐久性混凝土掺合料大多使用优质粉煤灰、超细矿渣，此类掺合料成本较高、生产耗能较大。因此，开发资源较多、成本低廉以及生产耗能较小的掺合料是混凝土掺合料研究的重点。

钢渣作为钢铁工业行业主要的冶金渣，如何提高其附加值是可持续发展提出的要求。钢渣中含有较多的与硅酸盐水泥熟料相近的矿物成分，具备作为掺合料的矿物基础，将其作为掺合料符合可持续发展提出的要求，然而，钢渣作为掺合料除存在安定性等问题以外，活性系数较低也是限制其作为掺合料大规模应用的原因之一。稻壳灰灰作为农业副产品的一种，其作为混凝土掺合料的活性受到了其形成过程的影响，其掺量通常在10％左右。作为硅质掺合料的稻壳灰，其与钢渣复合作为掺合料，其能吸收钢渣中的游离氧化钙而克服钢渣可能存在的安定性不良问题，而钢渣中的游离氧化钙及其水化产物氢氧化钙同样也可作为稻壳灰二次水化反应的激发剂，二者复合使用具备解决上述问题的基础条件，因此通过合理的技术手段，完全可以复合作为掺合料，以达到经济和可持续的发展的要求。

发明内容

本发明的首要目的在于，提供一种以钢渣和稻壳灰复合作为混凝土掺合料，该复合掺合料成本低廉，产品效果显著，二者可以相互激发，发挥较好的协调效应。

本发明的又一目的在于，提供一种以钢渣粉和稻壳灰复合作为掺合料制备的高强混凝土，不仅使得高强混凝土工作性能得到提高，而且早期强度也得到较好的保证。

本发明通过以下技术方案实现上述技术目的：

一种高强混凝土，以每立方米质量份数计，所述混凝土包括如下组分：

胶凝材料500～700份；

水100～200份；

混凝土掺合料50～150份；

石料1000～1200份；

砂700～800份；

减水剂10～25份；

其中混凝土掺合料包括钢渣和稻壳灰，钢渣和稻壳灰的质量比为(5.5～6.5)：(3.5～4.5)。

优选地，所述高强混凝土的水灰比为0.2～0.25。

优选地，混凝土掺合料的掺量占胶凝材料的10％-20％。

优选地，胶凝材料为水泥。

优选地，所述钢渣为韶钢热闷钢渣，比表面积为500～600m²/kg。

优选地，所述钢渣的化学组成以质量百分比计，钢渣中CaO、SiO₂、FeO和MgO的含量之和不低于75％，，且CaO含量不低于45％。

优选地，稻壳灰的化学组成以质量百分比计，SiO₂含量不低于80％。

优选地，所述钢渣包括以下按质量百分比计的组分：CaO 47.15％；SiO₂ 11.09％；FeO 11.13％；MgO 7.69％。

优选地，所述钢渣包括以下按质量百分比计的组分：CaO 47.15％；SiO₂ 11.09％；

Al₂O₃1.97％；Fe₂O₃ 6.51％；FeO 11.13％；MgO 7.69％；MnO 4.95％；P₂O₅ 0.64％；SO₃ 0.43％。

优选地，所述稻壳灰包括以下按质量百分比计的组分：SiO₂ 91.71％；CaO0.86％；MgO 0.31％；Fe₂O₃ 0.90％；Al₂O₃0.36％。

上述利用钢渣粉和稻壳灰复合作为掺合料制备高强混凝土的方法，其方法按照以下方法：将复合掺合料取代占胶凝材料总质量的10％～20％的水泥，然后配置高强混凝土。

本发明的原理是：将磨细钢渣粉与稻壳灰复合，一方面所用钢渣粉比表面积较二者与水泥要小，可以提供更优的颗粒级配，使得混凝土达到更加理想的密实状态；另一方面稻壳灰等硅质材料可以降低钢渣混掺胶凝材料的C/S比，使得水化产物中的硬硅钙石生成量增加，表现为水泥石的强度提高，另外，稻壳灰中SiO₂和MgO、FeO等会生成像蛇纹石类等的水化产物，而这类水化产物自身就具备较高的强度。在相互协调方面，稻壳灰与钢渣复合作为掺合料，一方面稻壳灰能吸收钢渣中的游离氧化钙而克服钢渣可能存在的安定性不良问题，另一方面钢渣中的游离氧化钙及其水化产物氢氧化钙同样也可作为稻壳灰二次水化反应的激发剂。二者复合具有较高的实用价值。

与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：

1.本发明生产工艺简单，只需将热闷钢渣经过破碎和磨细，使其比表面积达到500～600 m²/kg即可，将其与稻壳灰复合作为高强混凝土的掺合料，不仅明显优于二者分别单掺的效果，而且早期强度活性不低于91％，后期强度活性均超过106％；

2.本发明的复合掺合料具有多种功能，除增强功能外，还具有改善胶凝材料的安定性、混凝土工作性能等特点；

3.本发明原料廉价、易获取，既缓解了高强混凝土对硅灰及超细矿渣粉供应的压力，又提高了钢渣或稻壳灰作为掺合料的效率，符合可持续发展的需要。

具体实施方式

以下结合具体实施例进一步说明本发明，其实施例在图示后面加以说明，给出了部分详细的实施方式和具体的操作过程。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1：

复合掺合料的制备过程：将韶钢热闷钢渣机械粉磨后，得到比表面积为500～600m²/kg的钢渣粉，将其与稻壳灰以6:4复合，即得复合掺合料，记为GF，实施例中钢渣和稻壳灰的化学组成分别见下表1至表2。

表1钢渣化学组成(％)

表2稻壳灰化学组成(％)

将以上制备GF用于制备高强混凝土，用质量为胶凝材料质量的10％的GF代替水泥；水泥为广东英德海螺水泥有限责任公司生产的P·O42.5R普通硅酸盐水泥；细集料为花都区碳步镇新都砂石厂北江河砂，细度模数Mx＝2.84，含泥量0.9％；粗集料为增城石场产5～10mm瓜米石和大亚湾石场产5～20mm碎石两级粗集料配合成5～20mm连续级配骨料；减水剂是科杰 KJ-JS聚羧酸系高性能减水剂。

该混凝土的配合比见表3，分别于净水泥混凝土、单掺同等掺量的钢渣、稻壳灰混凝土对比。制备的混凝土的工作性能及各龄期抗压强度见表4。

表3混凝土配合比

表4混凝土工作性能及抗压强度

由试验结果表4可见，用本发明的钢渣和稻壳灰复合掺合料在0.22水胶比下置换20％的硅酸盐水泥，制备得到的高强混凝土7d强度活性达到95.8％，28d强度活性达到110.6％,90d 强度活性达到106.2％。相比等掺量的单掺钢渣或稻壳灰，利用本发明的复合配方，可以明显提高其单掺的强度活性。相比单掺同等掺量的钢渣情况(NO.2组)而言，利用本发明的复合配方，7d强度提高了2MPa，28d强度提高了12.12MPa，90d强度提高了12.03MPa；相比单掺同等掺量的稻壳灰情况(NO.3组)而言，利用本发明的复合配方，7d强度提高了12.3MPa， 28d强度提高了18.26MPa，90d强度提高了14.88MPa。此外，利用本发明的复合配方，混凝土的工作性能也得到了改善。

实施例2

将实施例1制备的GF用质量为胶凝材料质量的20％的GF代替水泥；水泥为广东英德海螺水泥有限责任公司生产的P·O42.5R普通硅酸盐水泥；细集料为花都区碳步镇新都砂石厂北江河砂，细度模数Mx＝2.84，含泥量0.9％；粗集料为增城石场产5～10mm瓜米石和大亚湾石场产5～20mm碎石两级粗集料配合成5～20mm连续级配骨料；减水剂是科杰KJ-JS聚羧酸系高性能减水剂。

该混凝土的配合比见表5，分别于净水泥混凝土、单掺同等掺量的钢渣、稻壳灰混凝土对比。制备的混凝土的工作性能及各龄期抗压强度见表6。

表5混凝土配合比

表6混凝土工作性能及抗压强度

由试验结果表4可见，用本发明的钢渣和稻壳灰复合掺合料在0.22水胶比下置换20％的硅酸盐水泥，制备得到的高强混凝土7d强度活性达到93.6％，28d强度活性达到107％,90d强度活性达到105％。相比等掺量的单掺钢渣或稻壳灰，利用本发明的复合配方，可以明显提高其单掺的强度活性。相比单掺同等掺量的钢渣情况(NO.2组)而言，利用本发明的复合配方， 7d强度提高了4.82MPa，28d强度提高了13.07MPa，90d强度提高了14.92MPa；相比单掺同等掺量的稻壳灰情况(NO.3组)而言，利用本发明的复合配方，7d强度提高了9.91MPa，28d 强度提高了12.88MPa，90d强度提高了12.62MPa。此外，利用本发明的复合配方，混凝土的工作性能也得到了改善。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims

1.一种高强混凝土，其特征在于，以每立方米质量份数计，所述混凝土包括如下组分：

胶凝材料 500~700份；

水 100~200份；

混凝土掺合料 50~150份；

石料 1000~1200份；

砂 700~800份；

减水剂 10~25份；

其中混凝土掺合料包括钢渣和稻壳灰，钢渣和稻壳灰的质量比为（5.5~6.5）：（3.5~4.5）。

2.根据权利要求1所述的高强混凝土，其特征在于，所述高强混凝土的水灰比为0.2~0.25。

3.根据权利要求1所述的高强混凝土，其特征在于，混凝土掺合料的掺量占胶凝材料的10%-20%。

4.根据权利要求3所述的高强混凝土，其特征在于，胶凝材料为水泥。

5.根据权利要求1所述的高强混凝土，其特征在于，所述钢渣为韶钢热闷钢渣，比表面积为500~600 m²/kg。

6.根据权利要求1或5所述的高强混凝土，其特征在于，所述钢渣的化学组成以质量百分比计，钢渣中CaO、SiO₂、FeO和MgO的含量之和不低于75%，，且CaO含量不低于45%。

7.根据权利要求6所述的高强混凝土，其特征在于，所述钢渣包括以下按质量百分比计的组分：CaO 47.15%；SiO₂11.09%；FeO 11.13%；MgO 7.69%。

8.根据权利要求7所述的高强混凝土，其特征在于，所述钢渣包括以下按质量百分比计的组分：CaO 47.15%；SiO₂11.09%；Al₂O₃1.97%；Fe₂O₃ 6.51%；FeO 11.13%；MgO 7.69%；MnO4.95%；P₂O₅ 0.64%；SO₃0.43%。

9.根据权利要求1所述的高强混凝土，其特征在于，稻壳灰的化学组成以质量百分比计，SiO₂含量不低于80%。

10.根据权利要求9所述的高强混凝土，其特征在于，所述稻壳灰包括以下按质量百分比计的组分： SiO₂91.71%；CaO 0.86%； MgO 0.31%；Fe₂O₃ 0.90%；Al₂O₃0.36%。