CN109665773A - 一种炉渣代替细骨料的c80高强混凝土 - Google Patents

Abstract

一种炉渣代替细骨料的C80高强混凝土，每立方米混凝土中包含以下含量的原料：胶凝材料405‑420kg、细骨料600‑640kg、粗骨料1390‑1420kg、聚羧酸减水剂7‑10kg和水；水胶比为0.26‑0.3；所述胶凝材料由255‑275kg水泥和余量的硅砂粉组成；所述细骨料为炉渣、或炉渣与机制砂的混合物料，所述炉渣在混合物料中的质量分数为大于等于30%、小于100%。本发明采用炉渣完全代替或部分代替细骨料，经过配方和生产工艺的优化，具有提升混凝土强度、改善混凝土和易性的优点，同时炉渣的使用可以有效效节约不可再生天然砂资源，有利于改善环境，符合当前国家的环保政策。

Description

一种炉渣代替细骨料的C80高强混凝土

技术领域

本发明属于混凝土生产技术领域，具体涉及一种炉渣代替细骨料的C80高强混凝土。

背景技术

目前随着河沙资源的枯竭和限采，建筑用砂供需矛盾越来越激烈；河砂价格居高不下，引起各地非法采砂顶风作案，甚至海砂滥用，要想从根本上解决河砂短缺现象，除了发展机制砂，最重要的是寻找河沙的替代品。

炉渣是煤化工厂的废弃物，煤化工厂主要燃料是煤炭，在煤燃烧之前先将煤粉碎为粉末状，其中0.074mm的颗粒占比在80%左右。破碎完的煤灰及粒状的矿石在鼓风机的作用下被风送到燃烧炉里面，同时保证炉膛温度在1400℃-1500 ℃左右。在高温气流的作用下，一部分燃烧不完全的煤灰随着热气流排出，通过收尘器变成粉煤灰，一部分被烧成熔融状态快速冷却后变成炉渣。据2017年最新数据统计，河南省所有煤化工厂产生的类似炉渣类的工业尾废约200万吨。面对日益严峻的节能减排、雾霾治理和生态保护的巨大压力，以往的煤炭粗放增长模式难以为继，煤化工作为煤炭-能源化工一体化的新型产业在实现煤炭清洁高效利用方面肩负着转型发展的重任。

经过检测炉渣的主要化学成分是SiO₂和CaO，其中SiO₂含量占比为15%左右，CaO含量为19%左右，相关文献表明在高温高压的饱和蒸汽养护条件下，含SiO₂质材料和含CaO质材料可以发生反应托勃莫来石（5CaO·6SiO₂·5H₂O），提高混凝土强度。因此，炉渣很有可能是一种良好的替代或部分替代河沙生产混凝土的原料。

发明内容

本发明的目的就在于为解决现有技术的不足而提供一种炉渣代替细骨料的C80高强混凝土。

本发明的目的是以下述技术方案实现的：

一种炉渣代替细骨料的C80高强混凝土，每立方米混凝土中包含以下含量的原料：胶凝材料405-420kg、细骨料600-640kg、粗骨料1390-1420kg、聚羧酸减水剂7-10kg和水；水胶比为0.26-0.3；所述胶凝材料由255-275kg水泥和余量的硅砂粉组成；所述细骨料为炉渣、或炉渣与机制砂的混合物料，所述炉渣在混合物料中的质量分数为大于等于30%、小于100%。

所述炉渣在混合物料中的质量分数为30-50%。

所述炉渣的细度模数为1.8-2.2。

所述炉渣的化学成分含量为：氧化硅15.53%、氧化铝4.83%、氧化铁3.78%、氧化钙19.17%、氧化镁1.2%、三氧化硫2.77%、碱含量0.43%、烧失量4.7%。

所述聚羧酸减水剂为许昌瑞维思科技建材有限公司生产的RWS-02聚羧酸高效减水剂。

优选的，所述 C80高强混凝土，其容重为2500Kg/m³，每立方米混凝土中包含以下含量的原料：胶凝材料410kg，其中水泥266.50kg、硅砂粉143.50kg；细骨料620kg，其中炉渣310kg，机制砂310kg；粗骨料1404.92kg、聚羧酸减水剂8.61kg和水，水胶比为0.28

如上所述的C80高强混凝土的制备方法，包括以下步骤：

（1）将各组分原料混合均匀；

（2）成型；

（3）养护：首先采用常压饱和蒸汽先在80-100min内从室温升至90-99℃，再保持3.5-4.5h；然后脱模进行高温高压饱和蒸汽养护，具体条件为：在180℃以上温度下，在80-100min内从常压升压至0.80MPa～1MPa，保持2.5-3.5h，再在2h-3h内降压至常压。

一种C80高强混凝土管桩，它为采用如上所述C80高强混凝土制备而成。

本发明采用炉渣完全代替或部分代替细骨料，经过配方和生产工艺的优化，具有提升混凝土强度、改善混凝土和易性的优点，同时炉渣的使用可以有效效节约不可再生天然砂资源，有利于改善环境，符合当前国家的环保政策。

附图说明

图1是现有技术混凝土管桩生产工艺流程图；

图2是掺入炉渣作为细骨料的混凝土管桩的内壁成型示意图；

图3是全部采用机制砂作为细骨料的混凝土管桩的内壁成型示意图；

图4是掺入炉渣作为细骨料的混凝土管桩的截面示意图；

图5是全部采用机制砂作为细骨料的混凝土管桩的截面示意图。

具体实施方式

实施例1

一种炉渣代替细骨料的C80高强混凝土，每立方米混凝土中包含以下含量的原料：胶凝材料405-420kg、细骨料600-640kg、粗骨料1390-1420kg、聚羧酸减水剂7-10kg和水；水胶比为0.26-0.3；所述胶凝材料由255-275kg水泥和余量的硅砂粉组成；所述细骨料为炉渣、或炉渣与机制砂的混合物料，所述炉渣在混合物料中的质量分数为大于等于30%、小于100%。

本发明所用水泥：采用标号P•O 42.5，质量符合GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》要求。

硅砂粉：采用质量符合JC/T 950-2005《预应力高强混凝土管桩用硅砂粉》要求的硅砂粉。

细骨料：机制砂、炉渣，质量符合GB/T 14684-2011《建设用砂》中的I类砂二级配区要求。

粗骨料：采用质量符合GB/T 14685-2011《建设用碎石、卵石》中的(5～25)mm碎石要求。

减水剂：采用质量符合GB 8076-2008《混凝土外加剂》要求的聚羧酸减水剂。

水：采用质量符合JGJ 63-2006《混凝土用水标准》要求。

本发明所用炉渣为河南能源化工集团鹤煤化工有限公司（其主要产品为1,4-丁二醇）在生产过程中产生的尾废料；其细度模数为2；含泥量为0.8%，表观密度为2620kg/m³，松散堆积密度为1570 kg/m³，紧密堆积密度为1610 kg/m³，碱集料反应（膨胀率）为0.06。其化学成分经检测含量为：氧化硅15.53%、氧化铝4.83%、氧化铁3.78%、氧化钙19.17%、氧化镁1.2%、三氧化硫2.77%、碱含量0.43%、烧失量4.7%。

由于炉渣的颗粒较细，在前期试配中我们发现，随着炉渣的掺量提升，混凝土坍落度损失较快，影响混凝土的操作性，通过试验，当炉渣在混合物料中掺量在30%-50%的时候既能够保证混凝土的强度，又可以提高混凝土的操作性能。同时，采用许昌瑞维思科技建材有限公司生产的RWS-02聚羧酸高效减水剂，也可以良好解决混凝土坍落度损失增大的问题。

如上所述的C80高强混凝土的制备方法，包括以下步骤：

（1）将各组分原料混合均匀；

（2）成型；

（3）养护：首先采用常压饱和蒸汽先在80-100min内从室温升至90-99℃，再保持3.5-4.5h；然后脱模进行高温高压饱和蒸汽养护，具体条件为：在180℃以上温度下，在80-100min内从常压升压至0.80MPa～1MPa，保持2.5-3.5h，再在2h-3h内降压至常压。

通过试配的调整，掺用炉渣的混凝土强度能够保证在92MPa左右，生产的混凝土管桩强度最高可达102MPa，远远大于国家标准C80的强度要求。

实施例2

一种炉渣代替细骨料的C80高强混凝土，容重为2500Kg/m³，每立方米混凝土中包含以下含量的原料：胶凝材料410kg（水泥266.50kg、硅砂粉143.50kg）、细骨料620kg（炉渣310kg，在细骨料中掺量50%，机制砂310kg）、粗骨料1404.92kg（砂率30%）、聚羧酸减水剂8.61kg（与胶凝材料相比掺量0.21%）和水，水胶比为0.28。

如上所述的C80高强混凝土的制备方法，包括以下步骤：

（1）将各组分原料混合均匀；

（2）采用质量符合JG 3019《混凝土试模》中的100mm*100mm*100mm试模放置符合JG/T3020《混凝土试验用振动台》要求的振动台进行震动成型；

（3）养护：待试件凝结完全硬化后，在密封蒸养池内采用常压饱和蒸汽养护5h30min（升温1h30min，恒温4h，恒温温度为95±2℃）；第二步脱模后，在密封高压釜内采用高温高压饱和蒸汽养护7h（升压1h30 min，恒压3h，降压2h30min，恒压压力0.90MPa～0.95MPa，温度185℃）。

经检测，所得到的混凝土试件蒸压后抗压强度为95.6-95.8Mpa。

现有技术中C80混凝土容重为2450Kg/m³，每立方米混凝土中包含以下含量的原料：胶凝材料420kg（水泥294kg、硅砂粉126kg）、细骨料639kg（100%机制砂）、粗骨料1320kg（砂率32%）、聚羧酸减水剂11.76kg（掺量0.28%）和水，水胶比为0.28，所得到的混凝土抗压强度低于实施例2产品10Mpa左右。

实施例3

一种炉渣代替细骨料的C80高强混凝土，容重为2500Kg/m³，每立方米混凝土中包含以下含量的原料：胶凝材料410kg（水泥266.50kg、硅砂粉143.50kg）、细骨料620kg（炉渣186kg，掺量30%，机制砂434kg）、粗骨料1404.92kg（砂率30%）、聚羧酸减水剂8.61kg（掺量0.21%）和水，水胶比为0.28。

如上所述的C80高强混凝土的制备方法，包括以下步骤：

（1）将各组分原料混合均匀；

（2）采用质量符合JG 3019《混凝土试模》中的100mm*100mm*100mm试模放置符合JG/T3020《混凝土试验用振动台》要求的振动台进行震动成型；

（3）养护：待试件凝结完全硬化后，在密封蒸养池内采用常压饱和蒸汽养护5h30min（升温1h30min，恒温4h，恒温温度为95℃）；第二步脱模后，在密封高压釜内采用高温高压饱和蒸汽养护7h（升压1h30 min，恒压3h，降压2h30min，恒压压力0.90MPa～0.95MPa，温度185℃）。

经检测，所得到的混凝土试件蒸压后抗压强度为90.5-91.9Mpa。

实施例4

一种炉渣代替细骨料的C80高强混凝土，容重为2500Kg/m³，每立方米混凝土中包含以下含量的原料：胶凝材料410kg（水泥266.50kg、硅砂粉143.50kg）、细骨料620kg（炉渣496kg，掺量80%，机制砂124kg）、粗骨料1404.92kg（砂率30%）、聚羧酸减水剂8.61kg（掺量0.21%）和水，水胶比为0.28。

如上所述的C80高强混凝土的制备方法，包括以下步骤：

（1）将各组分原料混合均匀；

（2）采用质量符合JG 3019《混凝土试模》中的100mm*100mm*100mm试模放置符合JG/T3020《混凝土试验用振动台》要求的振动台进行震动成型；

（3）养护：待试件凝结完全硬化后，在密封蒸养池内采用常压饱和蒸汽养护5h30min（升温1h30min，恒温4h，恒温温度为95℃）；第二步脱模后，在密封高压釜内采用高温高压饱和蒸汽养护7h（升压1h30 min，恒压3h，降压2h30min，恒压压力0.90MPa～0.95MPa，温度185℃）。

经检测，所得到的混凝土试件蒸压后抗压强度为96.3-96.8，但混凝土和易性稍差。

实施例5

一种炉渣代替细骨料的C80高强混凝土，每立方米混凝土中包含以下含量的原料：胶凝材料420kg（水泥270kg、硅砂粉余量）、细骨料630kg（炉渣掺量90%，机制砂余量）、粗骨料1420kg、聚羧酸减水剂9.5kg和水，水胶比为0.3。

一种C80高强混凝土管桩的制备方法，包括以下步骤：

（1）将各组分原料混合均匀；

（2）离心成型；

（3）养护：待试件凝结完全硬化后，在密封蒸养池内采用常压饱和蒸汽先在80min内从室温升至93℃，再保持4.5h；然后脱模进行高温高压饱和蒸汽养护，具体条件为：在183℃温度下，在100min内从常压升压至0.95MPa～1MPa，保持3.5h，再在2.5h内降压至常压。

试验例

1、炉渣安定性检测

取河南能源化工集团鹤煤化工有限公司得到的炉渣（1350±5）g；水泥（450±2）g；水（225±1）g，依据GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》，炉渣代替标准砂成型胶砂试条2组，胶砂制备完成后放入养护温度（20±1）℃，相对湿度≥95%的恒温恒湿的养护箱中养护24h后脱模进行标识，一组养护至28d，一组放置高压釜依据GB/T 750-1992《水泥压蒸安定性试验》试验方法与管桩进行同条件蒸压养护，具体为首先采用常压饱和蒸汽养护5h30min（升温1h30min，恒温4h，恒温温度为95±2℃）；第二步脱模后，在密封高压釜内采用高温高压饱和蒸汽养护7h（升压1h30 min，恒压3h，降压2h30min，恒压压力0.90MPa～0.95MPa，温度185℃），重复上述试验3次；实验结果如表1所示：

从表1可知，压蒸后的胶砂试件，观察测量外观质量，无膨胀、开裂、弯曲现象，而且压蒸后的胶砂抗折、抗压强度优于28d标养，所以可判断炉渣安定性合格。

而且，经检测炉渣的各项性能符合GB/T 14684-2011《建设用砂》I类砂标准，放射性符合GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量》标准要求，满足GB/T 13476-2009《先张法预应力混凝土管桩》4.1.2骨料中的细骨料质量要求。

炉渣作为预应力混凝土管桩生产的细骨料的混凝土性能试配研究

依据JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》标准要求进行生产混凝土配合比设计，如表2所示，设计强度为C80，除采用不同细骨料（一组采用100%机制砂，一组采用50% 炉渣、50%机制砂混合），其他成分相同生产混凝土（未公开的其他步骤同实施例2），依据GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行混凝土拌合物性能检测，混凝土试件养护好后，依据GB 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》检测砼强度。

结果显示：

1、采用50%炉渣、50%机制砂的砼料和易性良好，坍落度为25mm。

2、混凝土的砼强度如表3所示，蒸压后大于80Mpa。

3、混凝土的耐久性如表4所示。

4.炉渣作为细骨料应用到生产预应力混凝土管桩中的产品性能

4.1预应力混凝土管桩生产工艺，如图1所示。

采用不同细骨料制备混凝土管桩，混凝土配方如试验例2及表2所示（一组细骨料采用100%机制砂，另一组细骨料采用50% 炉渣、50%机制砂混合），离心成型后养护方法为：首先采用常压饱和蒸汽养护5h30min（升温1h30min，恒温4h，恒温温度为95±2℃）；第二步脱模后，在密封高压釜内采用高温高压饱和蒸汽养护7h（升压1h30 min，恒压3h，降压2h30min，恒压压力0.90MPa～0.95MPa，温度185℃）。

4.2掺用炉渣和未掺用炉渣应用到管桩生产中的砼料和易性对比

管桩生产过程掺用炉渣的混凝土和易性优于未掺炉渣的混凝土和易性。

4.3掺用炉渣和未掺用炉渣应用到管桩生产中的离心后内壁对比

从图2和图3可看出，掺用炉渣以后，对应的管桩内壁成型好，较光滑，余浆倾倒容易，管桩外观质量改善较大。而前期没有掺炉渣的管桩内壁成型较差，余浆粘稠，倾倒困难，对生产节奏影响较大。

4.4炉渣管桩和未掺炉渣管桩生产中的混凝土强度对比，如表5所示。

表 5

掺用炉渣应用到管桩生产中的平均脱模强度46.9MPa，平均压蒸强度102.0MPa；未掺用炉渣应用到管桩生产中的平均脱模强度43.0MPa，平均压蒸强度93.4MPa；由此可见细骨料掺用炉渣的混凝强度优于细骨料未掺用炉渣的混凝强度。

4.5掺用炉渣和未掺用炉渣应用到生产中的管桩外观质量对比

依据GB/T 13476-2009《先张法预应力混凝土管桩》表6进行外观质量对比。

结果显示，生产过程掺用炉渣生产的管桩外观质量与未掺用炉渣生产的管桩外观质量相当。

4.6炉渣管桩和未掺用炉渣管桩生产中的内部结构对比

掺用炉渣以后管桩的截面图如图4所示，未掺用炉渣的管桩截面如图5所示。从图片结果看，掺用炉渣以后，管桩内部较为密实，几乎没有空隙。而没有掺炉渣的管桩内壁存在细小的空隙。

4.7掺用炉渣和未掺用炉渣应用到生产中的管桩（PHC 500 AB 125-8）抗弯性能对比

管桩抗弯性能试验步骤：

第一步：按抗裂弯矩的20％的级差由零加载至抗裂弯矩的80％，每级荷载的持续时间为3min；然后按抗裂弯矩的10％的级差继续加载至抗裂弯矩的100％。每级荷载的持续时间为3min，观察是否有裂缝出现，测定并记录裂缝宽度。

第二步：如果在抗裂弯矩的100％时未出现裂缝，则按抗裂弯矩的5％的级差继续加载至裂缝出现。每级荷载的持续时间为3min，测定并记录裂缝宽度。

第三步：按极限弯矩的5％的级差继续加载至出现a）受拉区混凝土裂缝宽度达到1.5mm；b）受拉钢筋被拉断；c）受压区混凝土破坏；极限状态的检验标志之一为止。每级荷载弯矩的持续时间为3min，观测并记录各项读数。

掺用炉渣生产的管桩抗弯性能试验情况：

当加载至抗裂弯矩的135%时，出现1条裂纹;

当加载至极限弯矩的110%时，出现2条裂纹;

当加载至极限弯矩的115%时，出现4条裂纹;

当加载至极限弯矩的135%时，出现裂缝宽度达到1.5mm，终止试验。

未掺用炉渣生产的管桩抗弯性能试验情况：

当加载至抗裂弯矩的130%时，出现1条裂纹;

当加载至极限弯矩的105%时，出现3条裂纹;

当加载至极限弯矩的110%时，出现4条裂纹;

当加载至极限弯矩的130%时，出现裂缝宽度达到1.5mm，终止试验。

结论：掺用炉渣和未掺用炉渣应用到生产中的管桩（PHC 500 AB 125-8）抗弯性能相当。

从以上结果可知，炉渣代替细骨料应用到预应力混凝土管桩中，生产的管桩质量性能符合国家标准要求。

Claims (8)

1.一种炉渣代替细骨料的C80高强混凝土，其特征在于每立方米混凝土中包含以下含量的原料：胶凝材料405-420kg、细骨料600-640kg、粗骨料1390-1420kg、聚羧酸减水剂7-10kg和水；水胶比为0.26-0.3；所述胶凝材料由255-275kg水泥和余量的硅砂粉组成；所述细骨料为炉渣、或炉渣与机制砂的混合物料，所述炉渣在混合物料中的质量分数为大于等于30%、小于100%。

2.如权利要求1所述的C80高强混凝土，其特征在于所述炉渣在混合物料中的质量分数为30-50%。

3.如权利要求1所述的C80高强混凝土，其特征在于所述炉渣的细度模数为2。

4.如权利要求1所述的C80高强混凝土，其特征在于所述炉渣的化学成分含量为：氧化硅15.53%、氧化铝4.83%、氧化铁3.78%、氧化钙19.17%、氧化镁1.2%、三氧化硫2.77%、碱含量0.43%、烧失量4.7%。

5.如权利要求1所述的C80高强混凝土，其特征在于所述聚羧酸减水剂为许昌瑞维思科技建材有限公司生产的RWS-02聚羧酸高效减水剂。

6.如权利要求1所述的C80高强混凝土，其特征在于其容重为2500Kg/m³，每立方米混凝土中包含以下含量的原料：胶凝材料410kg，其中水泥266.50kg、硅砂粉143.50kg；细骨料620kg，其中炉渣310kg，机制砂310kg；粗骨料1404.92kg、聚羧酸减水剂8.61kg和水，水胶比为0.28。

7.如权利要求1-6任一项所述的C80高强混凝土的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将各组分原料混合均匀；

（2）成型；

（3）养护：首先采用常压饱和蒸汽先在80-100min内从室温升至90-99℃，再保持3.5-4.5h；然后脱模进行高温高压饱和蒸汽养护，具体条件为：在180℃以上温度下，在80-100min内从常压升压至0.80MPa～1MPa，保持2.5-3.5h，再在2h-3h内降压至常压。

8.一种C80高强混凝土管桩，其特征在于它为采用如权利要求1-6任一项所述C80高强混凝土制备而成。