CN110143796A - 一种掺钢渣骨料再生透水混凝土的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种掺钢渣骨料再生透水混凝土的制备方法，包括如下步骤：(1)确定设计目标孔隙率；(2)确定配合比计算中的水胶比、粉煤灰掺量；(3)测定再生骨料的紧密堆积密度，计算1m3混凝土中骨料的总体积；(4)引入钢渣体积取代率(钢渣掺量)Rs作为配合比设计指标；(5)测定钢渣和再生骨料的表观密度，据此计算其各自的用量；(6)计算胶凝材料的体积；(7)通过水胶比、粉煤灰掺量、胶凝材料的体积计算粉煤灰、水泥、水的用量。本发明将钢渣作为骨料替代部分的再生骨料掺入再生透水混凝土中制成掺钢渣骨料再生透水混凝土，变废为宝，具有重大的经济效益和环境效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种掺钢渣骨料再生透水混凝土的制备方法，属于固体废弃物资源化、混凝土配合比设计的领域。
背景技术
钢渣是炼钢工业中产生的固体废物，其特点为产量大，且利用率非常低，目前主要的处置手段为场地堆置，占用了大量的土地，随着钢铁工业的蓬勃发展，钢渣排放量日益增大，钢渣场的新建和扩建对空气水体质量造成了严重的破坏。
再生透水混凝土以再生粗骨料为主要原料制成的多孔混凝土，具有透水、透气、吸声、重量轻等特点，因而符合“海绵城市”的理念，但是具有较多裂纹的再生骨料强度低于天然骨料，使得制成的PRC强度不足，成了实际生产应用中面临的最大制约因素。
发明内容
本发明的目的是提供一种掺钢渣骨料再生透水混凝土的制备方法，能够以等体积钢渣替代再生骨料制备透水混凝土，实现了固体废弃物资源化利用，变废为宝，并且还能够改善再生透水混凝土强度不足的劣势，还能大量利用废弃钢渣，减少钢渣长期堆放对生态环境造成的负面影响。方法简单、实用、且产品效果良好。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种掺钢渣骨料再生透水混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照透水效果要求，确定设计目标孔隙率，所述目标孔隙率范围为10％～20％；
(2)根据实际情况，确定配合比中的水胶比、粉煤灰掺量，所述水胶比范围为0.28～0.32，粉煤灰掺量为10％～30％；
(3)通过不同粒径的再生骨料紧密堆积试验，测定再生骨料的紧密堆积密度，通过其计算1m3混凝土中骨料的总体积，以等体积钢渣替代再生骨料制备透水混凝土，钢渣的替代量称为渣体积取代率Rs，Rs取值范围为20％～60％；
(4)引入钢渣体积取代率Rs作为配合比设计指标，确定Rs的取值；
(5)测定钢渣和再生骨料的表观密度，据此计算其各自的用量；
钢渣和再生骨料的用量按下式计算：
mS＝(V×RS)·ρS·α
式中：mS-1m3透水混凝土中钢渣的用量(kg)；
RS-钢渣的掺量；
ρS-钢渣的表观密度(kg/m3)；
α-修正系数，一般取0.98；
mG＝V(1-RS)·ρG·α
式中：mG-1m3透水混凝土中RCA的用量(kg)；
ρG-RCA的表观密度(kg/m3)；
(6)按1m3透水混凝土的体积等于骨料体积、胶凝材料体积、设计孔隙率之和，计算胶凝材料的体积；胶凝材料的体积按下式计算：
VJ＝1-V-P
式中：VJ-1m3透水混凝土中胶凝材料的体积(m3)；
P-目标孔隙率；
(7)测定粉煤灰和水泥的的表观密度，通过水胶比、粉煤灰掺量、胶凝材料的体积计算粉煤灰、水泥、水的用量。
按下式计算粉煤灰、水泥、水的用量：
mW＝(mC+mFA)·W/B
式中：mW-1m3透水混凝土中水的用量(kg)；
ρW-水的密度(kg/m3)；
mC—1m3透水混凝土中水泥的用量(kg)；
ρC—水泥的表观密度(kg/m3)；
mFA—1m3透水混凝土中粉煤灰的用量(kg)；
ρFA—粉煤灰的表观密度(kg/m3)；
RFA—粉煤灰掺量；
W/B—水胶比。
按钢渣体积取代率、目标空隙率、水胶比、粉煤灰掺量要求通过上述公式计算得出如下重量份的原料：水：水泥：粉煤灰：再生骨料：钢渣＝119～156：334～471：37～147：1074～1098：488～508。
所述的再生骨料按粒径分为5-10mm、10-16mm、16-20mm三种。
同一配合比中所用的钢渣和再生骨料粒径相同。
所述水泥为P·II52.5级水泥，表观密度为3.10g/cm3；粉煤灰为II级粉煤灰，表观密度为2.20g/cm3，再生骨料粒径为5-10mm，表观密度为2.54g/cm3～2.57g/cm3，紧密堆积密度为1.40g/cm3～1.37g/cm3，钢渣粒径为5-10mm，表观密度为3.22g/cm3～3.26g/cm3。
本发明突出的有益效果在于：
1、本发明以等体积钢渣替代再生骨料制备透水混凝土，实现了固体废弃物资源化利用。
2、将钢渣作为骨料替代部分的再生骨料掺入再生透水混凝土中制成掺钢渣骨料再生透水混凝土，不仅可以改善再生透水混凝土强度不足的劣势，还能大量利用废弃钢渣，变废为宝，减少钢渣长期堆放对生态环境造成的负面影响。
附图说明
图1为5-10mm粒径的钢渣和再生骨料配制的新拌混合料和脱模后试件。
图2为10-16mm粒径的钢渣和再生骨料配制的新拌混合料和脱模后试件。
图3为16-20mm粒径的钢渣和再生骨料配制的新拌混合料和脱模后试件。
图4为5-10mm粒径的不同目标孔隙下钢渣掺量与28d抗压强度的关系图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的技术方案作进一步详细说明。
本发明所述的掺钢渣骨料再生透水混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照透水效果要求，确定设计目标孔隙率，目标孔隙率为10％-20％。
(2)根据实际情况，确定配合比计算中的水胶比、粉煤灰掺量，水胶比为0.28～0.32，粉煤灰掺量为10％～30％
(3)通过不同粒径的再生骨料紧密堆积试验，测定再生骨料的紧密堆积密度，通过其计算1m3混凝土中骨料的总体积，1m3透水混凝土中骨料的总体积按下式计算：
式中：V—1m3透水混凝土中集料的总体积V；
mG原—钢渣取代前RCA的用量(kg)，数值上等于RCA的紧密堆积密度；
ρG—RCA的表观密度(kg/m3)。
(4)引入钢渣体积取代率Rs作为配合比设计指标，Rs的取值范围为20％～60％。
(5)测定钢渣和再生骨料的表观密度，据此计算其各自的用量，钢渣和再生骨料按下式计算：
mS＝(V×RS)·ρS·α
式中：mS—1m3透水混凝土中钢渣的用量(kg)；
RS—钢渣的掺量；
ρS—钢渣的表观密度(kg/m3)；
α—修正系数，一般取0.98。
mG＝V(1-RS)·ρG·α
式中：mG—1m3透水混凝土中RCA的用量(kg)；
ρG—RCA的表观密度(kg/m3)。
(6)按1m3透水混凝土的体积等于骨料体积、胶凝材料体积、设计孔隙率之和，计算胶凝材料的体积，胶凝材料的体积按下式计算：
VJ＝1-V-P
式中：VJ—1m3透水混凝土中胶凝材料的体积(m3)；
P—目标孔隙率。
(7)测定粉煤灰和水泥的的表观密度，通过水胶比、粉煤灰掺量、胶凝材料的体积计算粉煤灰、水泥、水的用量，计算式如下：
mW＝(mC+mFA)·W/B
式中：nW—1m3透水混凝土中水的用量(kg)；
ρW—水的密度(kg/m3)；
mC—1m3透水混凝土中水泥的用量(kg)；
ρC—水泥的表观密度(kg/m3)；
mFA—1m3透水混凝土中粉煤灰的用量(kg)；
ρFA—粉煤灰的表观密度(kg/m3)；
RFA—粉煤灰掺量；
W/B—水胶比。
其中，同一配合比中所用的钢渣和再生骨料粒径相同。
实施例1
本实施例是利用5-10mm粒径骨料制备掺钢渣骨料再生透水混凝土的方法的一个实例，按目标空隙率为10％，水胶比为0.28，钢渣体积取代率为20％，粉煤灰掺量为10％，通过上述公式计算得出如下重量份的原料：水：水泥：粉煤灰：再生骨料：钢渣＝146：471：52：1098：508。
其中，水泥为P·II52.5级水泥，表观密度为3.10g/cm3；粉煤灰为II级粉煤灰，表观密度为2.20g/cm3；再生骨料粒径为5-10mm，表观密度为2.54g/cm3，紧密堆积密度为1.40g/cm3；钢渣粒径为5-10mm，表观密度为3.22g/cm3。
所述的掺钢渣骨料再生透水混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)先将全部骨料和20％的水投入搅拌机，搅拌30s，使集料表面充分润湿，再将称量好的胶凝材料全部加入搅拌机，继续搅拌150s，此过程中将剩余的水均匀倒入搅拌机。
(2)将拌制完成的混合料分两次装入试模，每次装料均使用捣棒由外到内均匀插捣16次，用抹刀刮平成型面，24h后进行脱模。
(3)脱模后的试件立即放入温度为20±2℃，相对湿度95％以上的标准养护室中养护至规定龄期。
从图1可以看到，按此配合比新拌的混合料均呈现良好的工作性，表现为水泥浆体均匀地包裹骨料，没有出现明显的下滴现象，混合料表面呈现金属光泽；通过观察脱模后的试件，硬化浆体可以较好地黏连骨料，没有出现明显沉浆和封底，脱模过程也没有出现骨料脱落现象，通过测试可得其有效孔隙率为13.1％，透水系数为5.0mm/s，28d抗压强度为21.8Mpa，具有良好的透水性能和强度。
实施例2
本实施例是利用10-16mm粒径骨料制备掺钢渣骨料再生透水混凝土的方法的另一个实例，按目标空隙率为10％，水胶比为0.32，钢渣体积取代率为20％，粉煤灰掺量为30％，通过上述公式计算得出如下重量份的原料：水：水泥：粉煤灰：再生骨料：钢渣＝156：342：147：1090：494。
其中，水泥为P·II52.5级水泥，表观密度为3.10g/cm3；粉煤灰为II级粉煤灰，表观密度为2.20g/cm3；再生骨料粒径为5-10mm，表观密度为2.56g/cm3，紧密堆积密度为1.39g/cm3；钢渣粒径为5-10mm，表观密度为3.24g/cm3。
所述的掺钢渣骨料再生透水混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)先将全部骨料和20％的水投入搅拌机，搅拌30s，使集料表面充分润湿，再将称量好的胶凝材料全部加入搅拌机，继续搅拌150s，此过程中将剩余的水均匀倒入搅拌机。
(2)将拌制完成的混合料分两次装入试模，每次装料均使用捣棒由外到内均匀插捣16次，用抹刀刮平成型面，24h后进行脱模。
(3)脱模后的试件立即放入温度为20±2℃，相对湿度95％以上的标准养护室中养护至规定龄期。
从图2可以看到，按此配合比新拌的混合料均呈现良好的工作性，表现为水泥浆体均匀地包裹骨料，没有出现明显的下滴现象，混合料表面呈现金属光泽；通过观察脱模后的试件，硬化浆体可以较好地黏连骨料，没有出现明显沉浆和封底，脱模过程也没有出现骨料脱落现象，通过测试可得其有效孔隙率为13.3％，透水系数为4.3mm/s，28d抗压强度为18.3Mpa，具有良好的透水性能和强度。
实施例3
本实施例为利用16-20mm粒径骨料制备掺钢渣骨料再生透水混凝土的制备方法的再一个实例，按目标空隙率为20％，水胶比为0.32，钢渣体积取代率为20％，粉煤灰掺量为10％，计算得出如下重量份的原料：水：水泥：粉煤灰：再生骨料：钢渣＝119：334：37：1074：488。
其中，水泥为P·II52.5级水泥，表观密度为3.10g/cm3；粉煤灰为II级粉煤灰，表观密度为2.20g/cm3；再生骨料粒径为5-10mm，表观密度为2.57g/cm3，紧密堆积密度为1.37g/cm3；钢渣粒径为5-10mm，表观密度为3.26g/cm3。
所述的掺钢渣骨料再生透水混凝土的制备方法，包含如下步骤：
(1)先将全部骨料和20％的水投入搅拌机，搅拌30s，使集料表面的充分润湿，再将称量好的胶凝材料全部加入搅拌机，继续搅拌150s，此过程中将剩余的水均匀倒入搅拌机。
(2)将拌制完成的混合料分两次装入试模，每次装料均使用捣棒由外到内均匀插捣16次，用抹刀刮平成型面，24h后进行脱模。
(3)脱模后的试件立即放入温度为20±2℃，相对湿度95％以上的标准养护室中养护至规定龄期。
从图3可以看到，按此配合比新拌的混合料均呈现良好的工作性，表现为水泥浆体均匀地包裹骨料，没有出现明显的下滴现象，混合料表面呈现金属光泽；通过观察脱模后的试件，硬化浆体可以较好地黏连骨料，没有出现明显沉浆和封底，脱模过程也没有出现骨料脱落现象，通过测试可得其有效孔隙率为19.7％，透水系数为10.2mm/s，28d抗压强度为13.1Mpa，具有很好的透水性能，同时具有一定的强度。
以上实施例为本发明的较佳实施案例，本领域技术人员可以在不偏离本发明技术思想的基础上进行适当变更和改进。但所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。本发明的技术性范围不局限于说明书内容。
图4为10％、20％目标孔隙率下28d抗压强度随钢渣掺量的变化情况，可以看出28d抗压强度均随着钢渣掺量的增加而提高，钢渣掺量从0％增加到20％时增幅较明显，增长率达到50％，而钢渣掺量从20％增加40％，抗压强度增长较小，增长率为23％，钢渣掺量增加到60％时，抗压强度增长率仅有8％。
Claims (7)
1.一种掺钢渣骨料再生透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按照透水效果要求，确定设计目标孔隙率，所述目标孔隙率范围为10％～20％；
(2)根据实际情况，确定配合比中的水胶比、粉煤灰掺量，所述水胶比范围为0.28～0.32，粉煤灰掺量为10％～30％；
(3)通过不同粒径的再生骨料紧密堆积试验，测定再生骨料的紧密堆积密度，通过其计算1m3混凝土中骨料的总体积，以等体积钢渣替代再生骨料制备透水混凝土，钢渣的替代量称为渣体积取代率Rs，Rs取值范围为20％～60％；
(4)引入钢渣体积取代率Rs作为配合比设计指标，确定Rs的取值；
(5)测定钢渣和再生骨料的表观密度，据此计算其各自的用量；
钢渣和再生骨料的用量按下式计算：
mS＝(V×RS)·ρS·α
式中：ms-1m3透水混凝土中钢渣的用量(kg)；
Rs-钢渣的掺量；
ρs-钢渣的表观密度(kg/m3)；
α-修正系数，取0.98；
mG＝V(1-RS)·ρG·α
式中：mG-1m3透水混凝土中RCA的用量(kg)；
ρG-RCA的表观密度(kg/m3)；
(6)按1m3透水混凝土的体积等于骨料体积、胶凝材料体积、设计孔隙率之和，计算胶凝材料的体积；胶凝材料的体积按下式计算：
VJ＝1-V-P
式中：VJ-1m3透水混凝土中胶凝材料的体积(m3)；
P-目标孔隙率；
(7)测定粉煤灰和水泥的的表观密度，通过水胶比、粉煤灰掺量、胶凝材料的体积计算粉煤灰、水泥、水的用量。
按下式计算粉煤灰、水泥、水的用量：
mW＝(mC+mFA)·W/B
式中：mw-1m3透水混凝土中水的用量(kg)；
ρw-水的密度(kg/m3)；
mc-1m3透水混凝土中水泥的用量(kg)；
ρc-水泥的表观密度(kg/m3)；
mFA-1m3透水混凝土中粉煤灰的用量(kg)；
ρFA-粉煤灰的表观密度(kg/m3)；
RFA-粉煤灰掺量；
W/B-水胶比。
按钢渣体积取代率、目标空隙率、水胶比、粉煤灰掺量通过上述公式计算得出如下重量份的原料：水∶水泥∶粉煤灰∶再生骨料∶钢渣＝119～156∶334～471∶37～147∶1074～1098∶488～508。
2.根据权利要求1所述的掺钢渣骨料再生透水混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的再生骨料按粒径分为5-10mm、10-16mm、16-20mm三种。
3.根据权利要求2所述的掺钢渣骨料再生透水混凝土的制备方法，其特征在于，同一配合比中所用的钢渣和再生骨料粒径相同。
4.根据权利要求1所述的掺钢渣骨料再生透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下重量份的原料：水∶水泥∶粉煤灰∶再生骨料∶钢渣＝146∶471∶52∶1098∶508，其中，目标空隙率为10％，水胶比为0.28，钢渣掺量为20％。
5.根据权利要求1所述的掺钢渣骨料再生透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下重量份的原料：水∶水泥∶粉煤灰∶再生骨料∶钢渣＝156∶342∶147∶1090∶494，其中，目标空隙率为10％，水胶比为0.32，钢渣掺量为20％。
6.根据权利要求1所述的掺钢渣骨料再生透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下重量份的原料：水∶水泥∶粉煤灰∶再生骨料∶钢渣＝119∶334∶37∶1074∶488，其中，目标空隙率为20％，水胶比为0.32，钢渣掺量为20％。
7.根据权利要求1所述的掺钢渣骨料再生透水混凝土的制备方法，其特征在于，所述水泥为P·II52.5级水泥，表观密度为3.10g/cm3；粉煤灰为II级粉煤灰，表观密度为2.20g/cm3，再生骨料粒径为5-10mm，表观密度为2.54g/cm3～2.57g/cm3，紧密堆积密度为1.40g/cm3～1.37g/cm3，钢渣粒径为5-10mm，表观密度为3.22g/cm3～3.26g/cm3。
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