CN112028560A - 一种钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钢渣‑矿渣‑石墨复相导电混凝土及其制备方法，该混凝土的制备原料配合比为：水泥228~380kg/m3，矿渣25.3~101.3 kg/m3，钢渣25.3~101.3 kg/m3，石墨7.6~45.6 kg/m3，砂747 kg/m3，石子1100 kg/m3，水190 kg/m3，减水剂34.2 kg/m3。本发明将钢渣、矿渣这些钢铁工业炼钢后产生中的废弃物用于制备混凝土材料，提高混凝土的抗压和抗折强度，降低砌块生产成本和减少环境污染具有良好的社会和经济双重效益；同时在混凝土中添加导电性优良的石墨材料，有利于降低混凝土的电阻率，提高混凝土的导电性能，制备性能优良的导电混凝土。

Description

一种钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料制备技术领域，具体涉及一种钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土及其制备方法。
背景技术
目前，导电混凝土主要应用于融化路面积雪、地面采暖、建筑内部结构自监测等，一般建筑在满足导电性能和力学性能的同时，也要符合经济效益，而一般的混凝土导电掺合料为纤维类材料，项目成本较高。因此出现了以粉煤灰、矿渣、钢渣等废弃材料为主要掺料的混凝土。
二十世纪以来,我国工业化进程发展迅速，对钢的需求量也日益增加，经济发展的背后也带来了一些生态环保的消极影响。钢铁工业炼钢后所产生的钢渣、矿渣是钢铁生产中的废弃物，每生产1t钢材会产生100-200kg的钢渣，每生产1t生铁会产生大约300kg矿渣，自身无法进行分解或转化，因此大多作为工业垃圾进行填埋，占用大量土地资源，破坏环境。钢渣的主要成分是铁的氧化物，本身具有较好的耐磨性，耐久性、较高的活性以及金属导电性，可利用这些特性将其作为骨料制备导电混凝土，应用于融化路面积雪、地面采暖、建筑内部结构自监测等；粒化高炉矿渣的化学成分类似于普通硅酸盐水泥，具有潜在的水硬性，物理特性类似于天然砂，是优质的混凝土掺合料；石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍，导热性超过钢、铁、铅等金属材料，因此在混凝土中掺入石墨，能够极大地提高混凝土的导电性，但单掺石墨制备的混凝土强度较差，因此需要其他两种掺合料的配合，充分利用工业废料。本发明将钢渣粉-矿渣粉-石墨粉掺入混凝土生成一种新的改性混凝土——钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土。
发明内容
1.所要解决的技术问题：
针对上述问题，本发明提供一种钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土及其制备方法,将钢渣、矿渣作为胶凝材料代替部分水泥，并加入少量的石墨增强混凝土的导电性能。
2.技术方案：
一种钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土，其特征在于：该混凝土的制备原料配合比为：228~380kg/m3，矿渣25.3~101.3 kg/m3，钢渣25.3~101.3 kg/m3，石墨7.6~45.6 kg/m3，砂747 kg/m3，石子1100 kg/m3，水190 kg/m3，减水剂34.2 kg/m3。
进一步地，所述水泥为42.5R的普通硅酸盐水泥。
进一步地，所述矿渣为S9粒化高炉矿渣粉。
进一步地，所述钢渣的粒径为200目。
进一步地，所述石墨的粒径为200目。
进一步地，所述砂为天然河砂。
进一步地，所述减水剂为聚羧酸减水剂，浓度21％，含量为胶凝材料的0.9%，所述胶凝物质为钢渣、矿渣、水泥的混合物。
一种钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：根据权利要求1所述的配合比称量原料。
步骤二：将步骤一中称量好的原料中的水泥、砂子、石子混合干拌3min，得到干拌物。
步骤三：将步骤一中称量好的原料中的钢渣、矿渣、石墨混合拌拌2min，并加入到步骤二中的干拌物中，继续干拌3min，得到搅拌物。
步骤四：将少量水兑入减水剂溶和均匀后加入到步骤三得到的搅拌物中。
步骤五：重复步骤四2-3次直至装减水剂的容器无刺激性气味；生成预混合物。
步骤六：在预混合物中倒入剩余的全部水，持续湿拌3~5min，得到拌合物。
步骤七：将步骤六得到的拌合物注入模具试件中，在自然环境下静置12小时，成型脱模后进行28天养护。
3.有益效果：
（1）本发明采用在混凝土中添加导电性优良的石墨材料，这样有利于降低混凝土的电阻率，提高混凝土的导电性能，满足工程实际需求。
（2）本发明中采用矿渣、钢渣混合从而代替常规的胶凝材料，环保实用性高。
（3）本发明中将钢渣、矿渣这些钢铁工业炼钢后产生中的废弃物用于制备混凝土材料，降低砌块生产成本和减少环境污染具有良好的社会和经济双重效益。
（4）使用本发明制备而成的混凝土在抗压、抗折及导电性能方面较普通混凝土更为优越。
具体实施方式
一种钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土，其特征在于：该混凝土的制备原料配合比为：水泥228~380 kg/m3，矿渣25.3~101.3 kg/m3，钢渣25.3~101.3 kg/m3，石墨7.6~45.6kg/m3，砂747 kg/m3，石子1100 kg/m3，水190 kg/m3，减水剂34.2 kg/m3。
进一步地，所述水泥为42.5R的普通硅酸盐水泥。
进一步地，所述矿渣为S9粒化高炉矿渣粉。矿渣能部分代替胶凝材料，其基本性质如表1所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
进一步地，所述钢渣的粒径为200目。钢渣能部分代替胶凝材料，其基本性能如表2所示：
Figure 348400DEST_PATH_IMAGE002
进一步地，所述石墨的粒径为200目。用以提高混凝土的导电性能，其基本性能如表3所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
进一步地，所述砂为天然河砂。其基本性能如表4所示：
Figure 658683DEST_PATH_IMAGE004
进一步地，所述减水剂为聚羧酸减水剂，浓度21％，含量为胶凝材料 的0.9%。
一种钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：根据权利要求1所述的配合比称量原料。
步骤二：将步骤一中称量好的原料中的水泥、砂子、石子混合干拌3min，得到干拌物。
步骤三：将步骤一中称量好的原料中的钢渣、矿渣、石墨混合拌拌2min，并加入到步骤二中的干拌物中，继续干拌3min，得到搅拌物。
步骤四：将少量水兑入减水剂溶和均匀后加入到步骤三得到的搅拌物中。
步骤五：重复步骤四2-3次直至装减水剂的容器无刺激性气味；生成预混合物。
步骤六：在预混合物中倒入剩余的全部水，持续湿拌3~5min，得到拌合物。
步骤七：将步骤六得到的拌合物注入模具试件中，在自然环境下静置12小时，成型脱模后进行28天养护。
具体实施例1：
步骤一：制备原料按单位体积(m3)下的重量包括：水泥304kg/m3，矿渣50.7kg/m3，钢渣50.7kg/m3，石墨22.8kg/m3，砂747kg/m3，石子1100kg/m3，水190kg/m3，减水剂34.2kg/m3，减水剂掺量为钢渣、矿渣、水泥的混合物的0.9%。
步骤二：将步骤一中称量好的原料中的水泥、砂子、石子混合干拌3min，得到干拌物。
步骤三：将步骤一中称量好的原料中的钢渣、矿渣、石墨混合拌拌2min，并加入到步骤二中的干拌物中，继续干拌3min，得到搅拌物。
步骤四：将少量水兑入减水剂溶和均匀后加入到步骤三得到的搅拌物中。
步骤五：重复步骤四2-3次直至装减水剂的容器无刺激性气味；生成预混合物。
步骤六：在预混合物中倒入剩余的全部水，持续湿拌3~5min，得到拌合物。
步骤七：将步骤六得到的拌合物注入模具试件中，在自然环境下静置12小时，成型脱模后进行28天养护。
经检测结果如下，本实施例制备的导电混凝土28d抗压强度为54.8Mpa，抗折强度为10.8Mpa,电阻率为 1.53Ω·m，每立方米钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土成本为254元，相对市场混凝土价格每立方米290元降低12.4%
具体实施例2：
步骤一：制备原料按单位体积(m3)下的重量包括：水泥304kg/m3，矿渣50.7kg/m3，钢渣50.7kg/m3，石墨22.8kg/m3，砂747kg/m3，石子1100kg/m3，水190kg/m3，减水剂34.2kg/m3，减水剂掺量为钢渣、矿渣、水泥的混合物的0.9%。
步骤二：将步骤一中称量好的原料中的水泥、砂子、石子混合干拌3min，得到干拌物。
步骤三：将步骤一中称量好的原料中的钢渣、矿渣、石墨混合拌拌2min，并加入到步骤二中的干拌物中，继续干拌3min，得到搅拌物。
步骤四：将少量水兑入减水剂溶和均匀后加入到步骤三得到的搅拌物中。
步骤五：重复步骤四2-3次直至装减水剂的容器无刺激性气味；生成预混合物。
步骤六：在预混合物中倒入剩余的全部水，持续湿拌3~5min，得到拌合物。
步骤七：将步骤六得到的拌合物注入模具试件中，在自然环境下静置12小时，成型脱模后进行28天养护。
经检测结果如下，本实施例制备的导电混凝土28d抗压强度为58.6Mpa，抗折强度为13.8Mpa,电阻率为 2.09Ω·m，每立方米钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土成本为259元，相对市场混凝土价格每立方米290元降低10.7%。
具体实施例3：
步骤一：制备原料按单位体积(m3)下的重量包括：水泥266kg/m3，矿渣57kg/m3，钢渣101.3kg/m3，石墨15.2kg/m3，砂747kg/m3，石子1100kg/m3，水190kg/m3，减水剂34.2kg/m3，减水剂掺量为钢渣、矿渣、水泥的混合物的0.9%。
步骤二：将步骤一中称量好的原料中的水泥、砂子、石子混合干拌3min，得到干拌物。
步骤三：将步骤一中称量好的原料中的钢渣、矿渣、石墨混合拌拌2min，并加入到步骤二中的干拌物中，继续干拌3min，得到搅拌物。
步骤四：将少量水兑入减水剂溶和均匀后加入到步骤三得到的搅拌物中。
步骤五：重复步骤四2-3次直至装减水剂的容器无刺激性气味；生成预混合物。
步骤六：在预混合物中倒入剩余的全部水，持续湿拌3~5min，得到拌合物。
步骤七：将步骤六得到的拌合物注入模具试件中，在自然环境下静置12小时，成型脱模后进行28天养护。
经检测结果如下，本实施例制备的导电混凝土28d抗压强度为62.9Mpa，抗折强度为15.7Mpa,电阻率为 3.56Ω·m，每立方米钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土成本为233元，相对市场混凝土价格每立方米290元降低19.7%
具体实施例4：
步骤一：制备原料按单位体积(m3)下的重量包括：水泥266kg/m3，矿渣76kg/m3，钢渣38kg/m3，石墨22.8kg/m3，砂747kg/m3，石子1100kg/m3，水190kg/m3，减水剂34.2kg/m3，减水剂掺量为钢渣、矿渣、水泥的混合物的0.9%。步骤二：将步骤一中称量好的原料中的水泥、砂子、石子混合干拌3min，得到干拌物。
步骤三：将步骤一中称量好的原料中的钢渣、矿渣、石墨混合拌拌2min，并加入到步骤二中的干拌物中，继续干拌3min，得到搅拌物。
步骤四：将少量水兑入减水剂溶和均匀后加入到步骤三得到的搅拌物中。
步骤五：重复步骤四2-3次直至装减水剂的容器无刺激性气味；生成预混合物。
步骤六：在预混合物中倒入剩余的全部水，持续湿拌3~5min，得到拌合物。
步骤七：将步骤六得到的拌合物注入模具试件中，在自然环境下静置12小时，成型脱模后进行28天养护。
经检测结果如下，本实施例制备的导电混凝土28d抗压强度为64.5Mpa，抗折强度为16.2Mpa,电阻率为4.35Ω·m，每立方米钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土成本为248元，相对市场混凝土价格每立方米290元降低14.5%。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (8)

1.一种钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土，其特征在于：该混凝土的制备原料配合比为：水泥228~380kg/m3，矿渣25.3~101.3 kg/m3，钢渣25.3~101.3 kg/m3，石墨7.6~45.6 kg/m3，砂747 kg/m3，石子1100 kg/m3，水190 kg/m3，减水剂34.2 kg/m3。
2.根据权利要求1所述的一种钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土，其特征在于：所述水泥为42.5R的普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的一种钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土，其特征在于：所述矿渣为S9粒化高炉矿渣粉。
4.根据权利要求1所述的一种钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土，其特征在于：所述钢渣的粒径为200目。
5.根据权利要求1所述的一种钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土，其特征在于：所述石墨的粒径为200目。
6.根据权利要求1所述的一种钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土，其特征在于：所述砂为天然河砂。
7.根据权利要求1所述的一种钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸减水剂，浓度21％，含量为胶凝材料的0.9%，所述胶凝物质为钢渣、矿渣、水泥的混合物。
8.一种钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土的制备方法，用来制备如权利要求1至7任一权利要求所述的一种钢渣-矿渣-石墨复相导电混凝土，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：根据权利要求1所述的配合比称量原料；
步骤二：将步骤一中称量好的原料中的水泥、砂子、石子混合干拌3min，得到干拌物；
步骤三：将步骤一中称量好的原料中的钢渣、矿渣、石墨混合拌拌2min，并加入到步骤二中的干拌物中，继续干拌3min，得到搅拌物；
步骤四：将少量水兑入减水剂溶和均匀后加入到步骤三得到的搅拌物中；
步骤五：重复步骤四2-3次直至装减水剂的容器无刺激性气味；生成预混合物；
步骤六：在预混合物中倒入剩余的全部水，持续湿拌3~5min，得到拌合物；
步骤七：将步骤六得到的拌合物注入模具试件中，在自然环境下静置12小时，成型脱模后进行28天养护。
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