CN112777966A - 一种耐久性的钢渣混凝土及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及混凝土路面施工领域，具体公开了一种耐久性的钢渣混凝土及其制备工艺，钢渣混凝土包括以下质量份数的原料通过搅拌混合得到：水泥200‑220份，钢渣250‑260份，水120‑180份，粉煤灰50‑60份，尼龙66 18‑25份，所述尼龙66的粒径为200‑300μm，钢渣混凝土制备方法为，将混凝土原料尼龙66、水泥、水、钢渣等进行搅拌混合最终得到钢渣混凝土，本申请的钢渣混凝土组合物可用于铺设路面，本申请具有提高钢渣混凝土耐久性的优点。

Description

一种耐久性的钢渣混凝土及其制备工艺
技术领域
本申请涉及混凝土路面施工领域，更具体地说，它涉及一种耐久性的钢渣混凝土及其制备工艺。
背景技术
钢渣是炼钢过程中排出的废渣，主要由造渣材料、冶炼反应物、侵蚀脱落炉体、补炉材料、金属炉料带入的杂质和为调整钢渣性质而加入的造渣材料所组成的复合固溶体，中国目前搁置钢渣的量达到了1.8×107吨，并且现在还在以每年几百万吨的速度增长。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。我国对钢渣的利用率却只有30％左右，且主要用作回填材料，如何较好地利用残余钢渣是一个亟待解决的难题。
现有技术中，用钢渣替代骨料使用，制备混凝土是提高钢渣利用率的一个有效途径，以钢渣为原料生产的混凝土主要用于路面的修复，在钢渣混凝土使用后期，钢渣可能与空气中的二氧化碳发生碳化反应，由于钢渣混凝土的抗碳化性能较差，存在有钢渣混凝土铺设的路面使用寿命较短的缺陷。
发明内容
为了提高钢渣混凝土铺设路面使用寿命，本申请提供一种耐久性的钢渣混凝土。
为了获得一种耐久性的钢渣混凝土，本申请提供一种耐久性的钢渣混凝土的制备工艺。
第一方面，本申请提供的一种耐久性的钢渣混凝土，采用如下的技术方案：
一种耐久性的钢渣混凝土，包括以下质量份数的原料通过搅拌混合得到：
水泥200-220份，
钢渣250-260份，
水120-180份，
粉煤灰50-60份，
尼龙66 18-25份，所述尼龙66的粒径为200-300μm。
通过采用上述技术方案，由于钢渣混凝土在使用后期，相比于膨胀，收缩更容易引起混凝土的开裂，引起混凝土的收缩的原因有很多如干缩、碳化、收缩和塑性收缩等，掺入钢渣可以降低混凝土早起收缩，主要原因是因为钢渣内含有一定量的氧化镁、氧化钙，这些物质在水泥水化过程中形成氢氧化镁、氢氧化钙产生轻微的膨胀，对混凝土前期收缩有少许的补偿作用，加入尼龙66，尼龙66在混凝土后期可以吸水膨胀，尼龙66的粒径200-300μm时，可以使尼龙66与混凝土混合时更加均匀，尼龙66可以降低二氧化碳在混凝土中的扩散速率，使得后期混凝土不容易收缩开裂，从而提高混凝土的耐久性。
优选的，所述尼龙66为改性尼龙66，所述改性尼龙66为以下步骤制备得到的：
S1：将尼龙66与胺类扩链剂高速混合均匀得到预混合物；
S2：将预混合物加入双螺杆挤出机中熔融反应挤出得到改性尼龙66。
通过采用上述技术方案，尼龙66与胺类扩链剂反应，由于造成钢渣混凝土开裂的原因是由于混凝土中的碱与环境中的二氧化碳发生化学反应生成碳酸钙的过程，胺类扩链剂对尼龙66进行改性后可以吸收空气中的二氧化碳，从而减少钢渣混凝土碳化的可能性，提高钢渣混凝土的抗碳化性能，从而提高混凝土的耐久性。
优选的，所述胺类扩链剂选用氨基封端三羟甲基丙烷三聚丙二醇醚。
通过采用上述技术方案，氨基封端三羟甲基丙烷三聚丙二醇醚具有氨基官能团，氨基官能团能够与二氧化碳反应，吸收二氧化碳，从而吸收空气中的二氧化碳，减少二氧化碳与钢渣混凝土发生碳化的可能性，提高钢渣混凝土的抗碳化性能，从而提高钢渣混凝土的耐久性。
优选的，所述混凝土原料还包括分散剂10-20份。
通过采用上述技术方案，尼龙66与混凝土原料进行混合过程中，存在有混合不均匀现象，加入分散剂后可以使得尼龙66与钢渣混凝土充分混合均匀，从而避免出现局部开裂的情况，使得尼龙66混合程度更加均匀，提高钢渣混凝土的耐久性。
优选的，所述分散剂为六偏磷酸钠。
通过采用上述技术方案，六偏磷酸钠作为分散剂，分散效果更好，且六偏磷酸钠可以提高钢渣混凝土的强度，从而提高钢渣混凝土的耐久性。
优选的，所述混凝土原料还包括增韧剂10-16份。
通过采用上述技术方案，由于混凝土收缩过程中，容易产生裂纹，增韧剂可以提高混凝土的韧性，减少混凝土收缩开裂的可能性，提高钢渣混凝土的耐久性。
优选的，所述增韧剂为氯化聚乙烯。
通过采用上述技术方案，氯化聚乙烯可以提高钢渣混凝土的韧性，且氯化聚乙烯可以提高混凝土的抗老化性，与钢渣混凝土有良好的相容性，从而提高钢渣混凝土的耐久性。
第二方面，本申请提供一种耐久性的钢渣混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种耐久性的钢渣混凝土的制备方法，包括如下步骤，
A1：将混凝土原料改性尼龙66、水泥、水、分散剂、增韧剂等进行搅拌混合最终得到钢渣混凝土。
通过采用上述技术方案，将混凝土原料进行均匀混合，最后得到一种耐久性的钢渣混凝土。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用尼龙66，由于尼龙66具有吸水膨胀性，使得后期混凝土不容易收缩开裂，提高混凝土的耐久性效果；
2、本申请中优选采用改性尼龙66，由于氨基封端三羟甲基丙烷三聚丙二醇醚含有氨基官能团，氨基官能团能够与二氧化碳反应，吸收二氧化碳，从而吸收空气中的二氧化碳，较少二氧化碳与钢渣混凝土发生碳化的可能性，提高钢渣混凝土的耐久性的效果；
3、本申请的方法，通过将混凝土原料改性尼龙66、水泥、水、分散剂、增韧剂等进行搅拌混合最终得到钢渣混凝土，因此获得了一种耐久性的钢渣混凝土效果。
具体实施方式
原料来源：
水泥为济南鑫森源化工有限公司的定制市售产品，粒度为325目，牌号为1344-09-8，水泥强度等级为42.5；
钢渣为河北捷贵矿产品有限公司的定制市售产品；
粉煤灰为灵寿县泰岳矿产品加工厂的定制市售产品；
尼龙66为宜兴市华泰尼龙有限公司的定制市售产品；
氨基封端三羟甲基丙烷三聚丙二醇醚为湖北实顺生物科技有限公司的定制市售产品；
六偏磷酸钠为宜昌佳茂化工有限公司的定制市售产品；
氯化聚乙烯为潍坊市汇昌防水材料有限公司的定制市售产品。
实施例1
一种耐久性的钢渣混凝土，包括以下质量份数的原料通过搅拌混合得到：
水泥210份，
钢渣255份，
水150份，
粉煤灰55份，
尼龙66 22份，其中尼龙66为改性尼龙66，改性尼龙66的粒径为250μm。
胺类扩链剂优选为氨基封端三羟甲基丙烷三聚丙二醇醚4份，
分散剂优选为六偏磷酸钠15份，
增韧剂优选为氯化聚乙烯13份，
改性尼龙66的制备包括以下步骤：
S1：将尼龙66与氨基封端三羟甲基丙烷三聚丙二醇醚高速混合30min均匀得到预混合物；
S2：将预混合物加入双螺杆挤出机中熔融反应挤出，挤出温度为260℃，得到改性尼龙66。
一种耐久性的钢渣混凝土的制备方法，包括以下步骤：
A1：将混凝土原料改性尼龙66、水泥、水、分散剂、增韧剂放在额定容积为60L的小型混凝土搅拌机搅拌30分钟，混合均匀后得到钢渣混凝土。
根据上述制备工艺进行一种耐久性的钢渣混凝土的生产，改变原料的用量另做实施例2-5，其余操作步骤和参数均与实施例1相同，共得到实施例1-5的钢渣混凝土，实施例1-5具体用量情况如下表1所示。
表1，实施例1-5具体原料用量表。
Figure BDA0002875552170000041
对实施例1-5所得到的钢渣混凝土进行测试。
1.抗碳化性能试验:依据规范将立方体试件置于二氧化碳(20±3)％,温度控制在(20±2)℃,相对湿度(70±5)％的碳化箱中在碳化时间为3天、7天、14天和28天时,取出试块(每组各3个),破型在切割面喷洒酚酞酒精(浓度为1％),经过30秒测深度。沿未涂石蜡的一面，切割薄片研磨成粉末,倒入小烧杯中,加入蒸馏水(水固比为1:3),搅拌后,用PH计稳定后测读该PH值。
2.耐久性能测试：按照GB/T50081-2019中规定的方法，将尺寸为150mm*150mm*150mm的钢渣混凝土标养28d后测试其抗压强度，再将其放置于室外进行风化实验，6个月后测试其抗压强度。
测试结果如下。
表2，实施例1-5的抗碳化性能测试结果。
Figure BDA0002875552170000051
表3，实施例1-5的耐久性测试结果。
Figure BDA0002875552170000052
由表2可知，实施例1-5的混凝土PH均呈下降趋势，由表2可以看出实施例1中所制得的钢渣混凝土PH值变化更为缓和，受二氧化碳的影响更小，抗碳化性能更好。
由表3可知，实施例1中钢渣混凝土的28d抗压强度和6个月后的抗压强度均强于实施例2-5，实施例1的耐久性更好。
对比例1
一种耐久性的钢渣混凝土，基于实施例1的基础上，未向混凝土原料中加入尼龙66，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。
对比例2
一种耐久性的钢渣混凝土，基于实施例1的基础上，未对尼龙66进行预处理改性，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。
对比例3
一种耐久性的钢渣混凝土，基于实施例1的基础上，未向混凝土原料中加入分散剂，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。
对比例4
一种耐久性的钢渣混凝土，基于实施例1的基础上，未向混凝土原料中加入增韧剂，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。
实施例6
一种耐久性的钢渣混凝土，基于实施例1的基础上，胺类扩链剂选用N,N-二(2-羟丙基)苯胺，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。
实施例7
一种耐久性的钢渣混凝土，基于实施例1的基础上，胺类扩链剂选用3,3’-二氯-4,4-二氨基-二苯基甲烷，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。
实施例8
一种耐久性的钢渣混凝土，基于实施例1的基础上，分散剂选用聚丙烯酰胺，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。
实施例9
一种耐久性的钢渣混凝土，基于实施例1的基础上，分散剂选用甲基戊醇，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。
实施例10
一种高强度的钢渣混凝土，基于实施例1的基础上，尼龙66的粒径选用2mm，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。
实施例11
一种高强度的钢渣混凝土，基于实施例1的基础上，尼龙66的粒径选用6mm，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。
实施例12
一种高强度的钢渣混凝土，基于实施例1的基础上，增韧剂选用聚醋酸乙烯，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。
实施例13
一种高强度的钢渣混凝土，基于实施例1的基础上，增韧剂选用氯磺化聚乙烯，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。
对对比例1-4和实施例6-13进行测试。
测试结果如下表。
表4，对比例1-4和实施例6-13抗碳化性能和耐久性测试结果。
Figure BDA0002875552170000061
Figure BDA0002875552170000071
从表4的测试结果可以看出，对比实施例1和对比例1，当钢渣混凝土中未加入尼龙66时，钢渣混凝土的抗碳化性能和耐久性测试均较低，且抗碳化测试的PH值差距较大，所以加入尼龙66可以改善钢渣混凝土的抗碳化性能和耐久性性能。
由实施例1和对比例2对比可知，当未对钢渣混凝土中的尼龙66进行改性时，制备的钢渣混凝土的抗碳化性能较低，不过下降趋势缓慢，对耐久性影响不大，所以对尼龙66进行改性操作，可以明显提高钢渣混凝土的抗碳化性能。
由实施例1和对比例3对比可知，当未对钢渣混凝土中加入分散剂时，制备的钢渣混凝土的抗压强度与实施例1相差过大，所以向钢渣混凝土中加入分散剂可以有效提高钢渣混凝土的抗压强度。
由实施例1和对比例4对比可知，当未对钢渣混凝土中加入增韧剂时，制备的钢渣混凝土的抗压强度较低，且6个月后测试的钢渣混凝土的强度更低，所以向钢渣混凝土中加入增韧剂可以明显提高钢渣混凝土的抗压强度。
由实施例1和实施例6-7可知，当将氨基封端三羟甲基丙烷三聚丙二醇醚替换成N,N-二(2-羟丙基)苯胺和3,3’-二氯-4,4-二氨基-二苯基甲烷作为胺类扩链剂对尼龙66进行改性时，对钢渣混凝土的抗碳化性能影响不大，但是钢渣混凝土的抗压强度均降低，所以胺类扩链剂优选为氨基封端三羟甲基丙烷三聚丙二醇醚可以明显提高钢渣混凝土的抗压强度。
由实施例1和实施例8-9可知，当分散剂选用聚丙烯酰胺或甲基戊醇时，钢渣混凝土的抗碳化性能影响很大，且抗碳化性能的测试PH值下降速度较快，对钢渣混凝土的抗压性能影响不大，所以分散剂优选为六偏磷酸钠不仅可以提高混凝土的抗碳化性能，还可以提高混凝土的抗压强度，从而提高混凝土的耐久性。
由实施例1和实施例10-11可知，当尼龙66选用粒径为200或300μm时，钢渣混凝土的抗压强度较低，所以选择尼龙66的粒径为250μm时，不仅可以提高钢渣混凝土的抗碳化性能还能提高混凝土的抗压强度，从而提高钢渣混凝土的耐久性。
由实施例1和实施例12-13可知，增韧剂选用聚醋酸乙烯和氯磺化聚乙烯时，对钢渣混凝土抗碳化性能影响较大，对抗压性能影响不是很大，所以增韧剂优选为氯化聚乙烯，可以提高钢渣混凝土的耐久性。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种耐久性的钢渣混凝土，其特征在于：包括以下质量份数的原料通过搅拌混合得到：
水泥200-220份，
钢渣250-260份，
水120-180份，
粉煤灰50-60份，
尼龙66 18-25份，所述尼龙66的粒径为200-300μm。
2.根据权利要求1所述的一种耐久性的钢渣混凝土，其特征在于：所述尼龙66为改性尼龙66，所述改性尼龙66为以下步骤制备得到的：
S1：将尼龙66与胺类扩链剂高速混合均匀得到预混合物；
S2：将预混合物加入双螺杆挤出机中熔融反应挤出得到改性尼龙66。
3.根据权利要求2所述的一种耐久性的钢渣混凝土，其特征在于：所述胺类扩链剂3-5份，所述胺类扩链剂选用氨基封端三羟甲基丙烷三聚丙二醇醚。
4.根据权利要求1所述的一种耐久性的钢渣混凝土，其特征在于：所述混凝土原料还包括分散剂10-20份。
5.根据权利要求4所述的一种耐久性的钢渣混凝土，其特征在于：所述分散剂为六偏磷酸钠。
6.根据权利要求1所述的一种耐久性的钢渣混凝土，其特征在于：所述混凝土原料还包括增韧剂10-16份。
7.根据权利要求6所述的一种耐久性的钢渣混凝土，其特征在于：所述增韧剂为氯化聚乙烯。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种耐久性的钢渣混凝土的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
A1：将混凝土原料尼龙66、水泥、水、钢渣等进行搅拌混合最终得到钢渣混凝土。
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