CN113185247A - 一种钢渣复合灌浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种钢渣复合灌浆料及其制备方法，涉及灌浆材料技术领域。一种钢渣复合灌浆料，包括以下重量份的原料：钢渣40～70份、水泥20～35份、石英砂20～30份、粉煤灰20～30份、膨润土10～20份、石膏粉10～25份、纤维5～8份、碱激发剂5～10份、减水剂2～6份、消泡剂1～5份、渗透剂1～3份、流平剂1～3份和抗老化剂2～5份。制备方法为：按量称取钢渣、水泥、石英砂、粉煤灰、膨润土、石膏粉、纤维和碱激发剂，混合均匀得到混合料；将混合料与减水剂、消泡剂、渗透剂、流平剂和抗老化剂混合，混合均匀得到所述钢渣复合灌浆料。本发明得到的灌浆料具有抗压强度高、短时间内固化效果好和干缩率低等优点。

Description

一种钢渣复合灌浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及灌浆材料技术领域，具体而言，涉及一种钢渣复合灌浆料及其制备方法。

背景技术

水泥混凝土从问世以来，经历了低强度、中等强度、高强度乃至超高强度的发展历程，似乎人们总是乐于追求强度的不断提高。但是近四五十年以来，混凝土结构物因材质劣化，造成过早失效以致破坏崩塌的事故在国内外屡见不鲜，并有愈演愈烈之势。混凝土结构的加固一直以来都是一个很热门的话题，随着国民经济的高速发展，人民生活水平的日益提高，人们对建筑的需求也不断发展，许多已有建筑物无论是外观状况还是使用功能，均已无法满足现代生活的要求，需要继续进行加固和改造。然后在加固和改造过程中，选择适宜的材料以满足施工要求以及建筑物的使用功能和安全环保要求，是一项十分重要的内容。

灌浆材料自20世纪90年代在国内推广应用以来，被广泛应用于众多大中型企业的设备安装、螺栓锚固，以及建筑结构的加固改造工程中，其使用范围也逐渐从单一的冶金行业全面拓展到市政、环保、电力、港口等行业。

随着我国基建的高速发展，对灌浆料的使用也提出了更高的要求。传统的灌浆料大都由普通硅酸盐水泥为胶凝材料，凝结时间往往在10小时以上，一天强度一般也仅在20MPa左右，无法满足诸如抢修、抢建、快速施工等快硬早强的要求。

通常大型冶金企业炼钢、炼铁产生出来的废渣无法进一步的处理，而生产出来的废渣泛滥成灾，既污染了环境，又不能充分的利用，浪费了资源，经济技术得不到循环。

因此，为了解决现有技术中钢渣浪费现象严重，普通灌浆料凝结时间长、强度低的问题，需要提供一种能解决上述问题的新型灌浆料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢渣复合灌浆料，此灌浆料具有抗压强度高、干缩率低的优点。

本发明的另一目的在于提供一种钢渣复合灌浆料的制备方法，其步骤简单方便。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

一方面，本申请实施例提供一种钢渣复合灌浆料，其包括以下重量份的原料：钢渣40～70份、水泥20～35份、石英砂20～30份、粉煤灰20～30份、膨润土10～20份、石膏粉10～25份、纤维5～8份、碱激发剂5～10份、减水剂2～6份、消泡剂1～5份、渗透剂1～3份、流平剂1～3份和抗老化剂2～5份。

作为一种可实施的方式，上述钢渣复合灌浆料包括以下重量份的原料：钢渣60份、水泥30份、石英砂25份、粉煤灰25份、膨润土15份、石膏粉20份、纤维5份、碱激发剂10份、减水剂5份、消泡剂3份、渗透剂2份、流平剂2份和抗老化剂3份。

作为一种可实施的方式，上述钢渣复合灌浆料包括以下重量份的原料：钢渣50份、水泥25份、石英砂28份、粉煤灰25份、膨润土12份、石膏粉15份、纤维6份、碱激发剂8份、减水剂4份、消泡剂2份、渗透剂2份、流平剂2份和抗老化剂5份。

本申请实施例还提供一种钢渣复合灌浆料的制备方法，包括以下步骤：

按量称取钢渣、水泥、石英砂、粉煤灰、膨润土、石膏粉、纤维和碱激发剂，混合均匀得到混合料；

将混合料与减水剂、消泡剂、渗透剂、流平剂和抗老化剂混合，混合均匀得到所述钢渣复合灌浆料；

使用时往钢渣复合灌浆料中加入其0.3～0.4倍重量份的水，混匀即可。

相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

本发明提供一种钢渣复合灌浆料，其采用钢渣作为主要原料，搭配水泥、石英砂、粉煤灰、膨润土、石膏粉、纤维、碱激发剂和一系列助剂，使得最终制备得到的灌浆料具有抗压强度高、短时间内固化效果好、干缩率低等优点。

本发明配方中，钢渣、水泥、粉煤灰和纤维协同作用使得灌浆料的抗压强度达到最高，尤其是纤维的加入，一方面可以使钢渣、水泥等原料之间连接更紧密，另一方面可以防止灌浆料裂纹的扩散，因此提高灌浆料的强度和韧性；石膏粉的加入，其凝固时会产生轻微膨胀，中和了钢渣水泥等原料在凝固时产生的收缩，搭配稳定的石英砂，最终使得整个灌浆料凝固时干缩率明显降低；加入碱激发剂和膨润土，在加水反应时，碱激发剂可以通过激发膨润土和水泥、钢渣和粉煤灰中的钙元素反应，加快固化速度，使得30min后灌浆料的保留度提高。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本发明。

一方面，本申请实施例提供一种钢渣复合灌浆料，其包括以下重量份的原料：钢渣40～70份、水泥20～35份、石英砂20～30份、粉煤灰20～30份、膨润土10～20份、石膏粉10～25份、纤维5～8份、碱激发剂5～10份、减水剂2～6份、消泡剂1～5份、渗透剂1～3份、流平剂1～3份和抗老化剂2～5份。

钢渣是炼钢过程中的一种副产品。它由生铁中的硅、锰、磷、硫等杂质在熔炼过程中氧化而成的各种氧化物以及这些氧化物与溶剂反应生成的盐类所组成。钢渣含有多种有用成分：金属铁2％～8％，氧化钙40％～60％，氧化镁3％～10％，氧化锰1％～8％，钢渣的矿物组成以硅酸三钙为主，其次是硅酸二钙、RO相、铁酸二钙和游离氧化钙。

水泥是粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。

石英砂是石英石经破碎加工而成的石英颗粒。石英石是一种非金属矿物质，是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物。

粉煤灰是由燃料燃烧所产生烟气灰分中的细微固体颗粒物。如燃煤电厂从烟道气体中收集的细灰。飞灰是煤粉进入1300～1500℃的炉膛后，在悬浮燃烧条件下经受热面吸热后冷却而形成的。粉煤灰的主要物相是玻璃体，占50～80％；所含晶体矿物主要有莫来石、α-石英、方解石、钙长石、硅酸钙、赤铁矿和磁铁矿等，此外还有少量未燃碳。

膨润土是一种黏土岩、亦称蒙脱石黏土岩、常含少量伊利石、高岭石、埃洛石、绿泥石、沸石、石英、长石、方解石等；一般为白色、淡黄色，因含铁量变化又呈浅灰、浅绿、粉红、褐红、砖红、灰黑色等；具蜡状、土状或油脂光泽；膨润土有的松散如土，也有的致密坚硬。主要化学成分是二氧化硅、三氧化二铝和水，还含有铁、镁、钙、钠、钾等元素，Na2O和CaO含量对膨润土的物理化学性质和工艺技术性能影响颇大。

石膏粉，即二水石膏(CaSO4·2H2O)，是硫酸钙的二水合物。建筑石膏硬化后具有较强的吸湿性，吸湿后，晶体间粘结力减弱，强度显着下降，遇水则晶体溶解引起破坏，吸水后受冻，更易崩裂。所以，单纯建筑石膏的耐水性和抗冻性均较差。

碱激发剂对矿渣的水化起催化作用，使矿渣的水化反应速度加快，但是随着时间推移水化反应速度很快减慢或基本终止。工业废渣采用各种激发方式激发它们的活性，确实能够达到很高强度，但具有体积稳定性差，收缩大的缺点。

在本发明的一些实施例中，上述钢渣复合灌浆料包括以下重量份的原料：钢渣60份、水泥30份、石英砂25份、粉煤灰25份、膨润土15份、石膏粉20份、纤维5份、碱激发剂10份、减水剂5份、消泡剂3份、渗透剂2份、流平剂2份和抗老化剂3份。

在本发明的一些实施例中，上述钢渣复合灌浆料包括以下重量份的原料：钢渣50份、水泥25份、石英砂28份、粉煤灰25份、膨润土12份、石膏粉15份、纤维6份、碱激发剂8份、减水剂4份、消泡剂2份、渗透剂2份、流平剂2份和抗老化剂5份。

本申请实施例还提供一种钢渣复合灌浆料的制备方法，包括以下步骤：

按量称取钢渣、水泥、石英砂、粉煤灰、膨润土、石膏粉、纤维和碱激发剂，混合均匀得到混合料；

将混合料与减水剂、消泡剂、渗透剂、流平剂和抗老化剂混合，混合均匀得到所述钢渣复合灌浆料；

使用时往钢渣复合灌浆料中加入其0.3～0.4倍重量份的水，混匀即可。

在本发明的一些实施例中，上述钢渣由粒度为2～5mm粗颗粒钢渣、粒度为1～2mm的中颗粒钢渣和粒度为0.5～1mm的细颗粒钢渣组成。

在本发明的一些实施例中，上述粗颗粒钢渣、中颗粒钢渣和细颗粒钢渣的重量比为4：(2～3)：(1～2)。

在本发明的一些实施例中，上述水泥为硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥中的一种或两种。

在本发明的一些实施例中，上述粉煤灰为F类II级粉煤灰，石英砂的粒度为1～2mm。

在本发明的一些实施例中，上述消泡剂为有机硅消泡剂、聚醚消泡剂和矿物油消泡剂中的一种或多种，纤维为聚丙烯纤维和聚乙烯醇纤维中的一种或多种，减水剂为聚羧酸系高效减水剂，减水率为25～30％。

在本发明的一些实施例中，上述渗透剂为具体为耐碱渗透剂OEP-70，流平剂为聚醚改性硅油，抗老化剂由纳米氧化锌、聚二甲基硅氧烷和聚氨酯粉按照重量比1：(1～2)：(1～2)组成。

在本发明的一些实施例中，上述碱激发剂是将氢氧化钠溶解于液体硅酸钠中配制而成。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

一种钢渣复合灌浆料，其包括以下重量份的原料：钢渣60份、水泥30份、石英砂25份、粉煤灰25份、膨润土15份、石膏粉20份、纤维5份、碱激发剂10份、减水剂5份、消泡剂3份、渗透剂2份、流平剂2份和抗老化剂3份。

本实施例中粒度为2～5mm的粗颗粒钢渣、粒度为1～2mm的中颗粒钢渣和粒度为0.5～1mm的细颗粒钢渣的重量比为2：1：1。本实施例中水泥为硫铝酸盐水泥，粉煤灰为F类II级粉煤灰，石英砂的粒度为1～2mm，消泡剂为有机硅消泡剂，纤维为聚乙烯醇纤维，减水剂为聚羧酸系高效减水剂，减水率为25～30％。本实施例中的渗透剂为耐碱渗透剂OEP-70，流平剂为聚醚改性硅油，抗老化剂由纳米氧化锌、聚二甲基硅氧烷和聚氨酯粉按照重量比1：1：1组成。

制备方法：按量称取钢渣、水泥、石英砂、粉煤灰、膨润土、石膏粉、纤维和碱激发剂，混合均匀得到混合料；将混合料与减水剂、消泡剂、渗透剂、流平剂和抗老化剂混合，混合均匀得到所述钢渣复合灌浆料；使用时往钢渣复合灌浆料中加入其0.3倍重量份的水，搅拌12min混匀即可。

实施例2

钢渣50份、水泥25份、石英砂28份、粉煤灰25份、膨润土12份、石膏粉15份、纤维6份、碱激发剂8份、减水剂4份、消泡剂2份、渗透剂2份、流平剂2份和抗老化剂5份。

本实施例中粒度为2～5mm的粗颗粒钢渣、粒度为1～2mm的中颗粒钢渣和粒度为0.5～1mm的细颗粒钢渣的重量比为4：3：1。本实施例中水泥为硅酸盐水泥，粉煤灰为F类II级粉煤灰，石英砂的粒度为1～2mm，消泡剂为矿物油泡剂，纤维为聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维的混合纤维，减水剂为聚羧酸系高效减水剂，减水率为25～30％。本实施例中的渗透剂为耐碱渗透剂OEP-70，流平剂为聚醚改性硅油，抗老化剂由纳米氧化锌、聚二甲基硅氧烷和聚氨酯粉按照重量比1：1：2组成。

制备方法：按量称取钢渣、水泥、石英砂、粉煤灰、膨润土、石膏粉、纤维和碱激发剂，混合均匀得到混合料；将混合料与减水剂、消泡剂、渗透剂、流平剂和抗老化剂混合，混合均匀得到所述钢渣复合灌浆料；使用时往钢渣复合灌浆料中加入其0.3倍重量份的水，搅拌15min混匀即可。

实施例3

一种钢渣复合灌浆料，其包括以下重量份的原料：钢渣40份、水泥35份、石英砂20份、粉煤灰30份、膨润土20份、石膏粉10份、纤维8份、碱激发剂10份、减水剂2份、消泡剂1份、渗透剂3份、流平剂3份和抗老化剂3份。

本实施例中粒度为2～5mm的粗颗粒钢渣、粒度为1～2mm的中颗粒钢渣和粒度为0.5～1mm的细颗粒钢渣的重量比为4：2：1。本实施例中水泥为硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥的混合物，粉煤灰为F类II级粉煤灰，石英砂的粒度为1～2mm，消泡剂为聚醚消泡剂，纤维为聚丙烯纤维，纤维长度为3～8m，减水剂为聚羧酸系高效减水剂，减水率为25～30％。本实施例中的渗透剂为耐碱渗透剂OEP-70，流平剂为聚醚改性硅油，抗老化剂由纳米氧化锌、聚二甲基硅氧烷和聚氨酯粉按照重量比1：2：2组成。

制备方法：按量称取钢渣、水泥、石英砂、粉煤灰、膨润土、石膏粉、纤维和碱激发剂，混合均匀得到混合料；将混合料与减水剂、消泡剂、渗透剂、流平剂和抗老化剂混合，混合均匀得到所述钢渣复合灌浆料；使用时往钢渣复合灌浆料中加入其0.4倍重量份的水，搅拌10min混匀即可。

实施例4

一种钢渣复合灌浆料，其包括以下重量份的原料：钢渣70份、水泥20份、石英砂30份、粉煤灰20份、膨润土10份、石膏粉25份、纤维5份、碱激发剂5份、减水剂6份、消泡剂5份、渗透剂1份、流平剂1份和抗老化剂2份。

本实施例中粒度为2～5mm的粗颗粒钢渣、粒度为1～2mm的中颗粒钢渣和粒度为0.5～1mm的细颗粒钢渣的重量比为4：3：2。本实施例中水泥为硅酸盐水泥，粉煤灰为F类II级粉煤灰，石英砂的粒度为1～2mm，消泡剂为聚醚消泡剂，纤维为聚丙烯纤维，纤维长度为3～8m，减水剂为聚羧酸系高效减水剂，减水率为25～30％。本实施例中的渗透剂为耐碱渗透剂OEP-70，流平剂为聚醚改性硅油，抗老化剂由纳米氧化锌、聚二甲基硅氧烷和聚氨酯粉按照重量比1：2：1组成。

制备方法：按量称取钢渣、水泥、石英砂、粉煤灰、膨润土、石膏粉、纤维和碱激发剂，混合均匀得到混合料；将混合料与减水剂、消泡剂、渗透剂、流平剂和抗老化剂混合，混合均匀得到所述钢渣复合灌浆料；使用时往钢渣复合灌浆料中加入其0.4倍重量份的水，搅拌20min混匀即可。

实施例5

一种钢渣复合灌浆料，其包括以下重量份的原料：钢渣55份、水泥25份、石英砂28份、粉煤灰20份、膨润土18份、石膏粉22份、纤维8份、碱激发剂9份、减水剂2份、消泡剂3份、渗透剂2份、流平剂3份和抗老化剂4份。

本实施例中粒度为2～5mm的粗颗粒钢渣、粒度为1～2mm的中颗粒钢渣和粒度为0.5～1mm的细颗粒钢渣的重量比为4：3：1。本实施例中水泥为硫铝酸盐水泥，粉煤灰为F类II级粉煤灰，石英砂的粒度为1～2mm，消泡剂为聚醚消泡剂，纤维为聚乙烯醇纤维纤维，纤维长度为3～8m，减水剂为聚羧酸系高效减水剂，减水率为25～30％。本实施例中的渗透剂为耐碱渗透剂OEP-70，流平剂为聚醚改性硅油，抗老化剂由纳米氧化锌、聚二甲基硅氧烷和聚氨酯粉按照重量比1：2：2组成。

制备方法：按量称取钢渣、水泥、石英砂、粉煤灰、膨润土、石膏粉、纤维和碱激发剂，混合均匀得到混合料；将混合料与减水剂、消泡剂、渗透剂、流平剂和抗老化剂混合，混合均匀得到所述钢渣复合灌浆料；使用时往钢渣复合灌浆料中加入其0.35倍重量份的水，搅拌10min混匀即可。

对比例1

本对比例与实施例1相比，区别在于本实施例中不加入钢渣，其余原料和制备方法均与实施例1相同。

对比例2

本对比例与实施例1相比，区别在于本实施例中不加入碱激发剂，其余原料和制备方法均与实施例1相同。

对比例3

本对比例与实施例1相比，区别在于本实施例中不加入纤维，其余原料和制备方法均与实施例1相同。

对比例4

本对比例与实施例1相比，区别在于本实施例中不加入石膏粉，其余原料和制备方法均与实施例1相同。

实验例

按照GB/T50448-2015和GB50728-2011记载的检测方法，对实施例1～5以及对比例1～4制备的灌浆料进行相关性能检测，其中检测数据如表1和表2所示。

表1

表2

从表1中可以看出，实施例1～5与对比例1～4制备出来的钢渣复合灌浆料在竖直膨胀率、氯离子含量和沁水率的差别不大，但是对比例1～3的热变形温度明显低于实施例1～5。

从表2可以看出，实施例1～5制备出来的钢渣复合灌浆料的流动度、干缩率以及抗压强度均达到国家标准以上，且效果均佳；对比例1中不加入钢渣，其流动度、干缩率和抗压强度的效果均有所下降；对比例2中不加入碱激发剂，其流动度、干缩率和长时间后的抗压强度差别不大，但短时间内的抗压强度有很明显的降低，说明碱激发剂能有效促进本发明灌浆料中的其他原料之间的反应速度，加快灌浆料固化；对比例3中不加入纤维，其干缩率影响不大，但30min保留和抗压强度均有所降低；对比例4中不加入石膏粉，其流动度和抗压强度效果几乎不变，但干缩率较实施例1～5大幅增加，说明干缩情况明显。

综合来看，实施例1～5的总体效果明显优于对比例1～4，且在所有实施例中，实施例1和实施例2的综合效果最好。

综上所述，本发明实施例的一种钢渣复合灌浆料，其采用钢渣作为主要原料，搭配水泥、石英砂、粉煤灰、膨润土、石膏粉、纤维、碱激发剂和一系列助剂，使得最终制备得到的灌浆料具有抗压强度高、短时间内固化效果好、干缩率低等优点。

本发明配方中，钢渣、水泥、粉煤灰和纤维协同作用使得灌浆料的抗压强度达到最高，尤其是纤维的加入，一方面可以使钢渣、水泥等原料之间连接更紧密，一方面可以防止灌浆料裂纹的扩散，因此提高灌浆料的强度和韧性；石膏粉的加入，其凝固时会产生轻微膨胀，总和了钢渣水泥等原料在凝固时产生的收缩，搭配稳定的石英砂，最终使得整个灌浆料凝固时干缩率明显降低；加入碱激发剂和膨润土，在加水反应时，碱激发剂可以通过激发膨润土和水泥、钢渣和粉煤灰中的钙元素反应，加快固化速度，使得30min后灌浆料的保留度提高。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种钢渣复合灌浆料，其特征在于，其包括以下重量份的原料：钢渣40～70份、水泥20～35份、石英砂20～30份、粉煤灰20～30份、膨润土10～20份、石膏粉10～25份、纤维5～8份、碱激发剂5～10份、减水剂2～6份、消泡剂1～5份、渗透剂1～3份、流平剂1～3份和抗老化剂2～5份。

2.根据权利要求1所述的钢渣复合灌浆料，其特征在于，所述钢渣复合灌浆料包括以下重量份的原料：钢渣60份、水泥30份、石英砂25份、粉煤灰25份、膨润土15份、石膏粉20份、纤维5份、碱激发剂10份、减水剂5份、消泡剂3份、渗透剂2份、流平剂2份和抗老化剂3份。

3.根据权利要求1所述的钢渣复合灌浆料，其特征在于，所述钢渣复合灌浆料包括以下重量份的原料：钢渣50份、水泥25份、石英砂28份、粉煤灰25份、膨润土12份、石膏粉15份、纤维6份、碱激发剂8份、减水剂4份、消泡剂2份、渗透剂2份、流平剂2份和抗老化剂5份。

4.根据权利要求1～3任一所述的钢渣复合灌浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按量称取钢渣、水泥、石英砂、粉煤灰、膨润土、石膏粉、纤维和碱激发剂，混合均匀得到混合料；

将混合料与减水剂、消泡剂、渗透剂、流平剂和抗老化剂混合，混合均匀得到所述钢渣复合灌浆料；

使用时往钢渣复合灌浆料中加入其0.3～0.4倍重量份的水，混匀即可。

5.根据权利要求4所述的钢渣复合灌浆料的制备方法，其特征在于，所述钢渣由粒度为2～5mm粗颗粒钢渣、粒度为1～2mm的中颗粒钢渣和粒度为0.5～1mm的细颗粒钢渣组成。

6.根据权利要求5所述的钢渣复合灌浆料的制备方法，其特征在于，所述粗颗粒钢渣、中颗粒钢渣和细颗粒钢渣的重量比为4：(2～3)：(1～2)。

7.根据权利要求4所述的钢渣复合灌浆料的制备方法，其特征在于，所述水泥为硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥中的一种或两种。

8.根据权利要求4所述的钢渣复合灌浆料的制备方法，其特征在于，所述粉煤灰为F类II级粉煤灰，所述石英砂的粒度为1～2mm。

9.根据权利要求4所述的钢渣复合灌浆料的制备方法，其特征在于，所述消泡剂为有机硅消泡剂、聚醚消泡剂和矿物油消泡剂中的一种或多种，所述纤维为聚丙烯纤维和聚乙烯醇纤维中的一种或多种，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂，减水率为25～30％。

10.根据权利要求4所述的钢渣复合灌浆料的制备方法，其特征在于，所述碱激发剂是将氢氧化钠溶解于液体硅酸钠中配制而成。