CN114455919A - 一种超细钢渣粉胶凝及其制备混凝土的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料技术领域，具体公开了一种超细钢渣粉胶凝及其制备混凝土的方法。本发明的超细钢渣粉胶凝，包括以下原料：超细钢渣粉、超细矿渣粉、超细煤灰粉、聚丙烯纤维、环氧树脂和水泥。本发明还公开了含有超细钢渣粉胶凝的混凝土，以及该混凝土的制备方法。本发明采用超细钢渣粉、超细矿渣粉、超细煤灰粉代替水泥实现了工业废弃物的再利用，减少了水泥的使用，不仅降低了混凝土的生产成本，而且解决了钢渣所带来的环境污染问题。本发明所制备的混凝土具有优异的机械性能和良好的施工性能。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种超细钢渣粉胶凝及其制备混凝土的方法。
背景技术
钢渣是在炼钢过程中加入石灰石、白云石和铁矿石等熔剂以及造渣材料冶炼后，从高温下熔化成两个互不熔解的液相炉料中分离出来的杂质。钢渣含有丰富的钙、铁、硅等元素，其化学成分包括CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO、P2O5和MnO等。由于钢渣的许多化学成分与水泥熟料的相似，钢渣具有很大资源化利用的潜力。将钢渣作为掺合料应用于混凝土，不仅可以降低混凝土的生产成本，减少水泥的用量，而且可以解决钢渣所带来的环境污染问题。
目前，国内外已有对钢渣在水泥和混凝土中应用的研究。然而，钢渣在建材领域的应用远没有其它工业废渣如粉煤灰、高炉矿渣等掺合料广泛。对粉煤灰和高炉矿渣应用的研究已经产生许多成熟的研究成果并在实际生产中得到广泛应用。造成这种状况的主要原因是钢渣的成分复杂多变，易磨性差，前期预处理较困难，不利于大规模生产和应用。
中国专利申请CN110498630A涉及一种混凝土复合外加剂及其制备方法和混凝土，以重量分数计，混凝土复合外加剂包含以下组分：钢渣3-11份，磨细矿渣20-27份，硅灰12-15份，粉煤灰35-48份，减水剂3-11份，膨胀剂2-6份。本发明还涉及该混凝土复合外加剂的制备方法和添加该混凝土复合外加剂的混凝土。本发明提供的混凝土复合外加剂能够增强混凝土的强度，但钢渣的利用率较低。
中国专利申请CN104961413 A公开了一种利用钢渣微粉、矿渣微粉、粉煤灰做掺合料制备道路混凝土的方法。道路混凝土主要由胶凝材料、拌合水、粗细集料、外加剂组成；胶凝材料由水泥、钢渣微粉、矿渣微粉、粉煤灰复合而成，其各组分质量百分比：水泥40％～80％，钢渣微粉5％～20％，矿渣微粉5％～20％，粉煤灰5％～20％；水胶比控制在0.35～0.45；粗、细集料均采用连续级配；砂率控制在31％～41％，外加剂为聚羧酸高效减水剂、植物蛋白引气剂，掺量分别为胶凝材料质量的1.5％～2.5％和0.5％～1.5％。本发明制备的混凝土抗折强度在4.7～7.6MPa，具有较高的工作性能、力学性能，以及较优的耐久性，并能显著增大钢渣微粉、矿渣微粉、粉煤灰的利用率，然而，其组分较为复杂，增加了混凝土的制作难度和成本，不利于大规模的推广应用。
鉴于超细钢渣具有很大资源化利用的潜力，并且将钢渣作为掺合料应用于混凝土，不仅可以降低混凝土的生产成本，减少水泥的用量，而且可以解决钢渣所带来的环境污染问题。因此，有必要优化含钢渣混凝土相关的工艺和技术。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种超细钢渣粉胶凝及其制备一种超细钢渣粉胶凝及其制备混凝土的方法，采用该钢渣粉胶凝制备的混凝土，坍落度低，干容重高，具有良好的抗折强度和抗压强度。
一种超细钢渣粉胶凝，包括以下原料：超细钢渣粉、超细矿渣粉、超细煤灰粉、聚丙烯纤维、环氧树脂和水泥。
进一步地，所述超细钢渣粉胶凝，包括以下重量份数的原料：超细钢渣粉20-30份、超细矿渣粉20-30份、超细煤灰粉20-30份、聚丙烯纤维2-5份、环氧树脂2-5份和水泥60-100份。
进一步地，所述超细钢渣粉胶凝，超细钢渣粉、超细矿渣粉和超细煤灰粉的质量比为2：2：3。
进一步地，所述超细钢渣粉胶凝，包括以下重量份数的原料：超细钢渣粉20份、超细矿渣粉20份、超细煤灰粉30份、聚丙烯纤维4份、环氧树脂3份和水泥90份。
进一步地，所述超细钢渣粉的粒度为D50＝5μm，超细矿渣粉的粒度为D50＝2μm，超细煤灰粉的粒度为D50＝5μm。
进一步地，所述聚丙烯纤维为改性聚丙烯纤维，所述改性聚丙烯纤维的制备方法为：将聚丙烯纤维加入硅烷偶联剂中，混合搅拌，过滤干燥即得。
进一步地，所述环氧树脂为改性环氧树脂，所述改性环氧树脂的制备方法为：将环氧树脂加入硅烷偶联剂中，混合搅拌，过滤干燥即得。
更进一步地，所述制备方法中，混合搅拌的时间为10-30min。
所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的任一种。
进一步地，所述水泥为P·I425水泥。
本发明还提供了一种含有超细钢渣粉胶凝的混凝土，包括以下重量份数的原料：胶凝材料、粗骨料和细骨料。
进一步地，所述含有超细钢渣粉胶凝的混凝土，包括以下重量份数的原料：胶凝材料30-40份、粗骨料100-120和细骨料40-60份。
进一步地，所述粗骨料为粒径为5-20mm的碎石。
更进一步地，所述粗骨料由质量比为1：2-3的粒径为5-12mm和12-20mm的碎石组成。
进一步地，所述细骨料为细度模数为2.6-2.9的河砂。
进一步地，所述混凝土的水胶比为0.4-0.45。
本发明还提供了含有所述超细钢渣粉胶凝的混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：取超细钢渣粉、超细矿渣粉和超细煤灰粉混合均匀，加入部分水，混合均匀，得混合料I；
步骤2：将水泥加入混合料I中，搅拌均匀，再加入聚丙烯纤维和环氧树脂，搅拌均匀后加入剩余水，继续搅拌均匀，得混合料II；
步骤3：将粗骨料和细骨料加入混合料II中，搅拌均匀即得。
进一步地，步骤1中，所述部分水为总用水量的30-50％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用超细钢渣粉、超细矿渣粉、超细煤灰粉代替部分水泥，同时通过优化三者的配比和含量，配合聚丙烯纤维和环氧树脂，提高了混凝土的机械性能。
(2)本发明通过大量的研究试验得出，通过混凝土的中不同粒径的原料配比使用，采用粒度为D50＝5μm超细钢渣粉、粒度为D50＝2μm超细矿渣粉、粒度为D50＝5μm超细煤灰粉，同时配合特定粒度的粗骨料和细骨料，使得不同原料间形成合理级配，提高了混凝土的机械性能，所制备的混凝土具有优异的抗折强度、抗压强度，施工性能良好。
(3)本发明通过添加聚丙烯纤维和环氧树脂，并对二者进行改性处理，进一步提高了混凝土的机械性能。
(4)本发明提高了钢渣、矿渣和煤灰分的利用率，实现了工业废弃物的再利用，减少了水泥的使用，不仅降低了混凝土的生产成本，而且可以解决钢渣所带来的环境污染问题。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明。
实施例1超细钢渣粉胶凝
超细钢渣粉胶凝，包括以下重量份数的原料：超细钢渣粉20份、超细矿渣粉20份、超细煤灰粉30份、聚丙烯纤维4份、环氧树脂3份和水泥90份。
其中，超细钢渣粉的粒度为D50＝5μm，超细矿渣粉的粒度为D50＝2μm，超细煤灰粉的粒度为D50＝5μm。
聚丙烯纤维为改性聚丙烯纤维，所述改性聚丙烯纤维的制备方法为：将聚丙烯纤维加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷中，混合搅拌20min，过滤干燥即得。
环氧树脂为改性环氧树脂，所述改性环氧树脂的制备方法为：将环氧树脂加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷中，混合搅拌20min，过滤干燥即得。
实施例2超细钢渣粉胶凝
超细钢渣粉胶凝，包括以下重量份数的原料：超细钢渣粉20份、超细矿渣粉20份、超细煤灰粉20份、聚丙烯纤维5份、环氧树脂3份和P·I425水泥60份。
其中，超细钢渣粉的粒度为D50＝5μm，超细矿渣粉的粒度为D50＝2μm，超细煤灰粉的粒度为D50＝5μm。
聚丙烯纤维为改性聚丙烯纤维，所述改性聚丙烯纤维的制备方法为：将聚丙烯纤维加入硅烷偶联剂kh550中，混合搅拌10min，过滤干燥即得。
环氧树脂为改性环氧树脂，所述改性环氧树脂的制备方法为：将环氧树脂加入硅烷偶联剂kh550中，混合搅拌30min，过滤干燥即得。
实施例3超细钢渣粉胶凝
超细钢渣粉胶凝，包括以下重量份数的原料：超细钢渣粉30份、超细矿渣粉30份、超细煤灰粉20份、聚丙烯纤维2份、环氧树脂5份和P·I425水泥100份。
其中，超细钢渣粉的粒度为D50＝5μm，超细矿渣粉的粒度为D50＝2μm，超细煤灰粉的粒度为D50＝5μm。
聚丙烯纤维为改性聚丙烯纤维，所述改性聚丙烯纤维的制备方法为：将聚丙烯纤维加入硅烷偶联剂kh560中，混合搅拌30min，过滤干燥即得。
环氧树脂为改性环氧树脂，所述改性环氧树脂的制备方法为：将环氧树脂加入硅烷偶联剂kh560中，混合搅拌10min，过滤干燥即得。
实施例4含有超细钢渣粉胶凝的混凝土
含有超细钢渣粉胶凝的混凝土，包括以下重量份数的原料：实施例1的胶凝材料35份、粗骨料110和细骨料40份。
其中，粗骨料由质量比为1：2的粒径为5-12mm和12-20mm的碎石组成。细骨料为细度模数为2.7的河砂。混凝土的水胶比为0.43。
含有超细钢渣粉胶凝的混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：取超细钢渣粉、超细矿渣粉和超细煤灰粉混合均匀，加入总用水量的35％的水，混合均匀，得混合料I；
步骤2：将水泥加入混合料I中，搅拌均匀，再加入聚丙烯纤维和环氧树脂，搅拌均匀后加入剩余水，继续搅拌均匀，得混合料II；
步骤3：将粗骨料和细骨料加入混合料II中，搅拌均匀即得。
实施例5含有超细钢渣粉胶凝的混凝土
含有超细钢渣粉胶凝的混凝土，包括以下重量份数的原料：实施例1的胶凝材料30份、粗骨料100和细骨料40份。
其中，粗骨料由质量比为1：3的粒径为5-12mm和12-20mm的碎石组成。细骨料为细度模数为2.6的河砂。混凝土的水胶比为0.45。
含有超细钢渣粉胶凝的混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：取超细钢渣粉、超细矿渣粉和超细煤灰粉混合均匀，加入总用水量的30％的水，混合均匀，得混合料I；
步骤2：将水泥加入混合料I中，搅拌均匀，再加入聚丙烯纤维和环氧树脂，搅拌均匀后加入剩余水，继续搅拌均匀，得混合料II；
步骤3：将粗骨料和细骨料加入混合料II中，搅拌均匀即得。
实施例6含有超细钢渣粉胶凝的混凝土
含有超细钢渣粉胶凝的混凝土，包括以下重量份数的原料：实施例2的胶凝材料40份、粗骨料120和细骨料50份。
其中，粗骨料由质量比为1：3的粒径为5-12mm和12-20mm的碎石组成。细骨料为细度模数为2.9的河砂。混凝土的水胶比为0.43。
含有超细钢渣粉胶凝的混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：取超细钢渣粉、超细矿渣粉和超细煤灰粉混合均匀，加入总用水量的50％的水，混合均匀，得混合料I；
步骤2：将水泥加入混合料I中，搅拌均匀，再加入聚丙烯纤维和环氧树脂，搅拌均匀后加入剩余水，继续搅拌均匀，得混合料II；
步骤3：将粗骨料和细骨料加入混合料II中，搅拌均匀即得。
实施例7含有超细钢渣粉胶凝的混凝土
含有超细钢渣粉胶凝的混凝土，包括以下重量份数的原料：实施例3的胶凝材料40份、粗骨料110和细骨料60份。
其中，粗骨料由质量比为1：2.5的粒径为5-12mm和12-20mm的碎石组成。细骨料为细度模数为2.6的河砂。混凝土的水胶比为0.4。
含有超细钢渣粉胶凝的混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：取超细钢渣粉、超细矿渣粉和超细煤灰粉混合均匀，加入总用水量的40％的水，混合均匀，得混合料I；
步骤2：将水泥加入混合料I中，搅拌均匀，再加入聚丙烯纤维和环氧树脂，搅拌均匀后加入剩余水，继续搅拌均匀，得混合料II；
步骤3：将粗骨料和细骨料加入混合料II中，搅拌均匀即得。
对比例1
本对比例与实施例4的区别在于，超细钢渣粉胶凝的原料的份数不同，其余与实施例4保持一致。
本对比例的超细钢渣粉胶凝，包括以下重量份数的原料：超细钢渣粉35份、超细矿渣粉15份、超细煤灰粉20份、聚丙烯纤维1份、环氧树脂6份和水泥20份。
对比例2
本对比例与实施例4的区别在于，超细钢渣粉胶凝的原料聚丙烯纤维和环氧树脂没有采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷进行改性处理，其余与实施例4保持一致。
对比例3
本对比例与实施例4的区别在于，超细钢渣粉的粒度为D50＝10μm，超细矿渣粉的粒度为D50＝2μm，超细煤灰粉的粒度为D50＝2μm。
粗骨料由质量比为2：1的粒径为5-12mm和12-20mm的碎石组成。
其余与实施例4保持一致。
对比例4
本对比例与实施例4的区别在于混凝土的制备方法。其余与实施例4保持一致。
本对比例含有超细钢渣粉胶凝的混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：取粗骨料、细骨料、超细钢渣粉、超细矿渣粉和超细煤灰粉混合均匀，加入总用水量的35％的水，混合均匀，得混合料I；
步骤2：将水泥加入混合料I中，搅拌均匀，再加入聚丙烯纤维和环氧树脂，搅拌均匀后加入剩余水，继续搅拌均匀即得。
试验例
对本发明实施例4-6和对比例1-4制备得的混凝土进行性能通测试，测试方法如下：
混凝土的坍落度测试方法参照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》
混凝土的抗压强度和抗折强度参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》。
测试结果见表1。
表1
根据本发明的实施例和对比例的性能数据可知，本发明所制备混凝土具有较好的抗压强度和抗折强度，且施工性能良好。
上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种超细钢渣粉胶凝，其特征在于，包括以下原料：超细钢渣粉、超细矿渣粉、超细煤灰粉、聚丙烯纤维、环氧树脂和水泥。
2.根据权利要求1所述超细钢渣粉胶凝，其特征在于，包括以下重量份数的原料：超细钢渣粉20-30份、超细矿渣粉20-30份、超细煤灰粉20-30份、聚丙烯纤维2-5份、环氧树脂2-5份和水泥60-100份。
3.根据权利要求1所述超细钢渣粉胶凝，其特征在于，包括以下重量份数的原料：超细钢渣粉20份、超细矿渣粉20份、超细煤灰粉30份、聚丙烯纤维4份、环氧树脂3份和水泥90份。
4.根据权利要求1所述超细钢渣粉胶凝，其特征在于，所述超细钢渣粉的粒度为D50＝5μm，超细矿渣粉的粒度为D50＝2μm，超细煤灰粉的粒度为D50＝5μm。
5.根据权利要求1所述超细钢渣粉胶凝，其特征在于，所述聚丙烯纤维为改性聚丙烯纤维，所述改性聚丙烯纤维的制备方法为：将聚丙烯纤维加入硅烷偶联剂中，混合搅拌，过滤干燥即得；所述环氧树脂为改性环氧树脂，所述改性环氧树脂的制备方法为：将环氧树脂加入硅烷偶联剂中，混合搅拌，过滤干燥即得。
6.根据权利要求1所述超细钢渣粉胶凝，其特征在于，所述制备方法中，混合搅拌的时间为10-30min；所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的任一种。
7.一种含有超细钢渣粉胶凝的混凝土，其特征在于，包括以下原料：胶凝材料、粗骨料和细骨料。
8.根据权利要求7所述的混凝土，其特征在于，所述粗骨料为粒径为5～20mm的碎石；所述细骨料为细度模数为2.6～2.9的河砂。
9.根据权利要求7所述的混凝土，其特征在于，所述混凝土的水胶比为0.4-0.45。
10.如权利要求7-9任一项所述的一种含有超细钢渣粉胶凝的混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：取超细钢渣粉、超细矿渣粉和超细煤灰粉混合均匀，加入部分水，混合均匀，得混合料I；
步骤2：将水泥加入混合料I中，搅拌均匀，再加入聚丙烯纤维和环氧树脂，搅拌均匀后加入剩余水，继续搅拌均匀，得混合料II；
步骤3：将粗骨料和细骨料加入混合料II中，搅拌均匀即得。
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Denomination of invention: A method for preparing concrete using ultrafine steel slag powder for cementitious purposes Granted publication date: 20221206 Pledgee: Bank of Xiamen Limited by Share Ltd. Zhangzhou branch Pledgor: FUJIAN SANBAO STEEL Co.,Ltd. Registration number: Y2024980054147 |