WO2016145548A1 - 一种利用工业固体废弃物的自密实混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用工业固体废弃物的自密实混凝土及其制备方法。该单方混凝土中粉体材料的绝对体积占16%~23%,粗骨料的绝对体积占28%~35%,细骨料的绝对体积占23%~38%,水的体积占15%~19%,混凝土外加剂的固含量占粉体材料质量的0.05%~0.5%;粉体材料中各原料的质量分数为磷石膏30%~65%、矿渣粉30%~55%、钢渣粉2%~10%、硅酸盐水泥0~5%、石灰石粉0~25%、粉煤灰0~30%。该制备方法包括:先通过湿磨配制改性磷石膏浆,然后按照净浆到砂浆,再到混凝土的顺序,逐级配制流动性能和抗离析性能满足要求的自密实混凝土。

Description

一种利用工业固体废弃物的自密实混凝土及其制备方法 技术领域
本发明属于建筑材料领域,特别涉及一种利用工业固体废弃物的自密实混凝土及其制备方法。
背景技术
磷石膏是磷肥工业生产磷酸过程中的副产品,中国目前生产水平,每生产1吨磷酸,便会产生5吨磷石膏。磷石膏的主要成分是二水硫酸钙(CaSO4·2H2O),含有磷酸、氟化物等可溶性杂质,一部分产地的磷石膏还具有镭等放射性元素。我国目前磷石膏的利用率低,磷石膏再利用经济效益低,大部分磷石膏以堆放形式处置。磷石膏在堆放过程中不但大量占用土地,而且还会污染土壤、地下水和空气。我国2011年副产磷石膏超过6000万吨,累积存量超过2.5亿吨,预计到2015年产量将达到7000万吨。
现有的磷石膏利用技术,经济效益低,磷石膏利用量有限,需要一种具有显著经济效益,可以大量利用磷石膏的技术。
一种具有抗起砂和抗碳化性能的石膏基混凝土(专利号ZL201110373403.7)使用了磷石膏、钢渣、矿渣粉等固体废弃物。这种材料中使用的磷石膏掺量,相对于作为缓凝剂用于水泥,磷石膏的利用率大大提高。同时由于磷石膏不经过煅烧处理,磷石膏水泥是一种低能耗、相对低碳的材料。而且由于磷石膏水泥水化过程中石膏成分过剩,有利于抗硫酸盐腐蚀,非常适合港口、海堤等海岸建筑。但该技术涉及的混凝土坍落度为80mm~230mm,这种混凝土的工作性能不具备高流动性和高抗离析性等性能,无法适用于需要自密实混凝土的工程环境。自密实混凝土的坍落度一般在250mm~270mm,扩展度超过600mm, 由于其具有高流动性和高抗离析性能,混凝土能够通过自重流动,填充成型,免去了振捣工序。具有节约人工,降低能耗,提高施工速度等优点。
普通型堆石混凝土施工方法(专利号ZL200710100315.3)是一种使用自密实混凝土从表面浇筑填充自然堆石体形成完整的堆石混凝土的施工方法,该方法具有混凝土水化温升低、体积稳定性好、节能环保等优点,尤其适合水工结构大体积混凝土以及基础设施建设,为本发明涉及的利用工业固体废弃物的自密实混凝土的应用,也为磷石膏、矿渣、钢渣等固废的消耗提供了广阔的空间。
现有的利用磷石膏等固废的混凝土达不到自密实混凝土工作性能的要求,根据《自密实混凝土应用技术规程》CECS 203:2006,自密实混凝土一般要求坍落扩展度在600mm~700mm,V漏斗通过时间5s~25s。本发明根据自密实混凝土的工作性能要求,提供了一种利用工业固体废弃物的自密实混凝土及其制备方法。
发明内容
针对现有技术不足,本发明提供了一种利用工业固体废弃物的自密实混凝土及其制备方法。
一种利用工业固体废弃物的自密实混凝土,单方混凝土中粉体材料的绝对体积为16%~23%,粗骨料的绝对体积为28%~35%,细骨料的绝对体积为23%~38%,水的体积为15%~19%;混凝土外加剂的固含量占所述粉体材料质量的0.05%~0.5%;所述粉体材料由磷石膏、矿渣粉、钢渣粉、硅酸盐水泥、石灰石粉和粉煤灰中的一种以上组成。
所述粉体材料中磷石膏的质量分数为30%~65%、矿渣粉的质量分数为30%~55%、钢渣粉的质量分数为2%~10%、硅酸盐水泥的质量分数为0~5%、石 灰石粉的质量分数为0~25%、粉煤灰的质量分数为0~30%。
所述硅酸盐水泥为硅酸盐水泥熟料粉。
所述石灰石粉为石料场废弃石粉或人工粉磨石灰石粉。
所述磷石膏需要进行改性处理,配制成改性磷石膏浆用于制备所述混凝土。
所述改性磷石膏浆的粉体材料中各粉体材料质量分数分别为:磷石膏80%~96%、钢渣粉4%~12%、石灰石粉0~10%,矿渣粉0~2%;改性磷石膏浆中水的质量分数为32%~40%。
所用矿渣粉、钢渣粉、硅酸盐水泥、石灰石粉、粉煤灰的比表面积均在300m2/kg以上,所述细骨料所用的砂为中砂,粗骨料所用石子的石子级配按照粒度为5mm~10mm的石子和粒度为10mm~20mm的石子的质量比为4∶6。
一种利用工业固体废弃物的自密实混凝土的制备方法,其具体步骤如下:
1)按照单方混凝土中粉体材料的绝对体积为16%~23%,粗骨料的绝对体积为28%~35%,细骨料的绝对体积为23%~38%,水的体积为15%~19%,混凝土外加剂的固含量占所述粉体材料质量的0.05%~0.5%,粉体材料中磷石膏的质量分数为30%~65%、矿渣粉的质量分数为30%~55%、钢渣粉的质量分数为2%~10%、硅酸盐的水泥质量分数为0~5%、石灰石粉的质量分数为0~25%、粉煤灰的质量分数为0~30%,备料备用;
2)制备改性磷石膏浆:按照改性磷石膏浆中各粉体材料质量分数分别为:磷石膏80%~96%、钢渣粉4%~12%、石灰石粉0~10%,矿渣粉0~2%;改性磷石膏浆中水的质量分数为32%~40%备料混合;通过湿磨磨制0.5h~2h,将得到的浆体陈化1h~72h得到改性磷石膏浆,陈化时需保证浆体水分含量恒定;
3)按照配比将改性磷石膏浆与矿渣粉、硅酸盐水泥、粉煤灰、水和混凝土 外加剂混合,通过净浆搅拌机拌制,配制出坍落扩展度为190mm~210mm的净浆;净浆坍落扩展度筒如图1(a)所示;所得净浆中各粉体材料的质量分数与步骤1)中所述配比一致;
4)将步骤3)中配制出的净浆与砂按照步骤1)中的对应细骨料的比例混合,通过砂浆搅拌机拌制,配制出坍落扩展度为240mm~260mm,V形漏斗通过时间为5s~15s的砂浆;砂浆坍落扩展度筒如图1(b)所示,砂浆V漏斗如附图1(c)所示;
5)将步骤4)中配制出的砂浆与石子按照步骤1)中的对应粗骨料的比例混合,通过卧轴强制搅拌机拌制,配制出坍落扩展度为600mm~700mm,V形漏斗通过时间为5s~20s的利用工业固体废弃物的自密实混凝土。
本发明的有益效果为:
本发明利用磷石膏、矿渣粉、钢渣粉、硅酸盐水泥、石灰石粉、粉煤灰作为粉体材料配制出的自密实混凝土,坍落度超过250mm,坍落扩展度可以达到600mm~700mm,与已有混凝土相比,具有高流动性和高抗离析性能。本发明的材料中大量利用了磷石膏、矿渣和钢渣等固体废弃物,具有环保效益,同时进一步降低了自密实混凝土中硅酸盐水泥的用量,减少了工程成本。
附图说明
图1是本发明净浆实验和砂浆实验所能使用的器材结构示意图,其中图1(a)为净浆坍落扩展度筒结构示意图,图1(b)为砂浆坍落扩展度筒结构示意图,图1(c)为砂浆V漏斗结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种利用工业固体废弃物的自密实混凝土及其制备方法,下 面结合具体实施方式和附图对本发明做进一步说明。
实施例中所涉及物质比表面积数据均采用Blaine法测定。
实施例1
本实施例中的磷石膏基自密实混凝土的粉体材料中,第一组的配比中磷石膏、矿渣粉、钢渣粉和硅酸盐水泥熟料粉的质量分数分别为47%、47%、2%和4%;第二组的配比磷石膏、矿渣粉、石灰石粉、钢渣粉和水泥熟料粉的质量分数分别为30%、45%、25%、2%和3%;第三组的配比中磷石膏、矿渣粉、粉煤灰、钢渣粉和水泥熟料粉的质量分数分别为30%、35%、30%、2%和3%。磷石膏粉末状,质量含水率为11.5%,有部分结块,需要进一步粉磨才能用于混凝土中。
实验用砂为人工级配的机制石英砂,细度模数为2.86;石子为最大粒径20mm的石灰石子,粒径为5m~10mm与粒径为10mm~20mm的石子的质量比为4∶6。
混凝土外加剂为北京华石纳固科技有限公司提供的R212型聚羧酸减水剂。
三组配比的混凝土中水与粉体材料的体积比值分别为1.0、1.0和1.1,砂的体积占砂浆体积的46%,单方混凝土中石子体积分别为325L、300L和300L。所得利用工业固体废弃物的自密实混凝土单方配比及性能如下表所示:
表1利用工业固体废弃物的自密实混凝土单方配比及性能数据表
Figure PCTCN2015000175-appb-000001
Figure PCTCN2015000175-appb-000002
本实例中1#配比和2#配比达到了欧洲规范(The European Guidelines for Self Compacting Concrete)以及英国标准BS EN 206-9:2010的SF2级别(660mm~700mm);3#配比达到了而欧洲标准SF1级别(550mm~650mm)。三组配比的V漏斗时间达到了英国标准BS EN 206-9:2010的VF2级别(9s~25s)。对于ACI的标准ACI 237R-07中引用的Daczko and Constantiner针对不同情况下的提出的所有流动性能要求,1#配比和2#配比的坍落扩展度(>650mm)满足所有情况,3#配比则在薄墙、长浇筑单元、复杂浇筑单元、表面平整要求高和低浇筑能耗要求等条件下不适合(550mm~650mm)。
表2利用工业固体废弃物的自密实混凝土单方成本比较数据表
Figure PCTCN2015000175-appb-000003
表2中配比1为本发明实施例配比1的利用磷石膏、钢渣、矿渣等固体废弃物的自密实混凝土配比,配比2为同强度等级的低水泥掺量的自密实混凝土配比。可以看到本发明涉及到的混凝土单方材料成本仅为另一种低水泥用量自密实混凝土成本的63%。配比2中的混凝土已属于低成本自密实混凝土的范畴,与之相比可以发现本发明对于自密实混凝土具有显著的经济效益。

Claims (8)

  1. 一种利用工业固体废弃物的自密实混凝土,其特征在于:单方混凝土中粉体材料的绝对体积为16%~23%,粗骨料的绝对体积为28%~35%,细骨料的绝对体积为23%~38%,水的体积为15%~19%;混凝土外加剂的固含量占所述粉体材料质量的0.05%~0.5%;所述粉体材料由磷石膏、矿渣粉、钢渣粉、硅酸盐水泥、石灰石粉和粉煤灰中的一种以上组成。
  2. 根据权利要求1所述的一种利用工业固体废弃物的自密实混凝土,其特征在于:所述粉体材料中磷石膏的质量分数为30%~65%、矿渣粉的质量分数为30%~55%、钢渣粉的质量分数为2%~10%、硅酸盐水泥的质量分数为0~5%、石灰石粉的质量分数为0~25%、粉煤灰的质量分数为0~30%。
  3. 根据权利要求1或2所述的一种利用工业固体废弃物的自密实混凝土,其特征在于:所述硅酸盐水泥为硅酸盐水泥熟料粉。
  4. 根据权利要求1或2所述的一种利用工业固体废弃物的自密实混凝土,其特征在于:所述石灰石粉为石料场废弃石粉或人工粉磨石灰石粉。
  5. 根据权利要求1或2所述的一种利用工业固体废弃物的自密实混凝土,其特征在于:所述磷石膏需要进行改性处理,配制成改性磷石膏浆用于制备所述混凝土。
  6. 根据权利要求5所述的一种利用工业固体废弃物的自密实混凝土,其特征在于,所述改性磷石膏浆的粉体材料中各粉体材料质量分数分别为:磷石膏80%~96%、钢渣粉4%~12%、石灰石粉0~10%,矿渣粉0~2%;改性磷石膏浆中水的质量分数为32%~40%。
  7. 根据权利要求1或2任意一项权利要求所述的一种利用工业固体废弃物的自密实混凝土,其特征在于:所用矿渣粉、钢渣粉、硅酸盐水泥、石灰石粉、 粉煤灰的比表面积均在300m2/kg以上,所述细骨料所用的砂为中砂,粗骨料所用石子的石子级配按照粒度为5mm~10mm的石子和粒度为10mm~20mm的石子的质量比为4∶6。
  8. 一种利用工业固体废弃物的自密实混凝土的制备方法,其特征在于,具体步骤如下:
    1)按照单方混凝土中粉体材料的绝对体积为16%~23%,粗骨料的绝对体积为28%~35%,细骨料的绝对体积为23%~38%,水的体积为15%~19%,混凝土外加剂的固含量占所述粉体材料质量的0.05%~0.5%,粉体材料中磷石膏的质量分数为30%~65%、矿渣粉的质量分数为30%~55%、钢渣粉的质量分数为2%~10%、硅酸盐的水泥质量分数为0~5%、石灰石粉的质量分数为0~25%、粉煤灰的质量分数为0~30%,备料备用;
    2)制备改性磷石膏浆:按照改性磷石膏浆中各粉体材料质量分数分别为:磷石膏80%~96%、钢渣粉4%~12%、石灰石粉0~10%,矿渣粉0~2%;改性磷石膏浆中水的质量分数为32%~40%备料混合;通过湿磨磨制0.5h~2h,将得到的浆体陈化1h~72h得到改性磷石膏浆,陈化时需保证浆体水分含量恒定;
    3)按照配比将改性磷石膏浆与矿渣粉、硅酸盐水泥、粉煤灰、水和混凝土外加剂混合,通过净浆搅拌机拌制,配制出净浆;所得净浆中各粉体材料的质量分数与步骤1)中所述配比一致;
    4)将步骤3)中配制出的净浆与砂按照步骤1)中的对应细骨料的比例混合,通过砂浆搅拌机拌制,配制出砂浆;
    5)将步骤4)中配制出的砂浆与石子按照步骤1)中的对应粗骨料的比例混合,通过卧轴强制搅拌机拌制,配制出利用工业固体废弃物的自密实混凝土。
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