CN108821702A

CN108821702A - 一种钢铁渣粉高强混凝土及其制备方法

Info

Publication number: CN108821702A
Application number: CN201811024696.6A
Authority: CN
Inventors: 贺图升; 赵三银; 邱剑; 黎载波; 赵旭光
Original assignee: Shaoguan University
Current assignee: Shaoguan University
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2018-11-16

Abstract

本发明提供一种钢铁渣粉高强混凝土及其制备方法，所述钢铁渣粉高强混凝土包括以下组分：胶凝材料480～540份，细集料550～750份，粗集料1100～1300份，外加剂3～10份，水120～150份，其中，所述胶凝材料包括质量百分比为50～70％的水泥和30～50％的钢铁渣粉，所述钢铁渣粉包括30％钢渣粉和70％矿渣粉，其7d活性指数为55％，28d活性指数为75％。本发明在混凝土胶凝材料加入低活性的钢铁渣粉，并将钢铁渣粉掺合量提高至30～50％，辅以合适配比的细集料、粗集料和外加剂，通过钢铁渣粉中的钢渣粉和矿渣粉相互激发产生良好的补偿收缩效应，然后与水泥、细集料、粗集料和外加剂发生协同作用，使最终的混凝土具有良好的抗裂性能和抗碳化性能。

Description

一种钢铁渣粉高强混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种钢铁渣粉高强混凝土及其制备方法。

背景技术

为保护环境、降低自然资源的消耗，同时提高水泥混凝土性能，在生产水泥或混凝土时可加入混凝土掺合料。混凝土掺合料对混凝土的力学性能、工作性能、抗侵蚀性能和耐久性能等诸多性能有显著的改善作用，是当代高性能混凝土不可或缺的结构组分。钢渣是炼钢过程中排出的固体废弃物，每年我国都会排放大量的钢渣，既严重污染环境又占用土地，因此，迫切需要对钢渣进行减量化、二次资源化和高效利用。钢渣中富含C₃S和C₂S等矿物，类似于劣质硅酸盐水泥熟料，具有开发作为水泥和混凝土生产原料的潜能。不过单独使用钢渣作为混凝土掺和料存在早期强度低的问题。

高炉矿渣是高炉炼铁生产过程中排放的工业废渣，是以硅酸钙为主的熔融物，经水淬冷凝为粒状物。其化学成份主要是SiO₂、CaO、A1₂O₃、Fe₂O₃等，与水泥熟料一样，具有潜在的水化活性。矿渣微粉掺入混凝土后，可以改善混凝土的泵送、坍落度损失等工作性，提高混凝土的后期强度，具有良好的耐久性、耐蚀性和耐磨性。但使用矿渣作为混凝土掺杂料存在混凝土收缩较大、易产生开裂的缺陷，从而导致混凝土强度劣化和耐久性下降。

钢铁渣粉是以钢渣和高炉矿渣为主要原料的粉体材料，通过钢渣与高炉矿渣相互激发，有望克服单独使用钢渣或单独使用高炉矿渣存在的问题，因此逐渐被应用在混凝土制作中。但是目前在混凝土中一般都使用活性指数较高的钢铁渣粉，且钢铁渣粉的掺合量很低，如CN106495583A专利申请使用高活性的钢铁渣粉作为掺合料，且钢铁渣粉掺合料和矿粉的总量不大于配制混凝土胶凝材料总量的30％。为提高冶金废弃物的利用率，扩大钢铁渣粉的使用范围，很有必要开发普通活性甚至低活性的钢铁渣粉在混凝土中的应用，同时提高钢铁渣粉在混凝土中的掺合量。

发明内容

基于此，本发明提供一种钢铁渣粉高强混凝土，该混凝土具有很高的钢渣粉掺合量，时具有良好的抗裂性能和抗碳化性能。

本发明所述钢铁渣粉高强混凝土包括以下组分：胶凝材料480～540份，细集料550～750份，粗集料1100～1300份，外加剂3～10份，水120～150份，其中，所述胶凝材料包括质量百分比为50～70％的水泥和30～50％的钢铁渣粉。

相对于现有技术，本发明将混凝土胶凝材料中的钢铁渣粉掺合量提高至30～50％，并辅以合适配比的细集料、粗集料和外加剂，通过钢铁渣粉中的钢渣粉和矿渣粉相互激发产生良好的补偿收缩效应，然后与水泥、细集料、粗集料和外加剂发生协同作用，使最终的混凝土具有良好的抗裂性能和抗碳化性能。

进一步，所述钢铁渣粉包括30％钢渣粉和70％矿渣粉，其7d活性指数为55％，28d活性指数为75％，满足GB/T28293-2012《钢铁渣粉》标准中G75级技术要求。

进一步，所述钢渣粉勃氏比表面积为350～450m²/kg，所述矿渣粉勃氏比表面积为400～500m²/kg。

进一步，所述水泥强度等级为PO42.5R及以上。

进一步，所述细集料的细度模数为2.6～3.5。

进一步，所述粗集料包括粒径为4.75～26.5mm的连续级配石灰岩碎石，其吸水率为0.1～1.5％，压碎值指标为5～15％。

进一步，所述外加剂包括3～10份减水剂和0～10份激发剂。

进一步，所述减水剂为增强型聚羧酸盐高效减水剂，其减水率不小于25％，抗压强度比不小于120％。

本发明还提供上述钢铁渣粉高强混凝土的制备方法，包括以下步骤：将550～750份细集料和1100～1300份粗集料混合后加入480～540份胶凝材料，再加入96～120份水和3～10份外加剂搅拌均匀，接着加入24～30份水进行调整得到新拌混凝土，最后将新拌混凝土在20±2℃、相对湿度90％±5的条件下养护至规定龄期。

进一步，所述钢铁渣粉包括30％钢渣粉和70％矿渣粉，其7d活性指数为55％，28d活性指数为75％。

附图说明

图1为水泥净浆化学收缩对比图；

图2为砂浆干燥收缩对比图。

具体实施方式

本发明在混凝土中掺合G75等级的低活性的钢铁渣粉，并通过科学制定各原料的配比，将钢铁渣粉的掺合量提高至30～50％，且使最终制得的混凝土可达到C60及以上强度等级，具有良好的抗裂性能和抗碳化性能。以下通过具体实施例来详细说明本发明的技术方案。

本发明所述钢铁渣粉高强混凝土的组成包括胶凝材料480～540份，细集料550～750份，粗集料1100～1300份，外加剂3～10份，水120～150份，其中，所述胶凝材料包括质量百分比为50～70％的水泥和30～50％的钢铁渣粉。按照以下表1中各组分的含量称取原料，先将细集料和粗集料混合搅拌30s后加入胶凝材料继续搅拌30s，再加入4/5水和外加剂搅拌120s使其混合均匀，接着加入剩余的1/5水进行调整得到新拌混凝土，最后将新拌混凝土在20±2℃、相对湿度90％±5的条件下养护至规定龄期即可。

其中水泥采用PO42.5R型；钢铁渣粉性能满足GB/T28293-2012《钢铁渣粉》标准中G75级技术要求，包括30％钢渣粉和70％矿渣粉，二者的勃氏比表面积分别为402m²/kg和420m²/kg；细集料采用细度模数为3.4的河砂；粗集料包括20％粒径为4.75-9.5mm和80％粒径为9.5-26.5mm的连续级配石灰岩碎石；外加剂包括减水剂和激发剂，所述减水剂采用增强型聚羧酸盐高效减水剂，其减水率为30％，抗压强度比为120％，所述激发剂由2.4份硫酸钠和7.2份硫酸钙复合组成。

<表1>

本发明采用的钢铁渣粉性能满足GB/T28293-2012《钢铁渣粉》标准中G75级技术要求，密度不小于2.9g/cm²，比表面积不小于400m²/kg，含水量(质量分数)不高于1％，氯离子含量(质量分数)不高于0.06％，7d活性指数为55％，28d活性指数为75％，流动度比不小于95％。请参看表2，所述钢铁渣粉包括钢渣粉和矿渣粉，主要化学成分包括CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO、f-CaO和SO₃。

<表2>钢铁渣粉化学成分及重量百分比

化学成分

CaO

SiO₂

Al₂O₃

Fe₂O₃

MgO

f-CaO

SO₃

钢渣

43.59％

14.56％

1.52％

22.45％

7.36％

4.75％

0.39％

矿渣

35.85％

32.34％

16.22％

0.65％

10.88％

∥

3.55％

依据GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》对上述实施例1～4和对比例1～2进行力学性能测试，并依据GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中碳化试验部分的规定进行碳化测试，测试结果如表3所示。

<表3>

表3反映，胶凝材料全部由水泥组成的对比例1的坍落度为156mm，在胶凝材料中掺合30～40％G75等级钢铁渣粉后，混凝土的坍落度有所增加，但与对比例1的坍落度相差不大；当将G75等级钢铁渣粉的掺合量提高至50％后，混凝土的坍落度有所减小；总的来说，在胶凝材料中掺合G75等级钢铁渣粉后，混凝土的坍落度相对于胶凝材料全是水泥的混凝土的坍落度发生了-10％～+7.7％的变化。在抗压强度方面，对比例1的3d抗压强度(3d设计强度)为57.3MPa。在掺合G75等级钢铁渣粉后，混凝土的3d抗压强度能够达到3d设计强度的85％～92％(实施例1～3)；尤其是在同时加入激发剂后，混凝土的3d抗压强度可达到3d设计强度的97％(实施例4)。随着时间的增长，掺合G75等级钢铁渣粉后的混凝土的抗压强度持续增长，逐渐接近对比例1的抗压强度(设计强度)甚至超过对比例1的抗压强度，可达到C60及以上强度等级。在抗碳化性能方面，掺合G75等级钢铁渣粉对混凝土的碳化深度影响很小，相对于对比例1而言，掺合30～50％的G75等级钢铁渣粉后混凝土的碳化深度仅发生了-0.1～+0.4mm的微小变化，反映掺合G75等级钢铁渣粉后的混凝土后混凝土依然保持优异的抗碳化性能。

请参看图1，该图是实施例3与对比例1的水泥净浆化学收缩对比图。图1反映，与纯水泥净浆相比，掺合G75等级钢铁渣粉能够显著降低水泥净浆化学收缩。

请参看图2，该图是根据标准JC/T 603-2004《水泥胶砂干缩试验方法》对实施例3和对比例1～2进行干缩试验得到的砂浆干燥收缩对比图。图2反映，与纯水泥砂浆相比，本发明掺合G75等级钢渣铁粉后的混凝土砂浆在虽然3d～14d水泥砂浆干燥收缩值变大，但21d～28d干缩值与纯水泥基本持平，甚至变小；与纯矿渣取代水泥50％相比，掺合G75等级钢渣铁粉后的混凝土砂浆在3d～28d各龄期干缩值均变小，反映混凝土具有更好的抗裂性能。

相对于现有技术，本发明在混凝土胶凝材料加入G75等级低活性的钢铁渣粉，并将钢铁渣粉掺合量提高至30～50％，辅以合适配比的细集料、粗集料和外加剂，通过钢铁渣粉中的钢渣粉和矿渣粉相互激发产生良好的补偿收缩效应，然后与水泥、细集料、粗集料和外加剂发生协同作用，使最终的混凝土达到C60及以上强度等级，具有早期抗压强度高、后期抗压强度持续增长的良好特性，其抗压强度在后期接近甚至超过纯水泥混凝土的抗压强度；掺合钢铁渣粉对混凝土的碳化深度影响很小，依然能够保持优异的抗碳化性能；而且掺合渣铁粉能够显著降低水泥净浆化学收缩并提高抗裂性能。此外，由于钢铁渣粉掺合料掺量大，显著提高了冶金渣废弃物的资源化利用率，降低了生产成本。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种钢铁渣粉高强混凝土，其特征在于包括以下组分：胶凝材料480～540份，细集料550～750份，粗集料1100～1300份，外加剂3～10份，水120～150份，其中，所述胶凝材料包括质量百分比为50～70％的水泥和30～50％的钢铁渣粉。

2.根据权利要求1所述钢铁渣粉高强混凝土，其特征在于：所述钢铁渣粉包括30％钢渣粉和70％矿渣粉，其7d活性指数为55％，28d活性指数为75％。

3.根据权利要求2所述钢铁渣粉高强混凝土，其特征在于：所述钢渣粉勃氏比表面积为350～450m²/kg，所述矿渣粉勃氏比表面积为400～500m²/kg。

4.根据权利要求3所述钢铁渣粉高强混凝土，其特征在于：所述水泥强度等级为PO42.5R及以上。

5.根据权利要求4所述钢铁渣粉高强混凝土，其特征在于：所述细集料的细度模数为2.6～3.5。

6.根据权利要求5所述钢铁渣粉高强混凝土，其特征在于：所述粗集料包括粒径为4.75～26.5mm的连续级配石灰岩碎石，其吸水率为0.1～1.5％，压碎值指标为5～15％。

7.根据权利要求6所述钢铁渣粉高强混凝土，其特征在于：所述外加剂包括3～10份减水剂和0～10份激发剂。

8.根据权利要求7所述钢铁渣粉高强混凝土，其特征在于：所述减水剂为增强型聚羧酸盐高效减水剂，其减水率不小于25％，抗压强度比不小于120％。

9.一种钢铁渣粉高强混凝土的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将550～750份细集料和1100～1300份粗集料混合后加入480～540份胶凝材料，再加入96～120份水和3～10份外加剂搅拌均匀，接着加入24～30份水进行调整得到新拌混凝土，最后将新拌混凝土在20±2℃、相对湿度90％±5的条件下养护至规定龄期。

10.根据权利要求9所述钢铁渣粉高强混凝土的制备方法，其特征在于：所述钢铁渣粉包括30％钢渣粉和70％矿渣粉，其7d活性指数为55％，28d活性指数为75％。