[发明专利]利用钢渣作掺合料及作骨料的高性能混凝土及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种利用钢渣作掺合料及作骨料的高性能混凝土及制备方法。

背景技术

混凝土作为建筑工程领域中应用最广泛、用量最大的建筑材料。随着人类的生产与生活活动向海洋扩展，大量海洋平台亦将在浅海或深海兴建。这种发展趋势将引导现代化建筑向着高层化、大跨化、重载化及结构轻量化方向发展，使用环境的严酷化，对良好工作性、高强度、高耐久性的混凝土的需求日益增长，高性能混凝土成为科技工作者竞相研究的课题。

近年来，高性能混凝土的研究重点集中在混凝土结构设计、低水灰比、活性矿物细掺料以及高效外加剂的使用等几个方面。因此，利用工业废渣制备混凝土是实现配制高性能混凝土的有效手段之一，也是节约能源，保护环境的一种途径。

随着我国钢铁工业的发展，钢铁渣的产量也越来越多。钢渣的排放量约占钢产量的 10% ~15%。2012年我国钢渣的产生量约为9300万吨，综合利用率仅为22%左右。钢渣的利用率低，导致钢渣的常年累积，占用了大量的土地，造成了严重的环境污染，破坏了生态环境。钢渣主要由钙、铁、硅、镁和少量铝、锰、磷等多种氧化物组成，主要矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙以及硅、镁、铁、锰、磷的氧化物形成的固熔体，具备可用作水泥混合材和混凝土掺合料的条件。 但由于钢渣含有较大量的 f-CaO、f-MgO 成分，控制不当易造成安定性不良的后果，这严重影响了钢渣的利用。由于钢渣微粉存在凝结时间长、早期强度低、水化速度慢等缺陷，需要进行激发，而采用矿渣微粉作为矿物激发剂效果较好。

钢渣替代部分水泥作混凝土掺合料时不仅对水泥适应性好，同时还可以改善泵送混凝土拌合物粘聚性、减小摩擦力、降低泵压等；同时掺入该掺合料可以提高硬化混凝土的密实性、强度和抗渗性、抗冻性、抗碳化性及耐久性等。利用钢渣作混凝土骨料时，可以提高混凝土的耐磨性，并使混凝土的抗压、抗折强度以及弹性模量也有一定的提高，延长混凝土的使用寿命。因此可以看出钢渣作为掺合料及骨料具有兼容性，所以钢渣同时作为掺合料及骨料具有可行性。

目前对钢渣的研究均集中在其单独作掺合料及单独作骨料的研究，且均得到了较好的研究成果，然而钢渣同时作为掺合料及骨料的研究很少。

发明内容

本发明的目的就是提供一种用钢渣作掺合料及作骨料，通过与其它砂石料配合，并掺加一定量的高效减水剂制备高性能混凝土的方法，提高钢渣的综合利用。

本发明涉及的混凝土由胶凝材料、骨料、外加剂和拌合水组成，胶凝材料、骨料和拌合水的质量百分比分别为15%~25%、65%~80%和5%~10%；其中胶凝材料中各成分的质量百分比为：水泥50%~80%、钢渣微粉10%~30%和矿渣微粉10%~30%；骨料部分：粗骨料级配连续，为粒径5~30mm的碎石，中骨料为粒径5mm~10mm的钢渣砂，部分替代碎石，其掺量为20%~50%，细骨料河沙细度模数为2.5~3.0，砂率为32%~40%，即骨料各成分的质量百分比为：碎石30%~54.4%、钢渣砂12%~34%和河沙32%~40%；外加剂为高效减水剂；高效减水剂质量为胶凝材料质量的1.5%~3%，水胶比为0.30~0.50。

所述混凝土的制备方法具体步骤为：

（1）混凝土由胶凝材料、骨料、外加剂和拌合水组成，胶凝材料、骨料和拌合水的质量百分比分别为15%~25%、65%~80%和5%~10%；其中胶凝材料中各成分的质量百分比为：水泥50%~80%、钢渣微粉10%~30%和矿渣微粉10%~30%；骨料部分：粗骨料级配连续，为粒径5~30mm的碎石，中骨料为粒径5mm~10mm的钢渣砂，部分替代碎石，其掺量为20%~50%，细骨料河沙细度模数为2.5~3.0，砂率为32%~40%，即骨料各成分的质量百分比为：碎石30%~54.4%、钢渣砂12%~34%和河沙32%~40%；外加剂为高效减水剂；高效减水剂质量为胶凝材料质量的1.5%~3%，水胶比为0.30~0.50。

（2）将粒化转炉钢渣、矿渣烘干至含水率小于1%；将已烘干的粒化转炉钢渣和矿渣筛分成2个等级，等级Ⅰ为粒径小于5mm的钢渣和矿渣，磨成钢渣微粉和矿渣微粉，等级Ⅱ为粒径为5mm~10mm的钢渣砂，作为中骨料部分替代碎石；把大于10mm的钢渣颗粒经过破碎之后，再筛分成上述2个等级。

（3）将步骤（2）所得等级Ⅰ的钢渣和矿渣放入球磨机中分别粉磨至比表面积为400~600 m²/kg、400~500 m²/kg，得到钢渣微粉和矿渣微粉。