CN104817298A - 一种控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土，由包括以下重量份组分制备而成：水泥200-400KG/m3、聚羧酸泵送剂10-15KG/m3、矿粉100-300KG/m3、砂子250-450KG/m3、配重砂300-500KG/m3、钢渣1000-1800KG/m3、水100-250KG/m3。所述钢渣混凝土容重大于或等于28KN/m3。通过测定所述各种原料含水率；分步骤投料：先外加剂聚羧酸泵送剂加水搅拌，然后加骨料钢渣、砂子搅拌均匀，最后加粉料包括水泥、矿粉充分搅拌，卸料；检查混凝土坍落度、扩展度、温度和含气量，即得。本发明通过优化钢渣混凝土配合比，在材料可泵送的同时降低钢渣混凝土的微膨胀性，有效控制了钢渣混凝土的微膨胀裂缝。

Description

一种控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种建筑用可泵送混凝土，尤其涉及一种控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土及其制备方法。
背景技术
建筑结构的房屋的房心可采用钢渣混凝土及素土回填，如果设计要求钢渣混凝土容重达到28KN/M3以上，目前可采用可泵送混凝土，但此种回填材料存在以下影响施工的风险：(1)钢渣混凝土容重如果要达到上述设计要求，需提高钢渣混凝土中钢渣含量，这样将导致膨胀风险加大；(2)影响混凝土的可泵送性；(3)钢渣混凝土的表面容易产生裂缝。
传统施工工程所使用的钢渣混凝土回填材料可选干拌式钢渣混凝土，干拌式钢渣混凝土同样存在膨胀情况，但因干拌骨料中存在砂石，其中空隙可抵消其膨胀；这种泵送方式的钢渣混凝土与常规混凝土相同，回填完成后其中间无空隙可以抵消膨胀，但如何控制膨胀是可泵送式钢渣混凝土施工的需要解决的技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种建筑用混凝土原材料，尤其提供一种控制渣混凝土物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土，克服了现有可泵送混凝土回填材料的缺点。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：
一种控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土，包括由以下重量份组分(kg)制备而成：
水泥200-400、聚羧酸泵送剂10-15、矿粉100-300、砂子250-450、配重砂300-500、钢渣1000-1800、水100-250。
优选重量份组分：水泥250-350、聚羧酸泵送剂11-14、矿粉150-250、砂子300-400、配重砂350-450、钢渣1200-1600、水150-200。
尤其为：水泥300、聚羧酸泵送剂12.5、矿粉200、砂子374、配重砂400、钢渣1438、水185。
所述聚羧酸泵送剂优选CKL聚羧酸泵送剂，化学成分包括以丙烯酸甲酯(MA)、甲基丙烯磺酸钠(SMS)、甲基丙烯酸(MAA)、聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯(P23MM)为原料，过硫酸铵(APS)为引发剂进行水溶液自由基共聚合成的聚羧酸系水泥减水剂。
本发明砂子优选是细砂，作为混凝土中的细集料，其容重在2650kg/m3左右，主要用于填充混凝土中粗骨料留下的空隙，起到改善和易性提高密实性从而提高混凝土强度及泵送性能的作用；
所述配重砂是含铁30％左右的铁矿石加工成连续级配的中砂，其容重在4200kg/m3左右，主要起提高混凝土容重的作用。
本发明所述原料均可从市场购得。
若不能预先湿润需要适当增加外加剂CKL聚羧酸泵送剂，掺量0.1-0.3％百分比总量的用量。
本发明还提供了所述一种控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土的制备方法，包括以下步骤：
一)测定所述各种原料包括粗、细骨料含水率；开盘前检查设备原料合格；按施工配合比称量：称量最大允许误差为水泥、掺合料矿粉±1％、外加剂聚羧酸泵送剂±1％、钢渣、砂子±2％、拌和水±1％；
二)分步骤投料：先外加剂聚羧酸泵送剂加水搅拌，然后加骨料钢渣、砂子搅拌均匀，最后加粉料包括水泥、矿粉、矿粉充分搅拌，卸料；
三)检查混凝土坍落度、扩展度、温度和含气量；合格运往工地。
所述搅拌机搅拌自全部原材投入后总搅拌时间60秒至2分钟，卸料；
所述检查混凝土坍落度、扩展度、温度和含气量，每100方取样一次、每班或每一结构物至少2次。
本发明所述的一种控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土的设计原理和思路如下：
1.保证混凝土水灰比的前提下，采用聚羧酸型泵送剂，其作用是：①增加水化效率,减少单位用水量,增加强度,节省水泥用量；②改善泵送混凝土的和易性,防止混凝土成分的离析；③提高抗渗性,减水透水性,避免混凝土建筑结构漏水,增加耐久性,增加耐化学腐蚀性能；④减少混凝土凝固的收缩率,防止混凝土构件产生裂纹。
2.根据以往施工经验，在配合比设计时，在混凝土中掺入矿粉，适当的提高了混凝土的粘聚性，减少水泥的水化热。还能够因掺和料与水泥水化产物进行二次水化，使混凝土孔径细化，连通孔减少，增强结构的密实性，提高了混凝土的抗渗性、抗裂性、耐久性。
3.在混凝土中掺入适量的配重砂，改善混凝土的颗粒级配，提高钢渣混凝土的容重，有利于混凝土的泵送。其弹性模量较低且比重较大的配重砂，在混凝土早期受到膨胀时起到缓冲释压的作用。
4.钢渣碎石呈多孔状，必然要从混凝土拌和物中吸取较多的水分和浆体，而使混凝土拌和物和易性变坏。为此搅拌前钢渣碎石宜预先润湿或补上附加水或，适当增加外加剂，即若不能预先湿润需要适当增加CKL聚羧酸泵送剂掺量0.1-0.3％用量，从而改善钢渣混凝土的和易性。
根据上述条件，配合比在满足施工工艺的情况下，尽量减小混凝土的塌落度损失值，达到钢渣混凝土容重不小于28KN/m3要求。
为达到上述要求，发明人对原材料的组分和比例关系进行了反复试验，具体如下：
1.原料组分的选择和确定
水泥：选用质量稳定、活性较高、需水量低、流变性能好的硅酸盐水泥。尤其如冀东水泥有限公司生产的P.O42.5水泥，水泥的比表面积大于346m2/kg，碱含量为0.46％。这样的水泥与外加剂适应性较好。其它性能指标应符合国家最新标准《硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥》的有关规定。
外加剂：选用对钢筋无锈蚀，与水泥适应性良好，质量稳定的聚羧酸泵送剂。尤其如北京诚凯利外加剂有限公司生产的CKL聚羧酸泵送剂，泵送剂减水率大于25％。外加剂其它技术指标符合国家最新标准《混凝土外加剂》中泵送剂指标要求。
矿粉：选用优质矿粉。尤其如兴达开元S95级矿粉，比表面积大于400m2/kg能等量替代部分水泥，合理降低水泥的水化热，提高混凝土的和易性、耐久性；其它性能指标符合国家最新标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》有关规定。
砂子即细砂：选用优质低碱活性细砂。尤其如选用密云人工细砂，细度模数在1.7-2.1左右，石粉含量小于1.0％，泥块含量小于0.2％，级配良好，属低碱活性集料。
配重砂：选用优质配重砂。尤其如北京可耐可特配重砂，细度模数在2.3-3.0左右，表观密度较大。
钢渣：选用优质钢渣。尤其如北京可耐可特钢渣，5-25mm连续级配。内照射指数0.1左右，外照射指数0.2左右，表观密度大。
水：采用可饮用水。技术指标满足国家标准《混凝土拌合用水标准》的有关规定。
2.原料组分配比比例的选择和确定原则：针对钢渣混凝土的具体情况，配合比应重点突出以下几点：
1)低水胶比；
2)掺加具有优异性能的聚羧酸泵送剂；
3)大量采用优质矿物掺合料；
4)具有良好的可泵送性；
5)钢渣混凝土的容重不小于28KN/m3。
制备过程中，充分应用以上措施，改善混凝土的施工性能和耐久性能。在解决好混凝土的力学性能和耐久性能的前提下，采取以下方法措施，预防混凝土碱骨料反应的发生。
1)选用低碱水泥，增大混合材的掺量；
2)控制混凝土总碱量不超过3kg/m3；
初期在胶材总量不变的前提下设定三个配比方案如下：
水胶比，即水与胶凝材料(简称胶材)的比例，胶材，包括水泥、矿粉、粉煤灰、膨胀剂、硅灰等各种在混凝土其胶结作用的材料，在本案中特指水泥、矿粉及粉煤灰，胶材总量即水泥、矿粉用量之和，例如，水胶比＝185/(200+300)＝0.37；故本发明水胶比为0.35-0.39，尤其为0.37；如下表的性能比较：
由上表可知：方案一较其它方案，在泵送能力方面不利；方案三28天设计强度偏低；，方案二为最佳施工方案在参数初期坍落度、扩展度(mm)、和易性、1h坍落度损失(mm)方面均具有显著的技术效果。
本发明所述可泵送式钢渣混凝土减少膨胀的方式还表现在：
(1)掺加配重砂，配重砂的弹性模量小于钢渣，能够有效抵消钢渣部分膨胀。
(2)控制水泥用量，用矿渣粉取代水泥，降低水化热同时增强混凝土抗裂性能。
(3)采用缓凝型高效减水剂聚羧酸泵送剂，延长混凝土初凝时间，控制钢渣初期膨胀。
(4)采用陈放1年以上的湿钢渣，钢渣的化学反应过程基本全部完成，膨胀能量已充分释放。
(5)控制钢渣中游离氧化钙含量不大于1％，控制膨胀因子数量。
(6)合理控制钢渣用量，在满足容重要求情况下尽量少用钢渣。
(7)矿渣粉即矿粉中的SiO2与钢渣中的游离氧化钙反应生成硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)，有效降低钢渣混凝土膨胀开裂风险。
上述措施前6项均为物理类措施控制膨胀，可以通过完善其配合比、控制施工过程、控制原材使用来减少膨胀，第7项通过实验得出数据分析来减少钢渣混凝土膨胀性的一种措施。
本发明上述技术方案具有以下技术效果：
科学设计、优化选择混凝土施工配合比：除满足《现浇混凝土结构早期裂缝控制及夏季施工技术要求》的规定外，还要满足强度的前提下遵循“以抗为主、综合耐久性指标优先”的混凝土配合比设计原则。通过适当减少水泥用量和胶凝材料用量，从而降低钢渣混凝土的干缩和温度收缩，减少钢渣混凝土水化热，有效控制温差裂缝。
具体实施方式
实施例1
一种控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土，由以下组分(KG)制备而成：水泥200、CKL聚羧酸泵送剂10、矿粉100、砂子250、配重砂300、钢渣1000、水100。
制备步骤：测定上述各种原料含水率；开盘前检查原料、设备是否符合要求；分步骤投料，先将外加剂聚羧酸泵送剂加水搅拌，然后加入骨料钢渣、砂子搅拌均匀，最后加入粉料包括水泥、矿粉、矿粉充分搅拌；搅拌机搅拌时间为自全部原材投入后总搅拌时间约60秒直到2分钟，然后卸料；检查混凝土坍落度、扩展度、温度和含气量，每100方取样一次、每班或每一结构物至少2次；合格混凝土运往工地。
实施例2
一种控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土，由以下组分(KG)制备而成：水泥400、聚羧酸泵送剂15、矿粉300、砂子450、配重砂500、钢渣1800、水250。
制备步骤：同实施例1。
实施例3
一种控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土，由以下组分(KG)制备而成：水泥250、聚羧酸泵送剂11、矿粉150、砂子300、配重砂350、钢渣1200、水150。
制备步骤：同实施例1。
实施例4
一种控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土，由以下组分(KG)制备而成：水泥350、聚羧酸泵送剂14、矿粉250、砂子400、配重砂450、钢渣1600、水200。
制备步骤：同实施例1。
实施例5
一种控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土，由以下组分(KG)制备而成：水泥300、聚羧酸泵送剂12.5、矿粉200、砂子374、配重砂400、钢渣1438、水185。
制备步骤：同实施例1。
实施例6
在华为环保园项目建筑结构的房屋的房心通过本发明钢渣混凝土回填，要求钢渣混凝土有良好的施工性能和容重不小于28KN/m3。采用的实施例5钢渣混凝土，这种配比的混凝土碱含量2.76Kg/m3；氯离子含量0.0285％；其中水胶比为0.37；砂率0.35，砂率为砂/(砂+石)％，总碱量小于或等于3kg/m3。符合并超过《混凝土结构设计规范》GB50010-2010、《混凝土质量控制标准》GB50164-2011的要求。
检测这种混凝土可泵送钢渣混凝土进行了混凝土性能，如下：
①凝土凝结时间检测：本发明钢渣混凝土的初凝时间一般在6-8小时，终凝时间在12小时左右，这样既保证钢渣混凝土分层浇筑不出现施工冷缝，也能保证施工作业面的压抹覆盖。该配合比的钢渣混凝土具体为混凝土初凝时间为7小时10分钟，终凝时间为12小时。
②混凝土的和易性、塌落度保留值检测：
实测坍落度损失情况如下：
出机坍落度 30min 60min 90min 120min
220mm 210mm 200mm 190mm 180mm
上述试验结果是在大气温度为28℃，混凝土在搅拌车中动态情况下做的。
通过以上①②数据可以判定：钢渣混凝土和易性良好，有利于泵送，有显著的技术效果。

Claims (10)

1.一种控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土，由包括以下重量份组分制备而成：
水泥200-400、聚羧酸泵送剂10-15、矿粉100-300、砂子250-450、配重砂300-500、钢渣1000-1800、水100-250。
2.根据权利要求1所述的控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土，所述组分为以下重量份组分：水泥250-350、聚羧酸泵送剂11-14、矿粉150-250、砂子300-400、配重砂350-450、钢渣1200-1600、水150-200。
3.根据权利要求1所述的控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土，所述组分为以下重量份组分：水泥300、聚羧酸泵送剂12.5、矿粉200、砂子374、配重砂400、钢渣1438、水185。
4.根据权利要求1-3之一所述的控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土，所述所述钢渣混凝土容重大于或等于28KN/m3。
5.根据权利要求1-3之一所述的控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土，所述钢渣混凝土水胶比为为0.35-0.39。
6.根据权利要求5所述的控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土，所述钢渣混凝土水胶比为0.37。
7.根据权利要求1-3之一所述的控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土，所述钢渣混凝土总碱量小于或等于3kg/m3。
8.权利要求1-7之一的一种控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土的制备方法，包括以下步骤：
一)测定所述各种原料含水率；
二)分步骤投料：先外加剂聚羧酸泵送剂加水搅拌，然后加骨料钢渣、砂子搅拌均匀，最后加粉料包括水泥、矿粉、矿粉充分搅拌，卸料；
三)检查混凝土坍落度、扩展度、温度和含气量；合格运往工地。
9.根据权利要求8所述的控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土的制备方法，所述搅拌时间为自全部原材投入后总搅拌时间不宜小于60秒也不宜大于2分钟。
10.根据权利要求8所述的控制物理性膨胀的可泵送钢渣混凝土的制备方法，所述检查混凝土坍落度、扩展度、温度和含气量，每100方取样一次、每班或每一结构物至少2次。
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