CN105294039A - 一种钢渣植生混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢渣植生混凝土，其组成按重量百分比计为：包括钢渣骨料、复合钢渣粉、增强剂，各原料配比以质量份数计为：钢渣骨料75-83份，复合钢渣粉15-24.5份，增强剂0.5-2份，其制备方法为：将钢渣骨料与复合钢渣粉、增强剂按比例搅拌混合均匀，加水生产钢渣植生混凝土。本发明利用钢渣制备的植生混凝土强度高、孔隙率大且酸碱环境能够满足植物生长的需求。

Description

一种钢渣植生混凝土

技术领域

本发明属于生态混凝土领域，主要涉及一种钢渣植生混凝土及其制备方法。

背景技术

在积极倡导绿色生活，节能环保的生活理念下，我国现在不仅仅停留在过去只看重混凝土的结构性能，也逐渐开始向环境友好、资源节约等功能混凝土方向发展。始于日本的植生混凝土既具有混凝土的功能，又具有环境调节功能，实现了生态化的需求。植生混凝土用于城市的道路两侧、高速公路护坡及中央隔离带，水边护坡、楼顶停车场等部位，可以增加混凝土材料表面透水透气性，提高湿热交换能力，降低混凝土材料表面温度，增加城市的绿色空间，减少城市热岛效应，调节人们的生活情绪，具有吸收噪声和粉尘的功能，对城市气候的生态平衡也起到积极作用，能够改善人居环境，其社会效益和生态效益十分突出。

现有技术中，植生混凝土从构造上来看，可分为孔洞型、多孔连续型、孔洞型多层结构等3种形式。孔洞型和孔洞型多层结构植生混凝土并不是严格意义的植生混凝土。而多孔连续型植生混凝土中关键的指标是孔隙率，已有研究证明混凝土平均孔径对其植生性能影响显著，平均粒径太小会导致植物根系无法吸收足够的营养物质，从而影响根系的延伸生长，同时会使pH值过高，不利于植物生长；平均粒径太大，混凝土保水性差，因此，平均孔径要适中。

现有的研究发现多孔混凝土孔隙内碱环境的改造是制约植生混凝土技术发展的关键。在日本，用于植生混凝土的胶凝材料是低碱度高炉B、C型水泥资源，用该类型的水泥配制出的多孔混凝土，其表面pH值在8-9左右，适合植物生长。而我国缺乏低碱度水泥资源，一般采用普通硅酸盐水泥配制多孔混凝土，空隙间的水环境未经改造，其pH值高达12.5-13.5，影响植物生长，这也是该项技术的瓶颈之一。改造多孔植生混凝土孔隙内碱度主要应从以下三方面考虑：(1)降低胶凝材料的碱度；(2)用酸性土壤和添加弱酸性物质中和溶出的碱，以来降低孔隙内碱度值；(3)通过对静浆体进行表面处理，隔绝碱类物质与填充土壤的接触，保证植物的生长。

然而，现有的技术中，用酸性土壤和添加弱酸性物质中和溶出的碱，以来降低孔隙内碱度值，虽然能在一定程度可降低多孔混凝土的孔隙碱度，然而其掺量对强度的降低作用明显，FeSO₄等若酸性物质的掺量不宜过多。用蜡封处理的生态混凝土的孔隙水环境pH值只降低0.5-1，而且整体上工序复杂而成本较高，工业化前景不容乐观。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种钢渣植生混凝土及其制备方法，利用钢渣制备的植生混凝土强度高、孔隙率大且pH值在8-10，能够满足植物生长的需求。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种钢渣植生混凝土，其原料包括钢渣骨料、复合钢渣粉、增强剂，各原料配比以质量份数计为：钢渣骨料75-83份，复合钢渣粉15-24.5份，增强剂0.5-2份。

进一步地，所述钢渣植生混凝土中还包括着色剂，着色剂的加入量占所述钢渣植生混凝土总质量的0-3%。其中，所述着色剂选自氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁黑等中的一种或几种。添加着色剂的目的是为了改变混凝土的颜色，使其与周围环境的颜色协调。

按上述方案，所述的钢渣骨料为粒度2.36-4.75mm，游离氧化钙含量小于2%，含泥量小于3%的钢渣细集料，由是转炉钢渣经过热泼等工艺稳定化处理后，消除了钢渣的游离氧化钙等不稳定物质，经过破碎、磁选、筛分、滚筒水洗等工序加工后所得到的。

按上述方案，所述的复合钢渣粉为的细度标准为：比表面积大于300m²/kg。具体地，所述的复合钢渣粉包括钢渣尾渣粉、水泥熟料和高炉粒化矿渣粉混合而成。更具体地，所述的复合钢渣粉中各组分按质量百分比计为：30%～40%钢渣尾渣粉、10%～30%水泥熟料和30%～60%高炉粒化矿渣粉。其中，所述的钢渣尾渣粉是由钢渣进行稳定化处理后再经破碎、磁选、筛分等处理得到的，其游离氧化钙的含量小于3%，金属铁含量小于3%，；所述水泥熟料主要化学成分为氧化钙、二氧化硅和少量的氧化铝和氧化铁，四种主要成分含量总和大于96.5%；所述粒化高炉矿渣粉是高炉炼铁时的副产品，其含水量不大于0.8%，比表面积不小于350m²/kg，7天活性指数不小于60%。

按上述方案，所述的增强剂包括锰渣、拜耳赤泥、粉煤灰、石膏混合而成，其中石膏为二水石膏或者工业石膏。更具体地，所述增强剂中各组分按质量份数计为：锰渣1～6份、拜耳赤泥1～5份、粉煤灰1～7份、二水石膏或工业石膏1～2份。其中，锰渣的主要化学成分为：SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO和SO₃，SO₃含量不大于20%；所述拜耳赤泥的化学成分以质量百分比计为：SiO₂：6-10%、Al₂O₃：13-24%、Fe₂O₃：24-38%、CaO：15-29%、Na₂O：0.5-3.5%。

本发明所述的钢渣植生混凝土的制备方法为：将钢渣骨料与复合钢渣粉、增强剂按比例搅拌混合均匀，按照复合钢渣粉质量的（0.38-0.56）倍加水生产钢渣植生混凝土。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

第一，本发明的植生型生态混凝土浇筑好后具有连通的连续孔隙，结构类似米花糖状，具有良好的抗压强度、耐久性、施工性能和孔隙率，植物根系可深入到基层，既达到边坡加固又达到生态绿化的双重效果。与普通混凝土相比，在排水性（透水性）、稳定性、抗洗掘与流失性能、景观性以及改善自然环境能力等方面都具有优越性。

第二，由于钢渣的多孔性，保证了本发明提供的一种钢渣生态植生混凝土良好的透水性能；复合钢渣粉的弱碱性有效改善了植生混凝土孔隙内碱度，多孔混凝土的pH值在10左右这样低碱性，有利于植物和水中生物的生长；钢渣和粒化高炉矿渣的胶凝性能，使得钢渣生态植生混凝土具有足够的强度。总之，本发明用钢渣作为主原料配制生态植生混凝土具有良好的性能指标。

第三，本发明能够在使用钢渣生产植生混凝土材料时，提高钢渣的使用率，降低生产成本，，而且由于复合钢渣粉包括钢渣尾渣粉和高炉粒化矿渣粉，从而能够较大限度地利用了钢渣尾渣、高炉粒化矿渣粉等这些难以综合利用的废弃物作为胶凝材料的部分原料，使得这些废物得以回收利用，进一步的降低了生成胶凝材料的生产成本。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

下述实施例中，所述的钢渣骨料为转炉钢渣经过热泼等工艺稳定化处理后，经过破碎、磁选、筛分、滚筒水洗等工序加工后所得粒度为2.36-4.75mm，游离氧化钙含量<2%，含泥量<3%的钢渣细集料。

下述实施例中，所采用的复合钢渣粉中，所述钢渣尾渣粉是由钢渣进行稳定化处理后再经破碎、磁选、筛分等处理得到的，其游离氧化钙的含量小于3%（质量含量），金属铁含量小于3%（质量含量）；所述水泥熟料主要由SiO₂、CaO和Al₂O₃、Fe₂O₃组成，四种成分含量总和大于96.5%（质量含量）；所述粒化高炉矿渣粉是高炉炼铁时的副产品，其含水量不大于0.8%（质量含量），比表面积不低于350m²/kg，7天活性指数不低于60%。

下述实施例中，所采用的增强剂由锰渣、拜耳赤泥、粉煤灰、石膏混合而成，其中石膏为二水石膏或者工业石膏；所述增强剂中各组分按质量份数计为：锰渣1-6份、拜耳赤泥1-5份、粉煤灰1-7份、二水石膏或工业石膏1-2份。其中，所述锰渣的主要化学成分为：SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO和SO₃，SO₃含量不大于20%（质量含量）；所述拜耳赤泥的化学成分以质量百分比计为：SiO₂：6-10%、Al₂O₃：13-24%、Fe₂O₃：24-38%、CaO：15-29%、Na₂O：0.5-3.5%。

实施例1

一种钢渣植生混凝土，其原料包括钢渣骨料、复合钢渣粉、增强剂、着色剂，各原料配比以质量百分比计为：钢渣骨料75%，复合钢渣粉24%，增强剂0.5%，氧化铁红0.5%，其中，所述的复合钢渣粉为的细度标准为比表面积为320m²/kg，所述的复合钢渣粉按质量比包括30%钢渣尾渣粉、20%水泥熟料和50%高炉粒化矿渣粉混合而成，所述增强剂的具体组成为锰渣1份、拜耳赤泥5份、粉煤灰2份、二水石膏1份。

上述钢渣植生混凝土的生产方法，具体处理过程如下：将钢渣骨料与复合钢渣粉、增强剂、着色剂混合均匀，按照复合钢渣粉质量0.38倍加水搅拌均匀后成型生产生态植生多孔混凝土。

本发明对实施例中所制备的钢渣植生混凝土均进行的性能检测，包括抗压强度、孔隙率、种植实验结果，具体检测方法如下：

1）抗压强度

试件尺寸为150mm×150mm×150mm，按照GB50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，成型后拆模，在标准条件下自然养护7d，在抗压机上检测其抗压强度。每个实施例取6个试样检测，取其平均值即为该多孔混凝土的抗压强度。

实施例1中，所制备的钢渣植生混凝土自然养护7d的标准立方体试块的抗压强度为22.15MPa，超过一般多孔混凝土需要自然养护28d的强度，能够满足植物生长的需求。

2）孔隙率

由于该植生混凝土表面孔隙较多，因此其孔隙率的测定是采用特殊手段来进行的，具体步骤如下：先测定自然养护7d，体积为V试件在空气中的质量G₀，然后再测定其在水中的质量G₁。由公式ψ=(G₀-G₁)/V求得各个试件的孔隙率ψ。每个实施例取6个试件检测，取其平均值即为该多孔植生混凝土的孔隙率。

实施例1中，根据检测结果，孔隙率为26.2%，能够满足植物生长的需求。

3）种植实验结果

在底层填上50mm的黄土和少量的堆肥，采用高羊茅种子播在土上，其上浇注上述混凝土层，厚度为40mm，每天浇水一次进行养护，七天后，观察种子的发育情况。

本实施例1中，高羊茅植物扎到土壤中吸收养分，透过混凝土层长出绿色的小草，可知本发明制备的植生混凝土能够满足植物生长要求，pH值在8-10。

实施例2

一种钢渣植生混凝土，其原料包括钢渣骨料、复合钢渣粉、增强剂、着色剂，各原料配比以质量百分比计为：钢渣骨料83%，复合钢渣粉15%，增强剂0.5%，氧化铁黄1.5%，其中，所述的复合钢渣粉为的细度标准为比表面积为350m²/kg，所述的复合钢渣粉按质量比包括32%钢渣尾渣粉、20%水泥熟料和48%高炉粒化矿渣粉混合而成，所述增强剂的具体组成锰渣2份、拜耳赤泥4份、粉煤灰1份、工业石膏（脱硫石膏）2份。

上述钢渣植生混凝土的生产方法，具体处理过程如下：将钢渣骨料与复合钢渣粉、增强剂、着色剂混合均匀，按照复合钢渣粉质量0.40倍加水搅拌均匀后成型生产生态植生多孔混凝土。

性能检测：

1）抗压强度：本实施例中，所制备的钢渣植生混凝土自然养护7d的标准立方体试块的抗压强度为21.86MPa，超过了一般多孔混凝土需要自然养护28d的强度，能够满足植物生长的需求。

2）孔隙率：本实施例中，根据检测结果，孔隙率为24.9%，能够满足植物生长的需求。

3）种植实验结果：本实施例中，在底层填上50mm的黄土和少量的堆肥，采用百喜草种子播在土上，其上浇注上述混凝土层，厚度为40mm，每天浇水一次进行养护，七天后，百喜草植物扎到土壤中吸收养分，透过混凝土层长出绿色的小草。

实施例3

一种钢渣植生混凝土，其原料包括钢渣骨料、复合钢渣粉、增强剂、着色剂，各原料配比以质量百分比计为：钢渣骨料82%，复合钢渣粉15%，增强剂1.5%，氧化铁红1.5%，其中，所述的复合钢渣粉为的细度标准为比表面积大于380m²/kg，所述的复合钢渣粉按质量比包括35%钢渣尾渣粉、12%水泥熟料和53%高炉粒化矿渣粉混合而成，所述增强剂的具体组成锰渣4份、拜耳赤泥3份、粉煤灰2份、二水石膏2份。

上述钢渣植生混凝土的生产方法，具体处理过程如下：将钢渣骨料与复合钢渣粉、增强剂、着色剂混合均匀，按照复合钢渣粉质量0.44倍加水搅拌均匀后成型生产生态植生多孔混凝土。

性能检测：

1）抗压强度：本实施例中，所制备的钢渣植生混凝土自然养护7d的标准立方体试块的抗压强度为22.65MPa，超过了一般多孔混凝土需要自然养护28d的强度，能够满足植物生长的需求。

2）孔隙率：本实施例中，根据检测结果，孔隙率为25.6%，能够满足植物生长的需求。

3）种植实验结果：本实施例中，在底层填上50mm的黄土和少量的堆肥，采用狗牙根种子播在土上，其上浇注上述混凝土层，厚度为40mm，每天浇水一次进行养护，七天后，狗牙根植物扎到土壤中吸收养分，透过混凝土层长出绿色的小草。

实施例4

一种钢渣植生混凝土，其原料包括钢渣骨料、复合钢渣粉、增强剂，各原料配比以质量百分比计为：钢渣骨料81%，复合钢渣粉18%，增强剂1%，其中，所述的复合钢渣粉为的细度标准为比表面积大于370m²/kg，所述的复合钢渣粉按质量比包括33%钢渣尾渣粉、30%水泥熟料和37%高炉粒化矿渣粉混合而成，所述增强剂的具体组成锰渣3份、拜耳赤泥5份、粉煤灰1份、工业石膏（磷石膏）2份。

上述钢渣植生混凝土的生产方法，具体处理过程如下：将钢渣骨料与复合钢渣粉、增强剂混合均匀，按照复合钢渣粉质量0.48倍加水搅拌均匀后成型生产生态植生多孔混凝土。

性能检测：

1）抗压强度：本实施例中，混凝土自然养护7d的标准立方体试块的抗压强度为23.24MPa以上，超过了一般多孔混凝土需要自然养护28d的强度，能够满足植物生长的需求。

2）孔隙率：本实施例中，根据检测结果，孔隙率为23.4%，能够满足植物生长的需求。

3）种植实验结果：在底层填上50mm的黄土和少量的堆肥，采用黑麦草种子播在土上，其上浇注上述混凝土层，厚度为40mm，每天浇水一次进行养护，七天后，黑麦草植物扎到土壤中吸收养分，透过混凝土层长出绿色的小草。

实施例5

一种钢渣植生混凝土，其原料包括钢渣骨料、复合钢渣粉、增强剂，各原料配比以质量百分比计为：钢渣骨料77%，复合钢渣粉22%，增强剂1%，其中，所述的复合钢渣粉为的细度标准为比表面积大于405m²/kg，所述的复合钢渣粉按质量比包括37%钢渣尾渣粉、13%水泥熟料和50%高炉粒化矿渣粉混合而成，所述增强剂的具体组成锰渣5份、拜耳赤泥1份、粉煤灰2份、二水石膏2份。

上述钢渣植生混凝土的生产方法，具体处理过程如下：将钢渣骨料与复合钢渣粉、增强剂混合均匀，按照复合钢渣粉质量0.53倍加水搅拌均匀后成型生产生态植生多孔混凝土。

性能检测：

1）抗压强度：本实施例中，混凝土自然养护7d的标准立方体试块的抗压强度为20.52MPa，相当于一般多孔混凝土需要自然养护28d的强度，能够满足植物生长的需求。

2）孔隙率：本实施例中，根据检测结果，孔隙率为26.1%，能够满足植物生长的需求。

3）种植实验结果：本实施例中，在底层填上50mm的黄土和少量的堆肥，采用狗尾草种子播在土上，其上浇注上述混凝土层，厚度为40mm，每天浇水一次进行养护，七天后，狗尾草植物扎到土壤中吸收养分，透过混凝土层长出绿色的小草。

实施例6

一种钢渣植生混凝土，其原料包括钢渣骨料、复合钢渣粉、增强剂、着色剂，各原料配比以质量百分比计为：钢渣骨料76%，复合钢渣粉22%，增强剂1%，氧化铁红1%，其中，所述的复合钢渣粉为的细度标准为比表面积大于415m²/kg，所述的复合钢渣粉按质量比包括30%钢渣尾渣粉、30%水泥熟料和40%高炉粒化矿渣粉混合而成，所述增强剂的具体组成锰渣6份、拜耳赤泥2份、粉煤灰1份、工业石膏（氟石膏）1份。

上述钢渣植生混凝土的生产方法，具体处理过程如下：将钢渣骨料与复合钢渣粉、增强剂、着色剂混合均匀，按照复合钢渣粉质量0.56倍加水搅拌均匀后成型生产生态植生多孔混凝土。

性能检测：

1）抗压强度：本实施例中，混凝土自然养护7d的标准立方体试块的抗压强度为24.74MPa以上，超过一般多孔混凝土需要自然养护28d的强度，能够满足植物生长的需求。

2）孔隙率：本实施例中，检测结果，孔隙率为24.1%，能够满足植物生长的需求。

3）种植实验结果：本实施例中，在底层填上50mm的黄土和少量的堆肥，采用结缕草种子播在土上，其上浇注上述混凝土层，厚度为40mm，每天浇水一次进行养护，七天后，结缕草植物扎到土壤中吸收养分，透过混凝土层长出绿色的小草。

由本发明实施例可知，钢渣植生混凝土不仅空隙大而且强度能够达到较高值，主要原因是，将热泼钢渣成球作为骨料使用，其颗粒的形状好于石子，且尺寸在一定的范围，保证了成型后混凝土具有较好的孔隙率和强度，且pH在8-10保证植物生长的酸碱环境，能够满足植物生长的需求，而且使根系在混凝土中生长茂盛。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种钢渣植生混凝土，其特征在于它的原料包括钢渣骨料、复合钢渣粉、增强剂，各原料配比以质量份数计为：钢渣骨料75-83份，复合钢渣粉15-24.5份，增强剂0.5-2份。

2.根据权利要求1所述的一种钢渣植生混凝土，其特征在于所述钢渣植生混凝土中还包括着色剂，着色剂的加入量占所述钢渣植生混凝土总质量的0-3%。

3.根据权利要求2所述的一种钢渣植生混凝土，其特征在于所述着色剂选自氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁黑中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种钢渣植生混凝土，其特征在于所述的钢渣骨料为粒度2.36-4.75mm，游离氧化钙含量小于2%，含泥量小于3%的钢渣细集料。

5.根据权利要求1所述的一种钢渣植生混凝土，其特征在于所述的复合钢渣粉为的细度标准为：比表面积大于300m²/kg，所述的复合钢渣粉包括钢渣尾渣粉、水泥熟料和高炉粒化矿渣粉混合而成。

6.根据权利要求1所述的一种钢渣植生混凝土，其特征在于所述的复合钢渣粉中各组分按质量百分比计为：30%～40%钢渣尾渣粉、10%～30%水泥熟料和30%～60%高炉粒化矿渣粉。

7.根据权利要求6所述的一种钢渣植生混凝土，其特征在于所述的钢渣尾渣粉中的游离氧化钙的含量小于3%，金属铁含量小于3%；所述粒化高炉矿渣的含水量不大于0.8%，比表面积不小于350m²/kg，7天活性指数不小于60%；所述水泥熟料中SiO₂、Al₂O₃、CaO和Fe₂O₃的质量含量总和大于96.5%。

8.根据权利要求1所述的一种钢渣植生混凝土，其特征在于所述的增强剂包括锰渣、拜耳赤泥、粉煤灰、石膏混合而成，其中石膏为二水石膏或者工业石膏。

9.根据权利要求1所述的一种钢渣植生混凝土，其特征在于，所述增强剂中各组分按质量份数计为：锰渣1～6份、拜耳赤泥1～5份、粉煤灰1～7份、二水石膏或工业石膏1～2份；其中，所述锰渣中SO₃含量不大于20%，所述拜耳赤泥的化学成分以质量百分比计为：SiO₂：6-10%、Al₂O₃：13-24%、Fe₂O₃：24-38%、CaO：15-29%、Na₂O：0.5-3.5%。

10.根据权利要求1所述的一种钢渣植生混凝土的制备方法，其特征在于将钢渣骨料与复合钢渣粉、增强剂按比例搅拌混合均匀，按照复合钢渣粉质量的（0.38-0.56）倍加水生产钢渣植生混凝土。