CN111848009A - 一种高强度高渗透全集料钢渣透水砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高强度高渗透全集料钢渣透水砖及其制备方法，涉及筑材料技术领域，包括如下重量份的组分：粗钢渣70～80份、钢渣砂7～8份、水泥15～20份、水3～5份、减水剂0.6～1.2份、丙烯酸树脂1～2份，该全集料钢渣透水砖强度等级为C40，透水系数为2.5mm/s以上。其制备方法包括以下步骤：1)将水泥、少量水和钢渣砂、粗钢渣混合搅拌均匀，得到混合料；2)将步骤1)拌制完成的混合料装入模具中，在混合料上表面施压1MPa压力，使混合料压实，稳压3分钟后，用抹刀修平表面，得到试块。本发明解决了现有钢渣透水砖在强度、透水系数和工程造价等方面难以兼顾的问题，促进钢渣大宗量利用，实现建筑资源环境的可持续发展，保护和改善城市生态环境。

Description

一种高强度高渗透全集料钢渣透水砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种高强度高渗透全集料钢渣透水砖及其制备方法。
背景技术
透水砖是一种新型道路铺装材料。具有较高的孔隙率和优秀的透水性能，能够减少粉尘污染，吸收噪音，可以对地下水进行补给，减少城市热岛效应，缓解城市抗洪排涝***的压力，有效克服了传统路面铺装材料的缺陷。
目前市面上常见的透水砖有陶瓷透水砖和钢渣透水砖，陶瓷透水砖是经高温烧结而成，各方面性能优越，但由于陶瓷透水砖成本高、耗能高，难以全面推广。钢渣透水砖的成型方式简单，造价较低，适合大量生产。但是现有的钢渣透水砖在强度等级达到C40时，其透水系数普遍较低，难以满足规范《透水砖》(JC/T945-2005)中关于透水性的要求。
因此，为综合提高钢渣透水砖的强度和透水性，有学者提出在钢渣透水砖中使用一些新型的胶凝材料或添加剂，如磷酸镁水泥和活性微粉。虽然使得钢渣透水砖的强度和透水性显著提高，但是磷酸镁水泥和活性微粉价格高昂，难以大范围内推广使用。
综上，为克服现有钢渣透水砖在强度、透水系数及工程造价等方面的不足，本发明提出一种高强度高渗透全集料钢渣透水砖及其制备方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高强度高渗透全集料钢渣透水砖及其制备方法，解决现有钢渣透水砖在强度、透水系数和工程造价等方面难以兼顾的问题，促进钢渣大宗量利用，实现建筑资源环境的可持续发展，保护和改善城市生态环境。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高强度高渗透全集料钢渣透水砖，包括如下重量份的组分：粗钢渣70～80份、钢渣砂7～8份、水泥15～20份、水3～5份、减水剂0.6～1.2份、丙烯酸树脂1～2份，该全集料钢渣透水砖强度等级为C40，透水系数为2.5mm/s以上。
优选的，粗钢渣粒径为5-10mm，粗钢渣碱度为3.39，钢渣表观密度为3350kg/m3，堆积密度为1750kg/m3，压碎值为11％。
优选的，钢渣砂细度模数为2.41，含水率为4.7％，表观密度为3457kg/m3，堆积密度为2160kg/m3，含泥量为0.4％，属于中砂Ⅲ区。
优选的，丙烯酸树脂粘度为45000-55000MPa·s，固含量为55，酸度为2.0-5.0，Tg为62℃。
优选的，减水剂为萘系高效减水剂，减水率为20％～22％。
上述高强度高渗透全集料钢渣透水砖的制备方法包括以下步骤：
1)先将水泥、少量水和钢渣砂混合搅拌30～60s，再加入粗钢渣，进行搅拌，在搅拌过程中，加入减水剂，水分2～3次加入，严格控制水灰比，并且保证搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)拌制完成的混合料装入模具中，在混合料上表面施压1MPa压力，使混合料压实，稳压3分钟后，用抹刀修平表面，得到试块；
3)在试块制作完成后，立即覆盖塑料薄膜进行养护；
4)待全集料钢渣透水砖拆模后，对全集料钢渣透水砖表面进行平整处理，根据颜色要求，添加丙烯酸树脂对其进行补色，以增强其美观性和耐久性，得到全集料钢渣透水砖。
上述确定高强度高渗透全集料钢渣透水砖中各组分含量的方法，包括以下步骤：
1)开展全集料钢渣透水砖抗压强度和透水系数的正交实验:在大量试验研究的基础上，对试验数据进行多元线性回归分析，提出全集料钢渣透水砖抗压强度计算公式(Ⅰ)，根据得到的计算公式，可以得到全集料钢渣透水砖的抗压强度计算值；
fc＝0.1666d2+129.9667w2-2.2598d-185.2813w+68.5609 (Ⅰ)
式中，fc为抗压强度；d为粗钢渣取代粒径；w为水灰比；
2)与步骤1)相同，对大量的试验结果进行多元线性回归，提出全集料钢渣透水砖透水系数的计算公式，根据计算公式(Ⅱ)，可以得到全集料钢渣透水砖的透水系数；
k＝-0.2040d2+112.4081w2+3.1923d+25.1763w-17.7477 (Ⅱ)
式中，k为透水系数；d为粗钢渣取代粒径；w为水灰比；
3)在实际工程中，先确定所需透水砖的抗压强度和透水系数，根据计算公式得到全钢渣集料渣透水砖的初步配合比，然后通过适当调节水灰比或粗钢渣粒径，得到满足工程要求的全集料钢渣透水砖；例如：全集料钢渣透水砖抗压强度增加1MPa，可相应的减小0.0054的水灰比，全集料钢渣透水砖透水系数增加0.1mm/s，可相应的增加0.0344的水灰比；
4)根据步骤1)～步骤3)确定粗钢渣、水泥、减水剂、丙烯酸树脂、水及钢渣砂用量，其中，钢渣砂用量为粗钢渣用量的10％。
本发明制备的一种高强度高渗透全集料钢渣透水砖可用于城市车道、人行道、广场、停车场等透水铺装结构中。
(三)有益效果
本发明提供了一种高强度高渗透全集料钢渣透水砖及其制备方法，其有益效果如下：
1、钢渣是炼钢产生的固体废料，将钢渣进行筛分、级配，取代普通透水砖中的粗细骨料，将钢渣应用到透水砖中不仅可以促进固体废物的重新再利用，也可以保护环境和自然资源，实现资源环境的可持续发展。
2、本发明的全集料钢渣透水砖，不仅强度高，而且透水效果好，可适用于强度要求高，容易产生内涝的透水铺装结构中。
3、本发明解决了现有钢渣透水砖抗压强度与透水系数不能兼顾的问题，全集料钢渣透水砖抗压强度达到40MPa，透水系数2.5mm以上。本发明利用废弃钢渣做骨料，不仅制作方法简单，而且显著降低了工程造价，同时可促进钢渣透水砖的广泛应用，具有显著的经济效益和社会效益。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在确定全集料钢渣透水砖中各材料特性的基础上，根据钢渣透水砖抗压强度为40MPa，透水系数为2.5mm/s的要求，采用公式(Ⅰ)和公式(Ⅱ)计算得到全集料钢渣透水砖水灰比为0.2，钢渣骨料粒径为5～10mm。全集料钢渣透水砖基本配合比如下：粗钢渣70～80份；钢渣砂7～8份；水泥15～20份；水3～5份；减水剂0.6～1.2份；丙烯酸树脂1～2份。
实施例1：
一种高强度高渗透全集料钢渣透水砖，包括如下重量份的组分：粗钢渣75份、钢渣砂7.5份、水泥15份、水4份、减水剂1份、丙烯酸树脂1.5份。
其中，粗钢渣粒径为5-10mm，粗钢渣碱度为3.39，钢渣表观密度为3350kg/m3，堆积密度为1750kg/m3，压碎值为11％；钢渣砂细度模数为2.41，含水率为4.7％，表观密度为3457kg/m3，堆积密度为2160kg/m3，含泥量为0.4％，属于中砂Ⅲ区；丙烯酸树脂粘度为45000-55000MPa·s，固含量为55，酸度为2.0-5.0，Tg为62℃；减水剂为萘系高效减水剂，减水率为20％～22％。
上述高强度高渗透全集料钢渣透水砖的制备方法包括以下步骤：
1)先将水泥、少量水和钢渣砂混合搅拌30～60s，再加入粗钢渣，进行搅拌，在搅拌过程中，加入减水剂，水分2～3次加入，严格控制水灰比，并且保证搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)拌制完成的混合料装入200mm×100mm×50mm的模具中，在混合料上表面施压1MPa压力，使混合料压实，稳压3分钟后，用抹刀修平表面，得到试块；保证试块色泽自然、外表光滑，边角清晰；
3)在试块制作完成后，立即覆盖塑料薄膜进行养护；
4)待全集料钢渣透水砖拆模后，对全集料钢渣透水砖表面进行平整处理，根据颜色要求，添加丙烯酸树脂对其进行补色，以增强其美观性和耐久性，得到全集料钢渣透水砖。
实施例2：
一种高强度高渗透全集料钢渣透水砖，包括如下重量份的组分：粗钢渣80份、钢渣砂8份、水泥20份、水5份、减水剂1.2份、丙烯酸树脂2份。
其中，粗钢渣粒径为5-10mm，粗钢渣碱度为3.39，钢渣表观密度为3350kg/m3，堆积密度为1750kg/m3，压碎值为11％；钢渣砂细度模数为2.41，含水率为4.7％，表观密度为3457kg/m3，堆积密度为2160kg/m3，含泥量为0.4％，属于中砂Ⅲ区；丙烯酸树脂粘度为45000-55000MPa·s，固含量为55，酸度为2.0-5.0，Tg为62℃；减水剂为萘系高效减水剂，减水率为20％～22％。
上述高强度高渗透全集料钢渣透水砖的制备方法包括以下步骤：
1)先将水泥、少量水和钢渣砂混合搅拌30～60s，再加入粗钢渣，进行搅拌，在搅拌过程中，加入减水剂，水分2～3次加入，严格控制水灰比，并且保证搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)拌制完成的混合料装入200mm×100mm×50mm的模具中，在混合料上表面施压1MPa压力，使混合料压实，稳压3分钟后，用抹刀修平表面，得到试块；保证试块色泽自然、外表光滑，边角清晰；
3)在试块制作完成后，立即覆盖塑料薄膜进行养护；
4)待全集料钢渣透水砖拆模后，对全集料钢渣透水砖表面进行平整处理，根据颜色要求，添加丙烯酸树脂对其进行补色，以增强其美观性和耐久性，得到全集料钢渣透水砖。
对实施例1和实施例2制备的全集料钢渣透水砖进行性能测试，其结果如表1所示。
表1：
Figure BDA0002614964570000061
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种高强度高渗透全集料钢渣透水砖，其特征在于，包括如下重量份的组分：粗钢渣70～80份、钢渣砂7～8份、水泥15～20份、水3～5份、减水剂0.6～1.2份、丙烯酸树脂1～2份，该全集料钢渣透水砖强度等级为C40，透水系数为2.5mm/s以上。
2.如权利要求1所述的高强度高渗透全集料钢渣透水砖，其特征在于，所述粗钢渣粒径为5-10mm，粗钢渣碱度为3.39，钢渣表观密度为3350kg/m3，堆积密度为1750kg/m3，压碎值为11％。
3.如权利要求1所述的高强度高渗透全集料钢渣透水砖，其特征在于，所述钢渣砂细度模数为2.41，含水率为4.7％，表观密度为3457kg/m3，堆积密度2160kg/m3，含泥量为0.4％，属于中砂Ⅲ区。
4.如权利要求1所述的高强度高渗透全集料钢渣透水砖，其特征在于，所述丙烯酸树脂粘度为45000-55000MPa·s，固含量为55，酸度为2.0-5.0，Tg为62℃。
5.如权利要求1所述的高强度高渗透全集料钢渣透水砖，其特征在于，所述减水剂为萘系高效减水剂，减水率为20％～22％。
6.如权利要求1所述的高强度高渗透全集料钢渣透水砖，其特征在于，所述全集料钢渣透水砖的制备方法包括以下步骤：
1)先将水泥、少量水和钢渣砂混合搅拌30～60s，再加入粗钢渣，进行搅拌，在搅拌过程中，加入减水剂，水分2～3次加入，严格控制水灰比，并且保证搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)拌制完成的混合料装入模具中，在混合料上表面施压1MPa压力，使混合料压实，稳压3分钟后，用抹刀修平表面，得到试块；
3)在试块制作完成后，立即覆盖塑料薄膜进行养护；
4)待全集料钢渣透水砖拆模后，对全集料钢渣透水砖表面进行平整处理，根据颜色要求，添加丙烯酸树脂对其进行补色，得到全集料钢渣透水砖。
7.一种确定如权利要求1所述的高强度高渗透全集料钢渣透水砖中各组分含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)开展全集料钢渣透水砖抗压强度和透水系数的正交实验:在大量试验研究的基础上，对试验数据进行多元线性回归分析，提出全集料钢渣透水砖抗压强度计算公式(Ⅰ)，根据得到的计算公式，可以得到全集料钢渣透水砖的抗压强度计算值；
fc＝0.1666d2+129.9667w2-2.2598d-185.2813w+68.5609 (Ⅰ)
式中，fc为抗压强度；d为粗钢渣取代粒径；w为水灰比；
2)与步骤1)相同，对大量的试验结果进行多元线性回归，提出全集料钢渣透水砖透水系数的计算公式，根据计算公式(Ⅱ)，可以得到全集料钢渣透水砖的透水系数；
k＝-0.2040d2+112.4081w2+3.1923d+25.1763w-17.7477 (Ⅱ)
式中，k为透水系数；d为粗钢渣取代粒径；w为水灰比；
3)在实际工程中，先确定所需透水砖的抗压强度和透水系数，根据计算公式得到全钢渣集料渣透水砖的初步配合比，然后通过适当调节水灰比或粗钢渣粒径，得到满足工程要求的全集料钢渣透水砖；
4)根据步骤1)～步骤3)确定粗钢渣、水泥、减水剂、丙烯酸树脂、水及钢渣砂用量，其中，钢渣砂用量为粗钢渣用量的10％。
8.一种如权利要求1-6任一项所述的高强度高渗透全集料钢渣透水砖在城市车道、人行道、广场、停车场透水铺装结构中的应用。
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