粉煤灰全矿渣混凝土制作方法

王中正, 赵桂琴, 蒋建华, 黄希舜, 秦本铭, 张桂珍, 陈国君

1994年1月12日

1992年6月29日

1992年6月29日

首钢总公司

C04B28/04GK1080625SQ92104810

矿渣 粉煤灰 混凝土

1.一种使用工业废料作为填料的混凝土，特别适合于用粉煤灰和矿渣作填料的混凝土，由水泥粗细骨料、水和外加剂组成，其特征在于用矿渣块和矿渣砂作为混凝土的粗细骨料，粉煤灰作为优化剂2.根据权利要求1所述的混凝土，其特征是混凝土粗细骨料为各种石质、陶瓷材料，如碎石块、碎石屑、破碎卵石块及屑、陶粒、陶粒砂、膨胀矿渣块及屑等.3.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于塑性混凝土中砂率34-42%，泵送混凝土中砂率38-45%，水灰比为0.35-0.6.4.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于粉煤灰用量为30-240公斤，占胶结材总量的20-70%.

本发明是一种使用废料作为混凝土的填料，特别是用粉煤灰和矿渣作填料的混凝土随着建设的发展，混凝土的用量迅速增长，而组成混凝土的砂、石货源日趋紧张，寻找代替材料，降低造价，已成为急待解决的问题冶金企业每年有大量缓冷的高炉炼铁渣(以下简称矿渣)、粉煤灰排放，占用了大量的土地，环保要求必须处理矿渣破碎后多梭角，表面粗糙，吸水，配制的混凝土和易性差，不能适应机械化施工的需要.本发明之前，亦有单位配制出矿渣混凝土，但其细骨料仍用河砂(梭角少，圆滑)，以改善和易性，远未达到泵送要求例如武钢一米七工程，使用的就是用河砂作细骨料的矿渣混凝土，不能泵送.现有技术中的全钢渣集料混凝土(公告号CN1034355A，申请号GK88104528.4)中用的是炼钢渣，不是本发明所说的炼铁渣.两者材料组成与性能有很大差距，例如钢渣极易粉化膨胀，因而该专利技术在设计全矿渣混凝土配合比中无法借鉴日本专利矿渣水泥挤压成形制造方法(专利号为J02239140)，该专利中的矿渣是热熔状的铁渣经急冷(一般多为水淬)处理形成砂状的矿渣，这种矿渣玻璃体含量高，活性高，磨细后配入水泥中使用，一般俗称水渣.该专利中使用的材料，除矿渣水泥外，还有添加剂、纤维材料、合成树脂、发泡剂，没有应用上述缓冷高炉炼铁渣.本发明的目的是提供一种成本低，全部使用矿渣作为粗细骨料的可泵送的混凝土，代替砂石混凝土.为实现上述目的，本发明是以矿渣经破碎筛分后的矿渣块(5-30mm)、矿渣砂(0-5mm)代替普通混凝土中的石子和砂子，用粉煤灰、水泥、外加剂、水配制而成的粉煤灰全矿渣混凝土.因而凡是多梭角、粗糙的石质、陶瓷类混凝土材料，皆可用本发明方法代替普通混凝土中的石子与砂，配制出流动性好、和易性好的混凝土.如碎石块、屑、破碎卵石块、屑、破碎陶粒、陶粒砂、膨胀矿渣块及砂.采石场破碎筛分石料后，筛下物石屑一直作为废料丢弃，采用本发明方法，即可作为细骨料配制出流动性好、和易性好、可泵送的混凝土.本发明的粉煤灰全矿渣混凝土的配合比设计，虽袭用普通混凝土的设计理论，但考虑到矿渣砂和矿渣块的多孔、表面粗糙、空隙率大、有微量活性等特点，突破了有关国家规程(详见后)的规定和习惯作法，进行多次配合比设计和调试，达到了混凝土的设计强度等级，具有良好的流动性、和易性，实现了泵送.在配合比设计中，水灰比很重要.它关系到混凝土的强度、流动性和和易性，因此，本发明首先选择了不同水灰比进行试验，发现随水灰比增大，混凝土强度降低.矿渣块、矿渣砂显著特点是密度较小，孔隙多，表面粗糙，致使混凝土流动性差，和易性差.为了改善混凝土的流动性与和易性，需进行最佳砂率的选择.试验得知，塑性混凝土最佳砂率为34-42%，泵送混凝土最佳砂率为38-45%.由于砂率的提高需要有适当的胶结材包裹矿渣块、矿渣砂，为节约水泥，选择了电厂粉煤灰.粉煤灰掺量直接影响混凝土的强度、流动性和和易性.水泥用量不变，粉煤灰用量少，早期强度高，但流动性差，和易性差，泌水.这证明了粉煤灰是此种混凝土的固体流化剂.因此，不应受《粉煤灰在混凝土、砂浆工程应用规程》(JGJ28-86)规定的“粉煤灰掺量不超过水泥用量10-15%的2倍”的限制.实际粉煤灰用量为30-240公斤，占胶结材总量的20-70%.为了更好地调整流动性及和易性，还使用木质素磺酸钙作为外加剂，因为混凝土泌水性能直接影响混凝土的流动性.本发明的实践证明粉煤灰全矿渣混凝土和普通碎石混凝土在水泥用量、水灰比和砂率基本相同的情况下，粉煤灰全矿渣混凝土比碎石混凝土泌水少1%，比多加了40公斤水泥，不掺粉煤灰的全矿渣混凝土泌水少0.21%.坍落度损失也小于碎石混凝土.粉煤灰全矿渣混凝土静停20分钟，坍落度没有损失而碎石混凝土静停20分钟，损失7.9%.静停40分钟，粉煤灰全矿渣混凝土坍落度损失22.9%，碎石混凝土损失36.8%.粉煤灰全矿渣混凝土比碎石混凝土少损失14%.泌水少，坍落度损失少的特性，保证了混凝土良好的流动性，并具有良好的粘聚性和一定的塑变能力(和易性好)，使混凝土具有良好的可泵性.说明粉煤灰全矿渣混凝土是依靠粉煤灰中微珠的作用而提高了混凝土流动性、粘聚性和塑变能力，减少了对泵车管壁的磨损，保证了混凝土的可泵性.实践泵送表明，混凝土出罐坍落度15.5-21cm，罐车混凝土量6m3，泵压12-14MPa，11-13分钟泵完，符合普通混凝土正常泵送要求，符合机械化施工工艺要求.矿渣密度小(1160-1180gk/m3)，压碎指标高，(15-18%)，根据规范YBJ205-84规定，只能用在C20级以下混凝土.由于该混凝土中粉煤灰和水泥水化中析出的Ca(OH)2进行二次水化，形成新的水硬性胶结材填充矿渣孔隙，提高水泥石和矿块的粘结强度.而矿渣块在混凝土搅拌初凝前吸了水，使混凝土施工时不泌水，当混凝土硬化时，孔洞中的水又可供二次水化用水，形成自养护，因而使混凝土后期强度高.还由于粉煤灰的微粒作用，填充了混凝土中的空洞、孔道和微隙，提高了混凝土的密实度，从而提高了强度，弥补了矿渣块本身抗压强度低的缺点.可配制出C40级混凝土.因此，粉煤灰又是优化剂.通过试验和优选，确定了C7.5至C40级混凝土配合比.以C40级为例水泥采用郑州硅酸盐525＃.水泥 480kg/m3粉煤灰 40kg/m3矿渣砂 545kg/m3矿渣块 850kg/m3木质素磺酸钙1.85kg/m3水灰比0.375砂率39.1%R7=36.4MPaR28=46.0MPa实践证明，粉煤灰全矿渣混凝土的密度比普通碎石混凝土轻250-290kg/m3，但抗折、轴心抗压强度、握裹力、抗渗指标明显高于同强度等级的碎石混凝土，整体工作性能优良，耐久性符合规范要求(见表1).本发明粉煤灰全矿渣混凝土还适合于500℃以下的耐热混凝土(见表2)，是一种多功能新型混凝土.粉煤灰全矿渣混凝土由于主要原材料(矿渣、粉煤灰)皆系工业废料，每立方米价格比碎石混凝土低30元以上，经济效益良好，大量利用矿渣和粉煤灰，还可减轻环境污染，减轻砂石的紧张程度.废弃的石屑亦可利用本发明作混凝土细骨料使用，找到了新的用途.因此，环境效益和社会效益是十分显著的.实施例热风炉基础是一个大型基础，混凝土量为4300m3，混凝土强度等级C20.因施工现场地面障碍物较多，泵车无法靠近基础，因此，采用将混凝土泵送到主溜槽，再分流，全长70米，使用粉煤灰全矿渣混凝土浇灌顺利，由于水化热低，未采取任何降温措施，且混凝土不泌水，不涨模，表面光滑，易抹平，收到了较好的技术经济效果.