复掺微粉全工业固废混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑工业混凝土制备技术领域，具体涉及一种复掺微粉全工业固废混凝土及其制备方法。
背景技术
攀枝花市钢铁工业发达，在钢铁生产过程中会产生大量的工业固体废弃物，如高钛型高炉渣、电炉钢渣等，这些废弃物长期堆积，得不到合理的利用，造成了严重的浪费，并且对环境造成了不利的影响。
随着城市化建设的发展，混凝土的需求量也稳步上升。制备混凝土的原料之一为粉煤灰，其用量大，资源少，近年来由于火电发展大量燃烧煤炭排出废渣、废气污染环境，加上煤炭开采严重破坏生态，环保压力越来越大，攀西地区火力发电厂基本处于半生产半关停状态，粉煤灰产量不足以满足当地建设工程混凝土应用的需求，且随着环境保护的持续推进，粉煤灰产量将越来越少。因此，越来越多的研究集中在利用工业废弃物替换粉煤灰用于制备混凝土。
如专利CN105948577 A公开了一种用高钛重矿渣碎石和渣砂作为粗细骨料，高钛重矿渣微粉作为掺和料制备得到的混凝土。该专利将高钛重矿渣研磨成微粉，作为掺和料取代部分水泥，但由于高钛重矿渣自身重度大，且活性不足，拌制混凝土易离析、泌水，影响混凝土质量。该专利中制备得到的混凝土早期强度发挥效果佳。
电炉钢渣是电炉炼钢(温度一般在1550～1650℃之间)过程中产生的渣料经破碎磁选筛分后得到的渣，一般情况每冶炼一吨钢会产生30％的渣。攀枝花钢厂年产生电炉钢渣约20万吨，电炉钢渣是一种放错了地方的资源，该电炉钢渣微粉中主要成分为：全铁含量为25～30％，二氧化硅含量为10～15％，氧化钙含量为25～30％，二氧化钛含量为5～10％。
目前，电炉钢渣产量大，尚未得到很好的应用，造成了资源的浪费，同时其堆积也给环境造成极大的压力。针对这些问题，本发明拟提供一种新的将电炉钢渣制备混凝土的利用途径。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：工业废弃物电炉钢渣产量大，不好利用，如何利用其制备混凝土的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供一种复掺微粉全工业固废混凝土，其组成包括：按重量份数计，水泥280～290份，高钛型高炉渣渣砂1020～1040份，高钛型高炉渣碎石880～890份，电炉钢渣微粉52～79份，粉煤灰26～53份，膨润土微粉6～10份，高效减水剂7～9份，水185～191份。
优选的，上述复掺微粉全工业固废混凝土的组成包括：按重量份数计，水泥283～287份，高钛型高炉渣渣砂1025～1035份，高钛型高炉渣碎石883～887份，电炉钢渣微粉60～70份，粉煤灰33～47份，膨润土微粉7～9份，高效减水剂7～9份，水187～189份。
更优选的，上述复掺微粉全工业固废混凝土的组成包括：按重量份数计，水泥285份，高钛型高炉渣渣砂1030份，高钛型高炉渣碎石885份，电炉钢渣微粉65份，粉煤灰40份，膨润土微粉8份，高效减水剂8份，水188份。
其中，上述复掺微粉全工业固废混凝土中，所述的水泥为普通硅酸盐水泥，牌号为P.O32.5。
其中，上述复掺微粉全工业固废混凝土中，所述的电炉钢渣微粉粒度为：30μm以下的达到90％，10μm以下的达到50％，1.5μm以下的达到10％。
本发明还提供了一种上述复掺微粉全工业固废混凝土的制备方法，包括以下步骤：
先将高钛型高炉渣碎石和高钛型高炉渣渣砂称量混合搅拌50～70s后，加入混合均匀的电炉钢渣微粉、粉煤灰、膨润土微粉和水泥，再搅拌110～130s，之后边搅拌边加均匀混入高效减水剂的水，加水结束后继续搅拌110～130s。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的复掺微粉全工业固废高钛型高炉渣混凝土，用电炉钢渣微粉、粉煤灰和膨润土微粉的复合料作为掺和料替代部分水泥，制备的混凝土塌落度达到180mm，其7d强度达到15Mpa，28d强度达到25Mpa，6个月强度达到35Mpa，12个月强度达到45Mpa，12个月强度分别为7d、28d强度的3、1.8倍，可见本发明的混凝土后期强度增长明显，在对早期强度要求不高的混凝土工程中应用效果显著，能大大节约水泥用量，节约生产成本。
附图说明
图1所示为电炉钢渣的SEM微观形貌；
图2所示为粉煤灰的SEM微观形貌；
图3所示为实施例2制备得到的混凝土；
图4所示为对比例1制备得到的混凝土；
图5所示为对比例2制备得到的混凝土。
具体实施方式
本发明采用工业固废电炉钢渣部分替代粉煤灰作为复合微粉掺和料制备混凝土，所用的电炉钢渣MgO含量＜4％，SO3含量＜1％，Cl-含量＜0.03％，fCaO含量＜1％，密度间3.6～3.8g/cm3，流动度比103～108％。由于MgO、fCaO含量低，电炉钢渣稳定性强；由于Cl-、SO3含量低，不至出现酸性环境；流动度好，便于拌和。
进一步的，为了激发电炉钢渣的活性，使其水化反应越充分，本发明将初始电炉钢渣经人工挑选、磁选、筛分等工艺处理后形成的电炉钢渣砂(粒度小于10mm)，再经过球磨机研磨后制成电炉钢渣微粉。当钢渣微粉粒度达到90％处于30μm以下，50％处于10μm以下，10％处于1.5μm以下时，其活性达到一个平衡状态，达到61％。
在粉碎到合适的粒径后，本发明对电炉钢渣微粉的加入量也进行了筛选。
发明人分别对此粒度下的电炉钢渣微粉和传统的粉煤灰(粒度90％为38.4μm以下的颗粒组成，其中50％的颗粒粒度处于13.6μm以下，10％的颗粒粒度处于1.5μm以下。)进行(SEM)微观形貌观察，发现电炉钢渣微粉主要是由形状不规则的微小颗粒组成，颗粒致密(图1所示)；粉煤灰主要是由球状的微小颗粒组成，颗粒本身不致密，存在许多微小的孔隙(图2所示)。由图1和图2对比可知，电炉钢渣微粉较粉煤灰形状不规则、颗粒致密，如果用其直接取代粉煤灰制作混凝土，得到的混凝土在润滑、流动、均一性和效果均会降低，即混凝土和易性降低。因此得出，即使能够用电炉钢渣微粉代替粉煤灰，其用量也还需要进一步调整和完善。
本发明经检测得出：电炉钢渣密度为3.7g/cm3，远大于粉煤灰的2.5g/cm3和普通硅酸盐水泥的密度3.0～3.15g/cm3。当单独使用该电炉钢渣微粉作为高钛型高炉渣混凝土掺和料时，极易造成混凝土泌水、离析(对比例1，图3)。为改善掺电炉钢渣微粉高钛型高炉渣混凝土的和易性，同时尽量提高电炉钢渣的使用率，本发明在拌制高钛型高炉渣混凝土时再掺入部分粉煤灰和少量的膨润土，膨润土由于表面润滑、散度高，可提高混凝土的和易性，不至离析、泌水，利于泵送。
综上，本发明得到了一种复合微粉掺和料，由电炉钢渣微粉、粉煤灰和膨润土组成。为了综合权衡和易性差，即保水性、流动性、黏聚性等，本发明经过大量的试验筛选，最终确定复合微粉掺和料组成为：52～79份电炉钢渣微粉、26～53份粉煤灰和6～10份膨润土；优选为60～70份电炉钢渣微粉、33～47份粉煤灰和7～9份膨润土；更优选为，65份电炉钢渣微粉、40份粉煤灰和8份膨润土。
因此，本发明提供了一种复掺微粉全工业固废混凝土，其组成包括：按重量份数计，水泥280～290份，高钛型高炉渣渣砂1020～1040份，高钛型高炉渣碎石880～890份，电炉钢渣微粉52～79份，粉煤灰26～53份，膨润土微粉6～10份，高效减水剂7～9份，水185～191份。
优选的，上述复掺微粉全工业固废混凝土的组成包括：按重量份数计，水泥283～287份，高钛型高炉渣渣砂1025～1035份，高钛型高炉渣碎石883～887份，电炉钢渣微粉60～70份，粉煤灰33～47份，膨润土微粉7～9份，高效减水剂7～9份，水187～189份。
更优选的，上述复掺微粉全工业固废混凝土的组成包括：按重量份数计，水泥285份，高钛型高炉渣渣砂1030份，高钛型高炉渣碎石885份，电炉钢渣微粉65份，粉煤灰40份，膨润土微粉8份，高效减水剂8份，水188份。
同时，本发明还提供了上述复掺微粉全工业固废混凝土的制备方法，包括以下步骤：
先将高钛型高炉渣碎石和高钛型高炉渣渣砂称量混合搅拌50～70s后，加入混合均匀的电炉钢渣微粉、粉煤灰、膨润土微粉和水泥，再搅拌110～130s，之后边搅拌边加均匀混入高效减水剂的水，加水结束后继续搅拌110～130s。
下面将通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
实施例1使用复合微粉制备混凝土
复掺微粉全工业固废高钛型高炉渣混凝土，按每立方米混凝土计，原料组成为：P.O 32.5水泥280kg，高钛型高炉渣渣砂1020kg，高钛型高炉渣碎石880kg，电炉钢渣微粉52kg，粉煤灰53kg，膨润土微粉6kg，高效减水剂7kg，水185kg。
先将高钛型高炉渣碎石和高钛型高炉渣渣砂称量混合搅拌60s后，加入混合均匀的电炉钢渣微粉、粉煤灰、膨润土微粉和水泥，再搅拌120s，之后边搅拌边加均匀混入高效减水剂的水，加水结束后继续搅拌120s。
本发明的复掺微粉全工业固废高钛型高炉渣混凝土，用电炉钢渣微粉、粉煤灰和膨润土的复合料替代部分水泥，制备的混凝土塌落度达到190mm，其7d强度为16.35Mpa，28d强度27.16Mpa，6个月强度达到40.47Mpa，12个月强度达到50.95Mpa，12个月强度分别为7d、28d强度的3.11、1.87倍，该混凝土后期强度增长明显，在对早期强度要求不高的混凝土工程中应用效果显著。
实施例2使用复合微粉制备混凝土
复掺微粉全工业固废高钛型高炉渣混凝土，按每立方米混凝土计，原料组成为：P.O 32.5水泥285kg，高钛型高炉渣渣砂1030kg，高钛型高炉渣碎石885kg，电炉钢渣微粉65kg，粉煤灰40kg，膨润土微粉8kg，高效减水剂8kg，水188kg。
先将高钛型高炉渣碎石和高钛型高炉渣渣砂称量混合搅拌60s后，加入混合均匀的电炉钢渣微粉、粉煤灰、膨润土微粉和水泥，再搅拌120s，之后边搅拌边加均匀混入高效减水剂的水，加水结束后继续搅拌120s。
本发明的复掺微粉全工业固废高钛型高炉渣混凝土，用电炉钢渣微粉、粉煤灰和膨润土的复合料替代部分水泥，制备的混凝土塌落度达到190mm，其7d强度为18.62Mpa，28d强度31.53Mpa，6个月强度达到45.33Mpa，12个月强度达到57.86Mpa，12个月强度分别为7d、28d强度的3.10、1.83倍，该混凝土后期强度增长明显，在对早期强度要求不高的混凝土工程中应用效果显著(如图3所示)。
实施例3使用复合微粉制备混凝土
复掺微粉全工业固废高钛型高炉渣混凝土，按每立方米混凝土计，原料组成为：P.O 32.5水泥290kg，高钛型高炉渣渣砂1040kg，高钛型高炉渣碎石890kg，电炉钢渣微粉79kg，粉煤灰26kg，膨润土微粉10kg，高效减水剂9kg，水191kg。
先将高钛型高炉渣碎石和高钛型高炉渣渣砂称量混合搅拌60s后，加入混合均匀的电炉钢渣微粉、粉煤灰、膨润土微粉和水泥，再搅拌120s，之后边搅拌边加均匀混入高效减水剂的水，加水结束后继续搅拌120s。
本发明的复掺微粉全工业固废高钛型高炉渣混凝土，用电炉钢渣微粉、粉煤灰和膨润土的复合料替代部分水泥，制备的混凝土塌落度达到190mm，其7d强度为15.71Mpa，28d强度26.38Mpa，6个月强度达到38.47Mpa，12个月强度达到47.52Mpa，12个月强度分别为7d、28d强度的3.02、1.80倍，该混凝土后期强度增长明显，在对早期强度要求不高的混凝土工程中应用效果显著。
对比例1使用复合微粉制备混凝土
复掺微粉全工业固废高钛型高炉渣混凝土，按每立方米混凝土计，原料组成为：P.O 32.5水泥285kg，高钛型高炉渣渣砂1030kg，高钛型高炉渣碎石890kg，电炉钢渣微粉105kg，粉煤灰0kg，膨润土微粉0kg，高效减水剂8kg，水188kg。
先将高钛型高炉渣碎石和高钛型高炉渣渣砂称量混合搅拌60s后，加入混合均匀的电炉钢渣微粉、粉煤灰、膨润土微粉和水泥，再搅拌120s，之后边搅拌边加均匀混入高效减水剂的水，加水结束后继续搅拌120s。
本发明的复掺微粉全工业固废高钛型高炉渣混凝土，用电炉钢渣微粉、粉煤灰和膨润土的复合料替代部分水泥，制备的混凝土塌落度达到190mm，其7d强度为13.87Mpa，28d强度22.78Mpa，6个月强度达到38.4Mpa，12个月强度达到42.7Mpa，12个月强度分别为7d、28d强度的3.07、1.87倍，该混凝土后期强度增长明显，在对早期强度要求不高的混凝土工程中应用效果显著，但其和易性差(如图4所示)且各阶段强度不足。
对比例2使用复合微粉制备混凝土
复掺微粉全工业固废高钛型高炉渣混凝土，按每立方米混凝土计，原料组成为：P.O 32.5水泥285kg，高钛型高炉渣渣砂1030kg，高钛型高炉渣碎石890kg，电炉钢渣微粉105kg，粉煤灰0kg，膨润土微粉8kg，高效减水剂8kg，水188kg。
先将高钛型高炉渣碎石和高钛型高炉渣渣砂称量混合搅拌60s后，加入混合均匀的电炉钢渣微粉、粉煤灰、膨润土微粉和水泥，再搅拌120s，之后边搅拌边加均匀混入高效减水剂的水，加水结束后继续搅拌120s。
本发明的复掺微粉全工业固废高钛型高炉渣混凝土，用电炉钢渣微粉、粉煤灰和膨润土的复合料替代部分水泥，制备的混凝土塌落度达到190mm，其7d强度为13.04Mpa，28d强度21.36Mpa，6个月强度达到37.14Mpa，12个月强度达到40.47Mpa，12个月强度分别为7d、28d强度的3.10、1.89倍，该混凝土后期强度增长明显，在对早期强度要求不高的混凝土工程中应用效果显著，其和易性虽然较对比例1稍微改善，但强度较对比例1各阶段强度均有少量降低。
对比例3使用复合微粉制备混凝土
本发明所要解决的技术问题是提供一种复掺微粉全工业固废高钛型高炉渣混凝土，按每立方米混凝土计，原料组成为：P.O 32.5水泥285kg，高钛型高炉渣渣砂1030kg，高钛型高炉渣碎石890kg，电炉钢渣微粉65kg，粉煤灰40kg，膨润土微粉8kg，高效减水剂8kg，水188kg。
先将高钛型高炉渣碎石和高钛型高炉渣渣砂称量混合搅拌60s后，加入混合均匀的电炉钢渣微粉、粉煤灰、膨润土微粉和水泥，再搅拌120s，之后边搅拌边加均匀混入高效减水剂的水，加水结束后继续搅拌120s。
此处，电炉钢渣微粉粒度达到90％处于80μm以下，30％处于70μm以下，10％处于10μm以下。
本发明的复掺微粉全工业固废高钛型高炉渣混凝土，用电炉钢渣微粉、粉煤灰和膨润土的复合料替代部分水泥，制备的混凝土塌落度达到190mm，其7d强度为13.59Mpa，28d强度22.43Mpa，6个月强度达到30.69Mpa，12个月强度达到34.28Mpa，12个月强度分别为7d、28d强度的2.52、1.52倍，该混凝土后期强度增长不明显。
由此可见，本发明采用电炉钢渣微粉、粉煤灰和膨润土微粉的复合料作为掺和料替代部分水泥，节约了水泥用量，为电炉钢渣开发了一种新的利用途径，具有很好的应用前景。
