一种用钢渣替代全部骨料的非结构抗浮配重混凝土及其制备方法

本发明涉及混凝土，特别涉及一种用钢渣替代全部骨料的非结构抗浮配重混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、钢渣是炼钢过程中排放的工业废渣，目前利用率仅为10％～20％，大量废渣占用土地，污染环境。钢渣由于有着和天然砂石类似的强度，且成本低，使得钢渣具备应用于建筑工程的基础。在绿色发展理念的指引下，社会持续探索将钢渣用作掺和料或骨料应用在混凝土，其既能减少工业废渣对土地的占用和对环境的污染，又降低了混凝土的材料成本，符合固废危废减量化、资源化、无害化的发展理念。

2、然而，将钢渣添加在混凝土中，钢渣中的cao和mgo容易和水和co2发生反应，生成碳酸钙、碳酸镁等，尤其在混凝土固化后，钢渣中的cao和mgo还会和渗入混凝土的水和二氧化碳反应，导致钢渣膨胀，从而可以引发混凝土开裂，这限制了钢渣在混凝土之中的应用。

3、中国专利cn115504724a公开了一种掺稳定剂用钢渣替代粗骨料配制混凝土，其通过氯化铁来抑制钢渣骨料因碱性反应而引起的膨胀开裂现象，由于该专利并没有给出技术原理，也没有给出对比试验数据，难以采信其取得的技术效果。

4、中国专利cn116239350a公开了一种抗温变开裂的混凝土，其对钢渣颗粒进行改性，将聚丙烯酸链段接枝到钢渣颗粒表面，得到了不容易吸附聚羧酸减水剂的改性钢渣颗粒，并因此使得聚羧酸减水剂能够充分发挥缓凝性能，减少了硅酸盐水泥水化放热的集中度，改善了对混凝土温变开裂的抑制效果。但该专利技术无法解决钢渣本身膨胀的问题。

技术实现思路

1、本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用钢渣替代全部骨料的非结构抗浮配重混凝土及其制备方法，以解决现有技术所存在的不足。

2、本发明采用的技术方案如下：一种钢渣可替代全部骨料的非结构抗浮配重混凝土，按质量份计算，所述抗浮配重混凝土包括：水泥100份、细骨料钢渣200-300份、粗骨料钢渣450-500份、磁性保护剂10-50份、缓凝剂5-10份和增稠剂1-2份。

3、在本发明中，将细骨料钢渣和粗骨料钢渣完全代替常规的砂石细骨料和粗骨料，既能减少工业废钢渣对土地的占用和环境的污染，又降低混凝土的材料成本，契合固废危废减量化、资源化、无害化的发展方向。由于钢渣中的cao和mgo等成分容易和水、co2发生反应，生成碳酸钙、碳酸镁等，导致钢渣膨胀，从而可以引发混凝土开裂，本发明在混凝土中加入了磁性保护剂，利用钢渣中含有的少量铁单质，使磁性保护剂可以吸附在钢渣表面，结合磁性保护剂的填充作用和拒水作用，阻止水和二氧化碳浸入钢渣内，有效防止了钢渣的反应膨胀，使得固化后的混凝土不容易因此开裂，解决了钢渣混凝土易膨胀开裂的问题。

4、进一步，在混凝土调浆过程中，磁性保护剂覆盖钢渣之前，有水分浸入钢渣而引发水化反应，但此时的混凝土未凝固，钢渣的水化反应基本不会引起混凝土的开裂，缓凝剂可以延长混凝土的凝固时间，使得覆盖磁性保护层的钢渣水化反应充分完成，在混凝土凝固后，钢渣不再膨胀，大大降低了混凝土发生开裂的概率。同时，由于钢渣密度大于一般的砂石骨料，增稠剂的加入可以增大浆料的稠度，减弱磁性保护剂的团聚作用，并提升浆料对钢渣骨料的包裹托浮作用，提升了骨料的分散均匀性，凝固后的混凝土密实，具有良好的抗渗性、抗压强度、抗裂性和抗冲击性。密实的混凝土也提高了阻挡h2o、co2侵入混凝土的阻力，进一步保护了钢渣和混凝土中的氢氧化钙等，协同作用下，共同改善了钢渣混凝土的膨胀开裂问题。

5、进一步，所述磁性保护剂可以为聚合硫酸铁和/或四氧化三铁。聚合硫酸铁可溶于水，并以分子态覆盖在钢渣表面，形成保护膜，覆盖层致密，保护效果好；四氧化三铁不溶于水，颗粒度大于聚合硫酸铁，但也是由于四氧化三铁不吸水，其覆盖在钢渣表面，覆盖层具有良好的拒水能力，能有效阻止钢渣吸水反应膨胀。

6、进一步，所述四氧化三铁的粒径为10-30nm，例如其可以是10nm、15nm、20nm、30nm等。该粒径的四氧化三铁具有稳定的磁性，并且能较好的覆盖在钢渣表面，起到保护作用。纳米级的四氧化三铁颗粒小，四氧化三铁颗粒之间有引力也有斥力，综合而言吸引力较小，不容易发生团聚，但会吸附在较大块的钢渣表面，由于钢渣中含少量铁单质(一般含有2-8wt％的单质铁)，使得钢渣表面吸附的四氧化三铁量层厚度适宜，并且四氧化三铁在钢渣表面分布均匀，能较好的保护钢渣。

7、进一步，所述抗浮配重混凝土还包括分散剂，分散剂的质量份为1-2份，例如可以是1份、1.2份、1.5份、2份等。作为优选，分散剂优选为乙撑双硬脂酰胺。乙撑双硬脂酰胺具有中间亲水基团和两端长疏水基团，具备分散水泥、钢渣的作用以及润滑作用，可提升浆料的和易性，使浆料保持良好的坍落度，乙撑双硬脂酰胺还可以进一步降低磁性保护剂的团聚和夹杂作用，促进磁性保护剂的均匀分散，使得磁性保护剂能均匀的覆盖在钢渣表面。

8、进一步，所述抗浮配重混凝土还包括助磨剂，助磨剂的质量份为0.5-1份，例如可以是0.5份、0.6份、0.8份、1份等。作为优选，助磨剂优选为二乙醇单异丙醇胺。二乙醇单异丙醇胺可以提高浆料的流动性，促进钢渣和磁性保护剂的分散和相互吸附，还能提高混凝土的早期抗压强度和后期抗压强度。

9、进一步，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠和/或木质素磺酸盐；所述增稠剂为定优胶和/或氢氧化铝。葡萄糖酸钠和/或木质素磺酸盐缓凝时间恰当，既能使钢渣水化完全，又促进混凝土在钢渣水化完全后的及时凝固。定优胶和氢氧化铝具有对混凝土浆料的增稠作用，提升钢渣的悬浮稳定性。定优胶还具有成膜作用，提升了磁性保护剂覆盖在钢渣表面的稳定性。

10、进一步，所述细骨料钢渣的粒径为2-5mm，所述粗骨料钢渣的粒径为5-10mm。由于钢渣的密度要大于砂石的密度，因而钢渣更容易在浆料中沉降，若细骨料钢渣和粗骨料钢渣的粒径差异过大，则容易出现粗、细骨料离析现象，采用上述粒径的细骨料钢渣和粗骨料钢渣，相互分散的较为均匀，也提升了磁性保护剂的覆盖均匀性，以上粒径的钢渣可以采用破碎筛分的方式来制备。

11、进一步，所述细骨料钢渣的表观密度为3.5-3.9g/cm3，所述粗骨料钢渣的表观密度为3.0-3.4g/cm3。粗骨料颗粒较重，细骨料颗粒较轻，选择上述粗骨料钢渣的表观密度比细骨料钢渣的表观密度略小一些，减小粗骨料颗粒和细骨料颗粒的质量差异，更容易通过搅拌方式混合均匀，粗、细骨料均容易被水泥浆体包裹托浮。若粗、细骨料的表观密度差异过大，则容易出现离析、分层现象。

12、进一步，本发明还包括一种上述抗浮配重混凝土的制备方法，包括如下步骤：

13、a、对钢渣进行破碎，筛分得到细骨料钢渣和粗骨料钢渣，待用；

14、b、称取计量好的各组分，然后加设计量的水将各组分混合搅拌均匀，得到拌合料，拌合料经浇注后即得。

15、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

16、1、将细骨料钢渣和粗骨料钢渣完全代替常规的砂石细骨料和粗骨料，既能减少工业废钢渣对土地的占用和环境的污染，又降低混凝土的材料成本，符合固废危废减量化、资源化、无害化的发展方向；

17、2、本发明通过磁性保护剂来解决钢渣膨胀而引起的混凝土开裂的问题，得到的钢渣混凝土加水搅拌后流动性好，容易泵送，凝固后的混凝土表面致密，起尘少，具有良好的抗压强度、耐冲击性、抗渗性和耐久性。