一种基于钢渣的低碱植生混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体为一种基于钢渣的低碱植生混凝土及其制备方法。

背景技术

植生混凝土具有一定生态效应或特定生态功能的混凝土，这类混凝土与传统混凝土相比较，一般具有减少了水泥用量、具有除尘降噪、透水透气、净水储热等功能，具有环境友好性或生物相容性。可以在道路、河道、护坡等部位应用，增加绿化的同时，可以使城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的弹性。

现有技术中，植生混凝土一般是由天然粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，故具有透气、透水和重量轻等特点。但是水泥基植生混凝土的内部呈碱性，孔隙溶液中的pH值达到13以上，对植物的生长产生不利的影响。故有众多学者采用了多种抑碱方法，（1）降低水泥用量或选用低碱水泥，但是硅酸盐水泥碱度的降低也意味着水化反应受到抑制，力学性能显著降低；（2）加入硫酸亚铁、草酸等降碱材料，但是工序复杂，经济性不佳，无法实现工业化应用，限制其在植生混凝土领域的应用。

钢渣骨料替代天然骨料可以显著提高植生混凝土的力学性能，其硬度、耐磨和密度远优于天然骨料，作为植生混凝土的骨料应用具有一定优势；同时，钢渣粉含有大量的具有水化活性的硅酸二钙，水化后溶液体系的碱度远低于硅酸盐水泥，通过复配和激发技术可以制备新型低碳胶凝材料，适合作为低碱植生混凝土的胶凝材料组分。因此，让钢渣骨料、钢渣粉结合成新的具有高附加值的优质低碱植生混凝土产品，既能减少工业废渣对土地的占用和环境污染，又可以降低植生混凝土的材料成本和PH值，提高植被的生存率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于钢渣的低碱植生混凝土及其制备方法，解决了上述背景技术中提出的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于钢渣的低碱植生混凝土，由以下组分组成：钢渣骨料、钢渣粉、粒化高炉矿渣粉、石膏、铝酸钙、增强剂、减水剂、缓凝剂、水，按质量份计，所述再生微粉复合膨胀剂由以下组分组成：钢渣骨料300-450份、钢渣粉20-30份、粒化高炉矿渣粉30-40份、石膏15-20份、铝酸钙3-5份、增强剂3-5份、减水剂0.2-0.5份、缓凝剂0.05-0.15份、水25-35份。

在本发明中优选的，所述钢渣骨料是钢厂排放的颗粒状钢渣，粒径为5 ~ 20 mm，压碎值≤15%，浸水膨胀率≤1.0%。

在本发明中优选的，所述钢渣粉是由粒径为0 ~ 5 mm钢渣骨料磨细所得，比表面积≥ 350 m

在本发明中优选的，所述铝酸钙为净水剂铝酸钙粉，比表面积≥400 m

在本发明中优选的，所述石膏为磷石膏，呈弱酸性，二水硫酸钙含量≥80%，比表面积≥300 m

在本发明中优选的，所述粒化高炉矿渣粉为S95级。

在本发明中优选的，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂和/或萘系高效减水剂，减水率≥30%。

在本发明中优选的，所述增强剂为可再分散乳胶粉和/或改性聚丙烯酸酯。

在本发明中优选的，所述缓凝剂为柠檬酸和/或葡萄糖酸钠，所述水灰比为0.25～0.35。

一种基于钢渣的低碱植生混凝土的制备方法，包括以下步骤：

第一步：将钢渣进行筛分，粒径为5 ~ 20 mm的钢渣作为植生混凝土的骨料，粒径为0～5 mm的钢渣进行磨细至比表面积≥ 350 m

第二步：将钢渣粉、矿渣粉、磷石膏和铝酸钙按比例混合均匀，制备低碳胶凝材料；

第三步：将钢渣骨料、低碳胶凝材料、增强剂、减水剂、缓凝剂和水按比例均匀混合，获得所述植生混凝土。

一种基于钢渣的低碱植生混凝土中钢渣是钢过程中的一种副产品。主要有CaO、SiO

本发明在制备一种基于钢渣的低碱植生混凝土的过程中，钢渣、矿渣、石膏和铝酸钙四相组成，制备新型低碳胶凝材料。铝酸钙矿物的水化活性较高，水化和凝结硬化速度较快，遇水之后迅速反应生成Ca (OH)

本发明提供了一种基于钢渣的低碱植生混凝土及其制备方法，具备以下有益效果：

1、该基于钢渣的低碱植生混凝土及其制备方法，将活性低、长期堆存的钢渣粉和钢渣骨料作为植生混凝土的制备原料，并通过矿渣对钢渣的碱度系数进行调控，促进钢渣中活性较低的C

2、该基于钢渣的低碱植生混凝土及其制备方法，通过可再分散乳胶粉和/或改性聚丙烯酸酯颗粒裹覆在钢渣颗粒的表面，在水化初期阻隔钢渣骨料与浆体的接触，提高工作性能。水化后期提高了钢渣骨料与钢渣基胶凝材料的粘结性能。相比二水石膏，磷石膏呈弱酸性，可以有效降低植生混凝土的孔隙溶液中的PH值，且在水溶后，能够溢出大量的磷肥及微量元素，为植被的生长提供营养成分。

3、该基于钢渣的低碱植生混凝土及其制备方法，制备方法简单，可以采用常规的混凝土搅拌机现场搅拌施工，工艺步骤较为简单，钢渣、矿渣、磷石膏、净水剂铝酸钙均来源于工业副产物。植生混凝土可用于边坡、道路、景观、中央隔离带等部位，具有强度高、钢渣利用率达80%以上、碱度低，富含低浓度肥料和微量元素。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于钢渣的低碱植生混凝土及其制备方法：

实施例1

一种基于钢渣的低碱植生混凝土（按质量份计）含有以下成分：

钢渣骨料 300份

钢渣粉 30份

矿渣粉 55份

磷石膏 15份

铝酸钙 5份

聚羧酸减水剂 0.2份

可再分散乳胶粉 3 份

柠檬酸 0.05 份

水 25 份

将300份钢渣骨料、30份钢渣粉、55份矿渣粉、15份磷石膏、5份铝酸钙、0.2份聚羧酸减水剂、3份可再分散乳胶粉、0.05份的柠檬酸和25份水均匀混合，制备基于钢渣的低碱植生混凝土。成型100 mm×100 mm×100mm试件，在温度为20±2℃，相对湿度为95%的养护28天，测得植生混凝土抗压强度15.6 MPa、有效孔隙率25.4%、透水系数6.5 cm/s、PH值9.0。

实施例2

一种基于钢渣的低碱植生混凝土（按质量份计）含有以下成分：

钢渣骨料 450份

钢渣粉 40份

矿渣粉 40份

磷石膏 20份

铝酸钙 5份

聚羧酸减水剂 0.2份

可再分散乳胶粉 5 份

柠檬酸0.15 份

水35 份

将450份钢渣骨料、40份钢渣粉、40份矿渣粉、20份磷石膏、5份铝酸钙、0.2份聚羧酸减水剂、5份可再分散乳胶粉、0.15份的柠檬酸和35份水均匀混合，制备基于钢渣的低碱植生混凝土。成型100 mm×100 mm×100mm试件，在温度为20±2℃，相对湿度为95%的养护28天，测得植生混凝土抗压强度10.8 MPa、有效孔隙率25.6%、透水系数7.4 cm/s、PH值8.6。

实施例3

一种基于钢渣的低碱植生混凝土（按质量份计）含有以下成分：

钢渣骨料 300份

钢渣粉 30份

矿渣粉 55份

磷石膏 15份

铝酸钙 5份

萘系减水剂 0.2份

改性聚丙烯酸酯 3 份

葡萄糖酸钠 0.05 份

水 25 份

将300份钢渣骨料、30份钢渣粉、55份矿渣粉、15份磷石膏、5份铝酸钙、0.2份萘系减水剂、3份改性聚丙烯酸酯、0.05份的葡萄糖酸钠和25份水均匀混合，制备基于钢渣的低碱植生混凝土。成型100 mm×100 mm×100mm试件，在温度为20±2℃，相对湿度为95%的养护28天，测得植生混凝土抗压强度21.2 MPa、有效孔隙率24.4%、透水系数6.6 cm/s、PH值8.8。

实施例4

一种基于钢渣的低碱植生混凝土（按质量份计）含有以下成分：

钢渣骨料 450份

钢渣粉 40份

矿渣粉 40份

磷石膏 20份

铝酸钙 5份

萘系减水剂 0.5份

改性聚丙烯酸酯 5 份

葡萄糖酸钠 0.15 份

水 35 份

将450份钢渣骨料、40份钢渣粉、40份矿渣粉、20份磷石膏、5份铝酸钙、0.5份萘系减水剂、5份改性聚丙烯酸酯、0.15份的葡萄糖酸钠和35份水均匀混合均匀混合，制备基于钢渣的低碱植生混凝土。成型100 mm×100 mm×100mm试件，在温度为20±2℃，相对湿度为95%的养护28天，测得植生混凝土抗压强度12.4 MPa、有效孔隙率23.2%、透水系数8.2 cm/s、PH值8.0。

对比例1

一种基于钢渣的低碱植生混凝土（按质量份计）含有以下成分：

钢渣骨料 450份

钢渣粉（碱度系数2.3）40份

矿渣粉 40份

磷石膏 20份

铝酸钙 5份

聚羧酸减水剂 0.5份

改性聚丙烯酸酯 5 份

柠檬酸 0.15 份

水 35 份

将450份钢渣骨料、40份碱度系数为2.3的钢渣粉、40份矿渣粉、20份磷石膏、5份铝酸钙、0.5份聚羧酸减水剂、5份改性聚丙烯酸酯、0.15份的柠檬酸和35份水均匀混合，制备基于钢渣的低碱植生混凝土。成型100 mm×100 mm×100mm试件，在温度为20±2℃，相对湿度为95%的养护28天，测得植生混凝土抗压强度8.2 MPa、有效孔隙率20.2%、透水系数7.2cm/s、PH值12.5。

对比例2

一种基于钢渣的低碱植生混凝土（按质量份计）含有以下成分：

钢渣骨料 350份

钢渣粉 30份

矿渣粉 40份

二水石膏 20份

铝酸钙 5份

聚羧酸减水剂 0.2份

改性聚丙烯酸酯 3 份

柠檬酸 0.15 份

水 25 份

将350份钢渣骨料、30份钢渣粉、40份矿渣粉、20份磷石膏、5份铝酸钙、0.2份聚羧酸减水剂、3份改性聚丙烯酸酯、0.05份的柠檬酸和25份水均匀混合，制备基于钢渣的低碱植生混凝土。成型100 mm×100 mm×100mm试件，在温度为20±2℃，相对湿度为95%的养护28天，测得植生混凝土抗压强度8.8 MPa、有效孔隙率18.2%、透水系数4.2 cm/s、PH值12.0。

对比例3

一种基于钢渣的低碱植生混凝土（按质量份计）含有以下成分：

钢渣骨料 350份

钢渣粉 30份

矿渣粉 40份

磷石膏 20份

聚羧酸减水剂 0.2份

可再分散乳胶粉 3 份

葡萄糖酸钠 0.15 份

水25 份

将350份钢渣骨料、30份钢渣粉、40份矿渣粉、20份磷石膏、0.2份聚羧酸减水剂、3份可再分散乳胶粉、0.05份的葡萄糖酸钠和25份水均匀混合，制备基于钢渣的低碱植生混凝土。成型100 mm×100 mm×100mm试件，在温度为20±2℃，相对湿度为95%的养护28天，测得植生混凝土抗压强度1.8 MPa、PH值11.0。

参照国家规范JC/tT2557-2020《植生混凝土》和GB/T 50107-2010《混凝土强度检验评定标准》，检测实施例1-4和对比例1-3的基于钢渣的低碱植生混凝土的性能，测定结果见下表1。

表1 基于钢渣的低碱植生混凝土性能测定结果

由表1的结果显示，实施例1-4的抗压强度比对比例1-3提高了50%以上，有效孔隙率提高了20%以上，透水系数提高了40%以上，PH值均在9以下。

从本发明实施例1、2、3、4和对比例1、2、3可以看出，矿渣与磷石膏的激发作用加速了铝酸钙与低碱度钢渣粉的水化反应，打破了溶液离子浓度的平衡，从而提高了植生混凝土的强度、降消耗了Ca (OH)

对比例1的植生混凝土中钢渣粉选用碱度系数为2.3＞1.8，虽然体系中形成了钙矾石和氢氧化钙，但是由于氧化钙含量较高，阻碍了钙矾石的稳定生成，强度低、PH值高。最终也影响了植生混凝土的透水效果。

对比例2的植生混凝土把石膏的种类从磷石膏改为二水石膏，虽然体系中水化反应并未出现变化，也形成了氢氧化钙和钙矾石，但是由于二水石膏无磷肥及微量元素对于植被生长无促进作用，且激发强度弱，无法达到高强、低碱的效果。

对比例3的植生混凝土缺乏铝酸钙，体系中仅仅依靠石膏激发矿渣粉和钢渣粉产生强度，形成碱激发效果生成铝硅酸盐凝胶产物，由于缺乏钙矾石、氢氧化钙，强度较低，无法形成胶结作用，故不能形成型植生混凝土以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。