[发明专利]一种以钢渣为骨料的低碳道路混凝土及其制备方法

说明书

本发明属于建筑材料、固体废弃物资源化以及绿色低碳发展领域，涉及一种以钢渣为骨料的低碳道路混凝土及其制备方法。通过将粉煤灰和工业副产石膏作为矿物掺合料、钢渣作为骨料应用于道路混凝土中，主要依靠粉煤灰、工业副产石膏、水泥及钢渣的协同作用生成钙硅比在1.2左右的水化产物来保证混凝土的强度，且以钢渣代替砂石，提高了混凝土的耐磨性。本发明大幅减少了水泥的用量，且不使用天然砂石，可消纳大量钢渣、工业副产石膏等固体废弃物，同时降低了道路混凝土的成本和碳排放，有利于“双碳”目标的实现，具有较好的经济效益和环境效益。

技术领域

本发明涉及建筑材料、固体废弃物资源化以及绿色低碳发展领域，特别涉及一种以钢渣为骨料的低碳道路混凝土

背景技术

钢渣是炼钢过程中产生的废渣，其产量为粗钢产量的 10％～15％，长期堆存不仅会污染环境，也将造成土地资源的浪费。据统计，2019年我国产出钢渣约1.5亿吨，排放量相比往年有所增加。但钢渣因易磨性差、活性较低等原因，综合利用率不高，不足 40％。而因我国对环保要求日益提高，大批料场关停，天然砂石的供应已无法满足道路建设需求，且价格也不断上涨。钢渣密度大且硬度高，且具有一定的水化胶凝性，可以作为骨料替代混凝土中天然骨料，不仅可以消纳大量钢渣，且降低了混凝土成本。

目前关于钢渣的利用一般是用作矿物掺合料、用于制备钢渣水泥或用作钢渣砂和钢渣石替换部分骨料，将全部骨料替换为钢渣制备少熟料低碳混凝土的研究较少。

专利CN 109250980 A公开了一种钢渣混凝土及其制备方法，将钢渣作为矿物掺合料和部分细骨料掺加到混凝土中不但能够提高有效利用率还能够提高力学性能。专利CN100387541 C公开了一种高耐磨钢渣道路混凝土，使用了钢渣替代砂石料，每方混凝土可节约成本约20元，并解决了天然道路材料资源问题；另外，此高耐磨钢渣道路混凝土具有优良的工作性能、高耐疲劳极限和高耐磨度以及高抗折强度，28天抗折强度达到5.0MPa以上，同时钢渣利用率达到40％以上。CN 106966616 A公开了一种新型道路钢渣水泥及其制备方法和应用，通过回收利用钢渣，将钢渣与水泥熟料、矿渣等原料配合，提高了水泥的抗冻性、抗腐蚀性和体积稳定性，减小了水泥干缩变化，降低了水化热；使用此种新型道路钢渣水泥修筑道路，具有强度高、耐磨性和防滑性好、耐久性好、维护费用低、能够延长高速公路使用年限等特点。

但以上专利均仅使用钢渣作为掺合料或替代部分骨料，未能充分发挥钢渣用于混凝土中的潜力，且水泥使用量依然较高，对于降低成本和碳排放成效有限。本发明使用粉煤灰和工业副产石膏作为掺合料、使用钢渣作为骨料制备低碳道路混凝土，使混凝土具有强度高、耐磨性好、抗开裂性能好的优点，且进一步降低了成本和碳排放，同时实现了工业固体废弃物的综合利用。

发明内容

本发明意在提供一种以钢渣为骨料的低碳道路混凝土及其制备方法，可大幅降低水泥用量，同时降低混凝土成本和碳排放。

本发明提供一种以钢渣为骨料的低碳道路混凝土，包括道路基层混凝土材料和道路面层混凝土材料，道路基层混凝土按重量份计包括75～90份的钢渣骨料、7～13份的胶凝材料、0.05～0.2份的减水剂和7～9份的水；道路面层混凝土按重量份计包括70～90份的钢渣骨料、8～16份的胶凝材料、0.05～0.4份的减水剂和6～10份的水。

所述钢渣指预处理方法为热闷法的转炉钢渣。热闷法冷却得到的转炉钢渣活性较高，游离氧化钙含量低，安定性较好，更适合应用于混凝土中。

所述钢渣骨料包括粒径为5mm～25mm的粗骨料和粒径为0～5 mm的细骨料，且细骨料中≤0.15mm部分的含量不少于10％。钢渣具备一定的水化胶凝性，其中≤0.15mm的钢渣微粉部分可看作胶凝材料，与粉煤灰、石膏和水泥协同反应，生成钙矾石和水化硅酸钙凝胶等水化产物，因此本发明中钢渣微粉含量高，相比普通道路混凝土，可在减少胶凝材料的用量的同时获得较好的性能。同时钢渣微粉因活性较低，也可填充在体系的空隙中，从而提高混凝土的密实度和强度。