一种固废大掺量混凝土预制叠合板及其制备方法

本发明涉及固废资源化和装配式建筑技术领域，尤其涉及一种固废大掺量混凝土预制叠合板及其制备方法。

背景技术：

长年以来，中国砂石骨料多以天然采集为主，乱采滥挖现象比较突出，对生态环境影响较大。现有的装配式叠合板主要采用天然砂石骨料、水泥为主要原料制备。随着时代发展，中国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，更加重视“绿水青山”的可持续发展。天然砂石骨料资源日趋紧张，价格持续看涨，经过多年开采，天然砂资源在迅速减少，有的地区天然砂已近枯竭。传统生产方式科技含量低，资源消耗大，已经不适宜建筑业高质量发展的基本要求。将矿渣、废石等固体废弃物作为骨料掺加到水泥中，不仅可以缓解环保压力，还能变废为宝，实现固体废弃物的资源化利用。但是，现有技术中混凝土中固体废弃物的添加量较低(一般为20～30％)，大量掺加固体废弃物或造成混凝土的强度和工作性能下降。

另外，当前装配式叠合板普遍采用预制层60mm+叠合层70mm的形式，设备管线铺设在叠合层中，但是由于管线存在交叉以及叠合层板顶配筋的影响，经常出现设备管线铺设存在管径不够、无法铺设的问题。并且叠合层需要在预制层上现场浇筑，为增加新老混凝土的结合性能，通常采用拉毛处理增加新老混凝土的粘接性，但是新老混凝土受力性能不同，这种方法并不能很好的提高预制层和结合层的结合性能，两层之间的结合度差，导致楼板整体的受力能力差。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种固废大掺量混凝土预制叠合板及其制备方法。本发明提供的预制叠合板采用固废大掺量混凝土制备得到，为工业固废提供了新的消纳渠道，缓解环保压力，且预制层中设置有横向和纵向凹槽，能够解决现有叠合板管线架设困难的问题，还能增加预制层和叠合层的结合强度。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种固废大掺量混凝土预制叠合板，包括预制层和叠合层，所述预制层内设置有钢筋笼，所述预制层单侧表面设置有若干个横向凹槽和若干个纵向凹槽，所述叠合层在所述预制层带有凹槽的一面浇筑形成；所述预制层和叠合层均采用固废大掺量混凝土制备得到；所述固废大掺量混凝土的原料包括：水泥350～400kg/m³、粉煤灰35～43kg/m³、活化铁尾砂30～40kg/m³、尾矿废石930～950kg/m³、尾矿细砂870～880kg/m³、水155～170kg/m³、外加剂3～5kg/m³。

优选的，所述活化铁尾砂通过以下方法制备得到：将铁尾砂依次进行机械活化和热活化，所述机械活化的时间为1～1.5h，所述热活化的温度为600～800℃，所述热活化的时间为20～30min。

优选的，所述外加剂的组成成分包括减水剂、纤维素醚和糊精；所述纤维素醚的质量为所述减水剂质量的0.1～0.2％，所述糊精的质量为所述减水剂质量的1～2％。

优选的，所述粉煤灰为一级粉煤灰；所述尾矿废石为5～25mm连续级配；所述尾矿细砂的细度模数为2.1～2.2；所述活化铁尾砂的平均粒径为10μm以下。

优选的，所述横向凹槽和纵向凹槽中凹槽的槽口宽度为40～60mm，凹槽深度为10～15mm。

优选的，所述预制层的厚度为60～70mm，所述叠合层的厚度为60～70mm。

本发明还提供了上述方案所述固废大掺量混凝土预制叠合板的制备方法，包括以下步骤：

(1)在模具中涂刷界面剂，然后在模具内绑扎钢筋笼；

(2)在模具中浇筑固废大掺量混凝土并进行振捣，之后使用槽口模具在混凝土浇筑面上压出横向凹槽和纵向凹槽；

(3)对步骤(2)中设置好凹槽的混凝土构件依次进行养护和脱模，得到预制层；

(4)应用时，在所述预制层设置有凹槽的一面现场浇筑叠合层，得到所述固废大掺量混凝土预制叠合板；所述浇筑叠合层用混凝土为固废大掺量混凝土。

优选的，绑扎钢筋笼后，还包括根据设计要求在模具内进行预埋件安装。

优选的，所养护的方法为自然养护或蒸汽养护。

优选的，脱模后，还包括对脱模后的预制板进行冲洗，冲洗至预制层表面的粗糙度达到4mm以上。

本发明提供了一种固废大掺量混凝土预制叠合板，包括预制层和叠合层，所述预制层内设置有钢筋笼，所述预制层单侧表面设置有若干个横向凹槽和若干个纵向凹槽，所述叠合层在所述预制层带有凹槽的一面浇筑形成；所述预制层和叠合层均采用固废大掺量混凝土制备得到。本发明利用固废大掺量混凝土制备预制叠合板，实现了对固废资源的高效利用，为工业固废提供了新的消纳渠道，缓解环保压力，实现了装配式建筑和固废资源化两个产业在技术、管理和产业链上的“双产融合”。

本发明制备预制叠合板使用的固废大掺量混凝土中，骨料为粉煤灰、尾矿废石、活化铁尾砂以及尾矿细砂，实现了固废对混凝土中粗细骨料的全部替代，具体的，本发明将铁尾砂进行机械活化和热活化，通过活化提高铁尾砂的活性，将活化铁尾砂作为掺和料应用于混凝土中，能够降低水泥用量，节约成本，同时还能提高混凝土的抗渗性能和后期抗压强度；本发明将尾矿废石进行连续级配，实现对粗骨料的替代；本发明将尾矿细砂的细度模数控制为2.1～2.2，能够改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性。本发明的混凝土中固体废弃物的掺量达到77％以上，且混凝土的抗压强度等性能均能满足要求，适用于叠合板的制备。

另外，本发明在叠合板的预制层表面设置横向凹槽和纵向凹槽，在应用时，设备管线优先在预制板的凹槽中铺设，即使存在管线交叉也不会影响叠合层的楼板顶部钢筋的布置；并且预制层中凹槽的设置还能增加预制层与叠合层的接触面积，凹槽中的混凝土起到了抗剪键的作用，提高新老混凝土的结合效果，增强了楼板整体性，进而起到改善楼板整体受力能力的目的。

本发明还提供了所述预制叠合板的制备方法。本发明提供的制备方法步骤简单，容易进行工业化生产。

附图说明

图1为所述预制层的结构示意图；

图2为所述预制层的三视图；

图1～2中：1-底板钢筋，2-桁架钢筋，3-横向凹槽，4-纵向凹槽。

具体实施方式

本发明提供了一种固废大掺量混凝土预制叠合板，包括预制层和叠合层，所述预制层内设置有钢筋笼，所述预制层单侧表面设置有若干个横向凹槽和若干个纵向凹槽，所述叠合层在所述预制层带有凹槽的一面浇筑形成。

在本发明中，所述预制层和叠合层均采用固废大掺量混凝土制备得到；所述固废大掺量混凝土的原料包括：水泥350～400kg/m³、粉煤灰35～43kg/m³、活化铁尾砂30～40kg/m³、尾矿废石930～950kg/m³、尾矿细砂870～880kg/m³、水155～170kg/m³、外加剂3～5kg/m³。

本发明所述固废大掺量混凝土的原料包括水泥350～400kg/m³，优选为360～380kg/m³。本发明对所述水泥没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的水泥即可，具体如普通硅酸盐水泥。

本发明所述固废大掺量混凝土的原料包括粉煤灰35～43kg/m³，优选为38～40kg/m³。在本发明中，所述粉煤灰优选为一级粉煤灰。

本发明所述固废大掺量混凝土的原料包括活化铁尾砂30～40kg/m³，优选为32～38kg/m³。在本发明中，所述活化铁尾砂优选通过以下方法制备得到：将铁尾砂依次进行机械活化和热活化，所述机械活化的时间为1～1.5h，所述热活化的温度为600～800℃，所述热活化的时间为20～30min；所述活化铁尾砂的平均粒径优选为10μm以下，更优选为1～10μm。

本发明所述固废大掺量混凝土的原料包括尾矿废石930～950kg/m³，优选为935～945kg/m³。在本发明中，所述尾矿废石具体可以为铁尾矿、废石、脱硫灰或钢渣中的一种或几种；在本发明中，所述尾矿废石为5～25mm连续级配；在本发明的具体实施例中，优选将露天矿剥离的尾矿废石进行精细化预处理，以得到粒径符合要求的尾矿废石。在本发明中，所述精细化预处理优选包括依次进行的破碎和筛分处理，本发明对所述破碎和筛分处理的具体条件没有特殊要求，能够得到粒径符合要求的尾矿废石即可。在本发明中，所述脱硫灰的粒径较小，无需进行精细化预处理，直接使用即可。

本发明所述固废大掺量混凝土的原料包括尾矿细砂870～880kg/m³，优选为875～885kg/m³。在本发明中，所述尾矿细砂的细度模数优选为2.1～2.2。

本发明所述固废大掺量混凝土的原料包括水155～170kg/m³，优选为160～165kg/m³。本发明对所述水没有特殊要求，使用本领域熟知的水即可，具体如自来水。

本发明所述固废大掺量混凝土的原料包括外加剂3～5kg/m³，更优选为3.5～4.5kg/m³。在本发明中，所述外加剂的组成成分包括减水剂、纤维素醚和糊精；本发明对所述减水剂的种类没有特殊要求，具体可以为聚羧酸减水剂；所述纤维素醚的质量为所述减水剂质量的0.01～0.02％，更优选为0.015％，所述糊精的质量为所述减水剂质量的0.1～0.2，更优选为0.15％。在本发明中，所述减水剂起到降低水用量的作用，所述纤维素醚和糊精起到保水增稠的作用，本发明将减水剂、纤维素醚和糊精进行复配，所得外加剂适用于本发明的固废大产量混凝土，能够大大改善混凝土的工作性能。

本发明对所述固废大掺量混凝土的制备方法没有特殊要求，采用本领域熟知的方法，将上述组分拌合均匀即可。本发明利用上述方案所述的混凝土制备预制叠合板，能够推动大宗工业固废的多规模渠道消纳，实现装配式建筑和固废资源化两个产业在技术、管理和产业链上的“双产融合”。

本发明提供的固废大掺量混凝土预制叠合板包括预制层和叠合层，所述预制层内设置有钢筋笼。在本发明中，所述预制层单侧表面设置有若干个横向凹槽和若干个纵向凹槽，所述横向凹槽和纵向凹槽的槽口宽度优选为40～60mm，更优选为50mm，凹槽深度优选为10～15mm，更优选为13～15mm；相邻两个所述横向凹槽的距离优选为预制层纵向跨度的1/3，相邻两个所述纵向凹槽的距离优选为预制层横向跨度的1/4。本发明对所述预制板上横向凹槽和纵向凹槽的数量没有特殊要求，根据相邻凹槽的距离以及预制板的面积进行设置即可。本发明在预制层表面设置横向和纵向凹槽，在应用时，凹槽可用于设备管线架设，解决现有技术中管线架设困难的问题，并且凹槽的存在还能增加预制层与叠合层的接触面积，提高新老混凝土的结合效果。

在本发明中，所述预制层中设置有钢筋笼，本发明对所述钢筋笼的设置方法没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方法进行设置即可；在本发明的具体实施例中，所述钢筋笼包括底板钢筋和桁架钢筋。

在本发明中，所述预制层的厚度优选为60～70mm。在本发明的具体实施例中，所述预制层中优选还设置有预埋件，本发明对所述预埋件没有特殊要求，预埋件数量、规格位置按照图纸设计要求进行设置即可；所述埋件具体如电盒等需要预先安装的构件。

图1为所述预制层的结构示意图，图2为所述预制层的三视图，图1～2中：1-底板钢筋，2-桁架钢筋，3-横向凹槽，4-纵向凹槽。

在本发明中，所述叠合层在所述预制层带有凹槽的一面浇筑形成，浇筑用混凝土为上述方案所述的固废大掺量混凝土。在本发明的具体实施例中，优选先在预制层的凹槽中完成设备管线的架设，之后再进行叠合层的现场浇筑。本发明对所述叠合层的浇筑方法没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方法即可。在本发明中，所述叠合层的厚度优选为60～70mm。

本发明还提供了上述方案所述固废大掺量混凝土预制叠合板的制备方法，包括以下步骤：

(1)在模具中涂刷界面剂，然后在模具内绑扎钢筋笼；

(2)在模具中浇筑上述方案所述的固废大掺量混凝土并进行振捣，之后使用槽口模具在混凝土浇筑面上压出横向凹槽和纵向凹槽；

(3)对步骤(2)中设置好凹槽的混凝土构件依次进行养护和脱模，得到预制层；

(4)应用时，在所述预制层设置有凹槽的一面现场浇筑叠合层，得到所述固废大掺量混凝土预制叠合板；所述浇筑叠合层用混凝土为上述方案所述的固废大掺量混凝土。

本发明在模具中涂刷界面剂，然后在模具内绑扎钢筋笼。本发明对所述模具没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的模具即可，所述模具的形状根据目标叠合板的形状进行确定。

在本发明的具体实施例中，所述模具重复使用，本发明优选先将上一次使用完成后拆卸下来的模板进行清理、涂刷脱模剂，然后按照叠合板的尺寸进行组装，得到模具，之后再进行涂刷界面剂、绑扎钢筋笼的步骤。在本发明的具体实施例中，所述清理过程需注意以下事项：a)先用钢丝球或刮板将模具内腔残留混凝土及其他杂物清理干净，以用手擦拭手上无浮灰为准；b)所有模具拼接处均用刮板清理干净，保证无残留混凝土，确保组模时无尺寸偏差；c)构件侧板基准面的上下边沿必须清理干净，利于抹时保证厚度要求；d)模板外侧及模具的工装全部清理干净，无残留混凝土，e)模具表面要求无混凝土残渣。在清理后的模具表面涂刷脱模剂的过程需注意以下事项：a)涂刷之前保证模板必须干净，无浮灰，应在绑扎钢筋笼之前涂刷，严禁脱模剂涂刷到钢筋笼上，b)涂刷工具为毛刷，必须涂刷均匀，严禁有流淌、堆积的现象，涂刷完的边模要求涂刷面水平向上放置；c)待30分钟后，脱模剂自然表干后方可进行组装。进行模板组装时，按照对应构件的图纸尺寸在底模上拼装构件的侧模，侧模间通过螺栓、销子、磁盒等紧固装置连接、保证构件模具的整体性。

得到组装好的模具后，本发明在模具中涂刷界面剂，然后在模具内绑扎钢筋笼。涂刷界面剂的注意事项和上述一致，在此不再赘述；本发明对所述界面剂没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的界面剂即可。本发明对钢筋笼的绑扎方法没有特殊要求，按照本领域技术人员熟知的方法进行绑扎即可，在绑扎钢筋笼前应仔细核对钢筋尺寸。

绑扎钢筋笼后，本发明优选根据设计要求在模具内进行预埋件安装。在本发明的具体实施例中，优选利用工装、磁性底座等辅助工具保证预埋件的安装位置及精度，埋件数量、规格位置根据图纸设计要求进行设置即可，保证预埋件的锚固深度与垂直度，预埋件上口需封堵严实，以免进浆。

预埋件安装完成后，本发明在模具中浇筑上述方案所述的固废大掺量混凝土并进行振捣。在本发明中，浇筑混凝土的过程需注意以下事项：a)混凝土浇筑应均匀连续浇筑，投料高度不宜大于500mm；b)混凝土浇筑时应保证模具、预埋件不发生变形或者位移，如有偏差应采取措施及时纠正；c)混凝土从出机到浇筑的时间不宜超过40min；d)当夏季天气炎热时，混凝土拌合物入模温度不应高于35℃，当冬季施工时，混凝土拌合物入模温度不应低于5℃。

在本发明中，所述振捣优选为机械振捣，所述机械振捣用振捣棒的插入间距优选不大于振捣棒振动作用半径的一倍；所述振捣的时间优选为10～30s，在本发明的具体实施例中，优选根据混凝土拌合物的稠度和振捣部位控制振捣时间，当混凝土拌合物表面出现泛浆，基本无气泡溢出，可视为捣实。此外，混凝土拌合物在运输和浇筑成型过程中严禁加水。

振捣完成后，本发明使用槽口模具在混凝土浇筑面上压出横向凹槽和纵向凹槽。在本发明中，所述槽口模具的尺寸优选按照凹槽的尺寸进行设置，本发明对压制凹槽的过程没有特殊要求，能够得到尺寸符合上述要求的横向凹槽和纵向凹槽即可。

压制凹槽后，本发明对设置好凹槽的混凝土构件依次进行养护和脱模，得到预制层。在本发明中，所述养护的方法优选为自然养护或蒸汽养护；所述自然养护优选为覆盖浇水养护或化学保护膜养护；所述覆盖浇水养护使用的覆盖物具体为草帘、芦席、麻袋、锯末等；所述化学保护膜养护使用的化学保护膜优选为塑料薄膜。

在本发明中，所述蒸汽养护优选包括依次进行的静停阶段、升温阶段、恒温阶段和降温阶段；所述静停阶段的时间优选为3h，所述静停阶段优选采用薄膜覆盖或加湿的措施防止构件干燥；所述升温阶段的升温速率优选为10～20℃/h，更优选为13～15℃/h，所述升温阶段的终点温度优选为60℃；所述恒温阶段具体为在60℃下进行恒温，所述恒温阶段的时间优选为4h以上，更优选为4～6h；所述降温阶段的降温速率优选≤10℃/h，所述降温具体为降至环境温度。

在本发明中，养护至混凝土强度≥20mpa时，即可撤除养护措施并进行脱模。

养护完成后，本发明将所得混凝土构件进行脱模。在本发明中，混凝土构件脱模起吊时，应根据设计要求或具体生产条件确定所需的混凝土标准立方体的抗压强度，并满足下列要求：a)养护至混凝土强度不小于20mpa，方可撤出养护措施并且拆模；b)冬期施工的混凝土，要求混凝土表面温度与外界温度相差不大于20℃时拆模；c)拆模过程中严禁暴力拆模造成构件损坏；d)脱模时应仔细检查确认构件与模具之间的连接部分完全拆除后方可起吊；e)构件起吊应满足吊点数量、保证各吊点同时受力，平稳起吊，特殊构件应采用专门的吊具进行起吊。

脱模完成后，本发明优选将所得预制层进行冲洗，优选冲洗至预制层表面的粗糙度达到4mm以上；本发明通过冲洗增加预制层的表面粗糙度，从而使预制层和叠合层能够更好的粘结，增加叠合板的整体性，提高叠合板的受力能力。

冲洗完成后，本发明优选对预制层构件进行打号、修补和存放。本发明对所述打号、修补(脱模后如造成破损、裂缝等问题，则需要修补)和存放没有特殊要求，按照本领域技术人员熟知的方法进行即可，在存放过程中，优选对所述预置层进行覆膜保护。

在本发明中，所述预制层出厂日期的抗压强度实测值优选≥30mpa。

应用时，本发明在所述预制层设置有凹槽的一面现场浇筑叠合层，得到所述叠合板；所述浇筑叠合层用混凝土为上述方案所述的固废大掺量混凝土。具体的，在施工时，优选先在预制层的凹槽中进行管线架设，然后再进行现场浇筑叠合层，本发明对所述现场浇筑叠合层的方法没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的方法即可。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

一种固废大掺量混凝土，制备原料为：水泥370kg/m³，一级粉煤灰41kg/m³，尾矿废石950kg/m³，活化铁尾砂20kg/m³，尾矿细砂870kg/m³，水165kg/m³，外加剂(包括聚羧减水剂、纤维素醚和糊精，其中聚羧减水剂4kg/m³，纤维素醚为聚羧减水剂质量的0.15％，糊精为聚羧减水剂质量的1.5％)；

其中尾矿废石为5～20mm连续级配，水泥为p·o42.5普通硅酸盐水泥，尾矿细砂的细度模数为2.1～2.2，活化铁尾砂的平均粒径为10μm以下。

将上述组分进行拌合，得到混凝土，将混凝土进行自然养护，并对其性能进行测试，结果如表1所示：

表1固废大掺量混凝土性能测试结果

实施例2

采用实施例1中的固废大掺量混凝土制备叠合板，叠合板包括预制层和叠合层，其中预制层的厚度为60mm，叠合层的厚度为60mm，预制层表面设置有横向凹槽和纵向凹槽，横向凹槽和纵向凹槽的槽口宽度为50mm，深度为15mm，相邻两个横向凹槽的距离为预制层跨度的1/3，相邻两个纵向凹槽的距离为预制层跨度的1/4。

具体制备步骤如下：

(1)将模板进行清理、涂刷脱模剂，然后按照叠合板的尺寸进行组装，得到模具，在模具表面涂刷界面剂，然后绑扎钢筋笼，之后按照图纸设计要求进行预埋件安装；

(2)在模具中浇筑实施例1中的混凝土，然后进行机械振捣，振捣时间为30s，振捣棒的间距为振捣棒振动作用半径的一倍，振捣至混凝土拌合物表面泛桨，无气泡溢出，视为捣实；

(3)混凝土捣实后，利用槽口模具在混凝土层的上表面压出横向凹槽和纵向凹槽；

(4)将设置好凹槽的混凝土构件进行自然养护，养护方式为塑料薄膜覆盖养护；养护至混凝土抗压强度达到20mpa以上；

(5)将养护后的混凝土构件脱模，脱模后的构件进行冲洗，冲洗至表面粗糙度为4mm，得到预制层。

(6)预制层出厂时的强度为30mpa以上，应用时，在预制层的凹槽内架设管线，之后现场浇筑叠合层，浇筑用混凝土为实施例1中的混凝土，浇筑完成后的叠合层自然养护28天，得到叠合板。

所得叠合板结合面的结合能力强，整体性好。

实施例3

其他条件和实施例2一致，仅将混凝土的原料改为：水泥380kg/m³，一级粉煤灰40kg/m³，尾矿废石940kg/m³，活化铁尾砂25kg/m³，尾矿细砂873kg/m³，水170kg/m³，外加剂(包括聚羧减水剂、纤维素醚和糊精，其中聚羧减水剂4.5kg/m³，纤维素醚为聚羧减水剂质量的0.1％，糊精为聚羧减水剂质量的2％)。混凝土的3d抗压强度为21mpa，7d抗压强度为33mpa，28d抗压强度为41.5mpa，抗渗等级为p7；

利用上述原料的混凝土制备叠合板，叠合板的尺寸以及凹槽尺寸均和实施例2一致，叠合板的制备方法和实施例2一致，所得叠合板结合面的结合能力强，整体性好。

实施例4

其他条件和实施例2一致，仅将混凝土的原料改为：水泥350kg/m³，一级粉煤灰35kg/m³，尾矿废石930kg/m³，活化铁尾砂30kg/m³，尾矿细砂880kg/m³，水160kg/m³，外加剂(包括聚羧减水剂、纤维素醚和糊精，其中聚羧减水剂3.5kg/m³，纤维素醚为聚羧减水剂质量的0.2％，糊精为聚羧减水剂质量的1％)。混凝土的3d抗压强度为22mpa，7d抗压强度为34.5mpa，28d抗压强度为42mpa，抗渗等级为p8。

利用上述原料的混凝土制备叠合板，叠合板的尺寸以及凹槽尺寸均和实施例2一致，叠合板的制备方法和实施例2一致，所得叠合板结合面的结合能力强，整体性好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。