本发明涉及市政新材料技术领域。更具体地说，本发明涉及一种废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品及其制备方法。
背景技术：
近年来，随着我国国民经济的不断发展，面临大规模的交通基础设施建设，混凝土材料的消耗量特别巨大，目前武汉市为了保护生态环境，对长江和汉江都颁布了采砂禁令，制备混凝土的天然河砂资源十分匮乏，同时我国其他地区也面临河砂资源十分匮乏的问题。因此，解决混凝土制备中天然河砂的匮乏问题，是当前迫切需要解决的重大难题。寻求替代天然河砂的细集料用于制备高性能混凝土是混凝土材料绿色发展的必然趋势。
钢渣是炼钢废弃物，目前我国年产钢渣1000多万吨，武钢年产钢渣200多万吨，利用率低，大量废弃的钢渣不仅会占用大片土地，而且对环境造成严重污染。钢渣经过磨细处理后作为水泥的掺合料，制备矿渣水泥，利用率依然很低。由于钢渣制备粗集料体积稳定性差，限制了在混凝土中的应用。而且随着我国汽车工业的不断发展，废弃橡胶轮胎数量巨大，废弃橡胶的再生利用也是重大难题，利用橡胶粉颗粒制备出橡胶混凝土是重要方向，但是利用橡胶粉颗粒制备出的橡胶混凝土其抗压强度和弹性模量仍然偏低。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的不足，本发明为解决目前钢渣用作混凝土集料易引起体积稳定性不良的问题，对1.18～4.75mm粒径的钢渣颗粒进行陈化蒸养处理，减少钢渣中氧化钙、氧化镁等不稳定物质，改善其作为混凝土细集料的稳定性；引入粒径1.75mm以下的废弃轮胎橡胶颗粒(粉)，利用其低弹性模量的特点，释放钢渣膨胀应力，并采用naoh溶液、硅烷偶联剂溶液等改性剂对橡胶颗粒进行表面亲水改性，改善其与胶凝材料的界面联结情况，提升混凝土强度，并进一步提升钢渣细集料混凝土的体积稳定性。将处理后的钢渣和废弃橡胶颗粒按比例配合后替代混凝土中的天然河砂，制备钢渣与废弃橡胶混合细集料混凝土。同时，在混凝土中掺入粉状高性能减水剂，可有效降低混凝土水灰比，提高混凝土的强度、缩短混凝土凝结时间。
本发明通过采用混合复配技术，利用钢渣与废弃橡胶混合细集料替代天然河砂，制备出稳定性好、弹性模量高、高强、高性能混凝土材料并提出高强度、高体积稳定性和低密度、低弹性模量协同设计方法与制备技术。
本发明要解决的技术问题是提供一种废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品及其制备方法，以解决钢渣用作混凝土集料引起的体积稳定性不良问题。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品，按重量份计，由15～25份水泥、10～22.5份机制砂、45～55份砂石、2.25～10份钢渣、2～8份改性橡胶颗粒、5～15份水、0.02～0.05份减水剂组成。
优选的是，所述水泥为普通硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥中的一种。
优选的是，所述机制砂由质量分数为25～35％的20～40目的石英砂、45～55％的40～80目的石英砂、15～25％的80～120目的石英砂组成。
优选的是，所述钢渣粒径小于4.75mm、表观密度﹥2900kg/m3、孔隙率﹤47％。
优选的是，所述改性橡胶粒径由2.00mm以下、1.00mm以下、0.60mm以下的废弃橡胶粉组成，所述改性橡胶颗粒平均粒径在1.75mm以下。
优选的是，所述改性橡胶颗粒由废气橡胶粉在质量分数为10％的naoh溶液中进行碱处理，然后在硅烷偶联剂改性液中进行化学改性。
优选的是，所述减水剂选用粉状的高性能减水剂，所述减水剂的减水率≥20％、含气性≤5％、1d强度比≥160％。
本发明提供一种废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品的制备方法，按上述重量份计，包括以下步骤：
s1、将水泥、机制砂、砂石、钢渣、改性橡胶颗粒在搅拌器中搅拌1～2min，均匀混合得到干混料；
s2、将步骤s1制得的干混料中加入水、减水剂混合搅拌2～5min至拌合物具有良好的流动性，制备出浆料；
s3、将步骤s2制得的浆料浇筑于模具中，振捣均匀，收光抹面，静置成型后得到坯体；
s4、将步骤s3制得的坯体放置在养护箱中养护后脱模，即得到废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品。
优选的是，步骤s4中，将坯体放置在养护箱中养护24h。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明充分利用炼钢厂副产物钢渣，确定了废弃钢渣的处理方式，将其应用于混凝土用于工程施工。本发明采用的钢渣具有粒径小、比表面积大等特点，适宜于作为水泥掺合料，可以部分替代河沙形成高强度混凝土，有利于改善混凝土承载能力及其抗震性能。
本发明利用了废弃旧轮胎等橡胶制品，确定了橡胶颗粒的表面处理方式，改善其与胶凝材料的界面联结情况，将其应用于混凝土中提升了混凝土性能。
本发明根据材料水化活性增强原理设计粉体材料配比范围，与水混合后养护成型可获得致密坯体。制备的钢渣与废弃橡胶混合细集料混凝土28d抗压强度≥30mpa、废弃橡胶颗粒和矿渣细集料可替代一定量河砂机制砂，365d收缩≤3.5×10-4，弹性模量≥3.0×104mpa。
本发明提出钢渣与废弃橡胶混合细集料混凝土的高强度与高体积稳定性协同设计方法，制备出高性能混凝土新材料，解决目前钢渣用作混凝土细集料引起体积稳定性不良，及低弹性模量废弃橡胶细集料带来的混凝土强度降低难以协调设计的问题。
本发明施工方便，工艺简单，尤其适用于小方量现场路拌，路用性能良好，收缩小，耐久性好。
本发明通过采用混合复配技术，研发钢渣与废弃橡胶混合细集料，替代天然河砂，制备出稳定性好、弹性模量高、高强、高性能混凝土材料。通过明确其混凝土承载能力和变形特征及其抗震性能，为在土木结构中的应用提供重要的试验依据和技术支撑。研究成果不仅对钢渣和废弃橡胶轮胎的综合利用具有重要的理论意义，对保护生态环境、促进土木工程绿色建造技术的科技进步具有积极的推动作用和工程应用价值。极大地降低工业固废排放对环境的负担，也降低了混凝土生产成本，减少资源消耗，在大量消纳钢渣、废弃橡胶的同时，实现产品的功能化、绿色化和高值化，具有良好的经济效益和社会效益。本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
本发明提供一种废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品，按重量份计，由15～25份水泥、10～22.5份机制砂、45～55份砂石、2.25～10份钢渣、2～8份改性橡胶颗粒、5～15份水、0.02～0.05份减水剂组成。
所述水泥为普通硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥中的一种。
所述机制砂由质量分数为25～35％的20～40目的石英砂、45～55％的40～80目的石英砂、15～25％的80～120目的石英砂组成。
所述钢渣粒径小于4.75mm、表观密度﹥2900kg/m3、孔隙率﹤47％。
所述改性橡胶粒径由2.00mm以下、1.00mm以下、0.60mm以下的废弃橡胶粉组成，所述改性橡胶颗粒平均粒径在1.75mm以下。
所述改性橡胶颗粒由废气橡胶粉在质量分数为10％的naoh溶液中进行碱处理，然后在硅烷偶联剂改性液中进行化学改性。
所述减水剂选用粉状的高性能减水剂，所述减水剂的减水率≥20％、含气性≤5％、1d强度比≥160％。
本发明提供一种废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品的制备方法，按上述重量份计，包括以下步骤：
s1、将水泥、机制砂、砂石、钢渣、改性橡胶颗粒在搅拌器中搅拌1～2min，均匀混合得到干混料；
s2、将步骤s1制得的干混料中加入水、减水剂混合搅拌2～5min至拌合物具有良好的流动性，制备出浆料；
s3、将步骤s2制得的浆料浇筑于模具中，振捣均匀，收光抹面，静置成型后得到坯体；
s4、将步骤s3制得的坯体放置在养护箱中养护后脱模，即得到废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品。
步骤s4中，将坯体放置在养护箱中养护24h。
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
一种废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品，由如下原料按重量份数计组成：15份水泥、10份机制砂、45份砂石、2.25份钢渣、2份改性橡胶颗粒、5份水、0.02份减水剂；机制砂由质量分数为25％的20～40目的石英砂、55％的40～80目的石英砂、20％的80～120目的石英砂组成。
该废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品的制备方法，按照上述重量份数计，包括如下步骤：
s1、将水泥、机制砂、砂石、钢渣、改性橡胶颗粒加入搅拌器中搅拌1～2min，均匀混合得到干混料；
s2、将步骤s1制得的干混料中加入水、减水剂混合搅拌2～5min至拌合物具有良好的流动性，制备出浆料；
s3、将步骤s2制得的浆料浇筑于模具中，振捣均匀，收光抹面，静置成型后得到坯体；
s4、将步骤s3制得的坯体放置在养护箱中养护24h后脱模，即得到废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品。
实施例2
一种废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品，由如下原料按重量份数计组成：17份水泥、13份机制砂、47份砂石、5份钢渣、4份改性橡胶颗粒、7份水、0.03份减水剂；机制砂由质量分数为35％的20～40目的石英砂、45％的40～80目的石英砂、20％的80～120目的石英砂组成。
该废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品的制备方法，按照上述重量份数计，包括如下步骤：
s1、将水泥、机制砂、砂石、钢渣、改性橡胶颗粒加入搅拌器中搅拌1～2min，均匀混合得到干混料；
s2、将步骤s1制得的干混料中加入水、减水剂混合搅拌2～5min至拌合物具有良好的流动性，制备出浆料；
s3、将步骤s2制得的浆料浇筑于模具中，振捣均匀，收光抹面，静置成型后得到坯体；
s4、将步骤s3制得的坯体放置在养护箱中养护24h后脱模，即得到废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品。
实施例3
一种废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品，由如下原料按重量份数计组成：20份水泥、16份机制砂、50份砂石、6份钢渣、5份改性橡胶颗粒、10份水、0.035份减水剂；机制砂由质量分数为30％的20～40目的石英砂、45％的40～80目的石英砂、25％的80～120目的石英砂组成。
该废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品的制备方法，包括如下步骤：
s1、按照上述重量份数计，将水泥、机制砂、砂石、钢渣、改性橡胶颗粒在搅拌器中搅拌1～2min，均匀混合得到干混料；
s2、将步骤s1制得的干混料中加入水、减水剂混合搅拌2～5min至拌合物具有良好的流动性，制备出浆料；
s3、将步骤s2制得的浆料浇筑于模具中，振捣均匀，收光抹面，静置成型后得到坯体；
s4、将步骤s3制得的坯体放置在养护箱中养护24h后脱模，即得到废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品。
实施例4
一种废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品，由如下原料按重量份数计组成：22份水泥、19份机制砂、52份砂石、8份钢渣、6.5份改性橡胶颗粒、13份水、0.04份减水剂；机制砂由质量分数为28％的20～40目的石英砂、52％的40～80目的石英砂、15％的80～120目的石英砂组成。
该废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品的制备方法，按照上述重量份数计，包括如下步骤：
s1、将水泥、机制砂、砂石、钢渣、改性橡胶颗粒在搅拌器中搅拌1～2min，均匀混合得到干混料；
s2、将步骤s1制得的干混料中加入水、减水剂混合搅拌2～5min至拌合物具有良好的流动性，制备出浆料；
s3、将步骤s2制得的浆料浇筑于模具中，振捣均匀，收光抹面，静置成型后得到坯体；
s4、将步骤s3制得的坯体放置在养护箱中养护24h后脱模，即得到废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品。
实施例5
一种废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品，由如下原料按重量份数计组成：25份水泥、22.5份机制砂、55份砂石、10份钢渣、8份改性橡胶颗粒、15份水、0.05份减水剂；机制砂由质量分数为30％的20～40目的石英砂、50％的40～80目的石英砂、20％的80～120目的石英砂组成。
该废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品的制备方法，按照上述重量份数计，包括如下步骤：
s1、将水泥、机制砂、砂石、钢渣、改性橡胶颗粒在搅拌器中搅拌1～2min，均匀混合得到干混料；
s2、将步骤s1制得的干混料中加入水、减水剂混合搅拌2～5min至拌合物具有良好的流动性，制备出浆料；
s3、将步骤s2制得的浆料浇筑于模具中，振捣均匀，收光抹面，静置成型后得到坯体；
s4、将步骤s3制得的坯体放置在养护箱中养护24h后脱模，即得到废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品。
对本发明实施例1～实施例5制得的废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品进行养护后的抗压强度测试(gb/t25183-2010砌墙砖抗压强度试验用净浆材料)、抗折强度测试(gb/t3001-2017耐火材料常温抗折强度试验方法)和收缩率测试(gb/t50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准)，测试结果如表1所示；
表1实施例1～5制备的废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品性能指标测试结果
由表1可知，上述实施例1制备的废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品经过养护7天抗压强度>21mpa，养护14天、28天的抗压强度均>30mpa，养护120天的抗压强度>45mpa；养护7天抗折强度>4mpa，养护28天抗折强度>6.5mpa，且其抗压、抗折强度后期会有所增长。养护120天、365天收缩率均＜3.5×10-4。因此，该材料具有良好的力学性能，较好的体积稳定性。
上述实施例2制备的废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品经过养护7天抗压强度>22mpa，养护14天、28天的抗压强度均>31mpa，养护120天的抗压强度>45.5mpa；养护7天抗折强度>5mpa，养护28天抗折强度>7mpa，且其抗压、抗折强度后期会有所增长。养护120天、365天收缩率均＜3.5×10-4。因此，该材料具有良好的力学性能，较好的体积稳定性。
上述实施例3制备的废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品经过养护7天抗压强度>22.5mpa，养护14天、28天的抗压强度均>31.5mpa，养护120天的抗压强度>44.5mpa；养护7天抗折强度>5mpa，养护28天抗折强度>7mpa，且其抗压、抗折强度后期会有所增长。养护120天、365天收缩率均＜3.5×10-4。因此，该材料具有良好的力学性能，较好的体积稳定性。
上述实施例4制备的废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品经过养护7天抗压强度>20.5mpa，养护14天、28天的抗压强度均>30.5mpa，养护120天的抗压强度>44mpa；养护7天抗折强度>4.5mpa，养护28天抗折强度>6.5mpa，且其抗压、抗折强度后期会有所增长。养护120天、365天收缩率均＜3.5×10-4。因此，该材料具有良好的力学性能，较好的体积稳定性。
上述实施例5制备的废弃钢渣与废弃橡胶细集料混凝土制品经过养护7天抗压强度>22mpa，养护14天、28天的抗压强度均>32mpa，养护120天的抗压强度>45mpa；养护7天抗折强度>5mpa，养护28天抗折强度>7.5mpa，且其抗压、抗折强度后期会有所增长。养护120天、365天收缩率均＜3.5×10-4。因此，该材料具有良好的力学性能，较好的体积稳定性。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。