CN103159448A - 一种以钢渣为主要原料的人工鱼礁混凝土材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢渣处理技术领域、海洋环境保护领域和渔业基础设施领域，尤其涉及一种以钢渣为主要原料的人工鱼礁混凝土材料的制备方法，其特征在于，将采用热闷法工艺处理的钢渣按照粒径分别用于粗、细骨料和胶凝材料原料，胶凝材料中还掺入矿渣、水泥熟料和脱硫石膏。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)钢渣渗量不低于75％，适应大体积、大孔洞率和结构复杂人工鱼礁的建造，强度可达54-82MPa，可满足人工鱼礁的施工和抵御海潮、海浪的冲击。2)解决了钢渣大量堆积，占用土地，污染环境的难题。3)还应用了矿渣、脱硫石膏等固体废弃物，固体废弃物利用率达到97％以上，有显著的资源效益、环境效益、经济效益和社会效益。

Description

一种以钢渣为主要原料的人工鱼礁混凝土材料的制备方法

技术领域

本发明涉及钢渣处理技术领域、海洋环境保护领域和渔业基础设施领域，尤其涉及一种以钢渣为主要原料的人工鱼礁混凝土材料的制备方法。

背景技术

钢渣是冶金工业的主要废渣，其生产量占钢产量的10％-25％，目前我国每年的钢渣排放量达1900万吨，现有堆积量超过3亿吨，但钢渣的利用率处于较低水平，约为20％。随着钢铁产业的发展，钢渣的排放量也会不断增加。低利用率造成钢渣大量堆积，占用土地，污染环境，降低钢铁企业的经济效益，急需利用现有的钢渣开发出高附加值的产品。

采用热闷法工艺处理的钢渣具有三大特性：1)f-CaO和f-MgO充分水化，f-CaO遇水后水化形成Ca(OH)₂，体积膨胀98％，f-MgO遇水后水化形成Mg(OH)₂，体积膨胀148％；2)钢渣颗粒粉化充分；3)钢渣中活性矿物C₃S和C₂S实现了急冷，钢渣水硬性强。

人工鱼礁是人为在海中设置的构造物，能保护鱼类、促进鱼类增殖，进而提高渔获量并改善海域生态环境。建造人工鱼礁的材料多样，混凝土是其中最重要的一种。混凝人工土鱼礁不仅耐腐蚀、可塑性强，适合制成不同的形状，而且对鱼类的诱集性能也很好。国内外已广泛开展了人工鱼礁的建设，近年来正在向大体积、大孔洞率、结构复杂的方向发展。

美国的reefball基金会，开发出一种形如“鸡笼”的人工鱼礁，并拥有名称为reefball的专利(US Pat.5836265)。但这种人工鱼礁采用普通混凝土制成，生产过程中不仅耗费大量水泥，对降低生产成本和生产能耗不利，而且采用天然砂石骨料也会对自然环境造成负面影响。

公开号为CN101439939的专利描述了一种用于制造混凝土人工鱼礁的低碱度胶凝材料的方法，其特征是利用高炉水淬矿渣、粉煤灰、炉渣等原料，磨细到一定比表面积，得到用于制造混凝土人工鱼礁的低碱度胶凝材料。该专利中采用的固体废弃物虽能降低生产成本，但它们都是普通水泥混凝土中常用的固体废弃物。另外该专利中采用了河砂、海砂、石灰岩碎石作为骨料，固体废弃物利用率较低，而且所得的人工鱼礁混凝土的强度有限，不能用于制备大体积、大孔洞率和结构复杂的人工鱼礁。

公开号为CN101475348的专利描述了一种以冶金渣为主要原料的人工鱼礁制备方法，该方案是将粒径小于5mm的砂与钢渣、矿渣、水泥熟料按重量比例0～20％∶10～80％∶0～80％∶10～70％进行混磨至比表面积340～380m²/kg，并与筛分所得粒径大于5mm的粗砂与石子按重量比例20～70％∶20～50％∶0～40％混合制备混凝土，然后经高温养护后获得洞率大于50％，抗压强度达40MPa以上混凝土人工鱼礁。该方法制备的人工鱼礁不足之处是须经高温养护，工艺复杂，成本高，强度大约在40MPa左右。

另有公开号为CN10671132的专利描述了一种含有纳米尾矿的鱼礁胶凝材料及其制造方法，该方法中水泥熟料在胶凝材料中的用量仍然较大，且制备出的混凝土的强度在30-60MPa左右。两专利的强度水平同样不适合制备低成本、大体积、大孔洞率和结构复杂的人工鱼礁。

发明内容

本发明的目的是提供一种以钢渣为主要原料的人工鱼礁混凝土材料的制备方法，克服现有技术的不足，采用热闷法工艺处理的钢渣作为人工鱼礁的粗细骨料和胶凝材料原料，制备钢渣掺量不低于75％的高强度人工鱼礁混凝土材料。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一种以钢渣为主要原料的人工鱼礁混凝土材料的制备方法，将采用热闷法工艺处理的钢渣按照粒径分别用于粗、细骨料和胶凝材料原料，胶凝材料中还掺入矿渣、水泥熟料和脱硫石膏，各物料单独粉磨和混磨，其具体步骤如下：

1)将热闷法稳定化的钢渣按粒径分级，粒径大于19mm钢渣用破碎机破碎，粒径小于19mm的钢渣用方孔筛筛分，取4.75mm-19mm的钢渣块作为人工鱼礁混凝土的粗骨料，将其分为4.75mm-9.5mm、9.5mm-16mm、16mm-19mm三个粒级，其粒径配比按重量百分比分别为：41-42％、41-42％和16-18％，取粒径0.15mm-4.75mm的钢渣颗粒作为人工鱼礁混凝土的细骨料；

2)将粒径为0.15mm-4.75mm的钢渣粉在磨机中磨细至比表面积450-600m²/kg，与比表面积380-420m²/kg的矿渣、比表面积350-400m²/kg的水泥熟料和比表面积300-350m²/kg的脱硫石膏均烘干至含水率0.01％-1％，再混磨至比表面积500m²/kg-630m²/kg，就得到了制备高强度人工鱼礁混凝土的胶凝材料，其中钢渣与矿渣、水泥熟料和脱硫石膏的重量百分比为：(10-70)∶(10-79)∶(1-10)∶(0-10)；

3)将上述步骤1)所得的粗、细骨料与步骤2)所得的胶凝材料进行混合，其中粗骨料占混合后质量的40％-50％，细骨料占混合后质量的25％-35％，胶凝材料占混合后质量的14％-21％，混合后固体质量总和为100％，然后再加入占上述固体质量分数5％-6.5％的水和0.02％-0.1％的减水剂，搅拌均匀后经浇注成型和养护，便得到了大掺量钢渣制备的高强度人工鱼礁混凝土材料。

所述养护方法为室温湿养护、标准养护、海水养护及混合养护中的一种；

所述室温湿养护方法是在室温条件下，用吸水保温能力较强的材料(如草帘、芦席、麻袋、锯末等)覆盖、洒水养护至出厂龄期；

所述标准养护条件为温度20℃±2℃、相对湿度95％RH以上、并养护28d；

所述海水养护方法为室温湿养护或标准养护0.5-5天后拆模，再浸入海水中养护至出厂龄期；

所述混合养护的方法为室温湿养护或标准养护5-60天后，再放入海水中养护至出厂龄期。

所述的高强度人工鱼礁混凝土材料，包括钢渣粗骨料、钢渣细骨料和胶凝材料，钢渣粗骨料占混合后质量的40％-50％，钢渣细骨料占混合后质量的25％-35％，胶凝材料占混合后质量的14％-21％，混合后固体质量总和为100％，所述混凝土中还包括上述固体质量分数5％-6.5％的水和0.02％-0.1％的减水剂；

所述钢渣粗骨料共分为4.75mm-9.5mm、9.5mm-16mm、16mm-19mm三个粒级，其粒径配比按重量百分比分别为：42％、42％和16％；

所述钢渣细骨料的粒径0.15mm-4.75mm；

所述胶凝材料比表面积500m²/kg-630m²/kg，其中钢渣与矿渣、水泥熟料和脱硫石膏的重量百分比为：(10-70)∶(10-79)∶(1-10)∶(0-10)；

所述钢渣的比表面积为450-600m²/kg，矿渣的比表面积为380-420m²/kg，水泥熟料的比表面积为350-400m²/kg，脱硫石膏的比表面积为300-350m²/kg。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明以钢渣为主要原料，钢渣渗量不低于75％，采用极少水泥熟料，制备高强度结构材料以适应大体积、大孔洞率和结构复杂人工鱼礁的建造，强度可达54-82Mpa，经过海水养护和混合养护后强度不下降，可满足人工鱼礁的施工和抵御海潮、海浪的冲击。

2)解决了钢渣大量堆积，占用土地，污染环境的难题，对于消纳大量钢渣，提高工业废渣综合利用率和促进渔业发展、扩大海洋牧场范围具有重要意义。

3)除钢渣以外，还应用了矿渣、脱硫石膏等固体废弃物，水泥熟料用量很少，在混凝土材料中所占质量比例不大于2％，固体废弃物利用率达到97％以上，有显著的资源效益、环境效益、经济效益和社会效益。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

本发明一种以钢渣为主要原料的人工鱼礁混凝土材料的制备方法，首先是将热闷法稳定化的钢渣按粒径分级，粒径大于19mm钢渣用破碎机破碎，粒径小于19mm的钢渣用方孔筛筛分，取4.75mm-19mm的钢渣块作为人工鱼礁混凝土的粗骨料，将其分为4.75mm-9.5mm、9.5mm-16mm、16mm-19mm三个粒级，其粒径配比按重量百分比分别为：42％、42％和16％，取粒径0.15mm-4.75mm的钢渣颗粒作为制备人工鱼礁混凝土的细骨料；将部分0.15mm-4.75mm粒级的钢渣烘干至含水率0.5％，在磨机中磨细至比表面积600m²/kg，作为胶凝材料原料备用，磨细的钢渣与烘干后的矿渣、水泥熟料和脱硫石膏进行混磨至比表面积550m²/kg，即得到高强度人工鱼礁的胶凝材料，入磨前矿渣的含水率为0.6％，水泥熟料的含水率为0.2％，脱硫石膏的含水率为0.5％。

实施例1

胶凝材料中的钢渣、矿渣、水泥熟料、脱硫石膏的配料重量百分比为：50％、30％、10％、10％，使用时，将粗骨料、细骨料和胶凝材料按每立方米人工鱼礁混凝土加入胶凝材料560kg，细骨料873kg，粗骨料1303kg，水166kg，PC高效减水剂1.7kg，经搅拌均匀后可在标准养护(1天拆模，养护至总龄期3天、28天)或海水养护(标准养护1天拆模，养护至总龄期3天、28天)条件下得到较高强度的人工鱼礁混凝土，其主要性能指标如表1所示。

表1用实施例1所得人工鱼礁混凝土主要强度指标

实施例2

胶凝材料中的钢渣、矿渣、水泥熟料、脱硫石膏的配料重量百分比为：10％、70％、10％、10％，使用时，将粗骨料、细骨料和胶凝材料按每立方米人工鱼礁混凝土加入胶凝材料560kg，细骨料873kg，粗骨料1303kg，水166kg，PC高效减水剂1.7kg，经搅拌均匀后在标准养护(1天拆模，养护至总龄期3天、28天)和混合养护(标准养护1天拆模，标准养护至龄期28天后，海水养护至总龄期58天)条件下可得到较高强度的人工鱼礁混凝土，其主要性能指标如表2所示。

表2用实施例2所得人工鱼礁混凝土主要强度指标

实施例3

胶凝材料中的钢渣、矿渣、水泥熟料、脱硫石膏的配料重量百分比为：15％、79％、1％、5％，使用时，将粗骨料、细骨料和胶凝材料按每立方米人工鱼礁混凝土加入胶凝材料560kg，细骨料873kg，粗骨料1303kg，水166kg，PC高效减水剂1.7kg，经搅拌均匀后在标准养护(1天拆模，养护至总龄期3天、28天)和混合养护(标准养护1天拆模，标准养护至龄期28天后，海水养护至总龄期58天)条件下可得到较高强度的人工鱼礁混凝土，其主要性能指标如表3所示。

表3用实施例3所得人工鱼礁混凝土主要强度指标

实施例4

胶凝材料中的钢渣、矿渣、水泥熟料、脱硫石膏的配料重量百分比为：10％、70％、10％、10％，使用时，将粗骨料、细骨料和胶凝材料按每立方米人工鱼礁混凝土加入胶凝材料560kg，细骨料873kg，粗骨料1303kg，水166kg，PC高效减水剂1.7kg，经搅拌均匀后在标准养护(1天拆模，养护至总龄期3天、28天)、室温湿养护(1天拆模，养护至总龄期3天、28天)和海水养护(标准养护1天拆模，养护至总龄期3天、28天)条件下可得到较高强度的人工鱼礁混凝土，其主要性能指标如表4所示。

表4用实施例4所得人工鱼礁混凝土主要强度指标

实施例5

胶凝材料中的钢渣、矿渣、水泥熟料、脱硫石膏的配料重量百分比为：15％、79％、1％、5％，使用时，将粗骨料、细骨料和胶凝材料按每立方米人工鱼礁混凝土加入胶凝材料450kg，细骨料922kg，粗骨料1370kg，水153kg，PC高效减水剂1.35kg，经搅拌均匀后在标准养护(1天拆模，养护至总龄期3天、28天)和混合养护(标准养护1天拆模，标准养护至龄期28天后，海水养护至总龄期58天)条件下可得到较高强度的人工鱼礁混凝土，其主要性能指标如表5所示。

表5用实施例5所得人工鱼礁混凝土主要强度指标

Claims (2)

1.一种以钢渣为主要原料的人工鱼礁混凝土材料的制备方法，其特征在于，将采用热闷法工艺处理的钢渣按照粒径分别用于粗、细骨料和胶凝材料原料，胶凝材料中还掺入矿渣、水泥熟料和脱硫石膏，各物料单独粉磨和混磨，其具体步骤如下：

1)将热闷法稳定化的钢渣按粒径分级，粒径大于19mm钢渣用破碎机破碎，粒径小于19mm的钢渣用方孔筛筛分，取4.75mm-19mm的钢渣块作为人工鱼礁混凝土的粗骨料，将其分为4.75mm-9.5mm、9.5mm-16mm、16mm-19mm三个粒级，其粒径配比按重量百分比分别为：41-42％、41-42％和16-18％，取粒径0.15mm-4.75mm的钢渣颗粒作为人工鱼礁混凝土的细骨料；

2)将粒径为0.15mm-4.75mm的钢渣粉在磨机中磨细至比表面积450-600m²/kg，与比表面积380-420m²/kg的矿渣、比表面积350-400m²/kg的水泥熟料和比表面积300-350m²/kg的脱硫石膏均烘干至含水率0.01％-1％，再混磨至比表面积500m²/kg-630m²/kg，就得到了制备高强度人工鱼礁混凝土的胶凝材料，其中钢渣与矿渣、水泥熟料和脱硫石膏的重量百分比为：(10-70)∶(10-79)∶(1-10)∶(0-10)；

3)将上述步骤1)所得的粗、细骨料与步骤2)所得的胶凝材料进行混合，其中粗骨料占混合后质量的40％-50％，细骨料占混合后质量的25％-35％，胶凝材料占混合后质量的14％-21％，混合后固体质量总和为100％，然后再加入占上述固体质量分数5％-6.5％的水和0.02％-0.1％的减水剂，搅拌均匀后经浇注成型和养护，便得到了大掺量钢渣制备的高强度人工鱼礁混凝土材料。

2.权利要求1所述的高强度人工鱼礁混凝土材料，其特征在于，包括钢渣粗骨料、钢渣细骨料和胶凝材料，钢渣粗骨料占混合后质量的40％-50％，钢渣细骨料占混合后质量的25％-35％，胶凝材料占混合后质量的14％-21％，混合后固体质量总和为100％，所述混凝土中还包括上述固体质量分数5％-6.5％的水和0.02％-0.1％的减水剂；

所述钢渣粗骨料共分为4.75mm-9.5mm、9.5mm-16mm、16mm-19mm三个粒级，其粒径配比按重量百分比分别为：42％、42％和16％；

所述钢渣细骨料的粒径0.15mm-4.75mm；

所述胶凝材料比表面积500m²/kg-630m²/kg，其中钢渣与矿渣、水泥熟料和脱硫石膏的重量百分比为：(10-70)∶(10-79)∶(1-10)∶(0-10)；

所述钢渣的比表面积为450-600m²/kg，矿渣的比表面积为380-420m²/kg，水泥熟料的比表面积为350-400m²/kg，脱硫石膏的比表面积为300-350m²/kg。