CN108774041B

CN108774041B - 一种以人造碳化钢渣小球作骨料的透水砖及其制备方法

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Publication number: CN108774041B
Application number: CN201810634818.7A
Authority: CN
Inventors: 常钧; 于春阳
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2020-11-13
Anticipated expiration: 2038-06-13
Also published as: CN108774041A

Abstract

本发明属于绿色建材技术领域，提供了一种以人造碳化钢渣小球作骨料的透水砖及其制备方法，透水砖分为基层和面层，面层位于基层上，基层为连续级配人造碳化钢渣球骨料，面层为碳化钢渣砖破碎后过筛的细集料，填充找平；透水砖包含以下重量百分比的组分：人造碳化钢渣球骨料60‑70％；由碳化养护的钢渣砖破碎后过筛粒径≤4.75mm的细骨料5‑10％；钢渣微粉15‑20％；增强剂4‑5％；自来水4‑5％。本发明通过大掺量钢渣，实现了工业废渣的大量消耗，且碳化养护工艺以工业废气CO₂为原料，在碳化釜中与钢渣制品反应为放热反应无需外部热源，有着利废固碳、节能减排，制备工艺简单，设备要求低，生产周期短，成本低廉的优势。

Description

一种以人造碳化钢渣小球作骨料的透水砖及其制备方法

技术领域

本发明属于绿色建材技术领域，更具体地，涉及一种结合碳化养护工艺，一种以人造碳化钢渣小球作骨料的透水砖及其制备方法。

背景技术

为使城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水释放并加以利用，透水混凝土的研究和应用也成为热点方向。目前我国钢渣的综合利用率仅为20％左右，全国钢渣累计堆存近10亿吨，大量钢渣的弃置堆积不仅占用了大量的土地，也对土壤，水资源，空气等造成了污染。这些钢渣若得不到综合治理，势必会占用越来越多的土地，对生态环境造成很大的压力，也会阻碍我国钢铁工业的可持续发展。钢渣等固废具有排量大，体积安定性差的特点，其回收利用一直是我国各研究机构研究的重点难点，目前钢渣在建筑领域的再利用分为两种途径，一种是作沥青道路骨料，通过避免钢渣水化来保障其体积安定性。另外一种是通过预处理降低钢渣石中的游离氧化钙和游离氧化镁含量，消除其体积安定性不良的问题后再作为骨料或磨细作掺合料应用于混凝土中，常用的预处理方法有：蒸养法、碳酸化养护法。蒸养法由于效率低能耗大已逐步被取代，大量实验证明半干法碳化养护钢渣制品可以使低活性的钢渣制品很快获得强度并可以极大的改善钢渣制品的体积安定性。目前对碳化养护预处理钢渣制备骨料的研究很多并取得了一定的进展，但烧结而成的钢渣石结构致密，成分不均都为碳化养护预处理带来难度，对钢渣石体积安定性问题的消除效果还不理想，而通过粉磨，造粒再碳化制备出的高强度，低pH值，安定性合格的人造钢渣小球集料，以其高固碳率，突出的物理力学性能成为钢渣骨料研究的新方向。目前国内废弃钢渣再利用制备透水混凝土多采用处理后的破碎的钢渣石或钢渣砂作骨料，而利用人造碳化钢渣小球作集料制备透水混凝土的应用还是空白。

如在中国发明专利说明书CN106699079A公开了一种钢渣协同再生骨料透水混凝土，所述透水混凝土，包括基层混凝土和面层混凝土,每立方基层混凝土的制备原料包括：水泥360kg，再生粗骨料850～1300kg，钢渣205～820kg，水138～152kg；每立方米的面层混凝土的制备原料包括：水泥400kg，再生粗骨料144～716kg，钢渣1025～1845kg，水143～157kg。由所述透水混凝土铺设而成的双层结构透水路面具有适宜的强度，且使用7个月后透水率仍为100％。在中国发明专利说明书CN106365541A公开了一种多功能钢渣生态环保透水砖及其制备方法由下述重量份数的原料组成：基层：钢渣骨料70～90份、水泥或矿粉8～20份、水5～10份；面层：钢渣砂75～85份、水泥10～20份、水5～10份、色粉0～2份。经钢渣预处理、配料、混合、成型和养护，得到多功能钢渣生态环保透水砖。本发明所得钢渣透水砖由于具备高钢渣掺量、良好的透水性和承压功能，可以在透水砖表面和内部形成偏碱性环境和微观孔到结构，进而起到吸附重金属和净水作用。

上述两个公开专利中，都引入了工业固废钢渣作骨料或作胶凝材料制备透水混凝土或透水砖，且都采用包含基层和面层的双层结构。第一个公开专利中，使用钢渣粉复合少量水泥作胶凝材料，使用再生骨料为粗骨料，再生骨料是由建筑废物中的混凝土、砂浆、石、砖瓦等破碎加工而成的，骨料的成分、形状结构都不均匀，对以此为粗骨料成型的透水混凝土的力学性能和稳定性都有很大影响。另一方面，使用游离氧化钙含量合格的钢渣粉作胶凝材料，虽然其体积安定性良好，但其水化活性低早期强度发展慢，现场施工铺设养护的时间长。第二个专利中，使用钢渣石作骨料，因钢渣中含有大量游离CaO(f-CaO)、游离氧化镁(f-MgO)会造成体积安定性不良，不可在土木工程中直接使用，该专利为消除钢渣石安定性问题采用了以下工艺：选用f-CaO含量低于6％的钢渣，堆积厚度低于0.5m，在户外紫外线辐射量平均值4000兆焦耳/平方米以上，每月日照射数120小时以上的场地进行暴晒，并且每天浇水一次，持续时间1个月至3个月；经过在场地暴晒后的钢渣经过筛分分成<1.25mm的钢渣粉料、1.25～2mm的细钢渣砂、2～10mm的粗钢渣砂和>10mm的钢渣石子；该处理工艺一定程度上可以降低游离氧化钙含量，但实施上有着占地大，环境要求高，处理时间长，安定性问题消除的不均匀不彻底的问题。还没有使用碳化钢渣球作集料制备透水混凝土的应用。

发明内容

为解决当前钢渣透水砖存在的稳定性差、透水性低、钢渣掺量低等技术问题，本发明提供一种结合碳化工艺消除钢渣体积安定性问题，采用人造碳化钢渣球作骨料，钢渣粉或钢渣水泥复合粉或环氧树脂等作胶凝材料的大掺量钢渣的生态环保透水砖及其制备方法。

本发明的技术方案：

一种以人造碳化钢渣小球作骨料的透水砖，分为基层和面层，面层位于基层上，基层为连续级配人造碳化钢渣球骨料，面层为碳化钢渣砖破碎后过筛的细集料，填充找平；

透水砖包含以下重量百分比的组分：

人造碳化钢渣球骨料60-70％；

由碳化养护的钢渣砖破碎后过筛粒径≤4.75mm的细骨料5-10％；

钢渣微粉15-20％；

增强剂4-5％；

自来水4-5％。

一种以人造碳化钢渣小球作骨料的透水砖的制备方法，步骤如下：

(1)成型过程：第一步：将钢渣微粉、增强剂、水按比例搅拌均匀成浆体，第二步：按比例将人造碳化钢渣球骨料放入滤网中，再浸入浆体，使人造碳化钢渣球骨料充分挂浆后提起，滤出多余浆体后，倒入模具中铺平；第三步：按比例将细集料放入滤网中，再浸入浆体使细集料充分挂浆后提起，滤出多余浆体后，铺于模具中的人造碳化钢渣球骨料上层，压实并找平；

(2)养护过程：将成型后的模具放置室内通风环境中24小时至碳化养护最佳含水率后，放置碳化釜中，通入99.9％纯度的CO₂，碳化压力为0.3MPa，5小时后取出拆模，即为以人造碳化钢渣小球作骨料的透水砖。

其中细集料是由水固比为13％的钢渣粉与水混合成型砖体，再将砖体放入碳化釜中，通入99.9％CO₂，碳化压力为0.1MPa，碳化10分钟后取出破碎过≤4.75mm筛得来的；粗集料是由以下工艺制备的：第一阶段：取将水固比为13％的钢渣微粉和水均匀混合后放入小盘中摇晃成球，即出现0.5-1mm粒径的小球，成球率为70％，并以此作为生母球，取出进行碳化养护，碳化条件为：99.9％CO₂,0.1MPa气体压力条件下，碳化养护1小时；第二阶段：再将碳化养护后的母球倒入立式成球盘，启动成球盘后，先喷水至母球表面出现光泽而没有合并现象，再均匀撒灰至无浮灰，反复上述操作，母球长大；第三阶段：继续上述操作使小球长大至要求粒径；第四阶段：取出小球放入碳化釜中再次进行碳化养护，碳化条件为：99.9％CO₂，0.3MPa气体压力条件下，碳化养护1小时，即人造碳化钢渣球骨料制备完毕；

本发明的有益效果：

(1)透水砖中的粗骨料采用的并不是钢渣石，而是人造碳化钢渣小球，其成分更加均匀，形状规则可控，游离氧化钙含量在2％以下，碳化养护效率高体积安定性问题消除更彻底，安定性合格，强度在天然碎石的80％左右，压碎值小于5％，吸水率低于10％，表观密度在2200kg/m³左右。其中，透水砖的透水性和抗压强度一直都是一对矛盾体，但是利用小球的形状优势，可以在使用连续级配排成紧密结构的条件下仍有很大空隙，既保证了抗压强度又提供了高透水率。

(2)因钢渣作胶凝材料早期强度过低成型后需要养护3天以上才可达到拆模强度，另一方面使用压力成型的铸铁模具质量大，一般选择拆模后再转移试件进行碳化养护。本发明成型方法非压力成型法故使用轻质塑料磨具，采用先碳化养护后拆模的方法，通过碳化养护赋予试件强度后再进行拆模，节约了生产时间。

(3)该大掺量钢渣透水砖空隙率达到20％以上，表面不易掉粒,其透水系数达到15mm/s，抗压强度10-20MPa。

(4)本发明通过掺入近90％的钢渣组分，实现了工业废渣钢渣的大量消耗，且碳化养护工艺以工业废气CO₂为原料，在碳化釜中与钢渣制品反应为放热反应无需外部热源，有着利废固碳、节能减排，制备工艺简单，设备要求低，生产周期短，成本低廉的优势。

附图说明

图1是一种以人造碳化钢渣小球作骨料的透水砖的示意图。

图中：1为面层；2为基层。

具体实施方式

以下结合技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例1：本实施例提供一种高钢渣掺量的透水砖制备工艺，以1立方米的钢渣透水混凝土的配置为例，其制备方法为：将537kg钢渣粉，134kg水玻璃，268kg水按搅拌均匀成浆体，第二步：筛出4.75-9.5mm级配的碳化钢渣球骨料1880kg放入滤网中，再浸入浆体使球体充分挂浆后提起，滤出多余浆体后倒入模具中铺平。第三步：将268kg破碎碳化钢渣砖≤4.75mm的细骨料放入滤网中，再浸入浆体使球体充分挂浆后提起，滤出多余浆体后铺于模具中球骨料结构之上压实并找平。将成型好的模具放置室内通风环境中24小时至碳化养护最佳含水率后放置碳化釜中，通入99.9％纯度的CO₂，碳化压力为0.3MPa，5小时后取出拆模即为本发明所述的大掺量钢渣透水砖。其强度结果及透水系数如下表1。

表1

实施例2：其制备方法为：将565kg钢渣粉，141kg水泥，282kg水按搅拌均匀成浆体，第二步：筛出4.75-13.2mm级配的碳化钢渣球骨料1980kg放入滤网中，再浸入浆体使球体充分挂浆后提起，滤出多余浆体后倒入模具中铺平。第三步：将282kg破碎碳化钢渣砖≤4.75mm的细骨料放入滤网中，再浸入浆体使球体充分挂浆后提起，滤出多余浆体后铺于模具中球骨料结构之上压实并找平。将成型好的模具放置室内通风环境中24小时至碳化养护最佳含水率后放置碳化釜中，通入99.9％纯度的CO₂，碳化压力为0.3MPa，5小时后取出拆模即为本发明所述的大掺量钢渣透水砖。其强度结果及透水系数如表1。

实施例3：其制备方法为：将537kg钢渣粉，134kg水玻璃，268kg水按搅拌均匀成浆体，第二步：筛出4.75-9.5mm级配的碳化钢渣球骨料1880kg放入滤网中，再浸入浆体使球体充分挂浆后提起，滤出多余浆体后倒入模具中铺平。第三步：将268kg破碎碳化钢渣砖≤4.75mm的细骨料放入滤网中，再浸入浆体使球体充分挂浆后提起，滤出多余浆体后铺于模具中球骨料结构之上压实并找平。将成型好的模具放置室内通风环境中24小时至碳化养护最佳含水率后放置碳化釜中，通入99.9％纯度的CO₂，碳化压力为0.3MPa，5小时后取出拆模即为本发明所述的大掺量钢渣透水砖。其强度结果及透水系数如表1。

实施例4：其制备方法为：将412.5kg钢渣粉，137.5kg水泥，220kg水按搅拌均匀成浆体，第二步：筛出9.5-19mm级配的碳化钢渣球骨料1650kg放入滤网中，再浸入浆体使球体充分挂浆后提起，滤出多余浆体后倒入模具中铺平。第三步：将275kg破碎碳化钢渣砖≤4.75mm的细骨料放入滤网中，再浸入浆体使球体充分挂浆后提起，滤出多余浆体后铺于模具中球骨料结构之上压实并找平。将成型好的模具放置室内通风环境中24小时至碳化养护最佳含水率后放置碳化釜中，通入99.9％纯度的CO₂，碳化压力为0.3MPa，5小时后取出拆模即为本发明所述的大掺量钢渣透水砖。其强度结果及透水系数如表1。

Claims

1.一种以人造碳化钢渣小球作骨料的透水砖，其特征在于，所述的透水砖分为基层和面层，面层位于基层上，基层为连续级配人造碳化钢渣球骨料，面层为碳化钢渣砖破碎后过筛的细集料，填充找平；

透水砖包含以下重量百分比的组分：

人造碳化钢渣球骨料60-70％；

由碳化养护的钢渣砖破碎后过筛粒径≤4.75mm的细骨料5-10％；

钢渣微粉15-20％；

增强剂4-5％；

自来水5-10％；

其中，所述的人造碳化钢渣球骨料是由以下工艺制备的：第一阶段：取将水固比为13％的钢渣微粉和水均匀混合后放入小盘中摇晃成球，即出现0.5-1mm粒径的小球，成球率为70％，并以此作为生母球，取出进行碳化养护，碳化条件为：99.9％CO₂,0.1MPa气体压力条件下，碳化养护1小时；第二阶段：再将碳化养护后的母球倒入立式成球盘，启动成球盘后，先喷水至母球表面出现光泽而没有合并现象，再均匀撒灰至无浮灰，反复上述操作，母球长大；第三阶段：继续上述操作使小球长大至要求粒径；第四阶段：取出小球放入碳化釜中再次进行碳化养护，碳化条件为：99.9％CO₂，0.3MPa气体压力条件下，碳化养护1小时，即人造碳化钢渣球骨料制备完毕；

所述的以人造碳化钢渣小球作骨料的透水砖的成型过程为：第一步：将钢渣微粉、增强剂、水按比例搅拌均匀成浆体，第二步：按比例将人造碳化钢渣球骨料放入滤网中，再浸入浆体，使人造碳化钢渣球骨料充分挂浆后提起，滤出多余浆体后，倒入模具中铺平；第三步：按比例将细集料放入滤网中，再浸入浆体使细集料充分挂浆后提起，滤出多余浆体后，铺于模具中的人造碳化钢渣球骨料上，压实并找平。

2.如权利要求1所述的一种以人造碳化钢渣小球作骨料的透水砖的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：

(1)成型过程：第一步：将钢渣微粉、增强剂、水按比例搅拌均匀成浆体，第二步：按比例将人造碳化钢渣球骨料放入滤网中，再浸入浆体，使人造碳化钢渣球骨料充分挂浆后提起，滤出多余浆体后，倒入模具中铺平；第三步：按比例将细集料放入滤网中，再浸入浆体使细集料充分挂浆后提起，滤出多余浆体后，铺于模具中的人造碳化钢渣球骨料上，压实并找平；

(2)养护过程：将成型后的模具放置室内通风环境中24小时至碳化养护最佳含水率后，放置碳化釜中，通入99.9％纯度的CO₂，碳化压力为0.3MPa，5小时后取出拆模，即为以人造碳化钢渣小球作骨料的透水砖；

所述的人造碳化钢渣球骨料是由以下工艺制备的：第一阶段：取将水固比为13％的钢渣微粉和水均匀混合后放入小盘中摇晃成球，即出现0.5-1mm粒径的小球，成球率为70％，并以此作为生母球，取出进行碳化养护，碳化条件为：99.9％CO₂,0.1MPa气体压力条件下，碳化养护1小时；第二阶段：再将碳化养护后的母球倒入立式成球盘，启动成球盘后，先喷水至母球表面出现光泽而没有合并现象，再均匀撒灰至无浮灰，反复上述操作，母球长大；第三阶段：继续上述操作使小球长大至要求粒径；第四阶段：取出小球放入碳化釜中再次进行碳化养护，碳化条件为：99.9％CO₂，0.3MPa气体压力条件下，碳化养护1小时，即人造碳化钢渣球骨料制备完毕。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的细集料是由水固比为13％的钢渣粉与水混合成型砖体，再将砖体放入碳化釜中，通入99.9％CO₂，碳化压力为0.1MPa，碳化10分钟后取出破碎过≤4.75mm筛得来的。