CN112551939A - 一种镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料及制备方法 - Google Patents

一种镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料及制备方法 Download PDF

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胡宗辉
郭汉彬
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Abstract

本发明公开的一种镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料及制备方法，包括质量份数如下的组分：20‑50份高炉镍铁渣、10‑30矿热炉镍铁渣、5‑20份钢渣、25‑35份粉煤灰、5‑15份脱硫石膏粉、0.1‑2份助流剂、0.1‑0.3份助磨剂，流动度高、活性高，遇水不易溶胀。

Description

一种镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料及制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土掺合料领域，具体涉及一种镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料及制备方法。
背景技术
镍铁渣是镍铁合金冶炼过程中产生的一种固体废渣，经水淬处理形成粒化炉渣，镍铁渣的大量堆存不仅占用土地，而且造成巨大的有价金属资源浪费，给环境带来了严重的污染和危害。镍铁渣的利用率非常低，国外少量渣直接用于生产混凝土、高铝水泥，但由于不能确保有毒Cr 成分不再迁移，因此这些处理方式并不符合环保要求，镍铁渣是经还原提取镍铁合金后的冶金废渣，化学成分主要由SiO2、Fe2O3、CaO、 Al2O3等构成。通常在排出冶炼炉后，再经水淬急冷，使得渣内含有大量玻璃态矿物相，其在碱性环境下具有潜在水化活性，可作为混凝土活性掺合料得到应用。但是由于镍铁渣硅含量较高，内部多夹杂铁镁橄榄石等难磨非活性矿物，使得镍铁渣实际应用时活性很低，存在钙低、镁高的缺点，导致胶凝系数小、活性低，遇水溶胀等缺陷，镍铁渣粉更容易吸附水分子，造成流动度降低，从而限制其作为活性掺合料应用，以致主要以道路或混凝土制品中的填料、骨料等应用为主，经济价值很低，且利用率不高。
目前，作为混凝土活性掺合料并得到大量应用的工业固体废弃物主要是矿渣、粉煤灰、炉底渣等。利用技术成熟，性能稳定，但原料成本相对较高。因此，将镍铁渣进行活化，并开发作为混凝土活性掺合料的技术工艺，不仅能解决镍铁渣废弃物对环境的不利影响，还能降低成本，扩大原料应用来源。
目前，对镍铁渣在该方面的研究，主要以提高其潜在活性研究为主，通过机械粉磨，或加入一种或多种化学试剂作为激发剂，来达镍铁渣的活性激发作用，但化学药剂用量较好，成本也高。专利CN 104030633 A《一种镍渣混凝土》，利用镍渣粉和镍渣砂替代混凝土中的部分原料，降低了生产成本，但镍铁渣未经过活性激发处理，所制混凝土强度仅为普通C20-C40级别。专利CN105016690 A《一种利用水淬镍铁渣生产混凝土的方法》，针对红土镍矿火法冶炼产生的水淬镍铁渣，通过磨细并分级，对细渣和粗渣分别进行替代利用，得到的掺合料流动度低、活性低，专利CN 105063362 A《一种活性镍渣的制备方法》，所用镍铁渣亦为红土镍矿火法冶炼渣，通过添加改性剂和镁稳定剂，以达到提高镍铁渣水化活性的目的，但其流动性低。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料及制备方法，流动度高、活性高。
本发明的技术方案是，提供一种镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料，包括质量份数如下的组分：20-50份高炉镍铁渣、10-30份矿热炉镍铁渣、5-20份钢渣、25-35份粉煤灰、5-15份脱硫石膏粉、0.1-2份助流剂、0.1-0.3份助磨剂、0.2-0.5份抑缩剂。
优选地，所述助磨剂包括三乙醇。
优选地，所述抑缩剂包括尿素、二氮烯二羧酸酰胺中的一种或多种。
优选地，所述助流剂包括松香树脂、烷基和烷基芳烃磺酸、脂肪醇磺酸盐、皂苷以及蛋白质盐、石油磺盐酸中的一种或几种。
优选地，所述高炉镍铁渣、矿热炉镍铁渣的比表面积大于410m2/kg。
还提供一种镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料制备方法，包括以下步骤：
S1. 称取20-50份高炉镍铁渣、10-30份矿热炉镍铁渣、5-20份钢渣、25-35份粉煤灰、5-15份脱硫石膏粉、0.1-2份助流剂、0.1-0.3份助磨剂烘干备用，得第一混合物，其中助流剂包括松香树脂类、烷基和烷基芳烃磺酸类、脂肪醇磺酸盐类、皂苷类以及蛋白质盐、石油磺盐酸中的一种或几种，抑制剂包括尿素、二氮烯二羧酸酰胺中的一种或多种，助磨剂包括三乙醇；
S2. 将20-50份高炉镍铁渣、10-30矿热炉镍铁渣、5-20份钢渣、25-35份粉煤灰、5-15份脱硫石膏粉与0.1-0.3份助磨剂混合球磨得第二混合物，所述高炉镍铁渣、矿热炉镍铁渣的比表面积均大于420m2/kg；
S3. 将所述第一混合物与第二混合物混合，并加入0.1-2份助流剂进行均质，即得镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料。
优选地，所述球磨时间为10-12h。
优选地，所述球磨转速为200-300r/min。
本发明的有益效果在于：
1. 镍铁渣粉的亲水性大于矿渣粉的亲水性，因此镍铁渣粉更容易吸附水分子，造成流动度降低，本方案添加了助流剂提高流动性，以满足JC/T 2503-2018《用于水泥和混凝土中的镍铁渣粉》对渣粉流动度的限值；
2. 钢渣和镍铁渣混合产生叠加效应，可以提高混凝土抗氯离子渗透的能力；
3. 镍铁渣作为单一掺合料存在钙低、镁高的缺点，本方案采用三元掺和料配置，材料性能相互叠加互补，克服胶凝系数小、活性低，遇水溶胀等缺陷；
4. 抑缩剂与钢渣、镍渣中的氧化钙、氧化镁作用，降低混凝土的塑形收缩和后期收缩。
附图说明
图1为实施例1-5所制得的混凝土掺合料的各物理性能指数。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式及附图对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
称取20g高炉镍铁渣、10g矿热炉镍铁渣、5g钢渣、25g粉煤灰、5g脱硫石膏粉、0.1g助流剂、0.1g助磨剂100-120℃烘干备用，得第一混合物，其中助流剂包括松香树脂类、烷基和烷基芳烃磺酸类、脂肪醇磺酸盐类、皂苷类以及蛋白质盐、石油磺盐酸中的一种或几种，抑制剂包括尿素、二氮烯二羧酸酰胺中的一种或多种，助磨剂包括三乙醇, 抑缩剂包括尿素、二氮烯二羧酸酰胺中的一种或多种；
将20g高炉镍铁渣、10g矿热炉镍铁渣、5g钢渣、25g粉煤灰、5g脱硫石膏粉与0.1g助磨剂混合球磨得第二混合物，其中高炉镍铁渣、矿热炉镍铁渣球磨后的比表面积均为850m2/kg，球磨时间为10h，球磨转速为200-300r/min；
将所述第一混合物与第二混合物混合，并加入0.1g助流剂、0.2g抑缩剂均质，即得镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料。
实施例2
称取50g高炉镍铁渣、30g矿热炉镍铁渣、20g钢渣、35g粉煤灰、15g脱硫石膏粉、2g助流剂、0.3g助磨剂烘干备用，得第一混合物，其中助流剂包括松香树脂类、烷基和烷基芳烃磺酸类、脂肪醇磺酸盐类、皂苷类以及蛋白质盐、石油磺盐酸中的一种或几种，抑制剂包括尿素、二氮烯二羧酸酰胺中的一种或多种，助磨剂包括三乙醇, 抑缩剂包括尿素、二氮烯二羧酸酰胺中的一种或多种；
将50g高炉镍铁渣、30g矿热炉镍铁渣、20g钢渣、35g粉煤灰、15g脱硫石膏粉与0.3g助磨剂混合球磨得第二混合物，其中高炉镍铁渣、矿热炉镍铁渣球磨后的比表面积为770m2/kg，球磨时间为12h；
将所述第一混合物与第二混合物混合，混入2g助流剂、0.5g抑缩剂均质，即得镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料。
实施例3
称取30g高炉镍铁渣、20g矿热炉镍铁渣、10g钢渣、30g粉煤灰、10g脱硫石膏粉、1g助流剂、0.2g助磨剂烘干备用，得第一混合物，其中助流剂包括松香树脂类、烷基和烷基芳烃磺酸类、脂肪醇磺酸盐类、皂苷类以及蛋白质盐、石油磺盐酸中的一种或几种，抑制剂包括尿素、二氮烯二羧酸酰胺中的一种或多种，助磨剂包括三乙醇, 抑缩剂包括尿素、二氮烯二羧酸酰胺中的一种或多种；
将30g高炉镍铁渣、20g矿热炉镍铁渣、10g钢渣、30g粉煤灰、10g脱硫石膏粉与0.2g助磨剂混合球磨得第二混合物，其中高炉镍铁渣、矿热炉镍铁渣球磨后的比表面积为630m2/kg, 球磨时间为11h；
混入1g助流剂、0.3g抑缩剂均质，即得镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料。
实施例4
称取10g钢渣、30g粉煤灰、10g脱硫石膏粉、1g助流剂、0.2g助磨剂烘干备用，其中助流剂包括松香树脂类、烷基和烷基芳烃磺酸类、脂肪醇磺酸盐类、皂苷类以及蛋白质盐、石油磺盐酸中的一种或几种，抑制剂包括尿素、二氮烯二羧酸酰胺中的一种或多种，助磨剂包括三乙醇, 抑缩剂包括尿素、二氮烯二羧酸酰胺中的一种或多种；
将10g钢渣、30g粉煤灰、10g脱硫石膏粉与0.2g助磨剂混合球磨至高炉镍铁渣、矿热炉镍铁渣的比表面积为440m2/kg, 球磨时间为11h；
混入1g助流剂、0.3g抑缩剂均质，即得混凝土掺合料。
实施例5
称取30g高炉镍铁渣、20g矿热炉镍铁渣、10g钢渣、30g粉煤灰、10g脱硫石膏粉、烘干备用，其中助流剂包括松香树脂类、烷基和烷基芳烃磺酸类、脂肪醇磺酸盐类、皂苷类以及蛋白质盐、石油磺盐酸中的一种或几种，抑制剂包括尿素、二氮烯二羧酸酰胺中的一种或多种，助磨剂包括三乙醇，抑缩剂包括尿素、二氮烯二羧酸酰胺中的一种或多种；
将30g高炉镍铁渣、20g矿热炉镍铁渣、10g钢渣、30g粉煤灰、10g脱硫石膏粉混合球磨至高炉镍铁渣、矿热炉镍铁渣的比表面积位420m2/kg, 球磨时间为11h，均质，即得混凝土掺合料。
实施例6
一种镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料，包括质量如下的组分：20g高炉镍铁渣、10g矿热炉镍铁渣、5g钢渣、25g粉煤灰、5g脱硫石膏粉、0.1g松香树脂、0.1g三乙醇、0.2g尿素，高炉镍铁渣、矿热炉镍铁渣的比表面积为480m2/kg。
实施例7
一种镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料，包括质量如下的组分： 50g高炉镍铁渣、30g矿热炉镍铁渣、20g钢渣、35g粉煤灰、15g脱硫石膏粉、2g烷基和烷基芳烃磺酸、0.3g三乙醇、0.5g二氮烯二羧酸酰胺，高炉镍铁渣、矿热炉镍铁渣的比表面积为450m2/kg。
实施例8
一种镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料，包括质量如下的组分：30g高炉镍铁渣、20g矿热炉镍铁渣、10g钢渣、30g粉煤灰、10g脱硫石膏粉、1g脂肪醇磺酸盐与皂苷的混合物、0.2g三乙醇、0.3g尿素，其中脂肪醇磺酸盐与皂苷质量比为1：1，高炉镍铁渣、矿热炉镍铁渣的比表面积为420m2/kg。
按照JC/T 2503-2018《用于水泥和混凝土中的镍铁渣粉》测定实施例1-5所制得的混凝土掺合料的各物理性能指数，结果如图1所示，发现本方案所制得的混凝土掺合料流动性好，活性高、胶凝性能好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料，其特征在于，包括质量份数如下的组分：20-50份高炉镍铁渣、10-30份矿热炉镍铁渣、5-20份钢渣、25-35份粉煤灰、5-15份脱硫石膏粉、0.1-2份助流剂、0.1-0.3份助磨剂、0.2-0.5份抑缩剂。
2.根据权利要求1所述的一种镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料，其特征在于，所述助磨剂包括三乙醇。
3.根据权利要求1所述的一种镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料，其特征在于，所述抑缩剂包括尿素、二氮烯二羧酸酰胺中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料，其特征在于，所述助流剂包括松香树脂、烷基和烷基芳烃磺酸、脂肪醇磺酸盐、皂苷以及蛋白质盐、石油磺盐酸中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料，其特征在于，所述高炉镍铁渣、矿热炉镍铁渣的比表面积大于410m2/kg。
6.一种如权利要求1所述的一种镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 称取20-50份高炉镍铁渣、10-30份矿热炉镍铁渣、5-20份钢渣、25-35份粉煤灰、5-15份脱硫石膏粉、0.1-2份助流剂、0.1-0.3份助磨剂烘干备用，得第一混合物，其中助流剂包括松香树脂类、烷基和烷基芳烃磺酸类、脂肪醇磺酸盐类、皂苷类以及蛋白质盐、石油磺盐酸中的一种或几种，抑制剂包括尿素、二氮烯二羧酸酰胺中的一种或多种，助磨剂包括三乙醇；
S2. 将20-50份高炉镍铁渣、10-30矿热炉镍铁渣、5-20份钢渣、25-35份粉煤灰、5-15份脱硫石膏粉与0.1-0.3份助磨剂混合球磨得第二混合物，所述高炉镍铁渣、矿热炉镍铁渣的比表面积均大于420m2/kg；
S3. 将所述第一混合物与第二混合物混合，并加入0.1-2份助流剂进行均质，即得镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料。
7.根据权利要求6所述的一种镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料制备方法，其特征在于，所述球磨时间为10-12h。
8.根据权利要求6所述的一种镍铁渣钢渣复合粉高级混凝土掺合料制备方法，其特征在于，所述球磨转速为200-300r/min。
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