CN101544479B - 球磨钢渣尾泥与高炉矿渣复合活性粉及其在制备混凝土中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种球磨钢渣尾泥与高炉矿渣复合活性粉掺合料及在制备混凝土中的应用。该掺合料是由勃氏比表面积均为500m²/kg～600m²/kg的球磨钢渣尾泥粉与高炉矿渣粉按重量比为1∶1～2混合而成。作为混凝土掺合料应用时采用合适的混凝土配合比，该掺合料可按30％～50％的比例等量替代部分水泥胶材，制备C30～C50强度等级的混凝土。本发明利用钢铁企业的固体废弃物，变废为宝，且生产工艺简单，所得混凝土性能好生产成本显著降低。

Description

球磨钢渣尾泥与高炉矿渣复合活性粉及其在制备混凝土中的应用

技术领域

本发明涉及一种球磨钢渣尾泥与高炉矿渣复合活性粉及在混凝土制备中的应用，属于环保建材技术领域。

背景技术

复合活性粉掺合料是混凝土材料发展的主要途径之一，为了改善水泥石孔结构、水化物结构及界面结构，采用矿物超细活性粉掺合料是配制高性能混凝土不可缺少的技术手段之一。

粒化高炉矿渣是炼铁过程中排出的工业废渣，经水淬急冷后的矿渣其玻璃体结构内含有较高的能量，潜在活性大。将水淬高炉矿渣经粉磨到一定细度，填充于水泥混凝土的空隙中，大幅度提高水泥混凝土的致密度，从而使水泥混凝土一系列性能得到明显改善。因此，用高炉矿渣微粉作为混凝土掺合料不仅可部分取代水泥，降低混凝土的生产成本，又可达到增加混凝土后期强度，改善混凝土性能的目的。

混凝土已经成为全世界建筑行业的主要结构材料，而活性超细粉体也随着建筑业的发展已经成为国内生产混凝土不可缺少的掺合料。钢渣、高炉矿渣活性超细粉体本身都是微晶结构，采取恰当的活化方法或者直接使用均可以作为混凝土的掺合料。掺有钢渣与高炉矿渣复合活性粉的混凝土具有水化热低、抗侵蚀、抗微缩、与钢筋的结合力强、后期强度高等特点，能显著改善混凝土的强度和耐久性，应用领域更加广泛，同时可以使混凝土的成本大大降低。使用复合活性粉掺合料，每立方米混凝土可节约成本20～40元。同时利用复合活性粉作为混凝土的高效掺合料对于改善环境保护、促进国民经济的可持续发展具有重大的社会意义。公开号为CN1167095A，申请号为971079773的专利文献公开了一种“高性能混凝土矿渣复合掺合料的制造工艺”，它是采用矿渣、无水石膏按一定的比例配制而成。授权公开号为CN1056594C，专利号为96116632.0的专利文献，公开了一种“用于配制高性能混凝土的复合掺合料及其制备方法”，由高炉矿渣、无水石膏、活化硅酸盐矿物按比例配制而成。公开号为CN1557763A，申请号为200410016148.0的专利文献公开了一种“利用复合钢渣微粉制备高性能混凝土掺合料的方法”，由钢渣微粉和矿渣微粉按一定的比例配制而成。

球磨钢渣尾泥是转炉炼钢钢渣采用露天水淬法处理，经“三破五选”后的尾渣(粒径≤5mm的颗粒占95％以上)，再经湿法水洗球磨机磨碎、水洗、选铁后所产生的污泥。如果不采取有效技术措施对钢渣污泥进行合理利用，大量的污泥将对环境造成污染，同时占用大量的土地，对钢铁企业的清洁生产和环境保护将非常不利。因此，这种钢渣尾泥有待于在其他领域中得到开发利用。

迄今为止，球磨钢渣尾泥粉与高炉矿渣粉复合应用于混凝土尚未见报道。

发明内容

为了进一步开拓球磨钢渣尾泥的资源化利用途径，克服现有技术中混凝土掺合料资源不足的问题，本发明提供一种球磨钢渣尾泥与高炉矿渣复合活性粉掺合料及利用复合活性粉生产混凝土的方法。

发明概述

本发明研究发现，钢渣经水洗球磨后产生的尾泥，除含铁量减少外，其他主要成分与钢渣相比变化不大，而且球磨钢渣尾泥经水洗处理后，其中的游离氧化钙和氧化镁大部分得到消解生成了Ca(OH)₂和Mg(OH)₂，使得其作为掺合料对钢渣水泥和混凝土的体积安定性的影响大幅度减小。经水淬急冷后的粒化高炉矿渣其玻璃体结构内含有较高的能量，潜在活性大。将水淬高炉矿渣经粉磨到一定细度，促使其中的CaO，Al₂O₃，SiO₂活性发挥出来，这些活性CaO，Al₂O₃，SiO₂即可与水泥中C₃S和C₂S水化生成的Ca(OH)₂反应，进一步形成水化硅酸钙产物，填充于水泥混凝土的空隙中，大幅度提高水泥混凝土的致密度，从而使水泥混凝土一系列性能得到明显改善。本发明将球磨钢渣尾泥粉与高炉矿渣粉按一定的比例复合生产活性掺合料，利用球磨钢渣尾泥粉与高炉矿渣粉性能的耦合性，可以发挥其各自的优势，起到优势互补的效应，将其应用于混凝土制备能替代大量水泥并使混凝土的综合性能得到提高。

发明详述

一种球磨钢渣尾泥与高炉矿渣复合活性粉掺合料，是由勃氏比表面积均为500m²/kg～600m²/kg的球磨钢渣尾泥粉与高炉矿渣粉按重量比为1∶1～2混合而成。

所述的钢渣尾泥为转炉钢渣经湿法球磨机磨碎、水洗、选铁后所产生的污泥，所述的高炉矿渣是粒化高炉矿渣，分别按以下方法进行处理后再混合：

(1)将大块球磨钢渣尾泥饼破碎至50～100cm，自然晾晒或利用冶金生产的废热进行鼓热风，使球磨钢渣尾泥的含水率至9～10％；再采用颚式破碎机将得到的球磨钢渣尾泥破碎至8～10cm，在100℃～120℃温度进行烘干热处理，使球磨钢渣尾泥的含水率降至4％以下，冷却至25-32℃。

(2)将粒化高炉矿渣在100℃～120℃温度进行烘干热处理，含水率降至4％以下，冷却至25-32℃。粒化高炉矿渣原料的初始含水率一般低于10％。

优选的，球磨钢渣尾泥粉与高炉矿渣粉的重量比为1∶1、2∶3或1∶2。

本发明中所述的含水率百分比均为重量百分比。

本发明球磨钢渣尾泥与高炉矿渣复合活性粉掺合料的制备方法，步骤如下：

1、由于从水洗球磨系统出来的渣饼泥含水量较高，且粘性较强，不利于后续工艺的直接加工利用，必须通过烘干预处理对尾泥进行干燥后才能进行后续的破碎粉磨处理。为节约能源，在生产条件允许的情况下，在烘干处理前可以将含水量较高的大块湿球磨钢渣尾泥饼经简单破碎至50～100cm后，利用阳光和自然风进行自然晾晒，含水率降至10％以下，从节约时间考虑可使球磨钢渣尾泥的含水率至9-10％即可。若生产安排比较紧凑时，则可以考虑利用就近的冶金生产工序的废热进行鼓热风进行快速烘干。

2、经步骤1处理的球磨钢渣尾泥块度仍然较大，还不能直接进入球磨机进行粉磨，为此，须采用颚式破碎机将球磨钢渣尾泥破碎至10cm以下，从节能考虑可破碎至8-10cm，然后，利用钢铁企业余热锅炉产生的蒸汽作为热源分别对该钢渣尾泥和粒化高炉矿渣原料在100℃～120℃温度进行烘干热处理，使球磨钢渣尾泥和高炉矿渣的含水率降至4％以下，冷却至25-32℃，备用。

3、将以上烘干、冷却后的球磨钢渣尾泥和高炉矿渣分别送入球磨机，分别粉磨至二者的勃氏比表面积500m²/kg以上；从节约考虑球磨钢渣尾泥和高炉矿渣勃氏比表面积控制在500m²/kg～600m²/kg之间即可。

4、将经上述步骤处理的球磨钢渣尾泥粉与高炉矿渣粉按1∶1～2的质量比进行配料、混匀后，即可作为复合活性粉掺合料应用。

本发明球磨钢渣尾泥和高炉矿渣活性粉掺合料在混凝土制备中的用途，作为混凝土制备中的掺合料等量替代30％～50％wt的水泥。

按照国家“普通混凝土配合比技术规定”，以320～440kg/m³的水泥胶材标准总量计，可掺入30～50％wt的球磨钢渣尾泥和高炉矿渣活性粉掺合料，等量替代水泥胶材，配制不同强度的混凝土，混凝土其他配料按现有技术及国家标准。

上述所得混凝土产品是C30～C50强度等级的混凝土。所制备的混凝土性能和抗压强度按GB/50080-2002、GB/50081-2002要求进行实用实验。混凝土浇注后，在实验室静置24h后拆模，然后在养护室标准养护。抗压强度采用100mm×100mm×100mm立方体试件。

与现有技术相比，本发明具有如下技术特点及优良效果：

1、本发明所采用的球磨钢渣尾泥与常规的普通钢渣不同，是常规转炉钢渣经破碎磁选后的钢渣尾渣，再经水洗球磨工艺处理后产生的尾泥，球磨钢渣尾泥经水洗处理后其化学活性与水硬活性与常规钢渣相比均有较大程度的降低，但尾泥中的游离氧化钙和氧化镁经水洗后大部分得到消解生成了Ca(OH)2和Mg(OH)2，使得其作为掺合料对钢渣水泥和混凝土的体积安定性的影响远远小于常规钢渣所造成的不良影响。将球磨钢渣尾泥粉与高炉矿渣粉复合作为活性掺合料成功应用于混凝土的生产，在不影响混凝土力学强度的前提下，消除游离氧化钙对混凝土体积安定性的不良影响，可以节约水泥，降低混凝土的生产成本，增加经济性。

2、本发明复合活性粉具有物美价廉的优点，在等量替代部分水泥胶材后附加值大幅度提高，成功替代50％的水泥胶材，且强度达到C50，适合于泵送要求，在混凝土泵送过程中，它还发挥着良好的微珠效应，增强混凝土的可泵性和抗侵蚀能力，硬化过程中还能发挥其活性效应。

3、本发明复合活性粉掺入混凝土后，能降低混凝土的水化热温升，保证混凝土早期强度，提高后期强度，增强混凝土的抗磨损性能和抗腐蚀性能，提高混凝土耐久性。且由于这种混凝土力学强度好，微膨胀，抗渗水性好，耐腐蚀，水化热低，和易性好等优点，可以满足绝大部分的土木工程要求。

4、本发明最突出的特点在于高效利用了钢铁企业的固体废弃物，充分反映了变废为宝，发展循环经济的特点，且生产工艺简单，混凝土生产成本显著降低，经济效益、社会效益和环境效益显著。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。实施例中所用的球磨钢渣尾泥产自莱芜钢铁泰东实业公司资源利用分公司，是转炉炼钢钢渣采用露天水淬法处理，经“三破五选”后的尾渣(粒径≤5mm的颗粒占95％以上)，经湿法水洗球磨机磨碎、水洗、选铁后所产生的污泥。高炉矿渣为经粒化水淬处理的高炉矿渣，产自莱芜钢铁股份有限公司。球磨钢渣尾泥和高炉矿渣的化学成分如表1所示。

选用P.O42.5水泥作为水泥胶材；粒径为5～31.5mm，含泥量为0.6％，泥块含量为0.3％，针片状颗粒含量为8％，压碎指标值为17％，表观密度为2680kg/m³的碎石作为粗骨料；细度模数为3.1，含泥量为1.6％，泥块含量为0.5％，表观密度为2590kg/m³的河砂为细骨料；减水率达20％以上的市售GT-C2高效减水剂为混凝土减水剂。

表1球磨钢渣尾泥与高炉矿渣化学成分分析结果

实施例1：球磨钢渣尾泥与高炉矿渣复合活性粉掺合料，是由勃氏比表面积均为500m²/kg～550m²/kg的球磨钢渣尾泥粉与高炉矿渣粉按重量比为1∶1混合而成。

制备步骤如下：

(1)将含水量较高的大块湿球磨钢渣尾泥饼经简单破碎至50～100cm后，利用阳光或自然风进行自然晾晒，使尾泥的含水率至10％；

(2)经自然凉晒后的球磨钢渣尾泥，采用颚式破碎机将大块的尾泥破碎至10cm以下；利用钢铁企业余热锅炉产生的蒸汽作为热源分别对含水量在10％的钢渣尾泥和含水量在10％的粒化高炉矿渣在100℃～120℃温度进行烘干热处理，使尾泥和高炉矿渣的含水率降至4％以下，冷却至30℃。

(3)将烘干冷却后的球磨钢渣尾泥和高炉矿渣分别送入球磨机分别粉磨一定的时间，使二者的勃氏比表面积至500m²/kg以上，从节约考虑磨至500m²/kg～550m²/kg即可；

(4)将经过以上步骤处理的球磨钢渣尾泥粉和高炉矿渣粉按1∶1的重量比例混合，即为掺合料。

以上掺合料产品在制备混凝土中的应用，方法如下：

等量代替30％wt的水泥胶材，按每立方米混凝土中P.042.5水泥胶材总量为320kg计，即每立方米混凝土按以下重量比配料：P.042.5水泥224kg，活性复合粉掺合料96kg，水160kg，粗骨料(石子)1015kg，细骨料(砂)860kg，减水剂11.6kg，按比例加入各原料后按混凝土现有技术制备即可。所得混凝土产品性能列于表2中。

实施例2-6：球磨钢渣尾泥与高炉矿渣复合活性粉掺合料制备方法同实施例1，所不同的是原料重量比各不相同，具体用量列于表2中。

在制备混凝土中的应用时，掺合料替代水泥的比例也不尽相同，具体用量列于表2中。

使用掺合料制备的混凝土产品性能见表2。

表2

表2中混凝土产品性能的检测方法按国际标准。

Claims (4)

1.一种球磨钢渣尾泥与高炉矿渣复合活性粉掺合料，其特征在于是由勃氏比表面积均为500m²/kg～600m²/kg的球磨钢渣尾泥粉与高炉矿渣粉按重量比为1∶1～2混合而成；

所述的钢渣尾泥为转炉钢渣经湿法球磨机磨碎、水洗、选铁后所产生的污泥，所述的高炉矿渣是粒化高炉矿渣，分别按以下方法进行处理后再混合：

(1)将大块球磨钢渣尾泥饼破碎至50～100cm，自然晾晒或利用冶金生产的废热进行鼓热风，使球磨钢渣尾泥的含水率至9～10％；再采用颚式破碎机将得到的球磨钢渣尾泥破碎至8～10cm，在100℃～120℃温度进行烘干热处理，使球磨钢渣尾泥的含水率降至4％以下，冷却至25-32℃；

(2)将粒化高炉矿渣在100℃～120℃温度进行烘干热处理，含水率降至4％以下，冷却至25-32℃。

2.如权利要求1所述的球磨钢渣尾泥与高炉矿渣复合活性粉掺合料，其特征在于球磨钢渣尾泥粉与高炉矿渣粉的重量比为1∶1、2∶3或1∶2。

3.权利要求1所述的球磨钢渣尾泥和高炉矿渣活性粉掺合料在混凝土制备中的用途，作为混凝土制备中的掺合料等量替代30wt％～50wt％的水泥。

4.如权利要求3所述的球磨钢渣尾泥和高炉矿渣活性粉掺合料在混凝土制备中的用途，其特征在于所得混凝土产品是C30～C50强度等级的混凝土。