CN101935172A - 滚筒钢渣细集料复合矿渣粉胶结材 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滚筒钢渣细集料复合矿渣粉胶结材,解决了现有的钢渣不能完全替代水泥生产胶结材,生产成本高、只能配制低强度C30以内混凝土的问题。由复合矿渣粉和滚筒钢渣组成,复合矿渣粉与滚筒钢渣细集料的重量比为1∶1~4,所述复合矿渣粉由重量百分比为组合料8~35%和矿渣粉65~92%混合组成;其中,组合料由重量百分比为25~99%的石膏,以及0~75%的硅酸盐水泥熟料和0~5%外加剂中的至少一种经磨细组成。本发明胶结材在完全替代水泥胶结材的同时,具有强度等级高、生产工艺简单、生产成本低、产品性能稳定的优点,特别适用于配制工作性良好的高强混凝土及对抗折强度要求较高的各种工程。

Description

滚筒钢渣细集料复合矿渣粉胶结材 
技术领域
本发明涉及一种建筑工程用胶结材,具体的说是一种滚筒钢渣细集料复合矿渣粉胶结材。 
背景技术
配制混凝土时通常以水泥作为胶结材,再配以砂子、碎石和水搅拌成混凝土。钢渣在配制混凝土中的应用最常见于用钢渣替代砂子配制混凝土,为进一步提高其附加值,近年来研究人员考虑将钢渣应用于胶结材中,公开的方法有两种:一种是将钢渣微粉作为掺和料加入水泥中,可以消除钢渣水泥生产中易磨性差异问题,钢渣通过磨细到一定细度,可以最大程度地清除金属铁,通过超细粉磨使物料晶体结构发生重组,颗粒表面状况发生变化,表面能提高,机械激发钢渣的活性,发挥水硬胶凝材料的特性。但其仅以掺和料形式与水泥混合,不能完全替代水泥,且加入量少,胶结材仍以水泥为主,成本降低不明显,另外,钢渣微粉需要将一定粒度的颗粒钢渣烘干、磨细,且钢渣与水泥比较易磨性差,反而会导致生产成本大幅度增加。另一种是利用矿渣和钢渣复合成胶结材以完全替代现有的水泥胶材,如专利号:01106474,2002年9月25日公开了一种由矿渣和钢渣复合而成的胶结材,复合矿渣微粉复合矿渣粉和钢渣细集料两种组份按重量比1∶1~2组成,其中复合矿渣微粉复合矿渣粉(wt%)由70~85的高炉矿渣、8~20的水泥熟料和7~11的石膏经磨细组成,用于制备砂浆及强度等级为C30以内的混凝土。该技术方案中钢渣细集料为“堆存时间在半年以内,仅经粒化处理和磁选过筛,其自然配级的粒径小于5mm的钢渣”。该胶结材可完全替代水泥,由其实施例可知,配制的混凝土3天和28天抗压强度最高可达34Mpa、57Mpa,抗折强度最高可达7.2Mpa和9.4Mpa。 
发明内容
本发明的目的是提供一种滚筒钢渣细集料复合矿渣粉胶结材,在替代水泥胶结材的同时,具有强度等级高、生产工艺简单、生产成本低、产品性能稳定的优点,特别适用于配制工作性良好的高强混凝土及对抗折强度要求较高的各种工程。 
本发明滚筒钢渣细集料复合矿渣粉胶结材,由复合矿渣粉和滚筒钢渣组成,复合矿渣粉与滚筒钢渣细集料的重量比为1∶1~4,所述复合矿渣粉由重量百分比为组合料8~35%和矿渣粉65~92%混合组成;其中,组合料由重量百分比为25~99%的石膏,以及0~75%的硅酸盐水泥熟料和0~5%外加剂中的至少一种经磨细组成,三者合计总量为100%,比表面积大于400m2/kg。 
所述复合矿渣粉与滚筒钢渣细集料的重量比为1∶1~2。 
所述复合矿渣粉由重量百分比为组合料20~30%和矿渣粉70~80%。 
所述组合料由重量百分比为99%的石膏和1%外加剂组成。 
滚筒钢渣是滚筒法处理的钢渣,并利用高温钢渣自身余热和矿相组成发生变化时产生的热应力、化学应力、相变应力及外界机械破碎力,使钢渣速冷、急碎,生成以硅酸三钙和硅酸二钙为主的颗粒状成品渣,为粒径小于4.75mm的自然级配、自然含水率的滚筒钢渣细集料,它与普通的钢渣细集料不同,是液态钢渣经滚筒法处理的钢渣,滚筒带动筒体内的介质对高温熔渣进行急冷和破碎,钢渣中结晶向主要为硅酸二钙,其次为硅酸三钙和方镁石,粘结相为玻璃相,氧化镁呈园粒状,固溶氧化铁,粘结相主要为铁质玻璃,呈网状将硅酸二钙和硅酸三钙隔开,少量的游离氧化钙亦包裹在玻璃相中,复合矿渣粉的配制针对于滚筒钢渣细集料的性能特点,能够使滚筒钢渣细集料和复合矿渣粉在水化反应中生成的硫铝酸盐水化物和水化硅酸钙交织紧密;其胶结材抗折性能优异,配制混凝土强度高,抗氯离子渗透性 能(通过的电量结果评定很低)、抗冻融性能(冻融循环300次种量损失1.1%)、碳化性能(28d平均碳化深度0.3mm)良好,从而使本发明胶结材适用于配制高强混凝土及对抗折强度要求较高的各种工程。在钢渣细集料+复合矿渣粉+水体系中,钢渣和矿渣相互渗透,共同水化。在加水后的起始期,风淬钢渣细集料中生成的Ca(OH)2和石膏迅速溶于水,同时激发矿渣,使矿渣的玻璃体结构解离,Ca2+、Al3+、Si4+、OH-1等离子进入溶液中,急剧反应生成水化硅酸钙和钙矾石,由于各种离子的结合数量和状态不同,可生成不同种类的水化硅酸盐、水化硫铝酸盐。从晶体的微观结构看,单纯的某种水化矿物并不能获得最高的强度,由两种或几种水化硅酸钙和其他水化矿物组成的多矿物胶凝物质,其强度才是最高的,因为这样可形成最致密的微晶结构。本发明胶结材正是这样一种多矿物胶凝物质。所述复合矿渣粉由组合料和矿渣粉组成,组合料中的基本成份为石膏,根据需要还可以添加硅酸盐水泥熟料或外加剂中的至少一种,石膏溶于水后可激发矿渣,使矿渣的玻璃体结构解离,并参与反应,生成水化硫铝酸盐水化产物,加入量是根据参与水化反应的需要量和胶结材的安定性要求确定。硅酸盐水泥熟料主要是在胶结材水化过程中起晶胚的作用,对胶结材早期强度的提高较为明显,同时亦参与水化反应,加入量是根据钢渣的不同状态确定。外加剂主要是加速胶结材的水化反应过程,提高结晶致密度,可以是表面活性剂,如MF、NF、NNO、FDN、CRS等;也可以是纳米级填充物,如硅灰等;也可以是调节剂促进胶结材浆体硬化,如氯化钙等。外加剂可以是一种或多种,加入量根据外加剂的标准规程确定。优选可采用石膏和外加剂的组合,而完全不添加硅酸盐水泥熟料,从而可大幅降低生产成本且不影响产品本身的各项性能。所述矿渣粉可以为高炉矿渣,采购的矿渣应符合GB/T 203用于水泥中的粒化高炉矿渣,矿渣粉应符合GB/T 18046用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉要求。 
本发明的滚筒钢渣细集料复合矿渣粉胶结材可加入砂子、碎石和水拌合成混凝土;也可不加碎石,加入砂子和水拌合成高强度的细粒混凝土(通常称为砂浆),用于制造薄壁构件;也可加直接水拌合替代水泥砂浆,其加入量没有特别要求,可参照现有水泥胶结材的使用量。 
优点: 
1、本发明特别选择了滚筒钢渣细集料作为胶结材的重要组份,其粒径与砂子相当,呈圆球状,不需经任何后期加工和筛选,无堆存时间限制,配入加工好的复合矿渣粉混合均匀便成为胶结材使用,用作建筑胶结材是提高利用附加值的有效方法,生产工艺非常简单,制备的胶结材具有良好的水化活性,水化生成含水矿物胶凝物质可生成不同种类的水化硅酸盐、水化硫铝酸盐等。可完全替代水泥,掺入相应的水、砂子、和/或石头可配制高强度的砂浆或混凝土。可减少生产水泥所需的大量能耗,它与环境治理、环境保护、消除渣害和促进国民经济可持续发展密切相关。 
2、成本低:胶结材的组成是滚筒钢渣细集料和复合矿渣粉,本发明胶结材配制的混凝土与水泥混凝土比较,其复合矿渣粉的价格低于水泥,滚筒钢渣细集料的价格低又于砂子,而且复合矿渣粉在混凝土中的用量少于水泥(水泥在混凝土种单位价格最高),相比之下减少了原料成本的费用。 
下面是配制C30混凝土的原材料组成和成本分析对比。 
(1)常规水泥混凝土 
根据建筑材料实用手册配制C30混凝土,选用水泥强度等级为32.5,其每立方米混凝土原料组成为: 
水泥∶黄砂∶碎石=394kg∶620kg∶1345kg 
原材料价格:水泥260元/吨;黄砂30元/吨;碎石40元/吨。 
计算强度等级C30的水泥混凝土原材料成本价为174.84元/M3。 
(2)由本发明胶结材制备的混凝土 
确定混凝土容重为2.45t/M3,扣除每立方米混凝土加入水的重量约100公斤,其它原料重量为2350公斤。混凝土原材料比例为: 
复合矿渣粉∶滚筒钢渣细集料∶黄砂∶碎石=1∶1.5∶1.5∶4.5 
即每立方米混凝土原材料重量组成为: 
复合矿渣粉∶滚筒钢渣细集料∶黄砂∶碎石=276kg∶415kg∶415kg∶1244kg。 
原材料价格:复合矿渣粉230元/吨;滚筒钢渣细集料10元/吨;黄砂30/吨;碎石40/吨。计算强度等级C30的本发明胶结材配制的混凝土原材料成本价为129.84元/M3。适当调节强度等级为C30的本发明胶结材配制的混凝土原料组成,其强度等级可提高到C35,即原料组成为: 
复合矿渣微粉∶滚筒钢渣细集料∶黄砂∶碎石=1∶1.5∶1.5∶4按以上条件和钢渣细集料混凝土的计算方法,强度等级C35的本发明胶结材配制的混凝土原材料成本价为132.03元/M3。 
本发明胶结材配制的混凝土从强度等级C30提高到C35,在原材料变化中适当减少了碎石用量,相应增加复合矿渣粉和黄砂数量,其每立方米混凝土增加的原材料成本仅为2.19元,这是因为相应增大了价格最低的钢渣用量。 
(3)原料成本价格比较 
由(1)、(2)可知,配制强度等级为C30的混凝土,常规水泥混凝土的原材料成本价为174.84元/M3,本发明胶结材配制的混凝土的原材料成本价为129.84元/M3;配制强度等级为C35本发明胶结材配制的混凝土原材料成本价为132.03元/M3。从原料组成和成本分析可见,配制强度等级为C30、C35混凝土,本发明胶结材配制的混凝土比常规水泥混凝土每立方米的价格低42元以上。另外,提高胶结材配制混凝土的强度等级,主要是调节复合矿渣粉和滚筒钢渣细集料的 掺量,本发明复合矿渣粉的单价低于水泥,单位立方米混凝土中的用量也不超过水泥,钢渣的单价又低于砂子。而使用水泥时,提高混凝土强度需要提高水泥的强度等级和增加水泥的用量,其成本大大提高。配制混凝土的强度越高,则使用本法明胶结材比使用水泥配制混凝土的成本优势越大。 
3、由本发明胶结材配制的水泥砂浆,按水泥胶砂强度检验方法,胶砂强度符合硅酸盐水泥62.5强度等级指标,且早期强度高,3天抗压强度可达45以上,抗折强度十分突出,3天抗折强度可达10MPa以上,28天抗折强度可达17MPa以上;胶结材压蒸安定性符合水泥压蒸安定性指标。 
4、本发明胶结材不仅可以配制C30的混凝土,还可以配制标号更高的高强度混凝土,配制C50混凝土强度等级的技术指标,3天抗压强度可达50MPa以上;配制C70混凝土技术指标,3天抗压强度可达76.8MPa,28天可达92.4MPa。配制C50混凝土进行耐久性试验,其混凝土抗氯离子渗透性能(通过的电量结果评定很低)、抗冻融性能(冻融循环300次种量损失1.1%)、碳化性能(28d平均碳化深度0.3mm)良好。 
具体实施方式
实施例1 
称取复合矿渣粉和粒径为0~4.75mm自然含水滚筒钢渣细集料按重量比1∶2均匀混合配制成胶结材A1。其中,复合矿渣粉以重量百分比100%计算,组合料占25%、矿渣粉75%。组合料(以重量百分比100%计算)为35%石膏和65%的硅酸盐水泥熟料经磨细组成,比表面积大于400m2/kg。 
实施例2 
称取复合矿渣粉和粒径为0~4.75mm自然含水滚筒钢渣细集料按重量比1∶1均匀混合配制成胶结材A2。其中,复合矿渣粉以重量 百分比100%计算,组合料占8%、矿渣粉92%。组合料(以重量百分比100%计算)为99%石膏和1%的外加剂NNO经磨细组成,比表面积大于400m2/kg。 
实施例3 
称取复合矿渣粉和粒径为0~4.75mm自然含水滚筒钢渣细集料按重量比1∶3均匀混合配制成胶结材A3。其中,复合矿渣粉以重量百分比100%计算,组合料占35%、矿渣粉65%。组合料(以重量百分比100%计算)为25%石膏、75%硅酸盐水泥熟料经磨细组成,比表面积大于400m2/kg。 
实施例4 
称取复合矿渣粉和粒径为0~4.75mm自然含水滚筒钢渣细集料按重量比1∶4均匀混合配制成胶结材A4。其中,复合矿渣粉以重量百分比100%计算,组合料占30%、矿渣粉70%。组合料(以重量百分比100%计算)为30%石膏、65%硅酸盐水泥熟料和5%的外加剂MF70%经磨细组成,比表面积大于400m2/kg。 
实施例5 
将1350g胶结材A1、675g ISO基准砂,用水量按BG/T2419水泥胶砂流动度测定方法选取流动度165±5mm范围内的用水量1600ml混合配制成水泥胶砂B1,按水泥胶砂强度检验方法制备试体强度结果见表1。 
实施例6 
称取复合矿渣粉394.7kg/m3(矿渣粉293kg/m3、外加剂氯化钙4.7kg/m3、石膏34kg/m3、硅酸盐水泥熟料63kg/m3)和0~4.75自然含水滚筒钢渣600kg/m3,加入砂260kg/m3、碎石1200kg/m3,用水量160kg/m3配制成混凝土C1,按普通混凝土力学性能试验方法检验试体强度结果见表1。 
实施例7 
称取复合矿渣粉455.4kg/m3(矿渣粉338kg/m3、外加剂NNO5.4kg/m3、石膏39kg/m3、硅酸盐水泥熟料73kg/m3)、0~4.75mm自然含水滚筒钢渣细集料800kg/m3,加入碎石1200kg/m3,用水量160kg/m3,配制混凝土C2,按普通混凝土力学性能试验方法检验试体强度结果见表1。 
混凝土C2在北京东方建宇混凝土技术研究院完成混凝土的耐久试验。其配制的混凝土抗氯离子渗透性能(通过的电量结果评定很低)、抗冻融性能(冻融循环300次种量损失1.1%)、碳化性能(28d平均碳化深度0.3mm)良好。 
实施例8 
称取胶结材A1中复合矿渣粉559kg/m3(矿渣粉412.5kg/m3、外加剂硅灰9kg/m3、石膏45kg/m3、硅酸盐水泥熟料92.5kg/m3)、0~4.75mm自然含水滚筒钢渣800kg/m3,加入碎石1100kg/m3,用水量145kg/m3,配制混凝土C3,按普通混凝土力学性能试验方法检验试体强度结果见表1。 
胶结材压蒸安定性实验: 
称取900g胶结材A1,用水量按GB1346的测试方法,选取以试锥下沉深度26±2mm时的浆体加入的水量,制备胶结材砂浆D1,拌和过程按GB/T17671的规定进行,试件制作和测试按GB/T750水泥压蒸安定性试验方法进行,2条试件压蒸膨胀率测定结果为0.052%、0.042%,平均0.04%,压蒸安定性合格(GB/T750规定压蒸膨胀率不大于0.5%为压蒸安定性合格)。 
表1水泥胶砂强度检验结果 
Figure BSA00000246438800081

Claims (5)

1.一种滚筒钢渣细集料复合矿渣粉胶结材,其特征在于,由复合矿渣粉和滚筒钢渣组成,复合矿渣粉与滚筒钢渣细集料的重量比为1∶1~4,所述复合矿渣粉由重量百分比为组合料8~35%和矿渣粉65~92%混合组成;其中,组合料由重量百分比为25~99%的石膏,以及0~75%的硅酸盐水泥熟料和0~5%外加剂中的至少一种经磨细组成,三者合计总量为100%,比表面积大于400m2/kg。
2.如权利要求1所述的滚筒钢渣细集料复合矿渣粉胶结材,其特征在于,所述复合矿渣粉与滚筒钢渣细集料的重量比为1∶1~2。
3.如权利要求1所述的滚筒钢渣细集料复合矿渣粉胶结材,其特征在于,所述复合矿渣粉由重量百分比为组合料20~30%和矿渣粉70~80%。
4.如权利要求1所述的滚筒钢渣细集料复合矿渣粉胶结材,其特征在于,所述组合料由重量百分比为99%的石膏和1%外加剂组成。
5.如权利要求1-5任一项所述的风淬钢渣细集料复合矿渣粉胶结材,其特征在于,所述外加剂为MF、NF、NNO、FDN、CRS中任一种的表面活性剂、纳米级填充物硅灰或调节剂氯化钙中的至少一种。
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