CN102491664A - 改性钢矿渣复合掺合料及其制备方法 - Google Patents

改性钢矿渣复合掺合料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性钢矿渣复合掺合料及其制备方法，其组成及配比为：矿渣微粉55wt％-75wt％；钢渣微粉20wt％-40wt％，烧结脱硫灰1wt％-5wt％。以本发明的改性钢矿渣复合掺合料混合水泥制得的混凝土，具有以下产品特性：7天活性指数大于75％，28天活性指数大于100％，比表面积≥400m2/kg，三氧化硫含量≤4.0％，氯离子含量≤0.06％，烧失量≤3.0％，压蒸安定性合格。本发明克服了钢矿渣复合掺和料早强低的缺点，能有效改善混凝土工作性能，提高混凝土的强度和耐久性；有效降低了钢渣粉磨所需能耗，有利于实现低碳经济，是一种资源利用型混凝土掺和料。

Description

改性钢矿渣复合掺合料及其制备方法
技术领域
本发明属于新材料、环保节能技术领域，具体涉及一种改性钢矿渣复合掺合料及其制备方法，为钢渣粉等固体废弃物的资源化利用提供了一条有效途径。
背景技术
钢渣是在转炉、电炉或精炼炉熔炼过程中产生的由炉料杂质、造渣材料等熔化形成的以氧化物为主、有时还含少量氟化物、硫化物等的废弃物，发生量约占钢产量的15～20％。近些年来，我国钢铁企业发展迅猛，粗钢产量年均增长22.4％，2010年钢产量已超过6亿吨，由此产生的钢渣已近1亿吨。钢渣排放后不仅占用土地资源且会造成环境污染、危害人体健康，引起钢铁工业生产进行不顺等负面作用，因而对钢渣进行资源化利用已变得迫在眉睫。
已有的研究表明，钢渣中含有一定量的硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)等水泥熟料类矿物，具有潜在的胶凝活性，因而可用作水泥混合材和混凝土掺合料。而将钢渣加工成钢渣粉应用于混凝土领域是具有较大竞争力和高附加值的利用模式，以钢渣粉形式供应市场能产生很高的经济效益；其次，钢渣以微粉形式进行资源化利用，可使其潜在胶凝活性得到充分利用。再次，大量的工程建设需要使用大量的混凝土材料，而钢渣粉作为混凝土掺合料之一，必将具有很大的市场需求。此外，从改善混凝土各方面性能出发，掺加钢渣粉或复合钢渣粉，可有效提高其后期强度、抗折强度、耐磨性，降低脆度系数低的特点；并能优化混凝土孔结构，提高其抗渗性能、抗碳化性能、降低氯离子扩散速度等；也可抑制混凝土收缩，提高抗冻融能力和抗钢筋腐蚀能力，还能改善新拌混凝土工作性能、减小坍落度经时损失、易振捣等。
将磨细钢渣粉(比表≥420m2/kg)用于替代水泥作掺合料使用具有以上诸多优点，但早期强度偏低，且含有一定量的游离氧化钙(f-CaO)，在水化过程中生成Ca(OH)2而发生体积膨胀，可能对硬化混凝土造成破坏，从而限制了它的推广应用。
发明内容
本发明的目的就是在充分利用钢矿渣粉改善混凝土各方面性能，并掺加一定量烧结脱硫灰作改性剂，以制备出满足相关规范要求的复合掺合料。在产品性能得到充分满足的同时，能充分有效利用多种工业固废物资源，变废为宝，并使之成为一种高技术产品应用于混凝土行业，也将为我国钢铁、电力和水泥三大高能耗产业的节能减排和实现低碳经济生产做出贡献。
本发明可以通过以下技术方案来实现。
改性钢矿渣复合掺合料，其原料及其组成为：矿渣微粉55wt％-75wt％，钢渣微粉20wt％-40wt％，烧结脱硫灰1wt％-5wt％；
所述矿渣微粉为符合GB/T 18046的S95级矿渣微粉，其密度不小于2.8g/cm3，其比表面积不小于400m2/kg，7d活性指数不小于75％，28d活性指数不小于95％；
所述钢渣微粉为转炉或电炉钢渣经磁选、破碎、烘干、粉磨处理制得，其密度不小于3.5g/cm3，比表面积为420～500m2/kg，金属铁含量不大于1％；
所述烧结脱硫灰为烧结烟气干法脱硫工艺产生的含硫酸盐物质的脱硫废渣粉体材料，其含水量不大于1％。
本发明所述改性钢矿渣复合掺合料的制备方法为：按矿渣微粉55wt％-75wt％，钢渣微粉20wt％-40wt％，烧结脱硫灰1wt％-5wt％的组成及配比称量原料，将上述三种原料混合均匀后即得改性钢矿粉复合掺合料；
或按设定比例在制备钢渣微粉或矿渣微粉的粉磨工序中加入烧结脱硫灰，然后称量原料并混合均匀。
以本发明的改性钢矿渣复合掺合料混合水泥制得的混凝土，参照水泥压蒸安定性试验进行试验，具有以下产品特性：7天活性指数大于75％，28天活性指数大于100％，比表面积≥400m2/kg，三氧化硫含量≤4.0％，氯离子含量≤0.06％，烧失量≤3.0％，压蒸安定性合格。
本发明利用钢渣粉与矿渣粉良好的复合效应，一方面矿渣微粉可吸收钢渣中过多游离氧化钙而克服钢渣粉可能存在的安定性问题，另一方面钢渣微粉水化生成的氢氧化钙又是良好的矿粉活性激发剂。特别是本发明通过掺加一定量的烧结脱硫灰作早强活性激发剂，可明显改善掺合料早期活性，以满足相关规范、标准和实际工程对混凝土早期强度的要求。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
1.改性钢矿渣复合掺合料最突出优点是克服了钢渣大量掺入造成复合掺合料早强强度低的缺点，并且7天和28天活性指数均高于GB/T 18046-2008对于S95级矿粉的要求，特别是7天活性指数有较大幅度提升，长龄期强度仍会继续增长；
2.改性钢矿渣复合掺合料对原料组成中钢渣粉的比表面积要求降低，相对于已有产品要求钢渣微粉比表面积可能达到600m2/kg以上，本发明采用烧结脱硫灰作改性剂，并在合理的原材料组成条件下，钢渣粉的比表面积降低至420m2/kg左右，可有效降低钢渣粉磨所需能耗，从而有利于实现低碳经济；
3.改性钢矿渣复合掺合料用在预拌混凝土中，能有效改善混凝土工作性能、减小坍落度经时损失，并易于振捣；
4.改性钢矿渣复合掺合料用在预拌混凝土中，在水化热、抗折、抗渗、耐磨和抗干缩这些与混凝土耐久性相关的技术指标方面都比现常用掺合料更具优势。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
本发明所采用的主要原材料包括：钢渣微粉、S95级矿渣微粉(GB/T18046-2008)、烧结脱硫灰。
实施例1：
钢渣微粉25wt％，密度3.55g/cm3、比表面积420m2/kg；
S95级矿渣微粉74wt％，密度2.90g/cm3、比表面积430m2/kg；
烧结脱硫灰1wt％。
将以上三组分经机械搅拌混合均匀后制成改性钢矿渣复合掺合料试样。参照GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》，检验改性钢矿渣复合掺合料试样各方面性能。基准水泥采用海螺牌42.5级硅酸盐水泥，测试结果见表1。
实施例2：
钢渣微粉28wt％，密度3.55g/cm3、比表面积430m2/kg；
S95级矿渣微粉70wt％，密度2.90g/cm3、比表面积430m2/kg；
烧结脱硫灰2wt％。
以上三组分均匀混合后制成改性钢矿渣复合掺合料试样。参照GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》，检验改性钢矿渣复合掺合料试样各项性能。基准水泥采用海螺牌42.5级硅酸盐水泥，测试结果见表1。
实施例3：
钢渣微粉36wt％，密度3.55g/cm3、比表面积495m2/kg；
S95级矿渣微粉60wt％，密度2.90g/cm3、比表面积430m2/kg；
烧结脱硫灰4wt％。
先在钢渣粉磨时加入烧结脱硫灰制成改性钢渣粉，然后与S95矿渣粉按4∶6复配制成改性钢矿渣复合掺合料。参照GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》，检验改性钢矿渣复合掺合料试样各项性能。基准水泥采用海螺牌42.5级硅酸盐水泥，测试结果见表1。
实施例4：
钢渣微粉30wt％，密度3.55g/cm3、比表面积450m2/kg；
S95级矿渣微粉65wt％，密度2.90g/cm3、比表面积430m2/kg；
烧结脱硫灰5wt％。
改性钢矿渣复合掺合料试样。参照GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》，检验改性钢矿渣复合掺合料试样各项性能。基准水泥采用海螺牌42.5级硅酸盐水泥，测试结果见表1。
注：对比样组成为：
钢渣微粉30wt％，密度3.55g/cm3、比表面积455m2/kg；
S95级矿渣微粉70wt％，密度2.90g/cm3、比表面积430m2/kg；
表1 改性钢矿渣复合掺合料性能试验结果
Figure BDA0000111907660000051
上述实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (6)

1.改性钢矿渣复合掺合料，其特征在于，其组成及配比为：矿渣微粉55wt％-75wt％；钢渣微粉20wt％-40wt％，烧结脱硫灰1wt％-5wt％，所述烧结脱硫灰。
2.根据权利要求1所述的改性钢矿渣复合掺合料，其特征在于，所述矿渣微粉为S95级矿渣微粉，其密度不小于2.8g/cm3，其比表面积不小于400m2/kg，7d活性指数不小于75％，28d活性指数不小于95％。
3.根据权利要求1所述的改性钢矿渣复合掺合料，其特征在于，所述钢渣微粉为转炉或电炉钢渣经磁选、破碎、烘干、粉磨处理制得，其比表面积为420～500m2/kg，金属铁含量不大于1.0％。
4.根据权利要求1所述的改性钢矿渣复合掺合料，其特征在于，所述烧结脱硫灰为烧结烟气干法脱硫工艺产生的含硫酸盐物质的脱硫废渣粉体材料，含水量不大于1.0％。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的改性钢矿渣复合掺合料的制备方法，其特征在于，按矿渣微粉55wt％-75wt％，钢渣微粉20wt％-40wt％，烧结脱硫灰1wt％-5wt％的组成及配比称量原料，将上述三种原料混合均匀后即得改性钢矿粉复合掺合料。
6.根据权利要求1～4任意一项所述的改性钢矿渣复合掺合料的制备方法，其特征在于，按设定比例在制备钢渣微粉或矿渣微粉的粉磨工序中加入烧结脱硫灰，然后称量原料并混合均匀。
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