CN102531424A - 一种矿渣基速凝型胶结材料 - Google Patents

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吕宪俊
金子桥
胡术刚
张磊
邱俊
陈平
李琳
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Abstract

本发明涉及一种矿渣基速凝型胶结材料。将粒化高炉矿渣细磨至比表面积大于400m2/kg后按一定比例添加生石灰、早强剂。高炉矿渣、生石灰、早强剂质量比为75～90∶5～15∶3～10。早强剂为碳酸钠、氢氧化钠、硅酸钠中的一种或二种任意比例复合物。将上述三种物质混合均匀即得矿渣基速凝型胶结材料，且该材料净浆试模3天、28天抗压强度超过R型425硅酸盐水泥指标。本发明以高炉矿渣为主，实现固体废弃物的资源化利用，成本较低；材料中所用原料只需简单磨矿、混匀即可，不需烧结，能耗小，无二次污染；速凝早强特点明显。该胶结材料可广泛应用于矿山井下充填、巷道堵漏等场合。

Description

一种矿渣基速凝型胶结材料
技术领域
本发明涉及一种粒化高炉矿渣的资源化利用技术，将细磨后的粒化高炉矿渣、少量细磨的生石灰和早强剂混合均匀后制备成胶结材料，可广泛应用于矿山井下充填、巷道堵漏等场合。
背景技术
高炉矿渣是高炉冶炼生铁时的副产品，用高炉冶炼生铁时，除了铁矿石(磁铁矿Fe3O4或赤铁矿Fe2O3、和杂质石英、粘土、碳酸盐、磷灰岩等)和燃料(焦碳、含灰分10％左右)外，还需要加入相当数量的石灰石和白云石作为熔剂。石灰石和白云石分解所得到CaO或MgO及铁矿石中的废矿、还有焦碳中的灰分相互熔化在一起，生成组成主要为硅酸钙(镁)和铝硅酸钙(镁)的熔融体。其密度为2.3～2.8g/cm3，比铁水轻(铁水密度为7.0～8.0g/cm3)，浮在生铁水的上面，定期从排渣口排出，经水淬急冷处理成为粒状的颗粒，称为粒化高炉矿渣。根据铁矿石品位的不同，每炼1t铁大约排出0.3～1t矿渣。我国目前渣场积存的高炉渣已超过1亿吨。在急冷处理的过程中，熔态炉渣中的绝大部分物质没能形成稳定的化合物晶体，以无定形体或玻璃体的状态将没能释放的热能转化为化学能储存起来，从而具有潜在的化学活性，是优良的水泥原料。粒化高炉矿渣的活性是潜在的，直接水化基本没有胶凝性，必须采用一定的活化手段，才能启动水化反应。因而粒化高炉矿渣的活化方法是其综合利用的一个重要研究方面。
传统上高炉矿渣的利用主要是用在水泥和混凝土的掺合料，但掺加比例较低，尚未大规模利用。而现在市场上销售的一些早强快硬水泥主要是铝酸盐水泥，价格一般为普通水泥的2-3倍。在一些需要早强快硬的场合，如采用充填采矿法采矿的矿山，则无力承担如此高昂的费用。
发明内容
本发明的目的是采用有效的手段活化高炉矿渣的胶凝活性，制备一种生产简单且价格低廉的速凝型胶结材料，实现矿渣的大规模利用。
为实现上述目的，本发明的矿渣基速凝型胶结材料，其组分及含量为：粒化高炉矿渣75-90％、生石灰5-15％、早强剂3-10％。早强剂为碳酸钠、氢氧化钠、硅酸钠中的一种或二种任意比例复合物。
本发明的机理：以粒化高炉矿渣为主要原料，通过强碱性的生石灰作为活化剂来破坏矿渣的玻璃体结构，激发矿渣潜在的胶凝活性，水化形成具有水硬性的产物。早强剂的加入大大提高了上述反应的进行，使该胶结材料具有速凝早强的特点。
本发明矿渣基速凝型胶结材料的优点在于：
1、材料中主要是高炉矿渣为主，实现固体废弃物的资源化利用，成本较低。
2、材料中所用原料只需简单磨矿、混匀即可，不需烧结，能耗小，无二次污染。
3、本发明的矿渣基速凝型胶结材料速凝早强特点明显，材料在0.4的水灰比下，净浆试模3天抗压强度＞22MPa，28天抗压强度＞42.5Mpa，超过R型42.5硅酸盐水泥指标。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。除非另有说明，下述实施例中所有的百分比均为质量百分比。
实施例1
本发明的一种矿渣基速凝型胶结材料，其中高炉矿渣84％，生石灰10％，碳酸钠6％。高炉矿渣料采用超细粉磨机粉磨，细度控制按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在400m2/kg以上。在0.4的水灰比下(即水/(矿渣+生石灰+碳酸钠)＝0.4)，按照GB/T17671-1999将料浆搅拌均匀后浇筑成4cm*4cm*16cm的三联试块，置于恒温(20℃)恒湿(相对湿度95％)养护箱中养护至规定龄期，测定胶结体单轴抗压强度。结果如下：
  养护时间   3天   28天
  抗压强度/MPa   41.36   63.94
实施例2
本发明的一种矿渣基速凝型胶结材料，其中高炉矿渣83％，生石灰10％，碳酸钠7％。高炉矿渣料采用超细粉磨机粉磨，细度控制按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在400m2/kg以上。在0.4的水灰比下(即水/(矿渣+生石灰+碳酸钠)＝0.4)，按照GB/T17671-1999将料浆搅拌均匀后浇筑成4cm*4cm*16cm的三联试块，置于恒温(20℃)恒湿(相对湿度95％)养护箱中养护至规定龄期，测定胶结体单轴抗压强度。结果如下：
  养护时间   3天   28天
  抗压强度/MPa   45.98   65.28
实施例3
本发明的一种矿渣基速凝型胶结材料，其中高炉矿渣77％，生石灰15％，氢氧钠8％。高炉矿渣料采用超细粉磨机粉磨，细度控制按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在400m2/kg以上。在0.4的水灰比下(即水/(矿渣+生石灰+氢氧化钠)＝0.4)，按照GB/T17671-1999将料浆搅拌均匀后浇筑成4cm*4cm*16cm的三联试块，置于恒温(20℃)恒湿(相对湿度95％)养护箱中养护至规定龄期，测定胶结体单轴抗压强度。结果如下：
  养护时间   3天   28天
  抗压强度/MPa   43.53   63.66
实施例4
本发明的一种矿渣基速凝型胶结材料，其中高炉矿渣80％，生石灰15％，氢氧钠5％。高炉矿渣料采用超细粉磨机粉磨，细度控制按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在400m2/kg以上。在0.4的水灰比下(即水/(矿渣+生石灰+氢氧化钠)＝0.4)，按照GB/T17671-1999将料浆搅拌均匀后浇筑成4cm*4cm*16cm的三联试块，置于恒温(20℃)恒湿(相对湿度95％)养护箱中养护至规定龄期，测定胶结体单轴抗压强度。结果如下：
  养护时间   3天   28天
  抗压强度/MPa   41.82   51.54
实施例5
本发明的一种矿渣基速凝型胶结材料，其中高炉矿渣80％，生石灰15％，硅酸钠2％，碳酸钠3％，。高炉矿渣料采用超细粉磨机粉磨，细度控制按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在400m2/kg以上。在0.4的水灰比下(即水/(矿渣+生石灰+硅酸钠+碳酸钠)＝0.4)，按照GB/T17671-1999将料浆搅拌均匀后浇筑成4cm*4cm*16cm的三联试块，置于恒温(20℃)恒湿(相对湿度95％)养护箱中养护至规定龄期，测定胶结体单轴抗压强度。结果如下：
  养护时间   3天   28天
  抗压强度/MPa   26.73   44.35
实施例6
本发明的一种矿渣基速凝型胶结材料，其中高炉矿渣82％，生石灰8％，硅酸钠5％，碳酸钠5％，。高炉矿渣料采用超细粉磨机粉磨，细度控制按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在400m2/kg以上。在0.4的水灰比下(即水/(矿渣+生石灰+硅酸钠+碳酸钠)＝0.4)，按照GB/T17671-1999将料浆搅拌均匀后浇筑成4cm*4cm*16cm的三联试块，置于恒温(20℃)恒湿(相对湿度95％)养护箱中养护至规定龄期，测定胶结体单轴抗压强度。结果如下：
  养护时间   3天   28天
  抗压强度/MPa   39.69   51.88

Claims (4)

1.一种矿渣基速凝型胶结材料，其特征在于原料组成质量百分比为：粒化高炉矿渣75-90％、生石灰5-15％、早强剂3-10％，将所述原料按质量百分比在常温常压下经搅拌混合均匀后形成均一的混合物。
2.根据权力要求1所述的胶结材料的制备方法，其特征在于：粒化高炉矿渣应符合GB/T203-2008《用于水泥中的粒化高矿渣》的要求且粉磨至比表面积＞400m2/kg。
3.根据权力要求1所述的胶结材料的制备方法，其特征在于：生石灰应符合建材行业标准JC/T 479-92《建筑生石灰》中钙质生石灰合格品的要求且粉磨至-200目以下。
4.根据权力要求1所述的胶结材料的制备方法，其特征在于：早强剂为碳酸钠、氢氧化钠、硅酸钠中的一种或二种任意比例复合物。
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