CN103011634B

CN103011634B - 水泥基钢渣耐磨材料

Info

Publication number: CN103011634B
Application number: CN201210544492.1A
Authority: CN
Inventors: 方宏辉; 薛改凤; 李继铮; 卢丽君
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2032-12-13
Also published as: CN103011634A

Abstract

本发明公开了一种水泥基钢渣耐磨材料，解决了现有掺有钢渣的胶结材与水泥掺混易发生体积膨胀，影响使用，且耐磨性能有待进一步提高的问题。水泥基钢渣耐磨材料由复合矿渣粉与颗粒钢渣组成，复合矿渣粉∶颗粒钢渣的质量比为1∶1～2，其中颗粒钢渣是湿式球磨钢渣磁选粒子钢后的尾泥，经流水冲刷泥浆后余下的尾渣，其粒径在3mm以下，其中0.6mm～2.36mm范围的颗粒占质量百分数98%以上；所述复合矿渣粉由磨细的质量百分比40～75%的高炉水淬矿渣、15～50%的硅酸盐水泥熟料、5～10%的石膏，以及0.5～5%的外加剂，复合矿渣粉比表面积大于400m²/kg。本发明成本低、耐磨性和强度高、抗渗透、耐久性好。

Description

水泥基钢渣耐磨材料

技术领域

本发明涉及一种建筑工程用水泥基耐磨材料，具体的说是一种水泥基钢渣耐磨材料。

背景技术

近年来研究人员考虑将钢渣应用于胶结材中，如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。又如专利号:CN201010263857.4公开了一种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，也具有优异的抗折强度和抗压强度。

随着技术发展，客户的要求也不断变化和提高，在某些施工条件下，除了要求优异的对抗折强度和抗压强度外，客户对其耐磨性能和施工周期也有了高要求，而由于钢渣自身的特点，其中含有一定量的游离氧化钙和游离氧化镁，遇水后反应生成氢氧化钙和氢氧化镁，体积膨胀，因此钢渣在水泥基的材料中，若直接与水泥混合且当水泥添加量较大时会破坏制品结构，影响使用质量；但若减少水泥添加量，则会减缓混凝土的凝结速度，影响施工的周期。因此目前为止，有报导的掺入钢渣的胶结材中，尚无有关耐磨性能方面的介绍。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种成本低、耐磨性和强度高、抗渗透、耐久性好的水泥基钢渣耐磨材料。

技术方案由复合矿渣粉与颗粒钢渣组成，复合矿渣粉：颗粒钢渣的质量比为1：1～2，其中颗粒钢渣是湿式球磨钢渣磁选粒子钢后的尾泥经流水冲刷泥浆后余下的尾渣，其粒径在3mm以下，其中0.6mm～2.36mm范围的颗粒占质量百分数98％以上；所述复合矿渣粉(合计质量百分数100％)包括磨细的质量百分比40～75％的高炉水淬矿渣、15～50％的硅酸盐水泥熟料、5～10％的石膏、以及0.5～5％的外加剂,复合矿渣粉比表面积大于400m²/kg。

复合矿渣粉：颗粒钢渣的质量比为1：2。

所述复合矿渣粉中硅酸盐水泥熟料的添加量为30～50％。

本发明中，发明人对各种钢渣进行了深入研究，发现作为湿式球磨磁选后余下的尾泥经流水冲刷泥浆后余下的尾渣(包括少量的较细小的颗粒钢渣)，虽有一部分游离氧化钙和游离氧化镁消解，但与普通钢渣相比，本发明颗粒钢渣中的游离氧化钙和游离氧化镁还含有其它杂质(如铁、锰的氧化物)，因而消解十分缓慢，虽然仍然存在继续反应膨胀的不稳定因素，但通过与复合矿渣粉的混合使用，可以解决了钢渣的稳定性问题，同时提高了钢渣耐磨材料的整体性和坚固性。复合矿渣粉中添加高炉水淬矿渣的原理是由钙、硅、铝、镁氧化物为主要组成的玻璃体，在一定的条件下解离后，钙、硅、铝、镁等离子进入溶液中，并与钢渣中游离状态的氧化钙(包括反应生成的氢氧化钙)、氧化镁以及石膏组合，生成硅酸盐水化物和硫铝酸盐水化物，结构稳定，其添加量为40～75％，过高会使完全的玻璃体被激发的程度低，生成水化物的反应浓度亦较低，达不到所需材料性能的要求，过低会满足不了钢渣中游离状态的氧化钙、氧化镁与矿渣组成硅酸盐水化物的要求，导致水化物结构的破坏，硅酸盐水泥熟料的添加量为15～50％，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，通常情况下加入量不可过多，过多则会使水化反应的液相碱度过高，不利于钢渣表层的氧化钙、氧化镁溶出，因而直接影响水化结构的稳定性问题，而本发明中由于使用了所述的颗粒钢渣，配制水泥基耐磨材料时，可以使硅酸盐水泥熟料的添加量范围得到扩大，满足了对于一些需要提高硅酸盐水泥熟料用量的特珠施工条件要求。所述外加剂可以为表面活性剂、减水剂或硅灰中的至少一种，当选择的外加剂为固态时，可直接加入耐磨材料中磨细混合，也可磨细后在施工时另行加入，当其为液态时，则最好在施工时再混入耐磨材料中。

本发明颗粒钢渣不需破碎加工或分选，直接与复合矿渣粉按比例均匀混合，便制成水泥基钢渣耐磨材料，可作为水泥胶结材加入砂子和石头制成混凝土；也可将本发明水泥基耐磨材料均匀撒布在刚初凝的混凝土表面，并用机械提浆、抹平、抹光、收光及养护，用于混凝土地面要求耐磨性较高的工作环境，其加入量没有特别要求，可参照现有水泥胶结材的使用量。

有益效果：

1)本发明颗粒钢渣是湿式球磨磁选粒子钢后的尾泥，经流水冲刷泥浆后分离余下难以磨细的颗粒尾渣(不需破碎加工或分选)，与复合矿渣粉按按比例混合后作为水泥基耐磨材料，解决了钢渣的稳定性问题，同时提高了水泥基耐磨材料的整体性和坚固性。

2)水泥基钢渣耐磨材料可与水化基体相固结成整体，结构密实，抗渗透性好，可与混凝土地面一起施工，混凝土施工时，直接在初凝状态的混凝土表面施工钢渣耐磨材料，待混凝土达到工程规定的时间要求时，钢渣耐磨材料也同时达到要求,而不另外增加时间，施工工期短，耐磨材料与混凝土结合牢固，地面的耐磨性和强度高，抗渗透，耐久性好。测定钢渣颗粒中心、钢渣颗粒与基体相界面、基体相的显微硬度，结果：钢渣颗粒中心＞钢渣颗粒与基体相界面＞基体相。

附图说明

图1是施工26年后的掺有本发明水泥基钢渣耐磨材料的混凝土路面层岩芯试样。

图2～图5是该混凝土水化结构的电子探针分析，

其中，图2为钢渣水化后呈现的绒絮状表面状态图，“⊕”部位可见水化反应物绒絮状表面。

图3为图2中“⊕”部位成份分析能普图，标明为钢渣的组成；

图4为钢渣中铁、镁、锰二价氧化物固溶体状态图，“⊕”部位可见颗粒表面光洁；

图5为图4中“⊕”部位成份分析能普图，标明为铁、镁、锰二价氧化物固溶体的组成。

图6、图7是该混凝土水化结构的岩相分析图，

其中，图6为钢渣复合料混凝土水化结构状态图；

图7为小颗粒钢渣水化产物和固溶体状态图，可见固溶体颗粒呈孤岛状态的处在水化产物中。

图8、图9是采用本申请钢渣耐磨材料路面(图8)和普通水泥混凝土路面(图9)两年后的对比图，两者为同一道路区间，该道路为武汉钢铁集团公司厂区内特重交通路段。

其中，图8中钢渣耐磨材料路面完好，边沿、切缝清晰。

图9是图8同时施工的水泥混凝土路面已磨出石子。

具体实施方式

实施例中颗粒钢渣是湿式球磨钢渣磁选粒子钢后的尾泥，经流水冲刷泥浆后余下的尾渣，其粒径在3mm以下，其中0.6mm～2.36mm范围的颗粒占质量百分数98％以上。

实施例1：

复合矿渣粉：颗粒钢渣的质量比为1：2混合后配制得到耐磨材料A1，所述复合矿渣粉由磨细的质量百分比75％的高炉水淬矿渣、15％的硅酸盐水泥熟料、9％的石膏,以及1％的FDN－800(施工时加入)，复合矿渣粉比表面积大于400m²/kg。强度试件的制备称取A1耐磨材料2000g，成型、养护、试验程序按水泥胶砂强度检验方法进行，用水量的确定按GB/T2419水泥胶砂流动度测定方法选取流动度175±5mm范围内的用水量，强度结果见表1。

实施例2：

复合矿渣粉：颗粒钢渣的质量比为1：1混合后配制得到耐磨材料A2，所述复合矿渣粉由磨细的质量百分比40％的高炉水淬矿渣、50％的硅酸盐水泥熟料、5％的石膏以及4％的硅灰，和1％的聚羧酸减水剂(施工时加入)，复合矿渣粉比表面积大于400m²/kg。强度试件的制备称取A2耐磨材料2000g，成型、养护、试验程序按水泥胶砂强度检验方法进行，用水量的确定按GB/T2419水泥胶砂流动度测定方法选取流动度175±5mm范围内的用水量，强度结果见表1。

实施例3：

复合矿渣粉：颗粒钢渣的质量比为1：1混合后配制得到耐磨材料A3，所述复合矿渣粉由磨细的质量百分比50％的高炉水淬矿渣、40％的硅酸盐水泥熟料、9.5％的石膏、以及0.5％的FDN－2000减水剂(施工时加入)，复合矿渣粉比表面积大于400m²/kg。强度试件的制备称取A3耐磨材料2000g，成型、养护、试验程序按水泥胶砂强度检验方法进行，用水量的确定按GB/T2419水泥胶砂流动度测定方法选取流动度175±5mm范围内的用水量，强度结果见表1。

实施例4：

复合矿渣粉：颗粒钢渣的质量比为1：2混合后配制得到耐磨材料A4，所述复合矿渣粉由磨细的质量百分比60％的高炉水淬矿渣、27％的硅酸盐水泥熟料、10％的石膏以及2％的硅灰磨细制成，外加1％FDN－3000减水剂(施工时加入)，复合矿渣粉比表面积大于400m²/kg。强度试件的制备称取A4耐磨材料2000g，成型、养护、试验程序按水泥胶砂强度检验方法进行，用水量的确定按GB/T2419水泥胶砂流动度测定方法选取流动度175±5mm范围内的用水量，强度结果见表1。

实施例5

称取1255g耐磨材料A1，标准砂675 g，用水量的确定按GB/T2419水泥胶砂流动度测定方法选取流动度175±5mm范围内的用水量。试件的制备、试件的养护、试验程序，按水泥胶砂强度检验方法进行，强度结果见表1。

实施例6

称取1908g耐磨材料A2，用水量的确定按GB/T2419水泥胶砂流动度测定方法选取流动度175±5mm范围内的用水量。试件的制备、试件的养护、试验程序，按水泥胶砂强度检验方法进行，强度结果见表1。

实施例7

钢渣混凝土配制：称取900g耐磨材料A3，砂子320kg/m³，碎石1220kg/m³，用水量140kg/m³(钢渣自然含水率未计入用水量)，按GB/T50081－2002方法检验试体强度结果见表1。

钢渣混凝土配制：

实施例8

钢渣混凝土配制：称取1250g耐磨材料A4，碎石1200kg/m³，用水量130kg/m³(钢渣自然含水率未计入用水量)，按GB/T50081－2002方法检验试体强度结果见表1。

表1

耐磨性能实验：

图1是施工26年后的掺有本发明(实施例8)水泥基钢渣耐磨材料的混凝土路面层岩芯试样；图2～图5是(实施例8)施工26年后的钢渣混凝土取样电子探针分析，图6、图7是岩相分析，图2中“⊕”部位是钢渣颗粒，可见钢渣水化后呈现的绒絮状表面；图3是钙、铁、镁、锰二价氧化物的固溶体(RO相)分布在钢渣颗粒中，RO相颗粒表面光洁，通常钢渣中的RO相夹杂在硅酸二钙之间，上述状态可见，钢渣颗粒经26年的水化反应后，包裹在RO相周边的活性矿物部分已生成水化胶凝物质，而RO相状态稳定，未见参与水化反应。

图8、图9是采用本申请钢渣耐磨材料路面(图8)和普通水泥混凝土路面(图9)同期施工两年后的对比图，两者为同一道路区间，该道路为武汉钢铁集团公司厂区内特重交通路段。由图8中可见钢渣耐磨材料路面完好，边沿、切缝清晰。而图9中可见，同时施工的水泥混凝土路面已磨出石子。

Claims

1.一种水泥基钢渣耐磨材料，其特征在于，由复合矿渣粉与颗粒钢渣组成，复合矿渣粉：颗粒钢渣的质量比为1：1～2，其中颗粒钢渣是湿式球磨钢渣磁选粒子钢后的尾泥，经流水冲刷泥浆后余下的尾渣，其粒径在3mm以下，其中0.6mm～2.36mm范围的颗粒占质量百分数98％以上；所述复合矿渣粉包括磨细的质量百分比40～60％的高炉水淬矿渣、15～50％的硅酸盐水泥熟料、5～10％的石膏以及0.5～5％的外加剂,所述复合矿渣粉比表面积大于400m²/kg。

2.如权利要求1所述的水泥基钢渣耐磨材料，其特征在于，复合矿渣粉：颗粒钢渣的质量比为1：2。

3.如权利要求1或2所述的水泥基钢渣耐磨材料，其特征在于，所述复合矿渣粉中硅酸盐水泥熟料的添加量为30～50％。