CN103288333A

CN103288333A - 一种改性矿渣复合掺合料及其制备方法

Info

Publication number: CN103288333A
Application number: CN2012100430693A
Authority: CN
Inventors: 施惠生; 郭晓潞; 吴凯; 李东锋; 黄昆生; 林茂松
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2032-02-23
Also published as: CN103288333B

Abstract

本发明属于固体废弃物的资源化利用和环保节能技术领域，公开了一种改性矿渣复合掺合料及其制备方法。本发明的矿渣复合掺合料是由以下质量百分含量的组分制成：矿渣粉60～80％；钢渣粉15～30％；白渣5～10％。制备方法如下：将质量百分含量为60～80％的矿渣粉、质量百分含量为15～30％的钢渣粉和质量百分含量为5～10％的白渣，搅拌3～5min，制备得到改性矿渣复合掺合料。本发明改性矿渣复合掺合料，最突出优点是克服了钢渣大量掺入造成复合掺合料早期强度低的缺点，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28天活性指数更是有较大幅度提升，长龄期强度仍会继续增长。

Description

一种改性矿渣复合掺合料及其制备方法

技术领域

本发明属于固体废弃物的资源化利用和环保节能技术领域，涉及一种改性矿渣复合掺合料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着我国商品混凝土的蓬勃发展和水泥混凝土研究与应用技术的发展与深入，矿物掺合料已经成为现代混凝上必不可少的重要组成之一。三大工业废渣中的矿渣和粉煤灰在水泥混凝土行业中已经得到普遍而又成熟的运用，但作为三大工业废渣之一的钢渣，仍未实行高附加值资源化利用。发展循环经济、走可持续发展道路是中国的既定国策，而工业废渣的资源化利用是循环经济中的重点环节之一，这就要提高钢渣高附加值资源化利用率，而水泥混凝土行业对矿物掺合料的需求与日俱增，促使开发钢渣作为新型高效的矿物掺合料以满足现代混凝土的发展与需求成为水泥混凝土研究的一个重要内容。

矿渣是由炼铁时排出的处于融溶状态的炉渣经急速水淬而成。它含有大量的CaO(约35-48％)，并含有活性SiO₂和Al₂O₃，它们本身无独立的水硬性，但在CaO、CaSO₄作用下，其潜在的水硬性可以被激发出来，产生缓慢的水化作用，矿渣和水泥一样是高性能混凝土必不可少的组分，随着高性能混凝土应用技术的发展和进步，优质的矿物掺合料的需求量越来越大。

白渣是在电弧炉炼钢的还原期操作中，采用碳粉和硅铁粉为还原剂进行扩散脱氧时所形成的渣，主要成分为：CaO 50％～60％；MgO 5％～10％；Al₂O₃ 3％～6％；SiO₂ 10％～20％；CaF₂ 3％～10％；CaS 1％～3％；FeO＜0.5％及少量Cr₂O₃和P₂O₅等氧化物。从成分可知，白渣为一种碱性渣，可作惰性掺合料激发剂进行使用。

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，发生量约占钢铁企业的20％左右。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。钢渣中含有一定数量的硅酸三钙(C₃S)、硅酸二钙(C₂S)等，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优势：首先，相比于其他产品，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，必将拥有巨大市场。

授权公开号为CN102219461A，申请号为20111017056.1的专利文献，公开了一种“粒化高炉矿渣粉稳定类混合料”，是一种由经过稳定化处理的钢渣加入重量百分比为3～10％的粒化高炉矿渣粉，允许掺入粉煤灰，加水拌合形成的混合料。授权公开号为CN102173627A，申请号为201110042677.8的专利文献，公开了“一种矿渣粉复合掺合料及使用方法”，它是将生石灰、煅烧石膏以一定比例配制后磨细至比表面积400m²/kg～600m²/kg，可以等量替代10％～40％强度等级32.5以上的水泥。授权公开号为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。

目前，粉煤灰、矿渣粉作为矿物掺合料已广泛应用到水泥混凝土中，用于改善新拌混凝土流变性能和硬化混凝土的力学性能以及耐久性能，但迄今为止，利用钢渣粉、白渣与高炉矿渣粉复合应用于混凝土中尚未见报道。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种改性矿渣复合掺合料，利用该改性矿渣复合掺合料配制混凝土试件，其抗渗性能、抗碳化性能、氯离子电通量与S95级矿粉配制混凝土试件相似，耐磨性有明显提高。

本发明的另一个目的是提供一种上述改性矿渣复合掺合料的制备方法。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种改性矿渣复合掺合料，该矿渣复合掺合料是由以下质量百分含量的组分制成：矿渣粉60～80％；钢渣粉15～30％；白渣5～10％。

所述的矿渣粉符合GB/T 18046-2008国家标准的市售矿渣粉(S95级或优于S95级)，其主要技术指标为：密度≥2.8g/cm³，比表面积≥400m²/kg，7天活性指数≥75％，28天活性指数≥95％，三氧化硫含量≤4.0％，氯离子含量≤0.06％。

所述的钢渣粉为转炉或电炉钢渣粉，密度≥3.7g/cm³，比表面积≥400m²/kg，28天活性指数≥75％，三氧化硫含量≤4.0％，氯离子含量≤0.05％，碱度≥2.2。

所述的白渣比表面积≥400m²/kg。

本发明还提供了一种上述改性矿渣复合掺合料的制备方法，该方法包括以下步骤：将质量百分含量为60～80％的矿渣粉、质量百分含量为15～30％的钢渣粉和质量百分含量为5～10％的白渣，搅拌3～5min，制备得到改性矿渣复合掺合料。

所述的改性矿渣复合掺合料性能为7天活性指数＞75％，28天活性指数＞95％，比表面积≥400m²/kg，三氧化硫含量≤4.0％，氯离子含量≤0.06％，烧矢量≤3.0％，雷氏法安定性≤3.0mm。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1.本发明改性矿渣复合掺合料，最突出优点是克服了钢渣大量掺入造成复合掺合料早期强度低的缺点，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28天活性指数更是有较大幅度提升，长龄期强度仍会继续增长。

2.本发明改性矿渣复合掺合料对原料组成中钢渣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，本发明采用白渣作激发剂，并在合理的配料条件下，钢渣粉的比表面积可降至400m²/kg，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.本发明改性后矿渣复合掺合料用在预拌混凝土中，在降低水化热，提高抗渗、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。

4.本发明能综合利用矿渣、钢渣和白渣，并第一次提出用白渣和钢渣粉复合改性矿渣粉，提出了将钢渣粉和白渣应用于混凝土材料的新模式，增加了钢渣粉与白渣的附加值，充分发挥了本发明潜在的经济效益。

5.本发明在充分利用矿渣、钢渣改善混凝土各方面性能，并掺加一定量白渣作活性激发剂，以制备出满足GB/T-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》对于S95级矿粉要求的复合掺合料。在产品性能得到充分满足的同时，能减轻几种工业废弃物的排放量，并使之成为一种高技术产品应用于混凝土行业，也将为我国钢铁和水泥高能耗产业的节能减排和实现低碳经济生产做出贡献。

6.本发明将钢渣粉掺入矿渣粉中，并掺加一定量的白渣作为活性激发剂，利用钢渣粉与高炉矿渣粉良好的复合效应，一方面矿粉可吸收钢渣粉中过多游离氧化钙而克服钢渣粉可能存在的安定性问题，另一方面钢渣粉水化生成的氢氧化钙及碱性白渣又是良好的矿粉活性激发剂，从而配制一种复合微粉掺合料，能够满足GB/T-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》对于S95级矿粉的要求。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

S95级矿渣粉质量百分含量为60％，密度2.90g/cm³、比表面积415m²/kg；7天活性指数≥75％，28天活性指数≥95％，三氧化硫含量≤4.0％，氯离子含量≤0.06％。

磨细转炉钢渣粉质量百分含量为30％，密度3.90g/cm³，比表面积405m²/kg，28天活性指数≥75％，三氧化硫含量≤4.0％，氯离子含量≤0.05％，碱度≥2.2。

白渣质量百分含量为10％，比表面积420m²/kg。

将质量百分含量为60％的矿渣粉、质量百分含量为30％的钢渣粉和质量百分含量为10％的白渣，加入混合机中，搅拌5min制备得到改性矿渣复合掺合料。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

S95级矿渣粉质量百分含量为68％，密度2.90g/cm³、比表面积415m²/kg，7天活性指数≥75％，28天活性指数≥95％，三氧化硫含量≤4.0％，氯离子含量≤0.06％。

磨细转炉钢渣粉质量百分含量为25％，密度3.90g/cm³，比表面积405m²/kg，28天活性指数≥75％，三氧化硫含量≤4.0％，氯离子含量≤0.05％，碱度≥2.2。

白渣质量百分含量为7％，比表面积420m²/kg。

将质量百分含量为68％的矿渣粉、质量百分含量为25％的钢渣粉和质量百分含量为7％的白渣，加入混合机中，搅拌4min制备得到改性矿渣复合掺合料。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3

S95级矿渣粉质量百分含量为80％，密度2.90g/cm³、比表面积415m²/kg，7天活性指数≥75％，28天活性指数≥95％，三氧化硫含量≤4.0％，氯离子含量≤0.06％。

磨细电炉钢渣粉质量百分含量为15％，密度3.90g/cm³，比表面积405m²/kg；28天活性指数≥75％，三氧化硫含量≤4.0％，氯离子含量≤0.05％，碱度≥2.2。

白渣质量百分含量为5％，比表面积420m²/kg。

将质量百分含量为80％的矿渣粉、质量百分含量为15％的钢渣粉和质量百分含量为5％的白渣，加入混合机中，搅拌3min制备得到改性矿渣复合掺合料。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。

表1

从表1数据结果可知：改性后的矿渣复合掺合料，雷氏法安定性≤3.0mm，3天强度的活性指数参照GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》方法检验结果在(55～65)％之间，7、28天活性指数均达到GB/T 18046-2008对于S95级矿渣的要求，克服了钢渣粉大量掺入造成复合掺合料早期强度低的缺点；采用白渣作激发剂，降低了对钢渣粉的比表面积要求，钢渣粉的比表面积可降至400m²/kg，从而有利于降低能耗。

综合利用矿渣粉、钢渣粉和白渣，并第一次提出用白渣和钢渣粉复合改性矿渣粉，提出了将钢渣粉和白渣应用于混凝土材料的新模式，增加了钢渣粉与白渣的附加值，并利用钢渣粉与高炉矿渣粉良好的复合效应，一方面矿渣粉可吸收钢渣粉中过多的游离氧化钙而克服钢渣粉可能存在的安定性问题，另一方面钢渣粉水化生成的氢氧化钙及碱性白渣又是良好的矿粉活性激发剂。

利用改性矿渣复合掺合料配制混凝土试件，其抗渗性能、抗碳化性能、氯离子电通量与S95级矿粉配制混凝土试件相似，耐磨性有明显提高。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种改性矿渣复合掺合料，其特征在于：该矿渣复合掺合料是由以下质量百分含量的组分制成：矿渣粉60～80％；钢渣粉15～30％；白渣5～10％。

2.根据权利要求1所述的改性矿渣复合掺合料，其特征在于：所述的矿渣粉符合GB/T 18046-2008国家标准的市售矿渣粉，其主要技术指标为：密度≥2.8g/cm³，比表面积≥400m²/kg，7天活性指数≥75％，28天活性指数≥95％，三氧化硫含量≤4.0％，氯离子含量≤0.06％。

3.根据权利要求1所述的改性矿渣复合掺合料，其特征在于：所述的钢渣粉为转炉或电炉钢渣粉，密度≥3.7g/cm³，比表面积≥400m²/kg，28天活性指数≥75％，三氧化硫含量≤4.0％，氯离子含量≤0.05％，碱度≥2.2。

4.根据权利要求1所述的改性矿渣复合掺合料，其特征在于：所述的白渣比表面积≥400m²/kg。

5.权利要求1至4任一所述的改性矿渣复合掺合料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：将质量百分含量为60～80％的矿渣粉、质量百分含量为15～30％的钢渣粉和质量百分含量为5～10％的白渣，搅拌3～5min，制备得到改性矿渣复合掺合料。

6.根据权利要求5所述的改性矿渣复合掺合料的制备方法，其特征在于：所述的改性矿渣复合掺合料性能为7天活性指数＞75％，28天活性指数＞95％，比表面积≥400m²/kg，三氧化硫含量≤4.0％，氯离子含量≤0.06％，烧矢量≤3.0％，雷氏法安定性≤3.0mm。