CN107056099B - 一种低强度胶凝材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低强度胶凝材料的制备方法，具体为以除尘灰、粉煤灰、矿渣、钢渣、电石渣为主要原料，利用除尘灰对粉煤灰进行活化提高粉煤灰活性，制备出的胶凝材料，可用于市政工程回填或矿山回填。该方法工艺简单，能耗低，废渣掺量高，生产成本低的特点；按重量份其干基物料配比为：除尘灰8～15份、粉煤灰50～70份、矿渣5～15份、钢渣5～15份和电石渣8～18份；得到的胶凝材料成本低，能够降低回填的成本。该方法大量地利用了工业废渣，的既实现了工业废渣的资源化利用；还解决大量废渣占用土地的问题，减少了对环境的污染。

Description

一种低强度胶凝材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种低强度胶凝材料的制备方法，具体为利用除尘灰对粉煤灰进行活化处理以提高粉煤灰的活性，利用不同工业废渣的协同作用制备出胶凝材料，可用于市政工程回填或矿山回填。
背景技术
目前，我国许多城市中新建、改建及维修管线的工作量很大，城市道路开挖频繁。传统的管沟回填材料一般采用天然级配砂石或沟槽开挖土石方，由于管道沟槽空间狭小而导致填土夯实困难，往往造成通车后的路面沉降，影响形成质量并产生二次维修成本。利用流动性的低强度胶凝材料无需夯实即可充填管沟空间，减少了夯实和压密度检查等工序，具有施工便捷、经济、环保等诸多优点。该胶凝材料还可应用于矿井回填等方面。
粉煤灰是具有火山灰特性的微细颗粒状工业废渣。在一定条件下，粉煤灰可以生成水化硅酸钙、水化铝酸钙、钙矾石等胶凝物质和沸石类物质，从而产生强度。
除尘灰是钢铁冶炼过时矿石烧结产生的烟气经电除尘器收集得到的废弃物，含有较高的铁、氯、钾、钠等成分；由于除尘灰粒度细，品质差别大，含有大量钾、钠、氯等成分，难以直接用于生产建筑胶凝材料。除尘灰一般直接作为返烧结配料，但是易造成烧结机风机挂泥、粉尘糊篦条，在炉内富集造成结瘤，影响高炉稳定运行。
本发明以粉煤灰、除尘灰、矿渣、钢渣为原料，经过机械研磨、活化处理、化学激发以提高废渣的活性，制备低强度胶凝材料，以降低回填施工成本。
发明内容
针对上述问题，本发明以除尘灰、粉煤灰、矿渣、钢渣为主要原料，利用除尘灰对粉煤灰进行预处理改性以提高粉煤灰的活性，制备出低成本的胶凝材料，可用于市政工程回填或矿井采空区回填。
一种低强度胶凝材料的制备方法，具体步骤如下：
1）烘干：将粉煤灰、矿渣、钢渣、电石渣等物料分别干燥、粉磨；
2）磁选：将除尘灰进行磁选回收铁；
3）活化：将磁选后的除尘灰与粉磨后的粉煤灰混合，再加入二者总重量0.15～0.25倍的水搅拌均匀制成混合料，将混合料在35～50℃活化1～2h；
4）混合：将活化后的混合料与电石渣、矿渣、钢渣混合均匀得到胶凝材料。
进一步地，所述低强度胶凝材料按重量份其干基物料配比为：除尘灰8～15份、粉煤灰50～70份、矿渣5～15份、钢渣5～15份和电石渣8～18份。
进一步地，所述除尘灰为钢铁工业炼铁过程中由除尘系统收集得到的粉尘，经磁选除铁后的除尘灰按重量计其Cl含量为10～20%、K2O含量为5～12%、Na2O含量为3～12%。
进一步地，所述电石渣取自电石渣堆场，按重量计其Ca(OH)2含量为45～60%，CaCO3含量为10～30%。
进一步地，粉煤灰粉磨至比表面积400～550m2/kg；矿渣为颗粒化高炉矿渣，矿渣粉磨至比表面积400～550m2/kg；钢渣粉磨至比表面积400～550m2/kg；电石渣粉磨至比表面积400～550m2/kg。
进一步地，所述钢渣由炼钢水淬钢渣经破碎、干燥，按重量计其游离氧化钙含量为1～5%，游离氧化镁含量为0.5～3%。
进一步地，按重量计所述粉煤灰CaO含量≤10%。
积极有益效果：在本发明的胶凝材料中，除尘灰中含有较高的碱、氯和钙，使得体系中pH值较高，从而促进粉煤灰玻璃体表面的Si-O、Al-O键断裂，加上湿热条件下的过程强化作用，粉煤灰中的活性SiO2、Al2O3从玻璃体表面溶出与碱发生反应，生成能够使体系强度增加的水化硅酸钙和水化铝酸钙；同时用除尘灰调控CaO/SiO2比，水化生成的Ca(OH)2会扩散到粉煤灰玻璃体周围，进一步破坏玻璃体结构使活性的SiO2、Al2O3释放出来发生水化反应，提高体系的强度。在该胶凝材料体系中，粉煤灰、矿渣、钢渣在除尘灰和石灰的共同激发的作用下生成水化产物，形成强度。通过物料的优化组合，合理调控水化产物中水化硅酸钙CSH、水化铝酸钙CAH、水化碳铝酸钙和水化氯铝酸钙的组成，以提高胶凝性能。
本发明根据不同材料的特性，利用多种工矿业废渣的协同作用，制备低强度胶凝材料。利用本发明方法得到的胶凝材料成本低，能够降低市政管沟回填或矿井回填的投入。该方法工艺简单、能耗低，具有原料来源广、废渣掺量高、生产成本低的特点；大量地利用了工业废渣，的既实现了工业废渣的资源化利用；还解决大量废渣占用土地的问题，减少了对环境的污染；对固体废物的资源化利用和环境保护具有良好的社会效益和经济效益。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行详细描述。本发明的实施例按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行。
实施例一
按照本发明的制备方法：粉煤灰CaO含量5.96 %，经粉磨后比表面积为478 m2/kg；矿渣比表面积为538m2/kg；钢渣游离氧化钙含量为4.82%，游离氧化镁含量为2.84%，粉磨后比表面积为486m2/kg；除尘灰经除铁后Cl含量为16.75%、K2O含量为7.81%、Na2O含量为11.21%；电石渣Ca(OH)2含量为45.8%、CaCO3含量为28.5%，比表面积为546m2/kg；将除铁后的除尘灰与粉磨后的粉煤灰混合，再加入二者总质量0.21倍的水搅拌均匀制成混合料，将混合料在40 ℃进行活化2h；胶凝材料按重量份其干基物料配比为：除尘灰15份、粉煤灰50份、矿渣15份、钢渣10份和电石渣8份，按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行强度测试。
实施例二
按照本发明的制备方法：粉煤灰CaO含量7.43%，经粉磨后比表面积为547m2/kg；矿渣比表面积为487m2/kg；钢渣游离氧化钙含量为3.79%，游离氧化镁含量为1.65%，粉磨后比表面积为410m2/kg；除尘灰经除铁后Cl含量为10.85%、K2O含量为11.13%、Na2O含量为8.34%；电石渣Ca(OH)2含量为52.2%、CaCO3含量为16.3%，比表面积为461m2/kg；将除铁后的除尘灰与粉磨后的粉煤灰混合，再加入二者总质量0.15倍的水搅拌均匀制成混合料，将混合料在35℃进行活化1h；胶凝材料按重量份其干基物料配比为：除尘灰12.5份、粉煤灰60份、矿渣10份、钢渣15份和电石渣13份，按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行强度测试。
实施例三
按照本发明的制备方法：粉煤灰CaO含量3.95%，经粉磨后比表面积为413m2/kg；矿渣比表面积为416m2/kg；钢渣游离氧化钙含量为1.06%，游离氧化镁含量为0.62%，粉磨后比表面积为546m2/kg；除尘灰经除铁后Cl含量为19.03%、K2O含量为6.74%、Na2O含量为3.51%；电石渣Ca(OH)2含量为58.7%、CaCO3含量为11.6%，比表面积为512m2/kg；将除铁后的除尘灰与粉磨后的粉煤灰混合，再加入二者总质量0.25倍的水搅拌均匀制成混合料，将混合料在50℃进行活化1.5h；胶凝材料按重量份其干基物料配比为：除尘灰8份、粉煤灰70份、矿渣7份、钢渣7份和电石渣18份，按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行强度测试。
对照例
与实施例一相比，除粉煤灰未活化外，其他条件与实施例一相同。
按照本发明的制备方法：粉煤灰CaO含量5.96 %，经粉磨后比表面积为508 m2/kg；矿渣比表面积为538m2/kg；钢渣游离氧化钙含量为4.82%，游离氧化镁含量为2.84%，粉磨后比表面积为496m2/kg；除尘灰经除铁后Cl含量为16.75 %、K2O含量为7.81%、Na2O含量为11.21%；电石渣Ca(OH)2含量为45.8%、CaCO3含量为28.5%，比表面积为546m2/kg；胶凝材料按重量份其干基物料配比为：除尘灰15份、粉煤灰50份、矿渣15份、钢渣10份和电石渣8份，按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行强度测试。
以上实施例的作用在于说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和保护范围。

Claims (6)

1.一种低强度胶凝材料的制备方法，具体步骤如下：
1）烘干：将粉煤灰、矿渣、钢渣、电石渣分别干燥、粉磨；
2）磁选：将除尘灰进行磁选回收铁；
3）活化：将磁选后的除尘灰与粉磨后的粉煤灰混合，再加入二者总重量0.15～0.25倍的水搅拌均匀制成混合料，将混合料在35～50℃活化1～2h；
4）混合：将活化后的混合料与电石渣、矿渣、钢渣混合均匀得到胶凝材料；
所述除尘灰为钢铁工业炼铁过程中由除尘系统收集得到的粉尘，经磁选除铁后的除尘灰按重量计其Cl含量为10～20%、K2O含量为5～12%、Na2O含量为3～12%。
2.根据权利要求1所述的一种低强度胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述低强度胶凝材料按重量份其干基物料配比为：除尘灰8～15份、粉煤灰50～70份、矿渣5～15份、钢渣5～15份和电石渣8～18份。
3.根据权利要求2所述的一种低强度胶凝材料的制备方法，其特征在于：按重量计所述电石渣Ca(OH)2含量为45～60%，CaCO3含量为10～30%。
4.根据权利要求3所述的一种低强度胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述粉煤灰粉磨至比表面积400～550m2/kg；矿渣粉磨至比表面积400～550m2/kg；钢渣粉磨至比表面积400～550m2/kg；电石渣粉磨至比表面积400～550m2/kg。
5.根据权利要求4所述的一种低强度胶凝材料的制备方法，其特征在于：按重量计所述钢渣游离氧化钙含量为1～5%，游离氧化镁含量为0.5～3%。
6.根据权利要求5所述的一种低强度胶凝材料的制备方法，其特征在于：按重量计所述粉煤灰CaO含量≤10%。
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