CN108083697A - 一种大掺量钢渣混凝土砌块及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种大掺量钢渣混凝土砌块，以质量百分比计算包括：胶凝材料和骨料的质量百分比之和为100％；其中胶凝材料包括水泥、矿渣粉和钢渣微粉，含量为：水泥4‑14％、矿渣粉2‑7％、钢渣微粉8‑15％、骨料包括钢渣细骨料和钢渣粗骨料，含量为：钢渣细骨料20‑35％、钢渣粗骨料45‑55％、钢渣细骨料和钢渣粗骨料质量百分比为1∶1.5‑2；包括活性激发剂、水和减水剂。本发明制成的混凝土砌块满足MU20的性能要求，能作为建筑主体材料，承重抗压。

Description

一种大掺量钢渣混凝土砌块及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种大掺量钢渣混凝土砌块及其制备方法。
背景技术
钢渣是冶炼钢铁时产生的工业固体废弃物，年排放量高达数百万吨，绝大部分采用露天堆放或填埋处理，不仅占用土地，还污染周边环境，存在潜在的环境隐患。近年来，我国钢铁业发展迅猛，据不完全统计，中国的钢渣产量约为粗钢的15％-20％，其综合利用率仅为22％左右。
钢渣中含有与硅酸盐水泥熟料相似的矿物组成，以SiO2和CaO为主，可作为硅质和钙质原材料；矿物由硅酸三钙(3CaO·SiO2)和硅酸二钙(2CaO·SiO2)组成，与水泥熟料相似，具有一定的潜在胶凝活性。
混凝土砌块是一种新型墙体材料，具有强度高、色彩丰富、形状各异等优点，广泛被用于建筑装饰领域。混凝土砌块组成材料中最重要的是水泥，但过度依赖水泥会导致成本上涨，而钢渣由于潜在的胶凝活性，可替代混凝土砌块中的部分水泥组分，并降低生产成本；混凝土砌块中另一重要组成材料是骨料，常用的骨料是天然河沙，但随着目前天然河砂的过度开采，资源日益枯竭，天然河砂也面临着成本上升的问题。而钢渣由于颗粒粒径分布区间与天然河砂相似，可以在一定程度上的取代天然河砂作为混凝土砌块的骨料。由此可见，利用钢渣制备混凝土砌块具有显著的优势，使钢渣产品附加值增加，带来可观的经济效益；同时消耗掉大量的钢渣，减轻其对环境的污染危害。
在专利CN101215135A公开了一种钢渣墙体砌块及其制作方法，该专利是钢渣作为细骨料和辅助胶凝材料使用，石屑作为粗骨料，搭配水泥和煤灰制备砌块制品。
另专利CN103011723B公开了一种大掺量钢渣泡沫混凝土砌块及其制备方法，此专利利用了水泥、钢渣和其他添加剂支撑了泡沫混凝土砌块，可用作保温材料，抗压强度可达2.23MPa，但不能用作建筑主体材料。
因此，目前需要一种能增加钢渣的消耗量的，能用于承重抗压的建筑主体材料的的混凝土砌块。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种大掺量钢渣混凝土砌块，此混凝土砌块以水泥、矿渣粉和钢渣为原料，满足MU20的性能要求，能作为建筑主体材料，承重抗压。
本发明的第二个目的是提供上述大掺量钢渣混凝土砌块的制备方法，此方法工艺简单，生产成本低。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种大掺量钢渣混凝土砌块，以质量百分比计算包括以下原料：
胶凝材料 20-25％
骨料 75-80％
所述胶凝材料和骨料的质量百分比之和为100％；其中胶凝材料包括水泥、矿渣粉和钢渣微粉，按总质量百分比计算含量为：
水泥 4-14％
矿渣粉 2-7％
钢渣微粉 8-15％
所述骨料包括钢渣细骨料和钢渣粗骨料，按总质量百分比计算含量为：
钢渣细骨料 20-35％
钢渣粗骨料 45-55％
所述钢渣细骨料和钢渣粗骨料质量百分比为1∶1.5-2；
所述大掺量钢渣混凝土砌块还包括活性激发剂、水和减水剂，含量如下：
活性激发剂 胶凝材料总质量的1～3％
水 胶凝材料总质量的60～80％
减水剂 胶凝材料总质量的0.3～2％
优选的，其中所述水泥为强度≥42.5的水泥。
优选的，所述矿渣粉为7天活性指数＞70％的矿渣粉。
优选的，所述钢渣微粉为粒径＜0.15mm,80μm筛余含量为0-12％的钢渣微粉，所述钢渣细骨料为颗粒粒径为0.15～4.75mm，且0.15～0.6mm和0.6～4.75mm的质量比为1∶1～1.5的钢渣细骨料；
优选的，所述钢渣粗骨料为粒径为4.75～16mm的钢渣粗骨料。
所述水泥强度为按照“GB 17671-1999水泥胶砂强度检验方法”所测试得出的水泥强度。
所述矿渣粉7天活性为按照“GB/T 18046-2008用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉”中的测试标准测试得出的指标。
所述钢渣为冶炼钢铁时产生的工业固体废弃物，主要成分为SiO226～40％，CaO35～55％，Al2O31～4％，MgO 3～8％，Fe2O32～10％，Na2O 0.5～2％。
优选的，所述活性激发剂为脱硫石膏、硫酸钠和氢氧化钙中的其中一种，进一步优选为脱硫石膏。
优选的，所述脱硫石膏为在40～50℃下烘干，粉磨至全部通过0.08mm筛后备用的脱硫石膏。
优选的，所述减水剂为萘系减水剂或聚羟酸减水剂，进一步优选为聚羟酸减水剂。
上述大掺量钢渣混凝土砌块的制备方法，包括以下步骤：
(1)钢渣的粉碎：将钢渣进行破碎并筛分，其中：
粒径＜0.15mm的用作钢渣微粉，0.15mm≤粒径≤4.75mm的用作钢渣细骨料，4.75mm＜粒径≤16mm的作用钢渣粗骨料，
(2)破碎后粒径＞16mm的钢渣重新破碎至粒径＜16mm为止；
混合：按重量比例对各原材料进行称量，先将水泥、矿渣粉、钢渣微粉搅拌混合20秒后成为凝胶材料，然后在凝胶材料中加入钢渣粗骨料、钢渣细骨料、水、活性激发剂和减水剂再次搅拌混合；
(3)压制成型：将步骤(2)所得的混合物装入模具中压制成型得砌块坯体，压制压力为20～35Mpa；
(4)养护：将砌块坯体自然养护14-21天或砌块坯体在75-100℃条件下蒸汽养护24-48h，然后在自然养护3-7天，得大掺量钢渣混凝土砌块成品。
所述的自然养护，是指混凝土带模养护期间，采取带模包裹、浇水、喷淋洒水等措施进行保湿、潮湿养护，保证模板接缝处不致失水干燥。混凝土去除表面覆盖物或拆模后，应对混凝土采用蓄水、浇水或覆盖洒水等措施进行潮湿养护，也可在混凝土表面处于潮湿状态时，迅速采用麻布、草帘等材料将暴露面混凝土覆盖或包裹，再用塑料布或帆布等将麻布、草帘等保湿材料包覆。包覆期间，包覆物应完好无损，彼此搭接完整，内表面应具有凝结水珠。
所述的蒸汽养护，可分为四个阶段：
静停阶段：指混凝土浇筑完毕至升温前在室温下先放置一段时间。这主要是为了增强混凝土对升温阶段结构破坏作用的抵抗能力。一般需2～6h。
升温阶段：就是混凝土原始温度上升到恒温阶段。温度急速上升，会使混凝土表面因体积膨胀太快而产生裂缝。因而必须控制升温速度，一般为10～25℃/h。
恒温阶段：是混凝土强度增长最快的阶段。恒温的温度应随水泥品种不同而异，本发明的温度为75-100℃。恒温加热阶段应保持90％～100％的相对湿度。
降温阶段：在降温阶段内，混凝土已经硬化，如降温过快，混凝土会产生表面裂缝，因此降温速度应加控制。一般情况下，降温速度每小时不大于20～30℃。
为了避免由于蒸汽温度骤然升降而引起混凝土构件产生裂缝变形，必须严格控制升温和降温的速度。构件温度与室外温度相差不大于40℃，当室外为负温度时，不大于20℃。
本发明的有益效果是：
(1)充分考虑钢渣理化特性，以水泥、矿渣粉和钢渣为原料，制备出满足MU20要求(普通混凝土小型砌块的一个抗压强度等级，根据国家标准GB/T8239-2004《普通混凝土小型砌块》，该等级的混凝土小型砌块的抗压强度平均值为20.0MPa，最小值>＝16.0MPa。)的混凝土砌块制品。
(2)利用钢渣的胶凝活性和填充效应制备出大掺量钢渣混凝土砌块，从而消耗掉大量的钢渣，为钢渣大掺量利用提供技术支持；同时加入矿渣和脱硫石膏作为辅助材料，使得矿渣和脱硫渣变废为宝，实现协同处置废弃物的目的。
(3)利用钢渣替代部分水泥、天然石及河砂制成混凝土砌块，降低了生产成本，同时防止天然资源的过度开采；促进经济的可持续发展。
(4)本发明制备工艺简单，且制备出的混凝土砌块性能满足MU20要求，可广泛应用于建筑工程中。
附图说明
图1为本发明的混凝土砌块制备工艺路线图。
具体实施方式
下面提供具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例一
1.进行破碎并筛分，其中：
粒径＜0.15mm的用作钢渣微粉，0.15mm≤粒径≤4.75mm的用作钢渣细骨料，4.75mm＜粒径≤16mm的作用钢渣粗骨料，破碎后粒径＞16mm的钢渣重新破碎至粒径＜16mm为止；
粉碎完成后取钢渣微粉8份、钢渣细骨料26份、钢渣粗骨料52份；其中钢渣细骨料中0.15～0.6mm和0.6～4.75mm的质量比为1∶1，其中钢渣微粉0.08mm筛余为3％。
2.取水泥14份、矿渣粉2份、水14.4份(凝胶材料质量的60％)、在40～50℃下烘干，粉磨至全部通过0.08mm筛后的脱硫石膏0.48份(凝胶材料质量的2％)、聚羟酸减水剂0.24份(凝胶材料质量的1％)；
3.在搅拌设备内按质量份先加入水泥、矿渣粉、钢渣微分搅拌混合均匀成凝胶材料，再加入钢渣粗骨料、钢渣细骨料、水、脱硫石膏和减水剂再次搅拌均匀；
4.将步骤3所得的混合物装入模具中在压力为20Mpa下压制10S左右即可，成型得砌块坯体；
5.对砌块坯体进行洒水自然养护14天，得成品。
实施例二
1.进行破碎并筛分，其中：
粒径＜0.15mm的用作钢渣微粉，0.15mm≤粒径≤4.75mm的用作钢渣细骨料，4.75mm＜粒径≤16mm的作用钢渣粗骨料，破碎后粒径＞16mm的钢渣重新破碎至粒径＜16mm为止；
粉碎完成后取钢渣微粉10份、钢渣细骨料32份、钢渣粗骨料48份；其中钢渣细骨料中0.15～0.6mm和0.6～4.75mm的质量比为1∶1.3，其中钢渣微粉0.08mm筛余为3％。
2.取水泥6份、矿渣粉4份、水14份(凝胶材料质量的70％)、在40～50℃下烘干，粉磨至全部通过0.08mm筛后的脱硫石膏0.44份(凝胶材料质量的2％)、聚羟酸减水剂0.2份(凝胶材料质量的1％)；
3.在搅拌设备内按质量份先加入水泥、矿渣粉、钢渣微分搅拌混合均匀成凝胶材料，再加入钢渣粗骨料、钢渣细骨料、水、脱硫石膏和减水剂再次搅拌均匀；
4.将步骤3所得的混合物装入模具中在压力为25Mpa下压制10S左右成型得砌块坯体；
5.对砌块坯体进行洒水自然养护21天，得成品。
实施例三
1.将钢渣进行破碎并筛分，其中：
粒径＜0.15mm的用作钢渣微粉，0.15mm≤粒径≤4.75mm的用作钢渣细骨料，4.75mm＜粒径≤16mm的作用钢渣粗骨料，破碎后粒径＞16mm的钢渣重新破碎至粒径＜16mm为止；
粉碎完成后取钢渣微粉15份、钢渣细骨料31份、钢渣粗骨料46份；其中钢渣细骨料中0.15～0.6mm和0.6～4.75mm的质量比为1∶1.5，其中钢渣微粉0.08mm筛余为3％。
2.取水泥4份、矿渣粉4份、水16.8份(凝胶材料质量的70％)、硫酸钠0.46份(凝胶材料质量的2％)、萘系减水剂0.23份(凝胶材料质量的1％)；
3.在搅拌设备内按质量份先加入水泥、矿渣粉、钢渣微分搅拌混合均匀成凝胶材料，再加入钢渣粗骨料、钢渣细骨料、水、脱硫石膏和减水剂再次搅拌均匀；
4.将步骤3所得的混合物装入模具中在压力为30Mpa下压制10S左右，成型得砌块坯体；
5.对砌块坯体在80℃蒸汽养护24小时，然后在洒水自然养护3天，得成品。
实施例四
1.进行破碎并筛分，其中：
粒径＜0.15mm的用作钢渣微粉，0.15mm≤粒径≤4.75mm的用作钢渣细骨料，4.75mm＜粒径≤16mm的作用钢渣粗骨料，破碎后粒径＞16mm的钢渣重新破碎至粒径＜16mm为止；
粉碎完成后取钢渣微粉9份、钢渣细骨料30份、钢渣粗骨料45份；其中钢渣细骨料中0.15～0.6mm和0.6～4.75mm的质量比为1∶1.2，其中钢渣微粉0.08mm筛余为3％。
2.取水泥9份、矿渣粉7份、水15份(凝胶材料质量的60％)、氢氧化钙0.5份(凝胶材料质量的2％)、萘系减水剂0.25份(凝胶材料质量的1％)；
3.在搅拌设备内按质量份先加入水泥、矿渣粉、钢渣微分搅拌混合均匀成凝胶材料，再加入钢渣粗骨料、钢渣细骨料、水、脱硫石膏和减水剂再次搅拌均匀；
4.将步骤3所得的混合物装入模具中在压力为35Mpa下压制10S左右(压制时间无需限制)成型得砌块坯体；
5.对砌块坯体在80℃蒸汽养护24小时，然后在洒水自然养护7天，得成品。
实施例五
1.进行破碎并筛分，其中：
粒径＜0.15mm的用作钢渣微粉，0.15mm≤粒径≤4.75mm的用作钢渣细骨料，4.75mm＜粒径≤16mm的作用钢渣粗骨料，破碎后粒径＞16mm的钢渣重新破碎至粒径＜16mm为止；
粉碎完成后取钢渣微粉9份、钢渣细骨料30份、钢渣粗骨料45份；其中钢渣细骨料中0.15～0.6mm和0.6～4.75mm的质量比为1∶1.2，其中钢渣微粉0.08mm筛余为3％。
2.取水泥9份、矿渣粉7份、水20份(凝胶材料质量的80％)、氢氧化钙0.75份(凝胶材料质量的3％)、萘系减水剂0.5份(凝胶材料质量的2％)；
3.在搅拌设备内按质量份先加入水泥、矿渣粉、钢渣微分搅拌混合均匀成凝胶材料，再加入钢渣粗骨料、钢渣细骨料、水、脱硫石膏和减水剂再次搅拌均匀；
4.将步骤3所得的混合物装入模具中在压力为35Mpa下压制10S左右(压制时间无需限制)成型得砌块坯体；
5.对砌块坯体在80℃蒸汽养护24小时，然后在洒水自然养护7天，得成品。
实施例六
1.进行破碎并筛分，其中：
粒径＜0.15mm的用作钢渣微粉，0.15mm≤粒径≤4.75mm的用作钢渣细骨料，4.75mm＜粒径≤16mm的作用钢渣粗骨料，破碎后粒径＞16mm的钢渣重新破碎至粒径＜16mm为止；
粉碎完成后取钢渣微粉9份、钢渣细骨料30份、钢渣粗骨料45份；其中钢渣细骨料中0.15～0.6mm和0.6～4.75mm的质量比为1∶1.2，其中钢渣微粉0.08mm筛余为3％。
2.取水泥9份、矿渣粉7份、水15份(凝胶材料质量的60％)、氢氧化钙0.25份(凝胶材料质量的1％)、萘系减水剂0.075份(凝胶材料质量的0.3％)；
3.在搅拌设备内按质量份先加入水泥、矿渣粉、钢渣微分搅拌混合均匀成凝胶材料，再加入钢渣粗骨料、钢渣细骨料、水、脱硫石膏和减水剂再次搅拌均匀；
4.将步骤3所得的混合物装入模具中在压力为35Mpa下压制10S左右(压制时间无需限制)成型得砌块坯体；
5.对砌块坯体在80℃蒸汽养护24小时，然后在洒水自然养护7天，得成品。
对实施例一至实施例六所得成品依据依据GB/T 8239-2004《普通混凝土小型砌块》标准测试砌块性能，具体内容详见表1。
本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大掺量钢渣混凝土砌块，其特征在于，以质量百分比计算包括以下原料：
胶凝材料 20-25％
骨料 75-80％
所述胶凝材料和骨料的质量百分比之和为100％；其中胶凝材料包括水泥、矿渣粉和钢渣微粉，按总质量百分比计算含量为：
水泥 4-14％
矿渣粉 2-7％
钢渣微粉 8-15％
所述骨料包括钢渣细骨料和钢渣粗骨料，按总质量百分比计算含量为：
钢渣细骨料 20-35％
钢渣粗骨料 45-55％
所述钢渣细骨料和钢渣粗骨料质量百分比为1∶1.5-2；
所述大掺量钢渣混凝土砌块还包括活性激发剂、水和减水剂，含量如下：
活性激发剂 胶凝材料总质量的1～3％
水 胶凝材料总质量的60～80％
减水剂 胶凝材料总质量的0.3～2％。
2.根据权利要求1所述的大掺量钢渣混凝土砌块，其特征在于：所述水泥为强度≥42.5的水泥。
3.根据权利要求1所述的大掺量钢渣混凝土砌块，其特征在于：所述矿渣粉为7天活性指数＞70％的矿渣粉。
4.根据权利要求1所述的大掺量钢渣混凝土砌块，其特征在于：所述钢渣微粉为粒径＜0.15mm,80μm筛余含量为0-12％的钢渣微粉。
5.根据权利要求1所述的大掺量钢渣混凝土砌块，其特征在于：所述钢渣细骨料为颗粒粒径为0.15～4.75mm，且0.15～0.6mm和0.6～4.75mm的质量比为1∶1～1.5的钢渣细骨料。
6.根据权利要求1所述的大掺量钢渣混凝土砌块，其特征在于：所述钢渣粗骨料为粒径为4.75～16mm的钢渣粗骨料。
7.根据权利要求1所述的大掺量钢渣混凝土砌块，其特征在于：所述活性激发剂为脱硫石膏、硫酸钠和氢氧化钙中的其中一种。
8.根据权利要求2所述的大掺量钢渣混凝土砌块，其特征在于：所述脱硫石膏为在40～50℃下烘干，粉磨至全部通过0.08mm筛后备用的脱硫石膏。
9.根据权利要求1所述的大掺量钢渣混凝土砌块，其特征在于：所述减水剂为萘系减水剂或聚羟酸减水剂。
10.根据权利要求1-9所述的大掺量钢渣混凝土砌块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)钢渣的粉碎：将钢渣进行破碎并筛分，其中：
粒径＜0.15mm的用作钢渣微粉，0.15mm≤粒径≤4.75mm的用作钢渣细骨料，4.75mm＜粒径≤16mm的作用钢渣粗骨料，
破碎后粒径＞16mm的钢渣重新破碎至粒径＜16mm为止；
混合：按重量比例对各原材料进行称量，先将水泥、矿渣粉、钢渣微粉搅拌混合20秒后成为凝胶材料，然后在凝胶材料中加入钢渣粗骨料、钢渣细骨料、水、活性激发剂和减水剂再次搅拌混合；
(2)压制成型：将步骤(2)所得的混合物装入模具中压制成型得砌块坯体，压制压力为20～35Mpa；
(3)养护：将砌块坯体自然养护14-21天或砌块坯体在75-100℃条件下蒸汽养护24-48h，然后在自然养护3-7天，得大掺量钢渣混凝土砌块成品。
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