CN108358581B - 一种含精炼渣的混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种含精炼渣的混凝土及其制备方法。首先将矿渣、精炼渣和工业副产石膏按干基质量百分比以55％～75％、15％～35％和10％～20％，经粉磨处理后混匀制得胶凝材料，再按胶凝材料15～50％、骨料50～85％、减水剂0～3％加水搅拌均匀后，经浇筑成型并进行养护，就可得到合格的混凝土材料。本发明利用解决了精炼渣安定性差的关键难题，同时发挥其自身的胶凝性及其对矿渣的协同激发作用制成全固废体系胶凝材料，进而制备混凝土材料。协同处置冶金工业固体废弃物精炼渣和工业副产石膏，可以最大程度综合利用精炼渣，提高资源利用率，降低环境负荷，显著提升我国冶金渣的资源综合利用率，同时节约混凝土生产成本，具有明显的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物资源化利用和建筑材料领域，具体涉及一种含精炼渣的混凝土及其制备方法。
背景技术
首先应澄清精炼渣的概念。许多钢铁企业将二次精炼过程中加入的渣料称为精炼渣或精炼合成渣，也有钢铁企业将钢水二次精炼后排出的废渣称为精炼渣、精炼废渣或铸余渣。本发明中的精炼渣指的是后者。目前我国钢铁工业精炼比已超过70％，以2017年我国粗钢年产量8.32亿吨，精炼渣占钢产量3％进行粗略估计，每年会产生1747万吨精炼渣。
《中华人民共和国环境保护税法》已于2018年1月1日起施行，该法将“保护和改善环境，减少污染物排放，推进生态文明建设”写入立法宗旨。长期以来钢铁工业和建材工业一直是能源消耗和环境污染的大户，政策面的变化必将对这两个工业领域造成深远的影响。
精炼工艺方法种类繁多，基本上分为真空和非真空精炼两大类。不同种类的精炼渣由于精炼工艺和加入造渣料的不同，矿物组成有所不同,主要矿物为硅酸盐和铝酸盐,如C3S、C2S、C12A7等，具有潜在的水硬胶凝性。相比转炉渣，精炼渣中的氧化铁含量较低，氧化铝含量较高,并且在冷却过程中由于发生β-C2S向γ-C2S的晶型转变导致体积变大，使精炼渣几乎能够完全粉化，非常有利于粉磨制备胶凝材料。
但是即使是不同种类的精炼渣，其中大多数都含有比一般钢渣更多的游离氧化钙和游离氧化镁，这些成份对混凝土产品的安定性有害，会造成混凝土的危害性膨胀。可以通过对精炼渣充分磨细，使游离氧化物充分分散和部分水化，这种超细粉末的水化膨胀不仅对安定性无害，而且可以补偿混凝土的硬化收缩。
CN101433950A公开了一种回收精炼渣制备保护渣的方法，回收精炼渣后经自然冷却粉化、除铁、过筛后，根据制备保护渣目标成分，添加相应的天然矿物或人工合成料细粉，使成份满足保护渣需求。但保护渣的使用量相较于精炼渣的产量要少很多，这种方法难以消纳大量产生的精炼渣。
CN102899483A公开了一种LF炉精炼渣的再利用工艺，将LF炉渣10％～30％，含铁废料70％～90％混合，含水率控制在13％～18％，按比例放在混碾机内混碾20～30分钟，混合均匀，经冷压成型机压制成型，自然放置25～30天后制成冶金冷压球团。该技术不需添加粘结剂，使用LF炉精炼渣制出高强度球团，降低了冷压球团的生产成本，但同样难以消纳大量产生的精炼渣。
CN103937914A公开了一种LF炉精炼渣全量资源化利用的方法。将LF炉精炼渣预处理后，分为高铝渣、高硅渣和硅铝渣，将三类精炼渣中的任意两种按质量比混合后与水制成浆液，之后通过碳酸化反应、NaOH碱溶提硅和铝、过滤以及陈化、晶化反应，实现精炼渣中的主要成分CaO、MgO和Si2O3、Al2O3成分分离，同时脱去渣中的S，将CaO、MgO成分制成炼钢或烧结熔剂，Si2O3、Al2O3成分制成4A沸石。但该专利中涉及的工序复杂、成本较高，难以形成规模化生产。
CN101475348A公开了一种以冶金渣为主要原料的人工鱼礁混凝土制备方法，采用钢渣、矿渣、水泥熟料按一定比例混磨制得胶凝材料，并与粗砂和石子按一定比例制备混凝土，经高温养护制备高强性能人工鱼礁。但该专利中大宗固体废弃物的使用局限于一般钢渣，并且依赖高温养护。
CN104529323A公开了一种矿渣混凝土的制备方法，应用了高炉矿渣、钛矿渣等固体废弃物，制备了抗压抗折强度较高，防水防渗防锈性能、减水性、和易性、可塑性和可泵送性能良好的混凝土。但该专利中对冶金渣的利用范围较小，只选取了两种矿渣，基于目前矿渣作为建筑材料应用日趋普遍，该专利具有一定的局限性。
目前现有技术中，精炼渣主要用于回收制造钢铁冶炼的助剂、用于胶结球团或逐级返回循环利用，但是这些技术没有从根本上大量消纳精炼渣，浪费了精炼渣的水硬胶凝性，并且对精炼渣的安定性问题缺乏深入研究。
发明内容
本发明涉及一种含精炼渣的混凝土及其制备方法，是为了解决现有技术中的以下问题：
1.精炼渣产量大，已有大量堆存造成资源浪费和环境污染，现有技术难以大规模利用；
2.精炼渣具有的潜在水硬胶凝性没有得到合理利用；
3.精炼渣的安定性问题没有得到有效解决；
4.利用冶金渣制备混凝土的现有技术中，尚无系统利用精炼渣的先例。
本发明实现了用全固废体系替代混凝土中的水泥，最大程度的消纳精炼渣这一大宗冶金工业固体废弃物。解决了精炼渣安定性差的关键难题，同时发挥其自身的胶凝性及其对矿渣的协同激发作用制成全固废体系胶凝材料，进而制备混凝土材料，给混凝土生产提供了一条新思路。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种含精炼渣的混凝土，以质量百分比计，包括胶凝材料15～50％，骨料50～85％，减水剂0～3％，所述胶凝材料包括矿渣55％～75％，精炼渣15％～35％，工业副产石膏10％～20％。
所述骨料包括天然砂、人工砂、尾矿、卵石、碎石或废石的一种或多种组成。骨料分为细骨料和粗骨料，细骨料粒径0mm～5mm，粗骨料粒径5mm～10mm。
所述减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂、脂肪酸系高效减水剂、聚羧酸盐系高效减水剂的一种或多种。
所述矿渣为符合GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的粒化高炉矿渣粉。
所述工业副产石膏是指工业生产中由化学反应生成的以无水和二水硫酸钙为主要成分的工业副产品，包括脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、柠檬石膏、废陶模石膏的一种或多种。
含精炼渣的混凝土的制备方法：将经粉磨后的矿渣、精炼渣和工业副产石膏混匀制得胶凝材料，将所述胶凝材料与骨料、减水剂加水混合均匀，具体步骤如下：
(1)将所需原料矿渣、精炼渣和工业副产石膏按干基质量百分比以55％～75％、15％～35％和10％～20％单独或混合粉磨至比表面积500～700m2/kg，混匀制得胶凝材料；
(2)按质量百分比将胶凝材料15～50％，骨料50～85％，减水剂0～3％搅拌均匀后，经浇筑成型并进行养护，就可得到含精炼渣的混凝土。
本发明与现有技术相比，其特点在于：
1.这种含精炼渣的混凝土，其原料可以完全来源于工业固体废弃物，降低钢铁和建筑工业的生产成本；
2.本发明可以协同处置矿渣、精炼渣、工业副产石膏等多种工业固体废弃物，实现以废治废；
3.用于制备混凝土能够大量消纳产出和堆存的工业固体废弃物，减少环境污染；
4.在确保安定性合格的前提下，充分利用精炼渣的潜在水硬胶凝性，为混凝土，尤其是胶凝材料的生产开辟了新途径。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种混凝土，其胶凝材料由以下质量百分比的原料制备而成：矿渣70.5％，精炼渣17.5％，脱硫石膏12％，三者混磨至比表面积560m2/kg；混凝土中，胶凝材料占19.6％、骨料占74％、减水剂占0.06％。
混凝土配合比如下表所示：(每立方混凝土材料用量：kg/m3)
粗骨料为矿山废石，细骨料为尾矿砂，减水剂为固体聚羧酸型高效减水剂。
胶凝材料安定性检试验依据GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》执行。安定性试验配比参照上表中“胶凝材料”部分，采用试饼法和雷氏法两种方法检测，安定性均符合国家标准。
混凝土试块依照上表所示配合比，将原料置于混凝土搅拌机中搅拌均匀，于温度20±5℃，相对湿度不低于60％的条件下注入100mm×100mm×100mm之模具中，置于混凝土振动台上振动成型。成型后的试块置于养护温度20℃±2℃、相对湿度不低于95％的标准养护条件下养护24h后脱模，继续置于养护温度20℃±2℃、相对湿度不低于95％的恒温恒湿养护箱内养护至3d、7d以及28d龄期，测试混凝土的抗压强度，3d、7d以及28d分别可以达到30、35和50MP。
实施例2
一种混凝土，其胶凝材料由以下质量百分比的原料制备而成：矿渣70％，精炼渣20％，废陶模石膏10％，三者混磨至比表面积650m2/kg；混凝土中，胶凝材料占18.2％、骨料占76.7％、减水剂占0.15％。
混凝土配合比如下表：(每立方混凝土材料用量：kg/m3)
粗骨料为矿山废石，细骨料为尾矿砂，减水剂为固体聚羧酸型高效减水剂。
胶凝材料安定性检试验依据GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》执行。安定性试验配比参照上表中“胶凝材料”部分，采用试饼法和雷氏法两种方法检测，安定性均符合国家标准。
混凝土试块依照上表所示配合比，将原料置于混凝土搅拌机中搅拌均匀，于温度20±5℃，相对湿度不低于60％的条件下注入100mm×100mm×100mm之模具中，置于混凝土振动台上振动成型。成型后的试块置于养护温度20℃±2℃、相对湿度不低于95％的标准养护条件下养护24h后脱模，继续置于养护温度20℃±2℃、相对湿度不低于95％的恒温恒湿养护箱内养护至3d、7d以及28d龄期，测试混凝土的抗压强度，3d、7d以及28d分别可以达到37、47和60MP。
实施例3
一种混凝土，其胶凝材料由以下质量百分比的原料制备而成：矿渣74％，精炼渣15％，氟石膏11％，三者混磨至比表面积550m2/kg；混凝土中，胶凝材料占16.6％、骨料占76.7％、减水剂占0.17％。
混凝土配合比如下表：(每立方混凝土材料用量：kg/m3)
粗骨料为石灰岩质石子，细骨料为石英质河砂，减水剂为萘系高效减水剂。
胶凝材料安定性检试验依据GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》执行。安定性试验配比参照上表中“胶凝材料”部分，采用试饼法和雷氏法两种方法检测，安定性均符合国家标准。
混凝土试块依照上表所示配合比，将原料置于混凝土搅拌机中搅拌均匀，于温度20±5℃，相对湿度不低于60％的条件下注入100mm×100mm×100mm之模具中，置于混凝土振动台上振动成型。成型后的试块置于养护温度20℃±2℃、相对湿度不低于95％的标准养护条件下养护24h后脱模，继续置于养护温度20℃±2℃、相对湿度不低于95％的恒温恒湿养护箱内养护至3d、7d以及28d龄期，测试混凝土的抗压强度，3d、7d以及28d分别可以达到28、32和56MP。
实施例4
一种混凝土，其胶凝材料由以下质量百分比的原料制备而成：矿渣65％，精炼渣23％，脱硫石膏12％，三者混磨至比表面积540m2/kg；混凝土中，胶凝材料占17％、骨料占76％、减水剂占0.25％。
混凝土配合比如下表：(每立方混凝土材料用量：kg/m3)
粗骨料为石灰岩质石子，细骨料为石英质河砂，减水剂为固体聚羧酸型高效减水剂。
胶凝材料安定性检试验依据GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》执行。安定性试验配比参照上表中“胶凝材料”部分，采用试饼法和雷氏法两种方法检测，安定性均符合国家标准。
混凝土试块依照上表所示配合比，将原料置于混凝土搅拌机中搅拌均匀，于温度20±5℃，相对湿度不低于60％的条件下注入100mm×100mm×100mm之模具中，置于混凝土振动台上振动成型。成型后的试块置于养护温度20℃±2℃、相对湿度不低于95％的标准养护条件下养护24h后脱模，继续置于养护温度20℃±2℃、相对湿度不低于95％的恒温恒湿养护箱内养护至3d、7d以及28d龄期，测试混凝土的抗压强度，3d、7d以及28d分别可以达到20、28和38MP。
实施例5
一种混凝土，其胶凝材料由以下质量百分比的原料制备而成：矿渣55％，精炼渣33％，脱硫石膏12％，三者混磨至比表面积640m2/kg；混凝土中，胶凝材料占17％、骨料占41％、减水剂占0.25％。
混凝土配合比如下表：(每立方混凝土材料用量：kg/m3)
粗骨料为矿山废石，细骨料为尾矿砂，减水剂为固体聚羧酸型高效减水剂。
胶凝材料安定性检试验依据GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》执行。安定性试验配比参照上表中“胶凝材料”部分，采用试饼法和雷氏法两种方法检测，安定性均符合国家标准。
混凝土试块依照上表所示配合比，将原料置于混凝土搅拌机中搅拌均匀，于温度20±5℃，相对湿度不低于60％的条件下注入100mm×100mm×100mm之模具中，置于混凝土振动台上振动成型。成型后的试块置于养护温度20℃±2℃、相对湿度不低于95％的标准养护条件下养护24h后脱模，继续置于养护温度20℃±2℃、相对湿度不低于95％的恒温恒湿养护箱内养护至3d、7d以及28d龄期，测试混凝土的抗压强度，3d、7d以及28d分别可以达到23、29和44MP。
Claims (6)
1.一种含精炼渣的混凝土，其特征在于以质量百分比计，包括胶凝材料15～50％，骨料50～85％，减水剂0～3％，所述胶凝材料包括矿渣55％～75％，精炼渣15％～35％，工业副产石膏10％～20％；
所述精炼渣为钢水二次精炼后排出的废渣。
2.如权利要求1所述的含精炼渣的混凝土，其特征在于：所述骨料包括天然砂、人工砂、尾矿、卵石、碎石或废石的一种或多种组成; 骨料分为细骨料和粗骨料，细骨料粒径0mm～5mm，粗骨料粒径5mm～10mm。
3.如权利要求1所述的含精炼渣的混凝土，其特征在于：所述减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂、脂肪酸系高效减水剂、聚羧酸盐系高效减水剂的一种或多种。
4.如权利要求1所述的含精炼渣的混凝土，其特征在于：所述矿渣为符合GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的粒化高炉矿渣粉。
5.如权利要求1所述的含精炼渣的混凝土，其特征在于：所述工业副产石膏是指工业生产中由化学反应生成的以无水和二水硫酸钙为主要成分的工业副产品，包括脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、柠檬石膏、废陶模石膏的一种或多种。
6.如权利要求1中所述含精炼渣的混凝土的制备方法，其特征在于：将经粉磨后的矿渣、精炼渣和工业副产石膏混匀制得胶凝材料，将所述胶凝材料与骨料、减水剂加水混合均匀，具体步骤如下：
(1)将所需原料矿渣、精炼渣和工业副产石膏按干基质量百分比以55％～75％、15％～35％和10％～20％单独或混合粉磨至比表面积500～700m2/kg，混匀制得胶凝材料；
(2)按质量百分比将胶凝材料15～50％，骨料50～85％，减水剂0～3％搅拌均匀后，经浇筑成型并进行养护，就可得到含精炼渣的混凝土。
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