CN109180030A - 一种建筑胶凝材料及建筑用料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用精炼钢渣和工业废渣制成的建筑胶凝材料以及利用该建筑胶凝材料制成的建筑用料，建筑胶凝材料由不锈钢精炼钢渣和工业废渣混合粉磨制成，其中，所述不锈钢精炼钢渣为冶炼不锈钢的AOD炉钢渣；所述工业废渣为钢铁厂废渣和/或钢渣尾渣；一种建筑用料，是将所述建筑胶凝材料与水泥或混凝土混合制得。本发明提供的建筑胶凝材料和建筑用料能够有效解决不锈钢精炼钢渣回收再利用的问题，而且建筑胶凝材料的活性成分含量高，在实际应用中能够有效提高建筑用料的使用强度以及延长使用强度的时效性。
Description
技术领域
本发明属于精炼钢渣再利用技术领域，特别涉及一种利用精炼钢渣和工业废渣制成的建筑胶凝材料及利用该建筑胶凝材料制成的建筑用料。
背景技术
精炼钢渣是AOD炉冶不锈钢过程中产生的一种固体废渣，属于碱性。由于精炼钢渣没有经过水淬处理，无玻璃体产生，不具备活性条件，致使该废渣的应用受到极大的限制。据调查，全国各地不锈钢企业AOD炉冶炼不锈钢排放的精炼钢渣堆积如山，不仅占用土地，给环境带来了严重的污染和危害。目前国内外尚无应用不锈钢精炼钢渣生产建筑胶凝材料的消化处理技术。
发明内容
为了解决上述问题，本发明一方面提供一种利用精炼钢渣和工业废渣制成的建筑胶凝材料及其制备方法。
本发明另一方面提供一种利用上述建筑胶凝材料制成的建筑用料。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种建筑胶凝材料，由不锈钢精炼钢渣和工业废渣混合制成，其中，所述不锈钢精炼钢渣为冶炼不锈钢的AOD炉钢渣；所述工业废渣为钢铁厂废渣和/或钢渣尾渣；
优选地，所述冶炼不锈钢的AOD炉钢渣的化学成分包括：SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Cr2O3、FeO和MnO；所述工业废渣的化学成分包括：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3；
优选地，所述AOD炉钢渣的化学成分含量，以质量百分比计：SiO2为25.9％、Al2O3为1.15％、CaO为54.9％、MgO为4.9％、Cr2O3为0.12％、FeO为0.34％、MnO为0.25％，其余为炉灰；
所述钢渣尾渣中，SiO2为25.9％、Al2O3为1.15％、CaO为54.9％、MgO为4.9％；所述钢铁厂废渣中，SiO2为23.76％、Al2O3为1.17％、Fe2O3为0.53％、CaO为59.31％、MgO为4.18％、SiO3为0.12％；
优选地，所述工业废渣为脱硫灰。
进一步地，以质量百分比计，所述建筑胶凝材料中，所述钢渣为30％-70％，所述工业废渣为70％-30％；
优选地，以质量百分比计，所述建筑胶凝材料中，所述钢渣为40％-60％，所述工业废渣为60％-40％；
更优选地，以质量百分比计，所述建筑胶凝材料中，所述钢渣为45％-55％，所述工业废渣为55％-45％。
进一步地，所述建筑胶凝材料中的活性成分，以质量百分数计，包括：28％-33％的SiO2、18％-20％的Al2O3、30％％-35％的CaO和8％-10％的MgO。
进一步地，所述建筑胶凝材料的磨细度比表面积为400m2/kg～550m2/kg。
进一步地，还包括化学激发剂；
优选地，所述化学激发剂为硫酸盐激发剂。
本发明提供的一种建筑用料，将上述建筑胶凝材料与水泥或混凝土混合制得。
进一步地，所述水泥包括纯硅水泥和普硅水泥。
进一步地，所述建筑胶凝材料与所述纯硅水泥的混合质量比例为1:9-1:4；
优选地，以质量百分比计，所述建筑用料的组成成分包括：硅酸盐熟料75％-76％，石膏3％-4％，工业废渣18％-20％，MgO 0-5％；
优选地，所述建筑用料的3d抗压强度为27.4MPa-30.2MPa，28d抗压强度为54.2MPa-58.2MPa；3d抗折强度为5.1MPa-5.3MPa，28d抗折强度为7.5MPa-7.7MPa。
进一步地，所述建筑胶凝材料与所述普硅水泥的混合质量比例为3:7-3:17；
优选地，所述建筑用料的3d抗压强度为19.7MPa-24.7MPa，28d抗压强度为51.4MPa-54.6MPa；3d抗折强度为4.0MPa-4.4MPa，28d抗折强度为7.9MPa-8.1MPa。
进一步地，所述建筑胶凝材料与混凝土混合，所述建筑胶凝材料的加入量为混凝土中胶凝材料总量的10％-15％；
所述建筑胶凝材料的3d活性指数为77％-77.5％
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
1)能够有效解决不锈钢精炼钢渣回收再利用的问题。
2)建筑胶凝材料的活性成分含量高，在实际应用中能够有效提高建筑用料的使用强度以及延长使用强度的时效性。
3)制备的建筑用料制得水泥的强度超过了52.5级水泥的标准强度，且远超过国家标准要求的42.5级水泥的合格强度，能够满足建筑用料使用标准。
4)能够有效防止由纯水泥制成的混凝土在长时间使用之后产生的抗压强度下降甚至开裂的问题，提高混凝土的使用强度和耐时效性。
5)再利用成本低，利用效率高。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
对于钢厂产出的大量不锈钢精炼钢渣，目前全球钢厂都在想办法进行废物回收再利用，以减少对于地球环境的污染。目前对于不锈钢精炼钢渣的再利用方法较多，效果也参差不齐。
基于降低不锈钢精炼钢渣的再利用成本，以及提高再利用效率的目的，本发明提供一种建筑胶凝材料，由不锈钢精炼钢渣和工业废渣混合制成，其中的不锈钢钢渣为冶炼不锈钢的AOD炉钢渣，工业废渣为钢铁厂废渣和/或钢渣尾渣。
其中，冶炼不锈钢的AOD炉钢渣的化学成分包括：SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Cr2O3、FeO和MnO，以质量百分比计：SiO2为25.9％、Al2O3为1.15％、CaO为54.9％、MgO为4.9％、Cr2O3为0.12％、FeO为0.34％、MnO为0.25％，其余为炉灰。其中，SiO2、Al2O3、CaO、MgO为其中的活性成分，但是，对于建筑用料来讲，其活性成分含量相对较少，制成的建筑用料的性能则会相对较低，甚至无法达到预期水平。
本发明中通过在钢渣中加入工业废渣进一步提高钢渣的活性成分含量，进而提高制成的建筑用料的性能。其中的工业废渣包括钢铁厂废渣和/或钢渣尾渣，其化学成分包括：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3；其中，所述钢渣尾渣中，SiO2为25.9％、Al2O3为1.15％、CaO为54.9％、MgO为4.9％；所述钢铁厂废渣中，SiO2为23.76％、Al2O3为1.17％、Fe2O3为0.53％、CaO为59.31％、MgO为4.18％、SiO3为0.12％；本发明中优选使用的工业废渣为脱硫灰。为了限制工厂烟囱中排出废气中的二氧化硫含量，目前电厂普遍采用石灰水或石灰粉，通过高雾化喷头喷入除硫塔，与进入密封塔内的150℃高温烟气接触，中和二氧化硫，生成脱硫灰，主要矿物组成为CaSO3·0.5H2O、CaSO4、Ca(OH)2和CaCO3，化学成分为34.18％的SO3和56.19％的CaO。
加入工业废渣后的不锈钢精炼钢渣中的活性成分SiO2的含量提高了7％-8％；Al2O3的含量提高了15％-16％；MgO的含量提高了5％-6％，最终制成的建筑胶凝材料的活性成分：SiO2含量为28％-33％、Al2O3含量为18％-20％、CaO含量为30％％-35％和MgO含量为8％-10％。
本发明中，为了实现制成的建筑用料的性能能够达到建筑用要求，不同的不锈钢精炼钢渣与工业废渣的配比，制成的建筑胶凝材料的性能不同，优选以质量百分比计，建筑胶凝材料中，不锈钢精炼钢渣为30％-70％，工业废渣为70％-30％；当钢渣含量为45％-55％，工业废渣含量为55％-45％时，制成的建筑胶凝材料的活性最强，最终与水泥或者混凝土混合后得到的建筑用料的性能最佳，而当钢渣与工业废渣的混合比例小于3:7或者大于7:3时，制成的建筑胶凝材料在最终的建筑用料的使用中，导致最终建筑用料的性能变差。
比如，当钢渣与工业废渣的混合比例为1:9时，最终制得的胶凝材料强度较低；当钢渣与工业废渣的混合比例为8:2时，制得胶凝材料安定性不合格，不能作为建筑胶凝材料应用。
同时，本发明提供的建筑胶凝材料的磨细度比表面积可以达到430m2/kg～550m2/kg。
通常，水泥磨的越细，它的比表面积就越大，反之就越小。水泥的比表面积一般在350m2/kg左右，如果过于细的话，早期水化会比较充分，早期强度会高，需水量大，混凝土开裂的机率就大。反之就是早期强度会低，需水量小。而对于钢渣料来讲，其比表面积越大，则其潜在活性发挥越大，因此，较高的比表面积能够提高建筑胶凝材料的潜在活性，进而提高最终制成的建筑用料的耐时效强度性能，也就是说其抗压强度能够维持的有效时间越长。
制备上述建筑胶凝材料的方法：
将不锈钢精炼钢渣和工业废渣混合，并加入化学激发剂，经粉磨制成。
加入的化学激发剂能够激发钢渣或工业废渣中的活性成分，进而提供建筑用料的安定性、凝结时间、强度，本发明中，优选其中的化学激发剂为硫酸盐激发剂，化学激发剂的加入量根据常规用量加入即可。
优选地，以质量百分比计，不锈钢精炼钢渣的加入量为30％-70％，工业废渣的加入量为70％-30％，优选地，以质量百分比计，不锈钢精炼钢渣的加入量为40％-60％，工业废渣的加入量为60％-40％，更有选地，以质量百分比计，不锈钢精炼钢渣的加入量为45％-55％，工业废渣的加入量为55％-45％，最有选地，以质量百分比计，不锈钢精炼钢渣的加入量为50％，工业废渣的加入量为50％。
本发明提供一种建筑用料，将上述建筑胶凝材料与水泥或混凝土混合制得。
其中的水泥可以选用纯硅水泥和普硅水泥。
建筑胶凝材料与纯硅水泥的混合比例为1:9-1:4；制成的建筑用料的矿物成分包括：硅酸盐熟料75％-76％，石膏3％-4％，工业废渣18％-20％，MgO为0-5％；建筑用料的3d抗压强度为27.4MPa-30.2MPa，其28d抗压强度为54.2MPa-58.2MPa；3d抗折强度为5.1MPa-5.3MPa，28d抗折强度为7.5MPa-7.7MPa。
建筑胶凝材料与普硅水泥的混合比例为3:7-3:17；建筑用料的3d抗压强度为19.7MPa-24.7MPa，28d抗压强度为51.4MPa-54.6MPa；3d抗折强度为4.0MPa-4.4MPa，28d抗折强度为7.9MPa-8.1MPa。
本发明提供的建筑胶凝材料同样能够用于与混凝土混合制成建筑用料，当与混凝土混合使用时，为了能够达到至少相当于混凝土的使用性能，优选，用于混凝土的建筑胶凝材料的3d活性指数需要达到77％-77.5％。
实施例1
下面试验例中是以本发明提供的建筑胶凝材料与纯硅水泥按照1:9、1.5:8.5、1:4比例分别勾兑制成的建筑用料，其性能参数检测结果如下表1。
其中，在矿渣粉试验中，对比例中使用的标准普硅水泥的28d抗压强度要求为50-60Mpa，本实施例中，对比例中42.5级普硅水泥的28d的抗压强度为58.4Mpa。
试验例中，纯硅水泥：其熟料(含5％石膏)粉磨比表面积为350m2/kg。建筑胶凝材料：是由改性后的不锈钢精炼钢渣与工业废渣混合制得，建筑胶凝材料的粉磨比表面积为430m2/kg～550m2/kg。其中，上述试验例1-3中，建筑胶凝材料的比表面积为500m2/kg。
表1
由上述试验例和对比例的比对结果可以看到，本发明提供的建筑胶凝材料与纯硅水泥混合制成的建筑用料具有与标准42.5级普硅水泥相当的力学性能，当加入20％的建筑胶凝材料与80％的纯硅水泥混合时，制成的建筑用料，其28天时的抗压强度也能够达到54.2Mpa，而该强度则远大于对比例中的42.5级普硅水泥国标要求的合格强度42.5Mpa，同样，也大于52.5级水泥的国标要求的28天的合格抗压强度52.5Mpa，则说明，该建筑用料其性能完全能够取代42.5普硅水泥以及52.5级水泥在建筑中使用。
同样，当10％的建筑胶凝材料与90％的纯硅水泥混合时，其28天时的抗压强度能够达到58.2Mpa，几乎接近对比例42.5级普硅水泥的28d的抗压强度，所以，本实施例提供的建筑用料能够达到较高的水泥等级强度指标，可以作为42.5级普硅水泥和52.5级水泥的替代品使用。
实施例2
下面试验例中分别用15％、30％建筑胶凝材料与85％、70％普硅42.5级水泥勾兑制成的建筑用料，其性能参数检测结果如下表2。
其中，对比例中，使用100％的42.5级标准普硅水泥，其28d抗压强度为54.4Mpa；试验例中，100％普硅水泥：其熟料(含5％石膏)粉磨比表面积为350m2/kg。建筑胶凝材料：是改性后的精炼钢渣等废渣混合粉磨比表面积为430m2/kg～550m2/kg。其中，上述试验例1-3中，建筑胶凝材料的比表面积为500m2/kg。
表2
通过上述试验例和对比例可以看到，使用本发明提供的30％的建筑胶凝材料与70％的普硅水泥混合制成的建筑用料，其28d抗压强度依然能够达到51.4Mpa，而15％的建筑胶凝材料与85％的普硅水泥混合，制成的建筑用料的28d抗压强度甚至能够达到54.6Mpa，远超过了纯42.5普硅水泥的28d的合格抗压强度，而且达到了标准普硅水泥的28d抗压强度标准范围50MPa以上，说明，本发明提供的建筑胶凝材料具有优良的化学活性，而制成的建筑用料，其抗压强度具有良好的耐时效性，所以15％建筑胶凝材料+85％普硅水泥勾兑制成的建筑用料其可以作为100％普硅水泥的替代品使用。
而且根据实测，而由普硅水泥作为胶凝材料制成的混凝土其抗压强度在70年之后就会衰减，经若干年后，其抗压强度则会显著降低。本发明提供的混入钢渣制成的建筑用料，也可以称作混合水泥，其抗压强度的耐时效性能够达到几百年以上。
实施例3
将本发明提供的建筑胶凝材料与混凝土混合制成的建筑用料，建筑胶凝材料的加入量为混凝土中胶凝材料总量的10％-15％；该建筑胶凝材料的3d活性指数为77％-77.5％，而通常作为混凝土的胶凝材料的粉煤灰，其国标28d活性指数≧70％，也就是说，本发明提供的建筑胶凝材料的活性指数远大于粉煤灰，可以作为混凝土中部分粉煤灰或者全部粉煤灰的替代品，不仅活性指数高，能够显著提高混凝土的强度，同时，使用成本低廉，不仅可以解决钢渣的回收再利用问题，同时能够提高其利用效率，制成的建筑用料相比较常用的建筑用料混凝土的性能更佳，是较好的混凝土掺合料。
当然，对于粉煤灰的替代量的多少，根据具体的混凝土的用途不同，替代的百分含量不同，在一些特殊用的混凝土中，由于粉煤灰的含量较高，甚至为混凝土中胶凝材料的50％以上，因此，本发明提供的建筑胶凝材料只能部分替代其中的粉煤灰。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (10)
1.一种建筑胶凝材料，其特征在于，由不锈钢精炼钢渣和工业废渣混合粉磨制成，其中，所述不锈钢精炼钢渣为冶炼不锈钢的AOD炉钢渣；所述工业废渣为钢铁厂废渣和/或钢渣尾渣；
优选地，所述冶炼不锈钢的AOD炉钢渣的化学成分包括：SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Cr2O3、FeO和MnO；所述工业废渣的化学成分包括：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3；
优选地，所述AOD炉钢渣的化学成分含量，以质量百分比计：SiO2为25.9％、Al2O3为1.15％、CaO为54.9％、MgO为4.9％、Cr2O3为0.12％、FeO为0.34％、MnO为0.25％，其余为炉灰；
所述钢渣尾渣中，SiO2为25.9％、Al2O3为1.15％、CaO为54.9％、MgO为4.9％；所述钢铁厂废渣中，SiO2为23.76％、Al2O3为1.17％、Fe2O3为0.53％、CaO为59.31％、MgO为4.18％、SiO3为0.12％；
优选地，所述工业废渣为脱硫灰。
2.根据权利要求1所述的建筑胶凝材料，其特征在于，
以质量百分比计，所述建筑胶凝材料中，所述钢渣为30％-70％，所述工业废渣为70％-30％；
优选地，以质量百分比计，所述建筑胶凝材料中，所述钢渣为40％-60％，所述工业废渣为60％-40％；
更优选地，以质量百分比计，所述建筑胶凝材料中，所述钢渣为45％-55％，所述工业废渣为55％-45％。
3.根据权利要求2所述的建筑胶凝材料，其特征在于，所述建筑胶凝材料中的活性成分，以质量百分数计，包括：28％-33％的SiO2、18％-20％的Al2O3、30％％-35％的CaO和8％-10％的MgO。
4.根据权利要求2所述的建筑胶凝材料，其特征在于，所述建筑胶凝材料的磨细度比表面积为400m2/kg～550m2/kg。
5.根据权利要求1所述的建筑胶凝材料，其特征在于，
还包括化学激发剂；
优选地，所述化学激发剂为硫酸盐激发剂。
6.一种建筑用料，其特征在于，将权利要求1-5任一项所述建筑胶凝材料与水泥或混凝土混合制得。
7.根据权利要求6所述的建筑用料，其特征在于，
所述水泥包括纯硅水泥和普硅水泥。
8.根据权利要求7所述的建筑用料，其特征在于，
所述建筑胶凝材料与所述纯硅水泥的混合质量比例为1:9-1:4；
优选地，以质量百分比计，所述建筑用料的组成成分包括：硅酸盐熟料75％-76％，石膏3％-4％，工业废渣18％-20％，MgO 0-5％；
优选地，所述建筑用料的3d抗压强度为27.4MPa-30.2MPa，28d抗压强度为54.2MPa-58.2MPa；3d抗折强度为5.1MPa-5.3MPa，28d抗折强度为7.5MPa-7.7MPa。
9.根据权利要求7所述的建筑用料，其特征在于，
所述建筑胶凝材料与所述普硅水泥的混合质量比例为3:7-3:17；
优选地，所述建筑用料的3d抗压强度为19.7MPa-24.7MPa，28d抗压强度为51.4MPa-54.6MPa；3d抗折强度为4.0MPa-4.4MPa，28d抗折强度为7.9MPa-8.1MPa。
10.根据权利要求6所述的建筑用料，其特征在于，
所述建筑胶凝材料与混凝土混合，所述建筑胶凝材料的加入量为混凝土中胶凝材料总量的10％-15％；
所述建筑胶凝材料的3d活性指数为77％-77.5％。
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