CN109437637B - 一种钢渣质水泥膨胀剂及掺杂该膨胀剂的硅酸盐类水泥 - Google Patents

一种钢渣质水泥膨胀剂及掺杂该膨胀剂的硅酸盐类水泥 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种钢渣质水泥膨胀剂及掺杂该膨胀剂的硅酸盐类水泥，该钢渣质水泥膨胀剂由下述方法制得：首先将质量比为1:1:50～80的甘油、硝酸锶和水混合制备萃取溶液，然后将钢渣粉在所述萃取溶液中浸泡，过滤去除溶液，得到钢渣质水泥膨胀剂。利用钢渣的主要化学成分为CaO和MgO作为膨胀剂中CaO的来源，并制备萃取溶液将钢渣中的游离CaO或MgO部分萃取出来，使得CaO和MgO产生的膨胀得以控制。本发明的掺杂该钢渣质水泥膨胀剂的硅酸盐类水泥中，钢渣质水泥膨胀剂的掺量为2～10％，掺杂该钢渣质水泥膨胀剂后，能一定程度上提高水泥的力学强度，显著提高水泥的抗渗性，并降低水泥的收缩性。

Description

一种钢渣质水泥膨胀剂及掺杂该膨胀剂的硅酸盐类水泥
技术领域
本发明涉及一种水泥膨胀剂及硅酸盐类水泥，特别涉及一种钢渣质水泥膨胀剂及掺杂该膨胀剂的硅酸盐类水泥，属于建筑材料领域。
背景技术
钢渣是在钢铁生产过程中由造渣材料、冶炼反应物、侵蚀脱落的炉体和补炉材料、金属炉料带入的杂质和为调整钢渣性质而特意加入的造渣材料所组成的固体渣体，是生产钢铁过程的副产品。在生产中，每生产1t钢铁，就有15％～20％的钢渣产生。我国全国炼钢厂堆积的钢渣总量超过2亿t，占地1万多亩，而且每年仍以3000多万t的数量增长。这些钢渣若不综合利用，会占用越来越多的土地，污染环境，造成资源的浪费。在近几十年来研究发现钢渣具有和水泥相似的矿物组分，可以作为二次资源再加以利用，不仅具有巨大的社会效益，同时还具有广泛的经济效益。
对于钢渣的利用[程绪想钢渣的综合利用[J].粉煤灰综合利用,2010(5):45-49.]，可做钢渣水泥、钢渣微粉作掺合料、钢渣砖和钢渣砌料、钢渣骨料、钢渣筑路材料。常用水泥存在收缩现像，加入膨胀剂可改善该缺陷，提高水泥的抗渗性等性能。
常用膨胀剂的原理是CaO遇水变成Ca(OH)2过程中产生体积膨胀。文献报导了由石灰或二水石膏煅烧制得CaO膨胀剂[时跃明.浇筑水泥膨胀剂的研制[J].建材世界,2007,28(2):15-17]。通过有机树脂对CaO类膨胀熟料表面进行包裹可改性来降低了无效膨胀[田倩,王瑞,张守治,等.一种水泥混凝土用改性氧化钙类膨胀剂及其制备方法:,CN104671695A[P].2015]。但是该方法成本较高。钢渣的主要化学成分为CaO、SiO2、MgO，如果利用钢渣作为CaO、MgO的矿物来源，可降低成本，促进环境可持续发展。
但是钢渣中含有游离CaO或MgO，会导致水泥混凝土后期不可控制的膨胀，从而导致混凝土结构破坏，因此，仍有大量的钢渣的有待利用。因此如何消除钢渣中游离CaO或MgO的有害影响，具有重大意义。
发明内容
发明目的：针对钢渣中由于含有游离CaO或MgO、无法用作水泥膨胀剂的问题，本发明提供一种钢渣质水泥膨胀剂，通过对钢渣进行处理，使游离CaO或MgO的膨胀特性得到控制，使钢渣可用作水泥膨胀剂；同时，本发明还提供了一种掺杂该钢渣质水泥膨胀剂的硅酸盐类水泥。
技术方案：本发明所述的一种钢渣质水泥膨胀剂，由下述方法制得：首先将质量比为1:1:50～80的甘油、硝酸锶和水混合制备萃取溶液，然后将钢渣粉在所述萃取溶液中浸泡，过滤去除溶液，得到钢渣质水泥膨胀剂。
其中，钢渣粉的比表面积为500～800m2/kg，最好为550±10m2/kg。
上述钢渣粉中，CaO的质量分数优选为45～60％、MgO的质量分数优选为3～13％。进一步的，钢渣粉按质量百分数计包括如下组分：CaO 45～60％、SiO2 10～15％、Al2O31～5％、FeO 7～20％、Fe2O3 3～9％、Cr2O3 1～4％、MgO 3～13％。
优选的，钢渣粉与萃取溶液的质量比小于等于9:1。进一步的，将钢渣粉在萃取溶液中浸泡6～30h。
本发明所述的一种硅酸盐类水泥，其中掺有上述钢渣质水泥膨胀剂。优选的，钢渣质水泥膨胀剂的掺量为2～10％。
发明原理：本发明是利用钢渣的主要化学成分CaO和MgO作为膨胀剂中CaO的来源，并制备萃取溶液将钢渣中的游离CaO或MgO部分萃取出来，使得CaO和MgO产生的膨胀得以控制；将此加入水泥后能一定程度上提高水泥的力学强度，显著提高水泥的抗渗性，并降低水泥的收缩性。
有益效果：与现有技术相比，本发明存在下述优点：(1)本发明用甘油、硝酸锶、水组成的混合溶液中，将钢渣中的游离CaO或MgO部分萃取出来，使CaO或MgO产生的膨胀得到控制；而且，随萃取时间的不同，其产生膨胀(化学反应)的速度不同；(2)将本发明的钢渣质水泥膨胀剂加入水泥后能一定程度上提高水泥的力学强度，显著提高水泥的抗渗性，并降低水泥的收缩性；(3)本发明的钢渣质水泥膨胀剂的制备工艺简单，成本低廉。
附图说明
图1为本发明的掺杂钢渣质水泥膨胀剂的硅酸盐类水泥的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1，本发明的钢渣质水泥膨胀剂由下述方法制得：首先将质量比为1:1:50～80的甘油、硝酸锶和水混合制备萃取溶液，然后将钢渣粉在萃取溶液中浸泡，过滤去除溶液，得到钢渣质水泥膨胀剂。
钢渣粉中，CaO的质量分数为45～60％、MgO的质量分数为3～13％。钢渣粉的比表面积为500～800m2/kg。
浸泡时，钢渣粉与萃取溶液的质量比为9:1。浸泡时间为6～30h。
硅酸盐类水泥一般包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥及火山灰水泥。将上述钢渣质水泥膨胀剂掺入硅酸盐类水泥中，所得硅酸盐类水泥的抗渗性和力学强度得到有效改善，同时收缩性降低。其中，掺入的钢渣质水泥膨胀剂质量为硅酸盐类水泥质量的2～10％。
以下通过实施例1～9对本发明的技术方案进行详细说明。先制备得到本发明的钢渣质水泥膨胀剂，然后将其掺入硅酸盐水泥，制备水泥膨胀剂试块，并测试制得的制备水泥膨胀剂试块的性能。
其中，钢渣质水泥膨胀剂的制备过程为：将纯甘油、硝酸锶、水按比例混合，经30分钟搅拌后，制得萃取溶液；将钢渣磨细到比表面积500～800m2/kg，再将钢渣粉浸泡在上述萃取溶液中，钢渣粉与萃取溶液的质量比为9:1，浸泡6～30h后，过滤去除溶液，制得钢渣质水泥膨胀剂。实施例1～9所选用钢渣原料的组分含量如下表1：
表1钢渣的主要化学组成(wt％)
Figure BDA0001902710120000031
实施例1
实验条件如下：
Figure BDA0001902710120000032
掺杂钢渣质水泥膨胀剂的硅酸盐水泥的制备方法为：按上述实验条件制备钢渣质水泥膨胀剂，掺入P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥，掺量为2％。加入水混合，水胶比为0.44。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*16cm的模具内，振动成型，标准养护28天后，按GB175-2017测其抗压强度。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*14cm的模具内，振动成型，水中养护7天后空气中养护21天，按GB/T 23439-2017测试其限制膨胀率。其抗压强度及限制膨胀率见附表2。
实施例2
实验条件如下：
Figure BDA0001902710120000041
掺杂钢渣质水泥膨胀剂的硅酸盐水泥的制备方法为：按上述实验条件制备钢渣质水泥膨胀剂，掺入P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥，掺量为2％。加入水混合，水胶比为0.44。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*16cm的模具内，振动成型，标准养护28天后，按GB175-2017测其抗压强度。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*14cm的模具内，振动成型，水中养护7天后空气中养护21天，按GB/T 23439-2017测试其限制膨胀率。其抗压强度及限制膨胀率见附表2。
实施例3
其实验条件如下：
Figure BDA0001902710120000042
掺杂钢渣质水泥膨胀剂的硅酸盐水泥的制备方法为：按上述实验条件制备钢渣质水泥膨胀剂，掺入P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥，掺量为4％。加入水混合，水胶比为0.44。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*16cm的模具内，振动成型，标准养护28天后，按GB175-2017测其抗压强度。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*14cm的模具内，振动成型，水中养护7天后空气中养护21天，按GB/T 23439-2017测试其限制膨胀率。其抗压强度及限制膨胀率见附表2。
实施例4
其实验条件如下：
Figure BDA0001902710120000051
掺杂钢渣质水泥膨胀剂的硅酸盐水泥的制备方法为：按上述实验条件制备钢渣质水泥膨胀剂，掺入P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥，掺量为4％。加入水混合，水胶比为0.44。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*16cm的模具内，振动成型，标准养护28天后，按GB175-2017测其抗压强度。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*14cm的模具内，振动成型，水中养护7天后空气中养护21天，按GB/T 23439-2017测试其膨胀率。其抗压强度及限制膨胀率见附表2。
实施例5
其实验条件如下：
Figure BDA0001902710120000052
掺杂钢渣质水泥膨胀剂的硅酸盐水泥的制备方法为：按上述实验条件制备钢渣质水泥膨胀剂，掺入P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥，掺量为5％。加入水混合，水胶比为0.44。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*16cm的模具内，振动成型，标准养护28天后，按GB175-2017测其抗压强度。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*14cm的模具内，振动成型，水中养护7天后空气中养护21天，按GB/T 23439-2017测试其膨胀率。其抗压强度及限制膨胀率见附表2。
实施例6
其实验条件如下：
Figure BDA0001902710120000053
Figure BDA0001902710120000061
掺杂钢渣质水泥膨胀剂的硅酸盐水泥的制备方法为：按上述实验条件制备钢渣质水泥膨胀剂，掺入P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥，掺量为6％。加入水混合，水胶比为0.44。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*16cm的模具内，振动成型，标准养护28天后，按GB175-2017测其抗压强度。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*14cm的模具内，振动成型，水中养护7天后空气中养护21天，按GB/T 23439-2017测试其膨胀率。其抗压强度及限制膨胀率见附表2。
实施例7
其实验条件如下：
Figure BDA0001902710120000062
掺杂钢渣质水泥膨胀剂的硅酸盐水泥的制备方法为：按上述实验条件制备钢渣质水泥膨胀剂，掺入P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥，掺量为7％。加入水混合，水胶比为0.44。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*16cm的模具内，振动成型，标准养护28天后，按GB175-2017测其抗压强度。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*14cm的模具内，振动成型，水中养护7天后空气中养护21天，按GB/T 23439-2017测试其膨胀率。其抗压强度及限制膨胀率见附表2。
实施例8
其实验条件如下：
Figure BDA0001902710120000063
掺杂钢渣质水泥膨胀剂的硅酸盐水泥的制备方法为：按上述实验条件制备钢渣质水泥膨胀剂，掺入P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥，掺量为9％。加入水混合，水胶比为0.44。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*16cm的模具内，振动成型，标准养护28天后，按GB175-2017测其抗压强度。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*14cm的模具内，振动成型，水中养护7天后空气中养护21天，按GB/T 23439-2017测试其膨胀率。其抗压强度及限制膨胀率见附表2。
实施例9
其实验条件如下：
Figure BDA0001902710120000071
掺杂钢渣质水泥膨胀剂的硅酸盐水泥的制备方法为：按上述实验条件制备钢渣质水泥膨胀剂，掺入P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥，掺量为10％。加入水混合，水胶比为0.44。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*16cm的模具内，振动成型，标准养护28天后，按GB175-2017测其抗压强度。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*14cm的模具内，振动成型，水中养护7天后空气中养护21天，按GB/T 23439-2017测试其膨胀率。其抗压强度及限制膨胀率见附表2。
对比例
采用P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥与水混合，水胶比为0.44。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*16cm的模具内，振动成型，标准养护28天后，按GB175-2017测其抗压强度。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*14cm的模具内，振动成型，水中养护7天后空气中养护21天，按GB/T23439-2017测试其限制膨胀率。其抗压强度及限制膨胀率见表2。
表2实施例1～9及对比例制得的水泥膨胀剂试块的性能表征
Figure BDA0001902710120000072
Figure BDA0001902710120000081

Claims (5)

1.一种钢渣质水泥膨胀剂，其特征在于，由下述方法制得：首先将质量比为1:1:50~80的甘油、硝酸锶和水混合制备萃取溶液，然后将钢渣粉在所述萃取溶液中浸泡，过滤去除溶液，得到钢渣质水泥膨胀剂；
所述钢渣粉中，CaO 的质量分数为45~60%、MgO的质量分数为3～13%；
所述钢渣粉与萃取溶液的质量比小于等于9:1；
将所述钢渣粉在萃取溶液中浸泡6~30h。
2.根据权利要求1所述的钢渣质水泥膨胀剂，其特征在于，所述钢渣粉的比表面积为500~800m2/kg。
3.根据权利要求1所述的钢渣质水泥膨胀剂，其特征在于，所述钢渣粉按质量百分数计包括如下组分：CaO 45~60%、SiO2 10~15%、Al2O3 1~5%、FeO 7~20%、Fe2O3 3~9%、Cr2O3 1~4%、MgO 3～13%。
4.一种掺杂有权利要求1所述钢渣质水泥膨胀剂的硅酸盐类水泥。
5.根据权利要求4所述的硅酸盐类水泥，其特征在于，所述钢渣质水泥膨胀剂的掺量为硅酸盐类水泥质量的2~10%。
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