CN109437828A - 一种钢渣碳化水化协同工艺 - Google Patents

一种钢渣碳化水化协同工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种钢渣碳化水化协同工艺。所述工艺包括：1)轻质陶砂预湿处理；2)将预湿轻质陶砂与钢渣、石英砂按如下质量比混合均匀：钢渣50～70份、石英砂18～30份、预湿轻质陶砂5～20份；(3)压制成型，立即放入碳化箱中进行碳化，随后进行标准养护。本发明利用钢渣既有碳化活性又有水化活性的化学特性，引入碳化养护和预湿陶砂内养护协同机制，提高钢渣的整体反应程度，进一步提升钢渣制品的力学与耐久性能；所制备的钢渣制品具有碳化基体均质性高、力学性能与耐久性优异、成本低以及环境友好性高等特点。

Description

一种钢渣碳化水化协同工艺
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种钢渣碳化水化协同工艺。
背景技术
我国是钢产量大国，由此产生的钢渣每年高达数千万吨。钢渣的有效综合利用在国外已相对比较成熟。欧盟、日本和美国等发达国家钢渣在道路建设中的应用分别达到54％，36％和52％，其中德国仅有约10％的钢渣因质量问题没被应用而存放于堆场。但我国在钢渣的再利用研究与应用上与发达国家还存在较大差距。
目前，钢渣的应用主要集中在道路基层填料、生产水泥的掺合料等领域，并没有完全发挥钢渣作为活性组分的强度增长作用。钢渣的主要矿相为C3S，C2S，CaO和RO，由此可知钢渣同时兼具一定程度的水化活性和碳化活性。通过钢渣碳化生产低品位的钢渣砖已取得一定研究成果，但碳化由外及里的反应特性使得钢渣制品表层过早致密化，限制了CO2向制品内部的传输，导致内部反应程度较低，进而降低了钢渣制品的力学性能，限制了制品的应用领域。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种钢渣碳化水化协同工艺。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种钢渣碳化水化协同工艺，包括如下步骤：
(1)轻质陶砂预处理：将轻质陶砂过筛，然后将过筛后的陶砂浸泡在水中，待其充分吸水饱和后将多余水分沥出，得到饱和面干的预湿轻质陶砂；
(2)混料：将预湿轻质陶砂与钢渣、石英砂按如下质量比混合均匀：钢渣50～70份、石英砂18～30份、预湿轻质陶砂5～20份；
(3)压制成型：将一定量的混料置于不锈钢模具中制备成钢渣试块；
(4)养护：将钢渣试块立即放入碳化箱中进行碳化，随后进行标准养护。
上述方案中，所述轻质陶砂过筛后粒径在0.6mm以下，表观密度在1700～1900kg/m3，饱和吸水率在10～13％。
上述方案中，所述钢渣为粒径分布在0.5-80μm，表观密度大于3000kg/m3，比表面积大于450m2/kg，含铁量小于1％的钢渣粉。
上述方案中，所述石英砂包括以下二种不同粒径石英砂按一定质量比混合而成：石英砂-A10％-25％，石英砂-B 75％-90％，其中石英砂-A的平均粒径为100μm，石英砂-B的平均粒径为500μm。
上述方案中，所述碳化的条件为：纯度为99.8％的CO2，碳化压强在0.3MPa，碳化温度为20℃，碳化时间在0.5～3小时。
上述方案中，所述标准养护为放置在水泥标准养护室内，温度20±2℃，湿度>95％，养护28天。
本发明工作原理：钢渣的主要矿相为C3S，C2S，CaO和RO相，表明钢渣同时具有一定碳化和水化活性；通过在钢渣制品中掺入一定比例的预湿轻质陶砂，早期利用CO2碳化表层增强，后期利用预湿陶砂的内养护释水功能激发钢渣的水化活性，提高钢渣的反应程度，同时通过消耗游离CaO降低钢渣的不安定性，从而改善钢渣制品的力学性能均质性，提升制品整体性能。
本发明的有益效果如下：本发明利用钢渣既有碳化活性又有水化活性的化学特性，引入碳化养护和预湿陶砂内养护协同机制，提高钢渣的整体反应程度，进一步提升钢渣制品的力学与耐久性能；所制备的钢渣制品具有碳化基体均质性高、力学性能与耐久性优异、成本低以及环境友好性高等特点；本发明的研究成果在为水泥厂和钢厂实现节能、降低成本的同时，一定程度上缓解了冶金渣大量堆放带来的土地资源浪费与生态环境污染问题，最终实现产量与效益的同步增长。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种钢渣碳化水化协同工艺，包括如下步骤：
(1)轻质陶砂预处理：将轻质陶砂过筛，然后将过筛后的陶砂浸泡在水中24h，待其充分吸水饱和后将多余水分沥出，得到饱和面干的预湿轻质陶砂；所述轻质陶砂过筛后粒径在0.6mm以下，表观密度在1750kg/m3，所述预湿轻质陶砂的饱和吸水率在12％；
(2)混料：将预湿轻质陶砂与钢渣、石英砂按如下重量份混合均匀：钢渣66份、石英砂29份、预湿轻质陶砂5份；所述钢渣为粒径分布在0.5～80μm，表观密度大于3000kg/m3，比表面积大于450m2/kg，含铁量小于1％的钢渣粉；所述石英砂包括以下二种不同粒径石英砂：石英砂-A和石英砂-B按1:2的质量比混合而成，其中石英砂-A的平均粒径为100μm，石英砂-B的平均粒径为500μm；
(3)压制成型：将一定量的混料置于圆柱体不锈钢模具中制备成钢渣试块；
(4)养护：将制得的圆柱体钢渣试块立即放入碳化箱中进行碳化，所述碳化的的条件为：纯度为99.8％的CO2气氛下，碳化压强在0.3MPa，碳化温度为20℃，碳化时间在2小时；随后在水泥标准养护室(温度20±2℃，湿度>95％)内养护28天。
表1和表2分别列出了本实施例利用CO2养护和预湿轻质陶砂内养护协同机制制备的钢渣式样的抗压强度和剖面显微硬度变化。由表1可知，5％陶砂掺量试块的抗压强度随龄期变化没有显示出明显的增长趋势。由表2可知，经过28天同等养护条件后，5％陶砂含量的试块剖面显微硬度随着离表层距离的增加而逐渐降低，表明试块内部的反应程度低于外部。
表1实施例1抗压强度(MPa)
养护时间 2h 1d 7d 28d
实施例1 33.6 36.7 37.0 36.8
表2实施例1显微硬度(28d，MPa)
实施例2
一种钢渣碳化水化协同工艺，包括如下步骤：
(1)轻质陶砂预处理：将轻质陶砂过筛，然后将过筛后的陶砂浸泡在水中24h，待其充分吸水饱和后将多余水分沥出，得到饱和面干的预湿轻质陶砂；所述轻质陶砂过筛后粒径在0.6mm以下，表观密度在1750kg/m3，所述预湿轻质陶砂的饱和吸水率在12％；
(2)混料：将预湿轻质陶砂与钢渣、石英砂按如下重量份混合均匀：钢渣49.6份、石英砂30.4份、预湿轻质陶砂20份；所述钢渣为粒径分布在0.5～80μm，表观密度大于3000kg/m3，比表面积大于450m2/kg，含铁量小于1％的钢渣粉；所述石英砂包括以下二种不同粒径石英砂：石英砂-A和石英砂-B按1:2的质量比混合而成，其中石英砂-A的平均粒径为100μm，石英砂-B的平均粒径为500μm；
(3)压制成型：将一定量的混料置于圆柱体不锈钢模具中制备成钢渣试块；
(4)养护：将制得的圆柱体钢渣试块立即放入碳化箱中进行碳化，所述碳化的的条件为：纯度为99.8％的CO2气氛下，碳化压强在0.3MPa，碳化温度为20℃，碳化时间在2小时；随后在水泥标准养护室(温度20±2℃，湿度>95％)内养护28天。
表3和表4分别列出了利用CO2养护和预湿轻质陶砂内养护协同机制制备的钢渣式样的抗压强度和剖面显微硬度变化。由表3可知，20％陶砂掺量试块的早期强度略有降低，但后期在陶砂内养护作用下，抗压强度逐渐增加，并最终超过了5％陶砂掺量的试块，力学性能与耐久性更优。由表4可知，经过28天同等养护条件后，20％陶砂试块的显微硬度则呈现出稳定的分布状态，表明试块内部的反应程度均质性得到提升，进一步提升了钢渣制品的力学与耐久性能。
表3实施例2抗压强度(MPa)
养护时间 2h 1d 7d 28d
抗压强度 30.8 34.8 40.7 45.9
表4实施例2显微硬度(28d，MPa)
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种钢渣碳化水化协同工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）轻质陶砂预处理：将轻质陶砂过筛，然后将过筛后的陶砂浸泡在水中，待其充分吸水饱和后将多余水分沥出，得到饱和面干的预湿轻质陶砂；
（2）混料：将预湿轻质陶砂与钢渣、石英砂按如下质量比混合均匀：钢渣50~70份、石英砂18~30份、预湿轻质陶砂5~20份；
（3）压制成型：将一定量的混料置于不锈钢模具中制备成钢渣试块；
（4）养护：将钢渣试块立即放入碳化箱中进行碳化，随后进行标准养护。
2.根据权利要求1所述的钢渣碳化水化协同工艺，所述轻质陶砂过筛后粒径在0.6mm以下，表观密度在1700~1900kg/m3，饱和吸水率在10~13%。
3.根据权利要求1所述的钢渣碳化水化协同工艺，所述钢渣为粒径分布在0.5~80µm，表观密度大于3000kg/m3，比表面积大于450m2/kg，含铁量小于1%的钢渣粉。
4.根据权利要求1所述的钢渣碳化水化协同工艺，所述石英砂包括以下二种不同粒径的石英砂按一定质量比混合而成：石英砂-A 10%~25%，石英砂-B 75%~0%，其中石英砂-A的平均粒径为100µm，石英砂-B的平均粒径为500µm。
5.根据权利要求1所述的钢渣碳化水化协同工艺，所述碳化的条件为：纯度为99.8%的CO2气氛下，碳化压强在0.3MPa，碳化温度为20℃，碳化时间在0.5~3小时。
6.根据权利要求1所述的钢渣碳化水化协同工艺，所述标准养护为放置在水泥标准养护室内，温度20±2℃，湿度>95%，养护28天。
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