CN109626896A - 一种转炉钢渣透水砖及其制备方法 - Google Patents

一种转炉钢渣透水砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种转炉钢渣透水砖材料，由上至下依次包括有面层材料和底层材料，其中，面层材料包括面料、面层减水剂和面层水，面料按重量份计，包括以下组分：水泥5‑30份；第一钢渣65‑90份；石屑1‑10份；面层减水剂的加入量为适量；面层水的加入量为适量；底层材料包括底料、底层减水剂和底层水，底料按重量份计，包括以下组分：水泥5‑30份；第二钢渣65‑90份；石屑1‑10份；底层减水剂的加入量为适量；底层水的加入量为适量。本发明进一步提供一种转炉钢渣透水砖的制备方法。本发明提供的一种转炉钢渣透水砖及其制备方法，创新性地利用经过高温水汽处理后的转炉钢渣，拓展了转炉钢渣的利用新途径。

Description

一种转炉钢渣透水砖及其制备方法
技术领域
本发明属于新型建筑材料的技术领域，涉及一种转炉钢渣透水砖及其制备方法，具体涉及一种经过处理分选后的转炉钢渣集料作为骨料制备的透水砖及其制备方法。
背景技术
随着城市现代化建设的不断发展，城市被钢筋混凝土所覆盖，不透水路面呼吸性差，无法渗透雨水。而透水钢渣混凝土砖具有多孔结构、孔隙率大的特点，可以渗透雨水，增加城市地下水资源，改善城市气候，保护环境。透水混凝土砖可广泛应用于市政、小区、园林、广场领域的道路工程和停车场等。
钢渣是炼钢过程中产生的废渣，根据炼钢工艺和钢渣处理工艺不同性质也不同。根据炼钢工艺不同，产生的钢渣也不相同，目前国内钢渣主要有转炉钢渣和电炉钢渣。电炉钢渣由于安定性较好，被广泛应用于建筑材料中，尤其在透水混凝土中应用十分广泛，提高了其经济附加值。而转炉钢渣约占钢渣总量的70％，由于在转炉钢渣处理过程中加入了生石灰，经过高温变成死烧的游离氧化钙，如果将其用于建筑材料的骨料会造成建材后期遇水发声体积膨胀，发生安定性不良，因此限制了其在透水混凝土砖中的使用。而经过研究转炉钢渣的活性明显高于电炉钢渣，通过解决其安定性问题后利用有挤压成型制备透水混凝土砖，可使其性能明显优于电炉钢渣制备的透水混凝土砖。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种转炉钢渣透水砖及其制备方法，用于解决现有技术中缺乏经过处理分选后的转炉钢渣集料作为骨料制备的透水砖的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种转炉钢渣透水砖材料，由上至下依次包括有面层材料和底层材料，其中，
所述面层材料包括面料、面层减水剂和面层水，所述面料按重量份计，包括以下组分：
水泥 5-30份；
第一钢渣 65-90份；
石屑 1-10份；
所述面层减水剂的加入量为适量；
所述面层水的加入量为适量；
所述底层材料包括底料、底层减水剂和底层水，所述底料按重量份计，包括以下组分：
水泥 5-30份；
第二钢渣 65-90份；
石屑 1-10份；
所述底层减水剂的加入量为适量；
所述底层水的加入量为适量。
上述面层材料中面料组分进行计量混合，再与面层减水剂、面层水混合搅拌，获得面层混合料；上述底层材料中底料组分进行计量混合，再与底层减水剂、底层水混合搅拌，获得底层混合料，然后将底层混合料置于模具中预挤压后，加入面层混合料进行成型，即可制备获得所述透水砖。
优选地，所述一种转炉钢渣透水砖材料，由上至下依次包括有面层材料和底层材料，其中，
所述面层材料包括面料、面层减水剂和面层水，所述面料按重量份计，包括以下组分：
水泥 10-25份；
第一钢渣 70-85份；
石屑 2-8份；
所述面层减水剂的加入量为水泥用量的0.1-2.0wt％；
所述面层水与水泥用量的重量比为：0.1-0.5：1；
所述底层材料包括底料、底层减水剂和底层水，所述底料按重量份计，包括以下组分：
水泥 10-25份；
第二钢渣 70-85份；
石屑 2-8份；
所述底层减水剂的加入量为水泥用量的0.1-2.0wt％；
所述底层水与水泥用量的重量比为：0.1-0.5：1。
更优选地，所述一种转炉钢渣透水砖材料，由上至下依次包括有面层材料和底层材料，其中，
所述面层材料包括面料、面层减水剂和面层水，所述面料按重量份计，包括以下组分：
水泥 15-20份；
第一钢渣 75-80份；
石屑 3-5份；
所述面层减水剂的加入量为水泥用量的0.5-1.0wt％；
所述面层水与水泥用量的重量比为：0.2-0.3：1；
所述底层材料包括底料、底层减水剂和底层水，所述底料按重量份计，包括以下组分：
水泥 15-20份；
第二钢渣 75-80份；
石屑 3-5份；
所述底层减水剂的加入量为水泥用量的0.5-1.0wt％；
所述底层水与水泥用量的重量比为：0.2-0.3：1。
优选地，所述水泥为P.O 42.5级普通硅酸盐水泥(OPC)。具体来说，所述水泥为由海螺水泥有限公司生产的P.O 42.5级普通硅酸盐水泥。
优选地，所述第一钢渣和第二钢渣均为转炉钢渣。所述转炉钢渣为上海中冶环境工程科技有限公司提供。
更优选地，所述转炉钢渣在使用前经高温水汽处理6-8小时。
进一步优选地，所述水汽温度为180-220℃。
更优选地，所述转炉钢渣的性能条件为：f-CaO(游离氧化钙)≤3wt％；莫氏硬度≥6；比重在3.0-3.6吨/立方米。
优选地，所述第一钢渣的粒径≥3mm且＜5mm。
优选地，所述第二钢渣的粒径为5-15mm。
优选地，所述石屑的粒径≤3mm。所述石屑能够增强透水砖的强度。
优选地，所述面层减水剂和底层减水剂均为聚羧酸减水剂(PCE)。具体来说，所述减水剂为上海三瑞高分子材料股份有限公司提供的SD-600P型聚羧酸减水剂。
优选地，所述面层水和底层水均为自来水。
本发明第二方面提供一种转炉钢渣透水砖的制备方法，包括由上述的转炉钢渣透水砖材料制备转炉钢渣透水砖。
本发明第三方面提供一种转炉钢渣透水砖的制备方法，包括以下步骤：
1)将钢渣经水汽处理后，筛分获得第一钢渣和第二钢渣；
2)将第一钢渣与面料中其它组分按重量份计量后搅拌混合，再依次加入面层减水剂和面层水进行搅拌混合，获得半干性的面层混合料；
3)将第二钢渣与底料中其它组分按重量份计量后搅拌混合，再依次加入底层减水剂和底层水进行搅拌混合，获得半干性的底层混合料；
4)将步骤3)所得底层混合料置于模具中，进行预挤压，再加入步骤2)中所得面层混合料进行挤压成型、养护，既得所需转炉钢渣透水砖。
优选地，步骤1)中，所述水汽处理的时间为6-8小时。
优选地，步骤1)中，所述水汽处理的温度为180-220℃。
优选地，步骤2)中，所述面料中各组分进行搅拌混合的时间为30-40s。
优选地，步骤2)中，所述依次加入面层减水剂和面层水进行搅拌混合的时间为60-100s。
优选地，步骤3)中，所述底料中各组分进行搅拌混合的时间为30-40s。
优选地，步骤3)中，所述依次加入底层减水剂和底层水进行搅拌混合的时间为60-100s。
优选地，步骤2)或3)中，所述搅拌所采用的搅拌机为通用混凝土搅拌机。
优选地，步骤4)中，所述预挤压的压力为3-5MPa。
优选地，步骤4)中，所述预挤压的时间为0.4-0.6s。
优选地，步骤4)中，所述挤压成型的压力为14-16MPa。
优选地，步骤4)中，所述挤压成型的时间为1.5-2.5s。
上述预挤压及挤压成型采用的压制设备为常规的压砖机。具体来说，所述压制设备为虎牌4VS型压砖机。所述预挤压为振动预压。所述挤压成型为加压振挤成型。
优选地，步骤4)中，所述养护的温度为20-25℃，养护的湿度为60-75％，养护时间≥24小时。
本发明第四方面提供一种转炉钢渣透水砖，由上述的制备方法制备获得。
如上所述，本发明提供的一种转炉钢渣透水砖及其制备方法，具有以下有益效果：
(1)本发明提供的一种转炉钢渣透水砖及其制备方法，创新性地提出了利用经过高温水汽处理后的转炉钢渣，使其游离氧化钙不安定成分提前释放，经过筛分制成安定性合格的透水混凝土砖的骨料，用其制备得到性能满足相关国家行业标准的透水混凝土砖，可使其性能明显优于电炉钢渣制备的透水混凝土砖。
(2)本发明提供的一种转炉钢渣透水砖及其制备方法，拓展了转炉钢渣固体废弃物的利用新途径，节约了天然资源，符合国家循环经济利用政策，预期具有明显的社会经济和环境效益。
(3)本发明提供的一种转炉钢渣透水砖及其制备方法，制备的转炉钢渣透水砖可广泛应用于海绵城市建设中，属于工业固废物的再利用，变废为宝，开发转炉钢渣高附加值利用新技术、新途径。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指相对压力。
此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
将转炉钢渣在180-220℃的水汽下处理6-8小时后筛分获得第一钢渣和第二钢渣，其中，第一钢渣的粒径≥3mm且＜5mm，第二钢渣的粒径为5-15mm。转炉钢渣的性能条件为：f-CaO(游离氧化钙)≤3wt％；莫氏硬度≥6；比重在3.0-3.6吨/立方米。
按重量份计分别取用面料组分：水泥15份、第一钢渣80份、石屑5份搅拌混合30-40s，再依次加入面层减水剂和面层水进行搅拌混合60-100s，获得半干性的面层混合料。其中，面层减水剂的加入量为水泥用量的0.5wt％，面层水是水泥用量的0.3倍。
按重量份计分别取用底料组分：水泥15份、第二钢渣80份、石屑5份搅拌混合30-40s，再依次加入底层减水剂和底层水进行搅拌混合60-100s，获得半干性的底层混合料。其中，底层减水剂的加入量为水泥用量的0.5wt％，底层水是水泥用量的0.3倍。
上述水泥为P.O 42.5级普通硅酸盐水泥(OPC)。石屑的粒径≤3mm。面层减水剂和底层减水剂均为聚羧酸减水剂(PCE)。面层水和底层水均为自来水。
再将半干性的底层混合料置于模具中，在3-5MPa进行预挤压0.4-0.6s，再加入半干性的面层混合料在14-16MPa进行挤压成型1.5-2.5s，然后在温度为20-25℃、湿度为60-75％下养护≥24小时，既得所需转炉钢渣透水砖样品1#。具体配方数据见表1。
实施例2
将转炉钢渣在200℃的水汽下处理7小时后筛分获得第一钢渣和第二钢渣，其中，第一钢渣的粒径为3-4mm，第二钢渣的粒径为5-10mm。转炉钢渣的性能条件为：f-CaO(游离氧化钙)为1-3wt％；莫氏硬度为7；比重在3.0-3.3吨/立方米。
按重量份计分别取用面料组分：水泥20份、第一钢渣75份、石屑5份搅拌混合35s，再依次加入面层减水剂和面层水进行搅拌混合80s，获得半干性的面层混合料。其中，面层减水剂的加入量为水泥用量的0.5wt％，面层水是水泥用量的0.3倍。
按重量份计分别取用底料组分：水泥20份、第二钢渣75份、石屑5份搅拌混合35s，再依次加入底层减水剂和底层水进行搅拌混合80s，获得半干性的底层混合料。其中，底层减水剂的加入量为水泥用量的0.5wt％，底层水是水泥用量的0.3倍。
上述水泥为P.O 42.5级普通硅酸盐水泥(OPC)。石屑的粒径为1-3mm。面层减水剂和底层减水剂均为聚羧酸减水剂(PCE)。面层水和底层水均为自来水。
再将半干性的底层混合料置于模具中，在4MPa进行预挤压0.5s，再加入半干性的面层混合料在15MPa进行挤压成型2.0s，然后在温度为20-25℃、湿度为60-75％下养护24小时，既得所需转炉钢渣透水砖样品2#。具体配方数据见表1。
实施例3
将转炉钢渣在190℃的水汽下处理8小时后筛分获得第一钢渣和第二钢渣，其中，第一钢渣的粒径为4-4.9mm，第二钢渣的粒径为12-15mm。转炉钢渣的性能条件为：f-CaO(游离氧化钙)0.5-1.5wt％；莫氏硬度为9；比重在3.2-3.4吨/立方米。
按重量份计分别取用面料组分：水泥18份、第一钢渣79份、石屑3份搅拌混合40s，再依次加入面层减水剂和面层水进行搅拌混合90s，获得半干性的面层混合料。其中，面层减水剂的加入量为水泥用量的1.0wt％，面层水是水泥用量的0.2倍。
按重量份计分别取用底料组分：水泥18份、第二钢渣79份、石屑3份搅拌混合40s，再依次加入底层减水剂和底层水进行搅拌混合90s，获得半干性的底层混合料。其中，底层减水剂的加入量为水泥用量的1.0wt％，底层水是水泥用量的0.2倍。
上述水泥为P.O 42.5级普通硅酸盐水泥(OPC)。石屑的粒径为2-3mm。面层减水剂和底层减水剂均为聚羧酸减水剂(PCE)。面层水和底层水均为自来水。
再将半干性的底层混合料置于模具中，在3MPa进行预挤压0.6s，再加入半干性的面层混合料在16MPa进行挤压成型1.5s，然后在温度为20-25℃、湿度为60-75％下养护48小时，既得所需转炉钢渣透水砖样品3#。具体配方数据见表1。
实施例4
将转炉钢渣在210℃的水汽下处理6小时后筛分获得第一钢渣和第二钢渣，其中，第一钢渣的粒径为4-4.9mm，第二钢渣的粒径为10-12mm。转炉钢渣的性能条件为：f-CaO(游离氧化钙)1-2wt％；莫氏硬度为8；比重在3.5-3.6吨/立方米。
按重量份计分别取用面料组分：水泥20份、第一钢渣75份、石屑5份搅拌混合30s，再依次加入面层减水剂和面层水进行搅拌混合70s，获得半干性的面层混合料。其中，面层减水剂的加入量为水泥用量的1.0wt％，面层水是水泥用量的0.2倍。
按重量份计分别取用底料组分：水泥20份、第二钢渣75份、石屑5份搅拌混合30s，再依次加入底层减水剂和底层水进行搅拌混合70s，获得半干性的底层混合料。其中，底层减水剂的加入量为水泥用量的1.0wt％，底层水是水泥用量的0.2倍。
上述水泥为P.O 42.5级普通硅酸盐水泥(OPC)。石屑的粒径为1-2mm。面层减水剂和底层减水剂均为聚羧酸减水剂(PCE)。面层水和底层水均为自来水。
再将半干性的底层混合料置于模具中，在5MPa进行预挤压0.4s，再加入半干性的面层混合料在14MPa进行挤压成型2.5s，然后在温度为20-25℃、湿度为60-75％下养护36小时，既得所需转炉钢渣透水砖样品4#。具体配方数据见表1。
表1
实施例5
将实施例1-4中获得的透水砖样品1#-4#，按GB/T 25993-2010《透水路面砖和透水路面板》进行28天抗压强度和透水系数测试，具体数据见表2。
表2
由表2可知，根据现有标准要求Cc50的透水砖的28天抗压强度≥50MPa，透水系数≥1.0×10-2cm/s，本发明制备的透水砖明显超过Cc50标准要求。可见，本发明的产品属于利废产品，产品性能均能满足相应国家标准要求。此外，由于转炉钢渣活性高于电炉钢渣，因此制备的转炉钢渣透水砖强度高于电炉钢渣透水砖。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种转炉钢渣透水砖材料，由上至下依次包括有面层材料和底层材料，其中，
所述面层材料包括面料、面层减水剂和面层水，所述面料按重量份计，包括以下组分：
水泥 5-30份；
第一钢渣 65-90份；
石屑 1-10份；
所述面层减水剂的加入量为适量；
所述面层水的加入量为适量；
所述底层材料包括底料、底层减水剂和底层水，所述底料按重量份计，包括以下组分：
水泥 5-30份；
第二钢渣 65-90份；
石屑 1-10份；
所述底层减水剂的加入量为适量；
所述底层水的加入量为适量。
2.根据权利要求1所述的一种转炉钢渣透水砖材料，其特征在于，由上至下依次包括有面层材料和底层材料，其中，
所述面层材料包括面料、面层减水剂和面层水，所述面料按重量份计，包括以下组分：
水泥 10-25份；
第一钢渣 70-85份；
石屑 2-8份；
所述面层减水剂的加入量为水泥用量的0.1-2.0wt％；
所述面层水与水泥用量的重量比为：0.1-0.5：1；
所述底层材料包括底料、底层减水剂和底层水，所述底料按重量份计，包括以下组分：
水泥 10-25份；
第二钢渣 70-85份；
石屑 2-8份；
所述底层减水剂的加入量为水泥用量的0.1-2.0wt％；
所述底层水与水泥用量的重量比为：0.1-0.5：1。
3.根据权利要求1所述的一种转炉钢渣透水砖材料，其特征在于，所述水泥为P.O 42.5级普通硅酸盐水泥；所述面层减水剂和底层减水剂均为聚羧酸减水剂；所述面层水和底层水均为自来水。
4.根据权利要求1所述的一种转炉钢渣透水砖材料，其特征在于，所述第一钢渣和第二钢渣均为转炉钢渣；所述转炉钢渣的性能条件为：f-CaO≤3wt％；莫氏硬度≥6；比重在3.0-3.6吨/立方米。
5.根据权利要求4所述的一种转炉钢渣透水砖材料，其特征在于，所述转炉钢渣在使用前经高温水汽处理6-8小时；所述水汽温度为180-220℃。
6.根据权利要求1所述的一种转炉钢渣透水砖材料，其特征在于，所述第一钢渣的粒径≥3mm且＜5mm；所述第二钢渣的粒径为5-15mm；所述石屑的粒径≤3mm。
7.一种转炉钢渣透水砖的制备方法，包括由权利要求1-6任一权利要求所述的转炉钢渣透水砖材料制备转炉钢渣透水砖。
8.根据权利要求7所述的一种转炉钢渣透水砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将钢渣经水汽处理后，筛分获得第一钢渣和第二钢渣；
2)将第一钢渣与面料中其它组分按重量份计量后搅拌混合，再依次加入面层减水剂和面层水进行搅拌混合，获得半干性的面层混合料；
3)将第二钢渣与底料中其它组分按重量份计量后搅拌混合，再依次加入底层减水剂和底层水进行搅拌混合，获得半干性的底层混合料；
4)将步骤3)所得底层混合料置于模具中，进行预挤压，再加入步骤2)中所得面层混合料进行挤压成型、养护，既得所需转炉钢渣透水砖。
9.根据权利要求8所述的一种转炉钢渣透水砖的制备方法，其特征在于，包括以下条件中的任一项或多项：
A1)所述面料中各组分进行搅拌混合的时间为30-40s；
A2)所述依次加入面层减水剂和面层水进行搅拌混合的时间为60-100s；
A3)所述底料中各组分进行搅拌混合的时间为30-40s；
A4)所述依次加入底层减水剂和底层水进行搅拌混合的时间为60-100s；
A5)所述预挤压的压力为3-5MPa；
A6)所述预挤压的时间为0.4-0.6s；
A7)所述挤压成型的压力为14-16MPa；
A8)所述挤压成型的时间为1.5-2.5s；
A9)所述养护的温度为20-25℃，养护的湿度为60-75％，养护时间≥24小时。
10.一种转炉钢渣透水砖，由权利要求7-9任一权利要求所述的制备方法制备获得。
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