CN109896825B - 一种钢渣复合碱式镁水泥建筑材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种钢渣复合碱式镁水泥建筑材料，并进一步公开其制备方法。本发明所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料基于低品位轻烧氧化镁、钢渣、以及处理工业废硫酸后的硫酸镁为原料，并利用碳化处理方式制备得到高性能的建材制品。本发明所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料的强度最高可达80MPa以上，软化系数0.92以上，不仅具体较高的强度和使用寿命，且具有较好的耐水性能，可在潮湿甚至水下使用，克服了碱式镁水泥无法在潮湿环境使用的不足。

Description

一种钢渣复合碱式镁水泥建筑材料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种钢渣复合碱式镁水泥建筑材料，并进一步公开其制备方法。

背景技术

我国钢铁产量约占全球产量的50％，在为经济建设作出巨大贡献的同时，也随之带来较大的环境污染。钢渣是炼钢过程中排出的工业固体废渣，排出量约为粗钢产量的15-20wt％。钢渣的主要矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰、磷的氧化物形成的固熔体，还含有少量游离氧化钙以及金属铁、氟磷灰石等，有的地区因矿石含钛和钒，钢渣中也稍含有这些成分。钢渣的大量排放导致大量未处理的钢渣随意堆放，不仅侵占了大量土地，污染了环境，还浪费了大量资源。由于环保及工业废弃物的循环利用要求，对钢渣的回收利用技术已逐步形成并广泛开展。建材化利用是解决钢渣问题的重要途径之一，但由于钢渣中的游离钙和游离镁具有水化活性等影响，导致钢渣用于建材领域的利用存在则安定性不足的问题，进一步限制了钢渣在建材领域的回收利用。

碱式镁水泥是一种广泛应用的建筑材料，其主要包括硫氧镁水泥和氯氧镁水泥，其优点是早强、强度高，且空气稳定性和耐候性好。但由于碱式镁水泥自身属于气硬性胶凝材料，且体系中残留有大量未反应的氧化镁和水化形成的氢氧化镁，导致水泥材料的耐水性较差，极大限制了碱式镁水泥的应用范围。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种钢渣复合碱式镁水泥建筑材料，以解决现有技术中钢渣的再利用及现有碱式煤水泥耐水性较差的问题；

本发明进一步提供了上述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所述的一种钢渣复合碱式镁水泥建筑材料，其特征在于，其制备原料包括如下重量份的组分：钢渣10-20重量份、轻烧氧化镁35-45重量份、硫酸镁15-25重量份、粉煤灰0.1-1重量份、有机酸剂0.1-1重量份、水20-25重量份。

具体的，所述有机酸剂包括柠檬酸、酒石酸、苹果酸、磷酸和/或乙二胺四乙酸。

优选的，所述轻烧氧化镁的氧化镁含量为60％-90％，活性氧化镁含量≥40％。

具体的，所述硫酸镁包括一水硫酸镁、六水硫酸镁和/或七水硫酸镁。

优选的，所述建筑材料的制备原料还包括氯化镁。

具体的，所述氯化镁包括六水氯化镁和/或无水氯化镁。

本发明还公开了一种制备所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料的方法，包括如下步骤：

(1)按照选的重量份数称取各原料组份混匀，制得浆料；

(2)将所得浆料倒入模具中，并自然养护成型；

(3)将养护后的材料置于碳化釜中，在二氧化碳气氛下进行碳化处理，即得。

所述步骤(3)中，所述碳化处理步骤中，控制二氧化碳的体积浓度为70-99v/v％。

所述步骤(3)中，所述碳化处理步骤中，控制二氧化碳的压力为0.1-1MPa。

所述步骤(3)中，控制所述碳化釜内的湿度为0-70％。

所述步骤(3)中，所述碳化处理步骤的时间为2-12小时。

本发明所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料基于低品位轻烧氧化镁、钢渣、以及处理工业废硫酸后的硫酸镁为原料，并利用碳化处理方式制备得到高性能的建材制品。所述建筑制品中，由于钢渣的易碳化性质且能够提供低碱度钙源，与碱式镁水泥适配性好，可有效提高制品体系的碳化效率，经碳化处理后的建筑材料，可在表面形成致密层，有效阻止外界水分扩散到体系内部，制得建筑材料具有极佳的耐水性能，解决了碱式镁水泥中剩余大量氧化镁与氢氧化镁引发的安定性问题。本发明所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料的强度最高可达80MPa以上，软化系数0.92以上，不仅具体较高的强度和使用寿命，且具有较好的耐水性能，可在潮湿甚至水下使用，克服了碱式镁水泥无法在潮湿环境使用的不足。本发明所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料中，90％以上原料为废弃材料，有效实现了固废利用，具有安全环保、成本低廉、易于获取等优势。

具体实施方式

实施例1

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料，其制备原料包括：轻烧氧化镁粉(氧化镁含量为60％-90％，活性氧化镁含量≥40％)45kg、七水硫酸镁23kg、钢渣10kg、柠檬酸1kg、粉煤灰1kg、水20kg。

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)准确称取上述选定量的各原料组份混匀，并通过搅拌机搅拌6分钟，得到浆料；

(2)将上述浆料倒入模具中，进行自然养护2天；

(3)将步骤(2)中的养护后的制品放入碳化釜中，控制通入碳化釜内二氧化碳体积浓度为70％，二氧化碳压力为0.1MPa，碳化釜内湿度为70％，对所述制品进行碳化养护12小时，即得。

实施例2

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料，其制备原料包括：轻烧氧化镁粉(氧化镁含量为60％-90％，活性氧化镁含量≥40％)45kg、七水硫酸镁23kg、钢渣10kg、酒石酸1kg、粉煤灰1kg、水20kg。

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)准确称取上述选定量的各原料组份混匀，并通过搅拌机搅拌6分钟，得到浆料；

(2)将上述浆料倒入模具中，进行自然养护2天；

(3)将步骤(2)中的养护后的制品放入碳化釜中，控制通入碳化釜内二氧化碳体积浓度为99％，二氧化碳压力为0.2MPa，对所述制品进行碳化养护6小时，即得。

实施例3

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料，其制备原料包括：轻烧氧化镁粉(氧化镁含量为60％-90％，活性氧化镁含量≥40％)45kg、七水硫酸镁23kg、钢渣10kg、苹果酸1kg、粉煤灰1kg、水20kg。

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)准确称取上述选定量的各原料组份混匀，并通过搅拌机搅拌6分钟，得到浆料；

(2)将上述浆料倒入模具中，进行自然养护2天；

(3)将步骤(2)中的养护后的制品放入碳化釜中，控制通入碳化釜内二氧化碳体积浓度为99％，二氧化碳压力为1.0MPa，对所述制品进行碳化养护2小时，即得。

实施例4

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料，其制备原料包括：轻烧氧化镁粉(氧化镁含量为60％-90％，活性氧化镁含量≥40％)40kg、七水硫酸镁20kg、钢渣15kg、磷酸1kg、粉煤灰1kg、水23kg。

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)准确称取上述选定量的各原料组份混匀，并通过搅拌机搅拌6分钟，得到浆料；

(2)将上述浆料倒入模具中，进行自然养护2天；

(3)将步骤(2)中的养护后的制品放入碳化釜中，控制通入碳化釜内二氧化碳体积浓度为70％，二氧化碳压力为0.1MPa，碳化釜内湿度为70％，对所述制品进行碳化养护12小时，即得。

实施例5

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料，其制备原料包括：轻烧氧化镁粉(氧化镁含量为60％-90％，活性氧化镁含量≥40％)40kg、七水硫酸镁20kg、钢渣15kg、乙二胺四乙酸1kg、粉煤灰1kg、水22kg。

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)准确称取上述选定量的各原料组份混匀，并通过搅拌机搅拌6分钟，得到浆料；

(2)将上述浆料倒入模具中，进行自然养护2天；

(3)将步骤(2)中的养护后的制品放入碳化釜中，控制通入碳化釜内二氧化碳体积浓度为99％，二氧化碳压力为0.2MPa，对所述制品进行碳化养护6小时，即得。

实施例6

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料，其制备原料包括：轻烧氧化镁粉(氧化镁含量为60％-90％，活性氧化镁含量≥40％)40kg、七水硫酸镁20kg、钢渣15kg、柠檬酸1kg、粉煤灰1kg、水22kg。

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)准确称取上述选定量的各原料组份混匀，并通过搅拌机搅拌6分钟，得到浆料；

(2)将上述浆料倒入模具中，进行自然养护2天；

(3)将步骤(2)中的养护后的制品放入碳化釜中，控制通入碳化釜内二氧化碳体积浓度为99％，二氧化碳压力为1.0MPa，碳化釜内湿度为70％，对所述制品进行碳化养护6小时，即得。

实施例7

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料，其制备原料包括：轻烧氧化镁粉(氧化镁含量为60％-90％，活性氧化镁含量≥40％)37kg、七水硫酸镁18kg、钢渣20kg、柠檬酸1kg、粉煤灰1kg、水25kg。

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)准确称取上述选定量的各原料组份混匀，并通过搅拌机搅拌6分钟，得到浆料；

(2)将上述浆料倒入模具中，进行自然养护2天；

(3)将步骤(2)中的养护后的制品放入碳化釜中，控制通入碳化釜内二氧化碳体积浓度为70％，二氧化碳压力为0.1MPa，碳化釜内湿度为70％，对所述制品进行碳化养护12小时，即得。

实施例8

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料，其制备原料包括：轻烧氧化镁粉(氧化镁含量为60％-90％，活性氧化镁含量≥40％)37kg、七水硫酸镁18kg、钢渣20kg、柠檬酸1kg、粉煤灰1kg、水25kg。

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)准确称取上述选定量的各原料组份混匀，并通过搅拌机搅拌6分钟，得到浆料；

(2)将上述浆料倒入模具中，进行自然养护2天；

(3)将步骤(2)中的养护后的制品放入碳化釜中，控制通入碳化釜内二氧化碳体积浓度为99％，二氧化碳压力为0.2MPa，对所述制品进行碳化养护6小时，即得。

实施例9

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料，其制备原料包括：轻烧氧化镁粉(氧化镁含量为60％-90％，活性氧化镁含量≥40％)37kg、七水硫酸镁18kg、钢渣20kg、柠檬酸1kg、粉煤灰1kg、水25kg。

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)准确称取上述选定量的各原料组份混匀，并通过搅拌机搅拌6分钟，得到浆料；

(2)将上述浆料倒入模具中，进行自然养护2天；

(3)将步骤(2)中的养护后的制品放入碳化釜中，控制通入碳化釜内二氧化碳体积浓度为99％，二氧化碳压力为1.0MPa，对所述制品进行碳化养护6小时，即得。

实施例10

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料，其制备原料包括：轻烧氧化镁粉(氧化镁含量为60％-90％，活性氧化镁含量≥40％)35kg、七水硫酸镁15kg、钢渣15kg、柠檬酸0.1kg、粉煤灰0.1kg、水20kg。

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)准确称取上述选定量的各原料组份混匀，并通过搅拌机搅拌6分钟，得到浆料；

(2)将上述浆料倒入模具中，进行自然养护2天；

(3)将步骤(2)中的养护后的制品放入碳化釜中，控制通入碳化釜内二氧化碳体积浓度为70％，二氧化碳压力为0.5MPa，碳化釜内湿度为50％，对所述制品进行碳化养护6小时，即得。

实施例11

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料，其制备原料包括：轻烧氧化镁粉(氧化镁含量为60％-90％，活性氧化镁含量≥40％)42kg、七水硫酸镁25kg、钢渣15kg、柠檬酸0.5kg、粉煤灰0.5kg、水22kg。

本实施例所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)准确称取上述选定量的各原料组份混匀，并通过搅拌机搅拌6分钟，得到浆料；

(2)将上述浆料倒入模具中，进行自然养护2天；

(3)将步骤(2)中的养护后的制品放入碳化釜中，控制通入碳化釜内二氧化碳体积浓度为80％，二氧化碳压力为0.5MPa，碳化釜内湿度为30％，对所述制品进行碳化养护6小时，即得。

对比例1

本对比例所述建筑材料的制备原料同实施例3，其区别仅在于，不包括所述钢渣。

对比例2

本对比例所述建筑材料的制备原料同实施例3，其区别仅在于，自然养护后的制品不经过所述碳化处理。

实验例

分别对上述实施例1-9制备得到的钢渣复合碱式镁水泥建筑材料的性能进行检测，包括28天抗压强度和软化系数，记录检测结果于下表1。

表1建筑材料的性能测试结果

编号	28天抗压强度/MPa	软化系数
			实施例1	55.7	0.92
实施例2	67.2	0.97
			实施例3	82.1	1.03
实施例4	50.3	0.92
			实施例5	61.8	0.93
实施例6	81.8	0.99
			实施例7	44.7	0.92
实施例8	51.9	0.92
			实施例9	70.2	0.95
对比例1	84.5	0.71
			对比例2	47.5	0.15

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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。而由此所引伸出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中。

Claims (6)

1.一种钢渣复合碱式镁水泥建筑材料，其特征在于，其制备原料由如下重量份的组分组成：钢渣10-20重量份、轻烧氧化镁35-45重量份、硫酸镁15-25重量份、粉煤灰0.1-1重量份、有机酸剂0.1-1重量份、水20-25重量份；

所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料的方法，包括如下步骤：

（1）按照选的重量份数称取各原料组份混匀，制得浆料；

（2）将所得浆料倒入模具中，并自然养护成型；

（3）将养护后的材料置于碳化釜中，在二氧化碳气氛下，控制二氧化碳的体积浓度为70-99v/v%、二氧化碳的压力为0.1-1MPa，控制所述碳化釜内的湿度为0-70%，进行碳化处理2-12小时，即得。

2.根据权利要求1所述的钢渣复合碱式镁水泥建筑材料，其特征在于，所述有机酸剂包括柠檬酸、酒石酸、苹果酸、磷酸和/或乙二胺四乙酸。

3.根据权利要求2所述的钢渣复合碱式镁水泥建筑材料，其特征在于，所述硫酸镁包括一水硫酸镁、六水硫酸镁和/或七水硫酸镁。

4.根据权利要求1-3任一项所述的钢渣复合碱式镁水泥建筑材料，其特征在于，所述建筑材料的制备原料还包括氯化镁。

5.根据权利要求4所述的钢渣复合碱式镁水泥建筑材料，其特征在于，所述氯化镁包括六水氯化镁和/或无水氯化镁。

6.一种制备权利要求1-5任一项所述钢渣复合碱式镁水泥建筑材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）按照选的重量份数称取各原料组份混匀，制得浆料；

（2）将所得浆料倒入模具中，并自然养护成型；

（3）将养护后的材料置于碳化釜中，在二氧化碳气氛下，控制二氧化碳的体积浓度为70-99v/v%、二氧化碳的压力为0.1-1MPa，控制所述碳化釜内的湿度为0-70%，进行碳化处理2-12小时，即得。