CN110627398A - 一种高性能混凝土用钒钛矿渣复合掺合料及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高性能混凝土用钒钛矿渣复合掺合料及方法，包括钒钛矿渣超细粉和活性激发剂，所述钒钛矿渣超细粉的比表面积为650～800m²/kg，所述活性激发剂包括液态硅酸钠、硫酸钠和脱硫石膏中的一种或多种。本发明利用超细粉磨活化技术将钒钛矿渣粉磨成高比表面积的超细粉体，协同利用化学活化的联合激发方法，提高钒钛矿渣的水化反应活性，从而制备出用于高性能混凝土的矿物复合掺合料。

Description

一种高性能混凝土用钒钛矿渣复合掺合料及方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种高性能混凝土用钒钛矿渣复合掺合料及方法。

背景技术

冶炼钒钛磁铁矿过程中会产生大量的粒化高炉钒钛矿渣，由于TiO₂含量较高，水硬活性较低，且不易粉磨，无法有效进行资源综合利用。目前已有学者将钒钛矿渣磨细后用于水泥生产及混凝土工程中，粉磨细度都在400～500m²/kg左右，大多是和粉煤灰、钢渣、石灰石等复合使用，或者通过掺入适量激发剂的方法激发钒钛矿粉的潜在水硬性，单独作为掺合料其活性指数仅能达到S75级别，掺量普遍较低，限制了其在建材行业内大规模应用。

根据JGJ/T385-2015《高性能混凝土评价标准》中规定：高性能混凝土中使用的矿渣粉须满足S95或S105级技术要求。多元矿物掺合料复掺技术是实现高性能混凝土的有效途径之一，因此钒钛矿渣粉与粉煤灰、硅灰、钢渣等掺合料复合化是将来必然的发展趋势。钒钛矿渣单独组分掺合料活性指数仅为S75级别，无法满足高性能混凝土用矿粉的活性要求，目前亟需提供一种用于高强混凝土的钒钛矿渣复合掺合料。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种高性能混凝土用钒钛矿渣复合掺合料及方法。

本发明目的在于提供一种钒钛矿渣复合掺合料，包括钒钛矿渣超细粉和活性激发剂，所述钒钛矿渣超细粉的比表面积为650～800m²/kg，所述活性激发剂包括液态硅酸钠、硫酸钠和脱硫石膏中的一种或多种。本发明利用超细粉磨活化技术将钒钛矿渣粉磨成高比表面积的超细粉体，协同利用化学活化的联合激发方法，提高钒钛矿渣的水化反应活性，从而制备出用于高性能混凝土的矿物复合掺合料。

根据本发明的一些优选实施方式，所述钒钛矿渣超细粉的比表面积为700～800m²/kg。

在本发明中，液态硅酸钙碱性激发剂形成碱反应环境，以脱硫石膏与硫酸钠单掺或复掺为激发剂，激发钒钛矿渣超细粉体潜在的水硬活性，由于钒钛矿渣粉粒度小，在混凝土中吸收水泥中游离碱和碱性激发剂发生反应生成C-S-H凝胶，并在SO₄ ^2-离子作用下与钒钛矿渣粉玻璃体内CaO形成钙矾石，缓解混凝土自收缩，从而制备出高强度、耐久性、体积稳定性良好的高性能混凝土。

根据本发明的一些优选实施方式，包含以下组分：

钒钛矿渣超细粉 75～95

粉煤灰 0～20

活性激发剂 5～13；

优选的，所述活性激发剂为液态硅酸钠、硫酸钠和脱硫石膏；和/或，所述钒钛矿渣超细粉主要矿物组成包含钙钛矿、方解石、硅酸钙和石英，密度为2.95～2.97g/cm³，玻璃体含量大于90％。

根据本发明的一些优选实施方式，所述粉煤灰的比表面积为600～700m²/kg。所述的粉煤灰性能指标达到GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》标准中混凝土用I级粉煤灰的技术要求。

根据本发明的一些优选实施方式，所述液态硅酸钠、所述硫酸钠和所述脱硫石膏的重量比为0.04～0.06：0～0.03：0.05～0.08。

根据本发明的一些优选实施方式，所述液态硅酸钠的模数为2.3～2.4，波美度为38～40°，掺量为复合掺合料总重量的4～6％。本发明中掺入适量激发剂能有效激发钒钛矿渣超细粉的潜在水硬性，促进水化产物的生成，可提升混凝土的早期强度。

根据本发明的一些优选实施方式，所述脱硫石膏为CEB法烟气脱硫的副产物，优选的，所述脱硫石膏的主组分为CaSO₄·2H₂O，所述脱硫石膏中SO₃的重量含量>38％。

本发明另一目的在于提供一种所述的钒钛矿渣复合掺合料的制备方法，包括如下步骤：将所述钒钛矿渣经预粉磨至比表面积为400～500m²/kg，在转速为300～400r/min的条件下二次粉磨至比表面积为700～800m²/kg，得到所述钒钛矿渣超细粉，然后按配比加入活性激发剂，以及任选的粉煤灰。

根据本发明的一些优选实施方式，包含以下步骤：

步骤1)，将钒钛矿渣水洗，去除杂质、氯化物和/或硫化物；

步骤2)，在105～110℃温度下，将物料烘干至水分<1％；

步骤3)，利用除铁器去除钒钛矿渣中难磨的金属组分；

步骤4)，按照钒钛矿渣重量加入0.5％的三乙醇胺助磨剂，预粉磨至比表面积为400～500m²/kg；初级分选后，在转速300～400r/min的超细磨机中继续粉磨至粉体比表面积为700～800m²/kg；

步骤5)，按照重量百分比加入5～13％的活性激发剂，混合均匀。

本发明再一目的在于提供一种所述钒钛矿渣复合掺合料在高性能混凝土中的应用。

本发明的有益效果至少在于：本发明提供一种钒钛矿渣超细粉体掺合料的制备方法，先通过超细粉磨活化技术进行物理激发，协同利用钢厂烟气脱硫产生的CFB脱硫石膏作为高性能混凝土的激发剂进行化学激发，有助于激发复合掺合料中钒钛矿渣超细粉活性，使其达到GB/T 18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》规定的S95级矿粉活性要求，提高混凝土强度和耐久性，使其能够在混凝土和水泥制品中规模化应用，可同时实现钒钛矿渣和脱硫石膏的资源化高效利用。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。

若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。实施例中，加入的各原料除特别说明外，均为市售常规原料。

实施例1

本实施例提供的高性能混凝土复合掺合料的制备：用20±1℃工业用水洗涤矿渣3～4次至洗液澄清，在105～110℃温度下烘干物料，至物料水分<1％，除铁器去除磁性矿物组分；加入0.5％的三乙醇胺助磨剂，0～10mm矿渣原料用5kg普通实验球磨机粉磨至粉体比表面积为400～500m²/kg，设定转速为10～20r/min，粉磨120～180min；离心式选粉机将200目合格品分选出来后，加入到超细磨机中继续粉磨60～90min，转速为300～400r/min，经转速为100～150r/min的超细选粉机分选后，最终得到钒钛矿渣超细粉(比表面积为700～800m²/kg)。将上述制备得到的钒钛矿渣超细粉按表1中复合掺合料原料配比按照重量比进行混合即得复合掺合料。

实施例2-4

采用实施例1的制备方法，按照表1所示添加比例制备出实施例2～4，并进行性能检测，实施例2～4复合掺合料原料组成及性能见表1所示。

对比例1

采用市售普通的S95级别矿粉(购自河北科旭建材有限公司)，本对比例的具体性能检测结果如表1所示，其相关性能满足GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中粒化高炉矿渣粉》标准规定。

对比例2

采用实施例1的制备方法，其不同之处仅在于活性激发剂种类，复合掺合料原料配比如表1所示，按照重量比进行混合即获得对比例2样品，相关性能检测依据GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中粒化高炉矿渣粉》标准规定，检测结果见表1所示。

表1不同实施例及对比例的复合掺合料原料组成及性能

从表1数据可以看出，脱硫石膏与硫酸钠单掺或者复掺，制备出的复合掺合料活性指数均满足S95级矿粉的标准要求，抗压强度及活性指数显著提高，在“超细粉磨活化+化学活化”综合作用下，有效激发出了钒钛矿渣的水化反应活性，可用于高性能混凝土的制备。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高性能混凝土用钒钛矿渣复合掺合料，其特征在于，包括钒钛矿渣超细粉和活性激发剂，所述钒钛矿渣超细粉的比表面积为650～800m²/kg，所述活性激发剂包括液态硅酸钠、硫酸钠和脱硫石膏中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的复合掺合料，其特征在于，所述钒钛矿渣超细粉的比表面积为700～800m²/kg。

3.根据权利要求1或2所述的复合掺合料，其特征在于，包含以下组分：

钒钛矿渣超细粉 75～95

粉煤灰 0～20

活性激发剂 5～13；

优选的，所述活性激发剂为液态硅酸钠、硫酸钠和脱硫石膏；和/或，所述钒钛矿渣超细粉矿物组成包含钙钛矿、方解石、硅酸钙和石英，密度为2.95～2.97g/cm³，玻璃体含量大于90％。

4.根据权利要求3所述的复合掺合料，其特征在于，所述粉煤灰的比表面积为600～700m²/kg。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的复合掺合料，其特征在于，所述液态硅酸钠、所述硫酸钠和所述脱硫石膏的重量比为0.04～0.06：0～0.03：0.05～0.08。

6.根据权利要求5所述的复合掺合料，其特征在于，所述液态硅酸钠的模数为2.3～2.4，波美度为38～40°，掺量为复合掺合料总重量的4～6％。

7.根据权利要求5所述的复合掺合料，其特征在于，所述脱硫石膏为CEB法烟气脱硫的副产物，优选的，所述脱硫石膏的主组分为CaSO₄·2H₂O，所述脱硫石膏中SO₃的重量含量>38％。

8.一种如权利要求1-7中任一项所述的钒钛矿渣复合掺合料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述钒钛矿渣经难磨相分离后预粉磨至比表面积为400～500m²/kg，在转速为300～400r/min的条件下二次粉磨至比表面积为700～800m²/kg，得到所述钒钛矿渣超细粉，然后按配比加入活性激发剂，以及任选的粉煤灰。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1)，将钒钛矿渣水洗，去除杂质、氯化物和/或硫化物；

步骤2)，在105～110℃温度下，将物料烘干至水分<1％；

步骤3)，利用除铁器去除钒钛矿渣中难磨的金属组分；

步骤4)，按照钒钛矿渣重量加入0.5％的三乙醇胺助磨剂，预粉磨至比表面积为400～500m²/kg；初级分选后，在转速300～400r/min的超细磨机中继续粉磨至粉体比表面积为700～800m²/kg；

步骤5)，按照重量百分比加入5～13％的活性激发剂，混合均匀。

10.根据权利要求1-7中任一项所述钒钛矿渣复合掺合料在高性能混凝土中的应用。