CN112645626A - 一种钢渣基高活性掺合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢渣基高活性掺合料及其制备方法，涉及工业固废资源化利用及建筑材料制备领域。由主体材料和外加剂制成，所述的主体材料包括主材和配合料，所述的主材为热闷钢渣，所述的配合料为矿渣和粉煤灰；主体材料中热闷钢渣、矿渣和粉煤灰的质量比为55‑65:25‑30:10‑15；本发明的掺合料满足GB/T 51003‑2014规定中S95级活性掺合料要求，生产成本低、活性高，可为钢渣的资源化利用提供切实可行的技术方案，符合绿色发展理念。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化利用及建筑材料技术领域，具体涉及一种钢渣基高活性掺合料及其制备方法。
背景技术
钢渣是钢铁工业生产过程中产生的工业废渣，其产生量约为钢铁产生量10%~20%。钢渣的资源化利用是一个世界性的难题，亦是制约钢铁产业可持续发展的关键因素之一。目前，钢渣主要的利用途径是钢渣返回冶金再用、制造微晶玻璃、废水处理吸附剂、生产水泥原料、作为水泥或混凝土掺合料和农业生产等方面，但国内尚未利用的钢渣存放量大，加之钢渣中含有比较多的游离氧化钙、游离氧化镁和其他杂质，成分波动较大，胶凝组分的活性较低，使得钢渣在建筑材料方面难以应用，很大程度限制了钢渣的大宗化利用。
钢渣中含有大量的矿物如C3S、C2S等，存在潜在的水化活性，具有和水泥熟料相似的化学组成，经过一定的激活工艺处理后具有活性，可做水泥和掺合料，在建筑领域具有十分广阔的应用市场，特别是随着我国建筑行业的发展，钢渣制备水泥或者高活性掺合料变得尤为重要。然而，钢渣因为自身的活性低，在市场上常见的复配钢渣的掺合料活性相对较低。为解决这一问题，人们通常减少替代普通硅酸盐水泥的量、提高掺合料的对细度，从而使得钢渣利用量低，难以大宗化利用。
目前，市场中常见的掺合料中，因安定性问题，钢渣掺量一般小于30%，并且在替代硅酸盐水泥使用时，应钢渣中含有大量的C2S，前期水化速率慢，难以提供强度，因此只能少量替代硅酸盐水泥，约30%。本发明与其相比，钢渣的用量增加，降低掺合料的制作成本；在符合安定性的前提下，添加外加剂，提高了掺合料的活性，更有利于大量利用，可实现钢渣的大宗化利用。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种钢渣基高活性掺合料及其制备方法，本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种钢渣基高活性掺合料，由主体材料和外加剂制成，所述的主体材料包括主材和配合料，所述的主材为热闷钢渣，所述的配合料为矿渣和粉煤灰；主体材料中热闷钢渣、矿渣和粉煤灰的质量比为55-65:25-30:10-15；所述的外加剂包括助磨剂、激发剂和表面活性剂；所述的助磨剂的加入量为主体材料质量的0.5-1.0‰；所述的表面活性剂的加入量为主体材料质量的1-2‰；所述的激发剂由主激发剂和配合剂制成，所述的主激发剂的加入量为主体材料质量的2-4%，所述的配合剂的加入量为主激发剂质量的30-50%。
优选的，所述的助磨剂由三乙醇胺、二乙二醇、硬脂酸钠以及糖蜜中的至少两种复配而成。
优选的，所述的表面活性剂由十二烷基磺酸钠、木质素磺酸钙、羟乙基纤维素、月桂醇硫酸钠以及石油磺酸钠中的至少三种复配而成。
优选的，所述的主激发剂由以氟硅酸为原料生产氟化铝过程中所产生的工业固废在400-500℃条件下煅烧40-60min而成；所述的配合剂包含固体工业水玻璃、脱硫石膏以及碳酸钠中的至少一种。
所述的工业固废中包含无定型氧化硅、氟化铝及氢氧化铝。
本发明还提供一种钢渣基高活性掺合料的制备方法，包含如下步骤：
（1）选材，选取符合GB/T 51003-2014标准中的二级技术指标级别的热闷钢渣作为主材；选取符合GB/T 51003-2014标准中的S75技术指标级别的矿渣以及符合GB/T 51003-2014标准中的二级技术指标级别的粉煤灰作为配合料；
（2）钢渣破碎，将热闷钢渣置于破碎设备中破碎，破碎后热闷钢渣的粒径≤1cm；
（3）干燥，分别对热闷钢渣、矿渣及粉煤灰进行干燥，使得干燥后的热闷钢渣、矿渣及粉煤灰中的水份含量均小于1%；
（4）主体材料计量，按照热闷钢渣：矿渣：粉煤灰=55-65:25-30:10-15的质量比称取干燥后的主材和配合料，所称取和主材和配合料共同作为主体材料；
（5）主激发剂制备，取以氟硅酸为原料生产氟化铝过程中所产生的工业固废，将其在400-500℃条件下煅烧40-60min制成主激发剂；
（6）外加剂计量，按照主体材料质量的0.5-1.0‰称取助磨剂；按照主体材料质量的1-2‰称取表面活性剂；按照主体材料质量的2-4%称取步骤（5）中所制得的主激发剂，并向主激发剂中加入质量为主激发剂质量30-50%的配合剂，主激发剂和配合剂混合均匀后作为激发剂；助磨剂、表面活性剂和激发剂共同作为外加剂备用；所述的助磨剂由三乙醇胺、二乙二醇、硬脂酸钠以及糖蜜中的至少两种复配而成；所述的表面活性剂由十二烷基磺酸钠、木质素磺酸钙、羟乙基纤维素、月桂醇硫酸钠以及石油磺酸钠中的至少三种复配而成；所述的配合剂包含固体工业水玻璃、脱硫石膏以及碳酸钠中的至少一种。
（7）球磨，将步骤（4）中称取的主体材料和步骤（6）中所得到的外加剂分别加入球磨机中，粉磨至比表面积550-650m2/kg即得掺合料。
所制得的掺合料满足GB/T 51003-2014规定中S95级活性掺合料要求。
除具备现有技术中的掺合料的优点外，本发明具有如下有益效果：
1.本发明中，钢渣的用量占主体材料总量的55%以上，制品活性好，故而应用领域广，有利钢渣的大宗化利用；
2.本发明的激发剂选择以氟硅酸生产氟化铝过程中所产生的工业固废，属于固体废弃物的资源化利用，符合绿色发展理念；
3.本发明中助磨剂添加量为主材质量的0.5-1‰、表面活性剂添加量为主体材料的1-2‰，助磨剂和表面活性剂用量较少且均为市场常规产品，容易获得，故成本相对较低；
4.本发明的掺合料在替代50%的硅酸盐水泥时，其活性可达到95%，能够在很大程度上降低建筑行业的成本，并在一定范围内改善建筑材料的性能。
5. 本发明的掺合料可以根据活性要求调整主体材料的配比以及外加剂的添加量，在拓展钢渣应用领域的同时投资相对较少。
6．本发明所用的钢渣为热闷钢渣，经热闷处理后的钢渣可消解部分f-CaO和 f-MgO，稳定性相对较好，在制备的掺合料中，有利于提高掺量，便于钢渣综合利用。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不受实施例所限制。
如附图1所示，本发明掺合料的制备过程如下：
（1）选材，选取符合GB/T 51003-2014标准中的二级技术指标级别的热闷钢渣作为主材；选取符合GB/T 51003-2014标准中的S75技术指标级别的矿渣以及符合GB/T 51003-2014标准中的二级技术指标级别的粉煤灰作为配合料；
（2）钢渣破碎，将热闷钢渣置于破碎设备中破碎，破碎后热闷钢渣的粒径≤1cm；
（3）干燥，分别对热闷钢渣、矿渣及粉煤灰进行干燥，使得干燥后的热闷钢渣、矿渣及粉煤灰中的水份含量均小于1%；
（4）主体材料计量，按照热闷钢渣：矿渣：粉煤灰=55-65:25-30:10-15的质量比称取干燥后的主材和配合料，所称取和主材和配合料共同作为主体材料；
（5）主激发剂制备，取以氟硅酸为原料生产氟化铝过程中所产生的工业固废，将其在400-500℃条件下煅烧40-60min制成主激发剂；
（6）外加剂计量，按照主体材料质量的0.5-1.0‰称取助磨剂；按照主体材料质量的1-2‰称取表面活性剂；按照主体材料质量的2-4%称取步骤（5）中所制得的主激发剂，并向主激发剂中加入质量为主激发剂质量30-50%的配合剂，主激发剂和配合剂混合均匀后作为激发剂；助磨剂、表面活性剂和激发剂共同作为外加剂备用；所述的助磨剂由三乙醇胺、二乙二醇、硬脂酸钠以及糖蜜中的至少两种复配而成；所述的表面活性剂由十二烷基磺酸钠、木质素磺酸钙、羟乙基纤维素、月桂醇硫酸钠以及石油磺酸钠中的至少三种复配而成；所述的配合剂包含固体工业水玻璃、脱硫石膏以及碳酸钠中的至少一种。
（7）球磨，将步骤（4）中称取的主体材料和步骤（6）中所得到的外加剂分别加入球磨机中，粉磨至比表面积550-650m2/kg即得掺合料。
所制得的掺合料满足GB/T 51003-2014规定中S95级活性掺合料要求。
制得的掺合料可根据需要生产不同活性的产品，在混凝土、砌筑砂浆等的搅拌过程中替代50%的P.I 42.5水泥。
实施例1
按热闷钢渣:矿渣:粉煤灰=55:25:10的质量比称取主体材料，同时按下述配料加入外加剂：主体材料质量0.5‰的助磨剂、主体材料质量3%主激发剂、主激发剂质量43%的配合剂和主体材料质量1.5‰表面活性剂；所述的助磨剂由三乙醇胺和硬脂酸钠组成，二者的质量比为3:2；所述主激发剂在500℃煅烧40min；所述配合剂由水玻璃和脱硫石膏组成，二者的质量比为1:1；所述表面活性剂由十二烷基磺酸钠、月桂醇硫酸钠和石油磺酸钠组成，三者比例为2:1:2。
将主体材料和外加剂一起投入球磨机中粉磨，粉磨至比表面积为550m2/kg，即为钢渣基高活性掺合料。使用钢渣基高活性掺合料替代50%的P.I 42.5水泥制备40×40×160mm的胶砂试件，进行物理性能检测，检测结果为：流动度比110%，7天抗压强度为25.7Mpa、活性89%，28天抗压强度为45.0Mpa、活性102%。
实施例2
按质量钢渣:矿渣:粉煤灰=65:30:15称取主体材料，同时按下述配料加入外加剂：主体材料质量1‰的助磨剂、主体材料质量4%主激发剂、主激发剂质量30%的配合剂和主体材料质量1‰表面活性剂；所述的助磨剂有二乙二醇、糖蜜和硬脂酸钠组成，三者的质量比为1:2:1；所述主激发剂在450℃煅烧50min；所述配合剂为脱硫石膏；所述表面活性剂有木质素磺酸钙、羟乙基纤维素、月桂醇硫酸钠和石油磺酸钠组成，四者比例为2:1：1:2。将主体材料和外加剂一起投入球磨机中粉磨，粉磨至比表面积为650m2/kg，即为钢渣基高活性掺合料。
使用钢渣基高活性掺合料替代50%的P.I 42.5水泥制备40×40×160mm的胶砂试件，进行物理性能检测，检测结果为：流动度比100%，7天抗压强度为24.0Mpa、活性83%，28天抗压强度为41.9Mpa、活性95%。
实施例3
按质量钢渣:矿渣:粉煤灰=60:27:13称取主体材料，同时按下述配料加入外加剂：主体材料质量0.8‰的助磨剂、主体材料质量3.5%主激发剂、主激发剂质量38%的配合剂和主体材料质量1.3‰表面活性剂；所述的助磨剂有三乙醇胺和糖蜜组成，二者的质量比为1:3；所述主激发剂在400℃煅烧60min；所述配合剂由脱硫石膏和碳酸钠组成，两者比例为2:1；所述表面活性剂有十二烷基磺酸钠、木质素磺酸钙和月桂醇硫酸钠组成，三者比例为1:3:2。将主体材料和外加剂一起投入球磨机中粉磨，粉磨至比表面积为580m2/kg，即为钢渣基高活性掺合料。
使用钢渣基高活性掺合料替代50%的P.I 42.5水泥制备40×40×160mm的胶砂试件，进行物理性能检测，检测结果为：流动度比104%，7天抗压强度为24.9Mpa、活性86%，28天抗压强度为42.8Mpa、活性97%。
实施例4
按质量钢渣:矿渣:粉煤灰=58:28:14称取主体材料，同时按下述配料加入外加剂：主体材料质量0.7‰的助磨剂、主体材料质量2%主激发剂、主激发剂质量50%的配合剂和主体材料质量2‰表面活性剂；所述的助磨剂有三乙醇胺、二乙二醇、硬脂酸钠和糖蜜组成，四者的质量比为1:3:1:2；所述主激发剂在480℃煅烧55min；所述配合剂由水玻璃、脱硫石膏和碳酸钠组成，三者比例为1:2:1；所述表面活性剂有十二烷基磺酸钠、木质素磺酸钙、月桂醇硫酸钠和石油磺酸钠组成，四者比例为2:3:1:2。将主体材料和外加剂一起投入球磨机中粉磨，粉磨至比表面积为610m2/kg，即为钢渣基高活性掺合料。
使用钢渣基高活性掺合料替代50%的P.I 42.5水泥制备40×40×160mm的胶砂试件，进行物理性能检测，检测结果为：流动度比106%，7天抗压强度为25.1Mpa、活性87%，28天抗压强度为43.7Mpa、活性99%。
Claims (10)
1.一种钢渣基高活性掺合料，其特征在于，由主体材料和外加剂制成，所述的主体材料包括主材和配合料，所述的主材为热闷钢渣，所述的配合料为矿渣和粉煤灰；主体材料中热闷钢渣、矿渣和粉煤灰的质量比为55-65:25-30:10-15；所述的外加剂包括助磨剂、激发剂和表面活性剂；所述的助磨剂的加入量为主体材料质量的0.5-1.0‰；所述的表面活性剂的加入量为主体材料质量的1-2‰；所述的激发剂由主激发剂和配合剂制成，所述的主激发剂的加入量为主体材料质量的2-4%，所述的配合剂的加入量为主激发剂质量的30-50%。
2.根据权利要求1所述的一种钢渣基高活性掺合料，其特征在于，所述的助磨剂由三乙醇胺、二乙二醇、硬脂酸钠以及糖蜜中的至少两种复配而成。
3.根据权利要求1所述的一种钢渣基高活性掺合料，其特征在于，所述的表面活性剂由十二烷基磺酸钠、木质素磺酸钙、羟乙基纤维素、月桂醇硫酸钠以及石油磺酸钠中的至少三种复配而成。
4.根据权利要求1所述的一种钢渣基高活性掺合料，其特征在于，所述的主激发剂由以氟硅酸为原料生产氟化铝过程中所产生的工业固废在400-500℃条件下煅烧40-60min而成；所述的配合剂包含固体工业水玻璃、脱硫石膏以及碳酸钠中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的一种钢渣基高活性掺合料，其特征在于，所述的工业固废中包含无定型氧化硅、氟化铝及氢氧化铝。
6.一种钢渣基高活性掺合料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
（1）选材，选取符合GB/T 51003-2014标准中的二级技术指标级别的热闷钢渣作为主材；选取符合GB/T 51003-2014标准中的S75技术指标级别的矿渣以及符合GB/T 51003-2014标准中的二级技术指标级别的粉煤灰作为配合料；
（2）钢渣破碎，将热闷钢渣置于破碎设备中破碎，破碎后热闷钢渣的粒径≤1cm；
（3）干燥，分别对热闷钢渣、矿渣及粉煤灰进行干燥，使得干燥后的热闷钢渣、矿渣及粉煤灰中的水份含量均小于1%；
（4）主体材料计量，按照热闷钢渣：矿渣：粉煤灰=55-65:25-30:10-15的质量比称取干燥后的主材和配合料，所称取和主材和配合料共同作为主体材料；
（5）主激发剂制备，取以氟硅酸为原料生产氟化铝过程中所产生的工业固废，将其在400-500℃条件下煅烧40-60min制成主激发剂；
（6）外加剂计量，按照主体材料质量的0.5-1.0‰称取助磨剂；按照主体材料质量的1-2‰称取表面活性剂；按照主体材料质量的2-4%称取步骤（5）中所制得的主激发剂，并向主激发剂中加入质量为主激发剂质量30-50%的配合剂，主激发剂和配合剂混合均匀后作为激发剂；助磨剂、表面活性剂和激发剂共同作为外加剂备用；
（7）球磨，将步骤（4）中称取的主体材料和步骤（6）中所得到的外加剂分别加入球磨机中，粉磨至比表面积550-650m2/kg即得掺合料。
7.根据权利要求6所述的一种钢渣基高活性掺合料的制备方法，其特征在于，所述的助磨剂由三乙醇胺、二乙二醇、硬脂酸钠以及糖蜜中的至少两种复配而成。
8.根据权利要求6所述的一种钢渣基高活性掺合料的制备方法，其特征在于，所述的表面活性剂由十二烷基磺酸钠、木质素磺酸钙、羟乙基纤维素、月桂醇硫酸钠以及石油磺酸钠中的至少三种复配而成。
9.根据权利要求6所述的一种钢渣基高活性掺合料的制备方法，其特征在于，所述的配合剂包含固体工业水玻璃、脱硫石膏以及碳酸钠中的至少一种。
10.根据权利要求6所述的一种钢渣基高活性掺合料的制备方法，其特征在于，所制得的掺合料满足GB/T 51003-2014规定中S95级活性掺合料要求。
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