CN113912308B - 一种可替代部分水泥的胶凝掺合料、水泥砂浆及其制备方法和用途 - Google Patents

一种可替代部分水泥的胶凝掺合料、水泥砂浆及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种可替代部分水泥的胶凝掺合料、水泥砂浆及其制备方法和用途。一种可替代部分水泥的胶凝掺合料，包括下列重量份的原料组分：除尘灰45～135份，矿粉90～180份，熟石灰25～30份，石膏10～15份。本发明以除尘灰为对象，辅以适量矿粉、石膏及少量熟石灰形成胶凝掺合料，在制备水泥砂浆时可以替代水泥添加量的20～50wt％，消纳固废的同时降低产品成本25～35元/平米。采用上述的胶凝掺合料制备的水泥砂浆，具有较好的抗压、抗折强度以及流动性，实现变废为宝，降低了生产成本，提升产品市场竞争力，具有显著环保及经济效益。

Description

一种可替代部分水泥的胶凝掺合料、水泥砂浆及其制备方法 和用途
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种可替代部分水泥的胶凝掺合料、水泥砂浆及其制备方法和用途。
背景技术
粒化高炉矿渣、粉煤灰等大宗工业副产品或废弃物作为辅助胶凝材料用于硅酸盐水泥及混凝土中已经很常见。利用辅助胶凝材料可有效缓解水泥生产所带来的能耗高、自然资源消耗大、二氧化碳排放等问题。
国内外向来重视固体废弃物的综合利用。冶金渣作为大宗固废物，其资源化利用愈加受到人们的重视。冶金渣若不妥善处理将占用宝贵的堆放场地资源，并造成周边环境污染。将其资源化、无害化利用、变废为宝，具有良好的社会效益、经济效益。然而，在将钢渣破碎、筛分、磁选等加工处理利用过程中，会产生相当量的环境灰尘，经布袋除尘等除尘装置进行搜集得到除灰尘。除灰尘的处理方法，传统方法是通过填埋或堆放废弃等方式处理，易造成环境污染。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种可替代部分水泥的胶凝掺合料、水泥砂浆及其制备方法和用途。
为了实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过包括采用如下技术方案获得。
本发明的目的之一在于提供一种可替代部分水泥的胶凝掺合料，包括下列重量份的原料组分：
Figure BDA0003277866960000011
根据本申请的技术方案，所述除尘灰的比表面积≥250m2/kg。本申请中比表面积的测定方法按照《GB/T8074-2008水泥比表面积测定法法勃氏法》进行。
根据本申请的技术方案，所述除尘灰的28d活性指数≥70％。本申请中活性指数的测定方法按照《GB/T 1596-2017用于水泥和混凝土中的粉煤灰》进行。
本申请中的除尘灰为钢渣破碎、筛分、磁选等加工处理过程中，经布袋除尘等除尘装置搜集得到的环境除尘灰。较佳的，所述除尘灰购自上海中冶环境工程科技有限公司。
根据本申请的技术方案，所述矿粉的密度≥2.8g/cm3。
根据本申请的技术方案，所述矿粉的比表面积≥350m2/kg。
根据本申请的技术方案，所述矿粉的28d活性指数≥95％。
根据本申请的技术方案，所述矿粉为用水淬高炉矿渣，经干燥，粉磨等工艺处理后得到的粉料。具体地，所述矿粉的等级为S75、S95、S105。较佳的，所述矿粉的等级为S95。
根据本申请的技术方案，所述胶凝掺合料为由上述原料按照配比混合获得。
本发明中除尘灰主要成分为SiO2、CaO、FeO等物质，熟石灰主要成分是氢氧化钙，熟石灰与除尘灰中的SiO2、CaO、FeO、Al2O3等反应生成相应的水化产物，即水化硅酸钙、水化铁酸钙、水化铝酸钙等。石膏中的SO4 2-与除尘灰和矿粉中的C3A、C4AF可反应生成钙矾石。二种反应同时作用，可提升胶凝材料的强度。
矿粉主要含玻璃相和结晶相，在由熟石灰和除尘灰促成的碱性环境中，矿粉离解出的[SiO4]4-离子能与熟石灰释放的Ca2+离子形成水化硅酸钙凝胶，由此矿粉可替代部分水泥熟料作胶凝材用于混凝土中，此外矿粉具有火山灰作用，可显著降低混凝土水化热，增加混凝土的抗压强度。
本发明目的之二在于提供上述所述的胶凝掺合料作为原料组分在制备水泥砂浆中的用途。
优选地，所述胶凝掺合料在制备水泥砂浆时可替代水泥用量的20～50wt％，获得的水泥砂浆的28天抗压强度35MPa以上。
本发明目的之三在于提供一种水泥砂浆，所述水泥砂浆包括上述所述的胶凝掺合料、水泥、基底料和水，所述基底料包括黄砂和钢渣砂。
根据本申请的技术方案，所述胶凝掺合料、水泥、基底料和水的质量比为(98～265)：(225～360)：(1400～1560)：(220～235)。
根据本申请的技术方案，所述基底料中，所述黄砂和钢渣砂的质量比为(810～1300)：(100～750)。
根据本申请的技术方案，所述黄砂的粒径为0.25～0.5mm。
根据本申请的技术方案，所述钢渣砂的粒径为0～0.8mm。
根据本申请的技术方案，以钢渣砂的总质量为基准计，所述钢渣砂的f.CaO含量应＜3％。
根据本申请的技术方案，以钢渣砂的总质量为基准计，所述钢渣砂的MFe含量≤1％。本申请中f-CaO和MFe含量的检测方法参考《YB/T 140～2009钢渣化学分析方法》进行。
根据本申请的技术方案，所述水泥为硅酸盐水泥。
优选地，所述硅酸盐水泥为强度等级高于42.5级普通硅酸盐水泥。
本发明的目的之四在于提供上述所述的水泥砂浆的制备方法，包括如下步骤：
1)将水泥和胶凝掺合料按照配比混合，得到初级料；
2)所述基底料和总初级料的一部分初级料进行第一次混合，然后再加入剩余初级料和水进行第二次混合，得到所述的水泥砂浆。
根据本申请的技术方案，所述基底料中的钢渣砂提前预湿。
根据本申请的技术方案，所述一部分初级料占总初级料的40～60wt％。
本发明的目的之五在于提供上述所述的水泥砂浆作为建筑用地面砂浆的用途。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)本发明以除尘灰为对象，辅以适量矿粉、石膏及少量熟石灰形成胶凝掺合料，可以替代水泥添加量的20～50wt％，可消纳固废的同时降低产品成本25～35元/平米。
2)本发明以粒径为0～0.8mm的钢渣砂为细骨料，替代部分黄砂，能减少对天然砂石的开采保护环境。
3)本发明的水泥砂浆，具有较好的抗压、抗折强度以及流动性，降低了生产成本，提升产品市场竞争力，实现变废为宝，具有显著环保及经济效益。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士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及功效。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
本申请的下述实施例中，除尘灰为市售的除尘灰，具体可购买于上海中冶环境工程科技有限公司。除尘灰的比表面积为250m2/kg，28d活性指数≥70％。
本申请的下述实施例中，矿粉为市售的矿粉，具体可购买于宝田新型建材有限公司，等级为S95。矿粉的比表面积≥350m2/kg，28d活性指数≥95％。
本申请的下述实施例中，熟石灰为市售的熟石灰，具体可购买于安徽明帝钙业有限公司。
本申请的下述实施例中，石膏为市售的石膏，具体可购买于安徽明帝钙业有限公司。
本申请的下述实施例中，黄砂为市售的黄砂，具体可购买于上海裕莎实业有限公司。黄砂的粒径为0.25～0.5mm。
本申请的下述实施例中，钢渣砂为市售的钢渣砂，具体可购买于上海中冶环境工程科技有限公司提供。钢渣砂的粒径为0～0.8mm；以钢渣砂的总质量为基准计，钢渣砂的f.CaO含量应＜3％，钢渣砂的MFe含量≤1％。
本申请的下述实施例中，水泥为市售的常规硅酸盐水泥，具体可购买于海螺水泥有限公司。强度等级为42.5级的硅酸盐水泥。
实施例1
本实施例的可替代部分水泥的胶凝掺合料的配方中，包括下列重量份的原料组分为：除尘灰135份，矿粉90份，熟石灰25份，石膏12份。
以上述的胶凝材掺合料为原料，水泥砂浆的配方中，包括下列重量份的原料组分为：PO42.5级硅酸盐水泥225份，黄砂810份，钢渣砂750份，水225份，胶凝材掺合料262份。
本实施例中，水泥砂浆的制备方法如下：按配比称量水泥、上述胶凝掺合料，放入容器中预拌25～40秒，得到初级料；
将预湿的钢渣砂、黄砂和50wt％的总初级料，采用卧式搅拌机混合25秒；然后加入剩余的初级料，加入水搅拌45秒，得到水泥砂浆。
将水泥砂浆送入40*40*160的胶砂试模，放在振动台上振动4～8秒。然后随模具入养护窑养护，温度大于20摄氏度，湿度大于75％。分别检测28d抗压强度和28d抗折强度。
实施例2
本实施例的可替代水泥的胶凝掺合料的配方中，包括下列重量份的原料组分为：除尘灰90份，矿粉135份，熟石灰25份，石膏12份。
以上述的胶凝掺合料为原料，水泥砂浆的配方中，包括下列重量份的原料组分为：PO 42.5级硅酸盐水泥225份，黄砂810份，钢渣砂750份，水225份，胶凝掺合料262份。
本实施例中，水泥砂浆的制备方法如下：按配比称量水泥、上述胶凝掺合料，放入容器中预拌35秒，得到初级料；
将预湿的钢渣砂、黄砂和50wt％的总初级料，采用卧式搅拌机混合25秒；然后加入剩余的初级料，加入水搅拌45秒，得到水泥砂浆。
将水泥砂浆送入40*40*160的胶砂试模，放在振动台上振动6秒。然后随模具入养护窑养护，温度大于20摄氏度，湿度大于75％。分别检测28d抗压强度和28d抗折强度。
实施例3
本实施例的可替代部分水泥的胶凝掺合料的配方中，包括下列重量份的原料组分为：除尘灰45份，矿粉180份，熟石灰25份，石膏12份。
以上述的胶凝掺合料为原料，水泥砂浆的配方中，包括下列重量份的原料组分为：PO 42.5级硅酸盐水泥225份，黄砂810份，钢渣砂750份，水225份，胶凝掺合料262份。
本实施例中，水泥砂浆的制备方法如下：按配比称量水泥、上述胶凝掺合料，放入容器中预拌35秒，得到初级料；
将预湿的钢渣砂，黄砂和50wt％的总初级料，采用卧式搅拌机混合25秒；然后加入剩余的初级料，加入水搅拌45秒，得到水泥砂浆。
将水泥砂浆送入40*40*160的胶砂试模，放在振动台上振动6秒，以成型。然后随模具入养护窑养护，温度大于20摄氏度，湿度大于75％。分别检测28d抗压强度和28d抗折强度。
实施例4
本实施例中，以除尘灰、矿粉、熟石灰和石膏的质量比为12：8：1.48：0.7为例，进行胶凝掺合料替代部分水泥的试验，具体配方见下表：
Figure BDA0003277866960000051
从上表可知，胶凝掺合料可替代水泥用量的20～50wt％，能获得28天抗压强度35MPa以上的水泥砂浆。
对比例1
本对比例1的配方中，各原料组分名称及各组分重量份数如下：
组分 重量份
PO 42.5级硅酸盐水泥 450份
黄砂 1350份
水 225份
本实施例中，水泥砂浆的制备方法同实施例1。
对比例2
本对比例2的水泥砂浆配方中，各原料组分名称及各组分重量份数如下：
组分 重量份
PO 42.5级硅酸盐水泥 225份
矿粉 225份
熟石灰 25份
石膏 12份
黄砂 1350份
水 225份
本实施例中，搅拌、成型、养护工艺同实施例1。
参照《GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法》、《JGJ 70-2009建筑砂浆基本性能试验方法》对实施例1-3以及对比例1-2得到的样品进行28d抗压强度、抗折强度检测。
经检测，所得结果如下：
序号 28d抗压强度/MPa 28d抗折强度/MPa 流动度/mm
实施例1 37.8 6.8 232
实施例2 40.4 7.2 229
实施例3 44.7 7.9 227
对比例1 48.8 7.5 223
对比例2 46.1 8.9 225
从上表可知，相比于水泥做胶凝掺合料的对比例1、一半为水泥一半为矿粉作为胶凝掺合料的对比例2，本申请制备获得的水泥砂浆，在保证水泥砂浆的抗压强度和抗折强度性能的同时没有降低水泥砂浆的等级，实现了除尘灰的变废为宝、降低成本。本申请的水泥砂浆28d抗压强度均在35MPa以上，满足《JC/T 2457建筑用干混地面砂浆》中M35等级抗压强度要求，具有较好的抗折强度和流动度。
本申请通过钢渣砂替代天然黄砂，除尘灰、矿粉配合熟石灰和石膏形成的胶凝掺合料替代部分水泥，可以降低生产成本，实现工业固废协同利用、变废为宝，并节约天然资源保护环境，具有显著经济、社会效益。
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)

1.一种可替代部分水泥的胶凝掺合料，其特征在于，包括下列重量份的原料组分：
除尘灰 45～135份
矿粉 90～180份
熟石灰 25～30份
石膏 10～15份；
所述除尘灰为钢渣破碎、筛分、磁选加工处理过程中，经除尘装置搜集得到的环境除尘灰；所述除尘灰的成分为SiO2、CaO和FeO；
所述除尘灰的比表面积≥250m2/kg；
所述除尘灰的28d活性指数≥70%；
所述矿粉的密度≥2.8g/cm3；
所述矿粉的比表面积≥350m2/kg；
所述矿粉的28d活性指数≥95%。
2.根据权利要求1所述的胶凝掺合料作为原料组分在制备水泥砂浆中的用途。
3.一种水泥砂浆，其特征在于，所述水泥砂浆包括权利要求1所述的胶凝掺合料、水泥、基底料和水，所述基底料包括黄砂和钢渣砂。
4.根据权利要求3所述的水泥砂浆，其特征在于，所述胶凝掺合料、水泥、基底料和水的质量比为（98～265）：（225～360）：（1400～1560）：（220～235）。
5.根据权利要求4所述的水泥砂浆，其特征在于，所述基底料中，黄砂和钢渣砂的质量比为（810～1300）：（100～750）。
6.根据权利要求3所述的水泥砂浆，其特征在于，以钢渣砂的总质量为基准计，所述钢渣砂的f.CaO含量应＜3%；
和/或，以钢渣砂的总质量为基准计，所述钢渣砂的MFe含量≤1%；
和/或，所述水泥为硅酸盐水泥；
和/或，所述钢渣砂的粒径为0～0.8mm。
7.根据权利要求6所述的水泥砂浆，其特征在于，所述硅酸盐水泥为强度等级高于42.5级普通硅酸盐水泥。
8.根据权利要求3-7任一项所述的水泥砂浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将水泥和胶凝掺合料按照配比混合，得到初级料；
所述基底料和总初级料的一部分初级料进行第一次混合，然后再加入剩余初级料和水进行第二次混合，得到所述的水泥砂浆。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述一部分初级料占总初级料的40～60wt%。
10.根据权利要求3~7任一项所述的水泥砂浆作为建筑用地面砂浆的用途。
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