CN114477932B - 一种无水泥低碳胶凝材料道路工程制品 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无水泥低碳胶凝材料道路工程制品，由胶凝材料、细骨料、粗骨料、减水剂和水制备得到，所述胶凝材料包括煤气化粗渣20～60重量份，钢渣30～50重量份，石膏10～30重量份。本发明提供的胶凝材料能够在中低强度混凝土中应用，具有处理工艺简单、经济合理、碳排放更低的优点；尤其是这种材料制备的免蒸养蒸压砖是一种免烧砖，强度的等级可达到Cc10～Cc50，不需要特定养护条件，自然养护即可，更加节能环保。由于中低强度混凝土的利润空间本身较小，利用本发明所述的产品将会为基建材料制造企业创造更大的生存空间。

Description

一种无水泥低碳胶凝材料道路工程制品

技术领域

本发明涉及工业固体废弃物资源化利用领域和建筑材料技术领域，尤其涉及一种无水泥低碳胶凝材料道路工程制品。

背景技术

普通硅酸盐水泥的制备通常需要三个步骤：生料粉磨-水泥熟料烧制-水泥与混合材的粉磨。国内制备的无水泥胶凝材料，依然采用高炉水淬矿渣作为强度主体，而矿渣的价格100～150元/吨，寻找一种价格低廉能够代替矿渣产生强度的主体材料是行业内部关注的焦点。

公开号为CN111253093A的中国专利公开了一种含煤制油粗渣的胶凝材料及其制备方法，该胶凝材料按重量份数计包括以下原料：煤制油粗渣3～30份、矿渣20～60份、钢渣粒10～40份、石膏5～20份；该胶凝材料有效利用了煤制油粗渣以及钢渣、矿渣、石膏等固体废弃物，其物料级配好，具有良好的安定性和优良的机械性能；但该胶凝材料中矿渣仍然占胶凝材料的主要部分，煤制油粗渣只占到少数，由于中低强度混凝土的售价本身较低，使得这类胶凝材料在制备中低强度混凝土时成本更高，市场竞争优势明显降低。

因此，寻找一种能够在中低强度混凝土中应用、处理工艺简单、经济合理、碳排放更低的胶凝材料成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种无水泥低碳胶凝材料道路工程制品，本申请提供的道路工程制品在降低成本的同时还具有较高的强度，适合于中低强度道路工程制品的应用。

有鉴于此，本申请提供了一种无水泥低碳胶凝材料道路工程制品，由胶凝材料、细骨料、粗骨料、减水剂和水制备得到，所述胶凝材料包括煤气化粗渣20～60重量份，钢渣30～50重量份，石膏10～30 重量份。

优选的，所述道路工程制品为路面混凝土时，所述胶凝材料的含量为10～20重量份，所述细骨料的含量为32～40重量份，粗骨料的含量为40～48重量份，所述减水剂的含量为0.01～0.1重量份，所述水的含量为4～7重量份。

优选的，所述道路工程制品为路基稳定土时，所述胶凝材料的含量为3～8重量份，所述细骨料的含量为32～40重量份，粗骨料的含量为53～60重量份，所述水的含量为3～10重量份。

优选的，所述道路工程制品为免蒸养蒸压砖时，所述胶凝材料的含量为15～30重量份，所述细骨料的含量为40～55重量份，所述粗骨料的含量为20～33重量份，所述减水剂的含量为0.05～0.2重量份，所述水的含量为2～6重量份。

优选的，所述煤气化粗渣是由煤制油工业中的煤气化过程产生的水淬渣；所述煤气化粗渣的残余碳含量为0～5％；所述煤气化粗渣的粒度D90为20～30μm或比表面积为500～700m²/kg。

优选的，所述石膏选自脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、柠檬石膏和废陶模石膏中的一种或多种；所述石膏的粒度D90为30～50μm或比表面积400～600m²/kg。

优选的，所述钢渣的粒度D90为30～40μm或比表面积400～600 m²/kg；所述钢渣为除铁后的钢渣，含铁量为0.5～10％。

优选的，所述胶凝材料的比表面积为450m²/kg～650m²/kg；粒度符合以下条件：0＜粒度≤80μm；0.045mm筛余0～3.0％；所述粗骨料为卵石、钢渣粒和废石中的一种或多种，所述细骨料选自符合中砂级配的机制砂、钢渣砂、铁尾矿砂和原状煤气化粗渣中的一种或多种。

优选的，所述免蒸养蒸压砖的制备方法，包括以下步骤：

按照重量配比将煤气化粗渣、石膏和钢渣混合，得到胶凝材料；

按照重量配比将胶凝材料和细骨料混合，再与粗骨料混合，然后与水、减水剂混合，振动压制成型，自然条件下养护，得到免蒸养蒸压砖。

优选的，所述振动压制成型过程中，主振时台振器延时开启时间为1～2s，主振带压头加压2～5s，压头下沉后延时2～4s，成型周期为 50～65s。

本申请提供了一种无水泥低碳胶凝材料道路工程制品，其由胶凝材料、细骨料、粗骨料、减水剂和水制备得到，其中所述胶凝材料包括煤气化粗渣20～60重量份，钢渣30～50重量份，石膏10～30重量份。本申请提供的道路工程制品由于胶凝材料中煤气化粗渣、钢渣和石膏的引入，在降低成本的同时保证了强度，使其可适用于中低强度道路工程制品。

进一步的，本申请还提供了一种含有凝胶材料的免蒸养蒸压砖，其是一种免烧砖，采用本申请的胶凝材料强度等级可达到Cc10～Cc50，不需要特定养护条件，自然养护即可，更加节能环保。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

鉴于现有技术中道路工程制品的性能需求，本申请提供了一种无水泥低碳胶凝材料道路工程制品即含有胶凝材料的道路工程制品，其通过胶凝材料的引入，使得到的道路工程制品可在中低强度道路工程制品中应用，其具有处理工艺简单、经济合理、碳排放更低的有点。具体的，本发明实施例公开了一种无水泥低碳胶凝材料道路工程制品，由胶凝材料、细骨料、粗骨料、减水剂和水制备得到，所述胶凝材料包括煤气化粗渣20～60重量份，钢渣30～50重量份，石膏10～30重量份。

本申请提供的道路工程制品可为混凝土、路基稳定土或免蒸养蒸压砖；具体的，所述道路工程制品为路面混凝土时，所述胶凝材料的含量为10～20重量份，所述细骨料的含量为32～40重量份，粗骨料的含量为40～48重量份，所述减水剂的含量为0.01～0.1重量份，所述水的含量为4～7重量份。

所述道路工程制品为路基稳定土时，所述胶凝材料的含量为

3～8重量份，所述细骨料的含量为32～40重量份，粗骨料的含量为53～60重量份，所述水的含量为3～10重量份。

所述道路工程制品为免蒸养蒸压砖时，所述胶凝材料的含量为 15～30重量份，所述细骨料的含量为40～55重量份，所述粗骨料的含量为20～33重量份，所述减水剂的含量为0.05～0.2重量份，所述水的含量为2～6重量份。

在所述道路工程制品中，所述胶凝材料的比表面积为 450m²/kg～650m²/kg；粒度符合以下条件：0＜粒度≤80μm；0.045mm 筛余0～3.0％；

所述粗骨料为卵石、钢渣粒和废石中的一种或多种；所述细骨料选自符合中砂级配的机制砂、钢渣砂、铁尾矿砂和原状煤气化粗渣中的一种或多种。

所述道路工程制品为免蒸养蒸压砖时，粗骨料的粒径为0～5mm。

由于煤制油粗渣自身的活性非常低，通过适当提高胶凝材料的比表面积，可以有效激发其活性，促进三种原材料的协同作用，从而产生强度。粗细骨料均可选用固体废弃物，此时胶凝材料可以与骨料之间发生一定的反应，从而增加产品的强度，实验证明，选用上述固体废弃物作为骨料，制品的强度可以提高10％以上。而由于胶凝材料组分的碱性较水泥低，水化速度较慢，也在一定程度上避免了快速反应造成的开裂或者膨胀等问题。

在上述道路工程制品中，所述胶凝材料包括煤气化粗渣20～60重量份，钢渣30～50重量份，石膏10～30重量份。

在胶凝材料中，所述煤气化粗渣是由煤制油工业中的煤气化过程产生的水淬渣；所述煤气化粗渣的残余碳含量为0～5％；所述煤气化粗渣的粒度D90为20～30μm或比表面积为500～700m²/kg。所述煤气化粗渣的含量为30～55重量份，更具体地，所述煤气化粗渣的含量为 34～50重量份。

所述钢渣的粒度D90为30～40μm或比表面积400～600m²/kg；所述钢渣为除铁后的钢渣，含铁量为0.5～10％。所述钢渣的含量为30～50 重量份，更具体地，所述钢渣的含量为35～45重量份。

所述石膏为工业副产物石膏，具体可选自脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、柠檬石膏和废陶模石膏中的一种或多种；所述石膏的粒度D90 为30～50μm或比表面积400～600m²/kg。所述石膏的含量为10～30重量份，更具体地，所述石膏的含量为15～25重量份。

本申请所述道路工程制品中的混凝土、路基稳定土的制备方法按照本领域技术人员熟知的方法进行即可，对此本申请不进行特别的限制。所述道路工程制品中的免蒸养蒸压砖的制备方法具体为：

按照重量配比将煤气化粗渣、石膏和钢渣混合，得到胶凝材料；

按照重量配比将胶凝材料和细骨料混合，再与粗骨料混合，然后与水、减水剂混合，振动压制成型，自然条件下养护，得到免蒸养蒸压砖。

上述过程更具体为：将所述胶凝材料和细骨料按照比例混合均匀，再与粗骨料混合，之后与水和减水剂混合；将混合好的物料用定量上料器运送到压砖机中，振动压制成型，在自然条件下养护至规定龄期。

在上述振动压制成型的过程中，主振时台振器延时开启时间为 1～2s，主振带压头加压2～5s，压头下沉后延时2～4s，成型周期为 50～65s。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明提供的胶凝材料适用于中低强度的混凝土使用，可以制备路基稳定土、低强度等级预拌泵送混凝土、道路用混凝土、免蒸养蒸压砖等，作为中低强度等级的混凝土胶凝材料使用时，相对于水泥基胶凝材料和矿渣为主体胶凝材料，成本优势更为明显，同时能够C10～C40等级混凝土的强度要求；

(2)本发明提供的胶凝材料所制备的免蒸养蒸压砖，是一种路面砖，在自然条件下养护，无需烧制，无需蒸压蒸养；由于路面砖本身售价较低，因此其制造正本成为限制其发展的主要因素，同类产品如红砖，需要烧制，污染大且能源成本高，多地都已经限制生产，另外一类灰砖或者免烧砖，通常需要高温蒸汽养护，甚至需要蒸压养护，同样是工艺复杂且能源成本高，而本发明提免蒸养蒸压砖，只需有压振动成型，胶凝材料为固体废弃物，可将能源和材料成本降低50％以上，强度等级可以达到Cc10～Cc50；

(3)本发明道路工程制品中的胶凝材料全部采用工业固体废弃物，在没有任何水泥添加的情况下，强度性能依然表现良好；完全不使用水泥，即将水泥部分产生的碳排放量完全与混凝土生产相剥离，为降低混凝土碳排放做出了重大贡献。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的无水泥低碳胶凝材料道路工程制品进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

1、制备胶凝材料

1)将钢渣进行烘干、破碎、除铁，粉磨，至钢渣的粒度D90为 35μm或者比表面积450m²/kg；需要经过除铁，除铁后含铁量为3.0％；

2)将煤气化粗渣进行烘干、粉磨，至煤气化粗渣的粒度D90为 25μm或者比表面积550m²/kg；

3)将石膏进行烘干、打散，至石膏的粒度D90为35μm或者比表面积450m²/kg；

4)将上述中所提及的材料按照如下比例混合：煤气化粗渣45份，钢渣40份，石膏15份，即得到胶凝材料。

2、制备C20等级路面混凝土

按照表1称取各原料，其中减水剂以干基质量计，将各原料混合均匀后制得混凝土。

表1混凝土配合比数据表(每立方米混凝土材料用量：kg/m³)

胶凝材料	水	粗骨料	细骨料	减水剂
					350	150	1090	880	0.8

实施例2

1、制备胶凝材料

1)将钢渣进行烘干、破碎、除铁；

2)煤气化粗渣进行烘干；

3)石膏进行烘干、打散；

4)将上述中所提及的材料按照如下比例混合：煤气化粗渣50份，钢渣35份，石膏15份，混合粉磨至比表面积为550m²/kg；粒度符合以下条件：0＜粒度≤80μm；0.045mm筛余1.0％；

2、制备普通路基稳定土

按照表2称取各原料，其中减水剂以干基质量计，将各原料混合均匀后制得普通路基稳定土。

表2普通路基稳定土配合比数据表(每立方米混凝土材料用量： kg/m³)

胶凝材料	水	粗骨料	细骨料	减水剂
					100	80	1300	800	0

实施例3

1、制备胶凝材料

1)将钢渣进行烘干、破碎、除铁，粉磨，至钢渣的粒度D90为 30μm或者比表面积500m²/kg；需要经过除铁，除铁后含铁量为 0.5-10％；

2)将煤气化粗渣进行烘干、粉磨，至煤气化粗渣的粒度D90为 20μm或者比表面积600m²/kg；

3)将石膏进行烘干、打散，至石膏的粒度D90为35μm或者比表面积450m²/kg；

4)将上述中所提及的材料按照如下比例混合：煤气化粗渣50份，钢渣40份，石膏10份，即得到胶凝材料；

2、制备免蒸养蒸压砖

按照表3称取各原料，其中减水剂以干基质量计，所述胶凝材料和细骨料按照比例混合均匀，再与粗骨料混合，之后与水和减水剂混合。将混合好的物料用定量上料器运送到压砖机中，振动压制成型，振动压制成型过程中，主振时台振器延时开启时间为1s，主振带压头加压2s，压头下沉后延时2s，成型周期为50s在自然条件下养护至规定龄期，制得免蒸养蒸压砖。

表3免蒸养蒸压砖配合比数据表(每立方米混凝土材料用量：kg/m³)

序号	胶凝材料	水	粗骨料	细骨料	减水剂
						1	200	70	400	600	1.7
2	350	65	440	700	2.0
						3	450	55	300	900	1.7

对比例1～3

1、制备胶凝材料

取脱硫石膏、转炉钢渣原料、高炉水淬矿渣原料，按照以下质量百分比进行称取：矿渣45份、转炉钢渣粒40份、脱硫石膏15份，混合均匀后经过粉磨得到比表面积500m²/kg，即得胶凝材料；

对比例1

1、制备C20等级路面混凝土

按照表4称取各原料，其中减水剂以干基质量计，将各原料混合均匀后制得混凝土。

对比例2

1、制备普通路基稳定土

按照表4称取各原料，其中减水剂以干基质量计，将各原料混合均匀后制得混凝土。

对比例3

1、制备免蒸养蒸压砖

按照表4称取各原料，其中减水剂以干基质量计，所述胶凝材料和细骨料按照比例混合均匀，再与粗骨料混合，之后与水和减水剂混合。将混合好的物料用定量上料器运送到压砖机中，振动压制成型，振动压制成型过程中，主振时台振器延时开启时间为1s，主振带压头加压2s，压头下沉后延时2s，成型周期为50s在自然条件下养护至规定龄期，制得免蒸养蒸压砖。

表4混凝土配合比数据表(每立方米混凝土材料用量：kg/m³)

对比例4

1、制备胶凝材料

取脱硫石膏、转炉钢渣原料、煤气化粗渣原料，按照以下重量份进行称取：煤气化粗渣10份、转炉钢渣粒45份、脱硫石膏40份，混合均匀后经过粉磨得到比表面积500m²/kg，即得胶凝材料；

2、制备路面混凝土

按照表5称取各原料，其中减水剂以干基质量计，将各原料混合均匀后制得混凝土。

对比例5

1、制备胶凝材料

取脱硫石膏、转炉钢渣原料、煤气化粗渣原料，按照以下重量份进行称取：煤气化粗渣15份、转炉钢渣粒60份、脱硫石膏25份，混合均匀后经过粉磨得到比表面积500m²/kg，即得胶凝材料；

2、制备普通路基稳定土

按照表5称取各原料，其中减水剂以干基质量计，将各原料混合均匀后制得混凝土。

对比例6

1、制备胶凝材料

取脱硫石膏、转炉钢渣原料、煤气化粗渣原料，按照以下重量份进行称取：煤气化粗渣80份、转炉钢渣粒10份、脱硫石膏10份，混合均匀后经过粉磨得到比表面积500m²/kg，即得胶凝材料；

2、制备免蒸养蒸压砖

按照表5称取各原料，其中减水剂以干基质量计，所述胶凝材料和细骨料按照比例混合均匀，再与粗骨料混合，之后与水和减水剂混合。将混合好的物料用定量上料器运送到压砖机中，振动压制成型，振动压制成型过程中，主振时台振器延时开启时间为1s，主振带压头加压2s，压头下沉后延时2s，成型周期为50s在自然条件下养护至规定龄期，制得免蒸养蒸压砖。

对比例7

1、制备胶凝材料

取脱硫石膏、转炉钢渣原料、煤气化粗渣原料，按照以下重量份进行称取：煤气化粗渣50份、转炉钢渣粒50份，脱硫石膏0份，混合均匀后经过粉磨得到比表面积500m²/kg，即得胶凝材料；

2、制备路面混凝土

按照表4称取各原料，其中减水剂以干基质量计，将各原料混合均匀后制得混凝土。

表5混凝土配合比数据表(每立方米混凝土材料用量：kg/m³)

分别按照实施例1～3以及对比例1～3记载的制备方法制备混凝土，其中C20等级路面混凝土或者路面混凝土，和路基稳定土采用混凝土搅拌机进行搅拌均匀，于温度20±5℃，相对湿度不低于60％的条件下注入100mm×100mm×100mm之模具中，置于混凝土振动台上振动成型。成型后的试块置于养护温度20℃±2℃、相对湿度不低于 95％的标准养护条件下养护24h后脱模，置于养护温度20℃±2℃、相对湿度不低于95％的恒温恒湿养护箱内养护至3d、7d以及28d龄期，测试混凝土的抗压强度。胶凝材料安定性检试验依据GB/T1346-2011 《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》执行。安定性试验采用试饼法和雷氏法两种方法检测，安定性均符合国家标准。各项检测的结果参数对比表格如表5所示。

表6检验参数对比表

由上表可知，本发明制备的胶凝材料的安定性符合国家标准，本发明制备的混凝土、普通路基稳定土、免蒸养蒸压砖具有优良的抗压强度。通过对比可知，将煤制油粗渣作为胶凝材料使用，不仅可以代替矿渣作为强度主体使用，在多种产品的应用当中，强度与矿渣制备的胶凝材料强度接近甚至更高。在没有加入任何水泥的情况下，达到了相应水泥制备产品的强度要求。

同时由于本发明采用的煤制油粗渣、钢渣、石膏(尤其是脱硫石膏等工业副产物石膏)等均为工业固体废弃物，用这些废弃物制备胶凝材料并应用于中低强度混凝土中，不仅解决了这类混凝土大量使用水泥产生的污染和碳排放问题，也为中低强度混凝土材料的制备提供新思路，由于中低强度混凝土的利润空间本身较小，利用本发明所述的产品将会为基建材料制造企业创造更大的生存空间。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种无水泥低碳胶凝材料道路工程制品，所述道路工程制品为免蒸养蒸压砖，由15~30重量份的胶凝材料、40~55重量份的细骨料、20~33重量份的粗骨料、0.05~0.2重量份的减水剂和2~6重量份的水制备得到；其中所述胶凝材料由煤气化粗渣20~60重量份，钢渣30~50重量份，石膏10~30重量份组成；

所述煤气化粗渣的粒度D90为20~30μm或比表面积为500~700m²/kg；

所述石膏的粒度D90为30~50μm或比表面积400~600m²/kg；

所述钢渣的粒度D90为30~40μm或比表面积400~600 m²/kg；所述钢渣为除铁后的钢渣，含铁量为0.5~10%。

2.根据权利要求1所述的道路工程制品，其特征在于，所述煤气化粗渣是由煤制油工业中的煤气化过程产生的水淬渣；所述煤气化粗渣的残余碳含量为0~5%。

3.根据权利要求1所述的道路工程制品，其特征在于，所述石膏选自脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、柠檬石膏和废陶模石膏中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的道路工程制品，其特征在于，所述粗骨料为卵石、钢渣粒和废石中的一种或多种，所述细骨料选自符合中砂级配的机制砂、钢渣砂、铁尾矿砂和原状煤气化粗渣中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的道路工程制品，其特征在于，所述免蒸养蒸压砖的制备方法，包括以下步骤：

按照重量配比将煤气化粗渣、石膏和钢渣混合，得到胶凝材料；

按照重量配比将胶凝材料和细骨料混合，再与粗骨料混合，然后与水、减水剂混合，振动压制成型，自然条件下养护，得到免蒸养蒸压砖。

6.根据权利要求5所述的道路工程制品，其特征在于，振动压制成型过程中，主振时台振器延时开启时间为1~2s，主振带压头加压2~5s，压头下沉后延时2~4s，成型周期为50~65s。