CN114890693A - 一种固废基胶凝材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固废资源化利用技术领域，提出了一种固废基胶凝材料，包括矿渣、钢渣和脱硫石膏，还包括矿渣助磨剂，所述矿渣助磨剂由以下重量份的组分组成：三乙醇胺10‑20份，丙烯酸羟乙酯3‑5份，羧甲基壳聚糖1‑3份，二乙基二硫代氨基甲酸钠2‑3份，水50‑60份，所述固废基胶凝材料的制备方法包括以下步骤：S1、将矿渣与矿渣助磨剂混合后，粉磨，得到矿渣粉；S2、将钢渣与脱硫石膏混合后，粉磨，得到混合粉料；S3、将矿渣粉与混合粉料混合后，得到一种固废基胶凝材料。通过上述技术方案，解决了现有技术中的矿渣易磨性差导致粉磨后其潜在活性难以充分发挥的问题。

Description

一种固废基胶凝材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及固废资源化利用技术领域，具体的，涉及一种固废基胶凝材料及其制备方法和应用。
背景技术
胶凝材料是指经过自身的物理化学作用后，能够由浆体变成固体，并在变化过程中把一些散粒材料或块状材料胶结成具有一定强度的整体的材料。水泥是一种常见的无机水硬性胶凝材料，我国水泥行业发展迅速，水泥的产量很大，在水泥生产过程中，尤其是煅烧水泥熟料的制备过程中，会产生大量的二氧化碳气体，而且消耗大量的自然资源，如石灰岩和黏土，不符合节能减排的要求，而由钢渣、矿渣、石膏、粉煤灰、铁尾矿等多种固废制备的固废基胶凝材料，在多种情况下可以直接作为水泥使用，既能减少自然资源的使用和能源消耗，又扩大了固废的利用率，使其得到资源化利用。
矿渣作为固废基胶凝材料的主要原料之一，是钢铁厂冶炼生铁时产生的废渣。矿渣具有潜在活性，只有经过粉磨并达到一定比表面积后才能发挥其潜在活性，但是在粉磨的过程中存在以下问题：矿渣粒度小，流动性高，难以形成稳定料层，矿渣中铁含量高、易磨性差且矿渣微粉过细时存在团聚现象；因此，如何将矿渣粉磨以充分激发矿渣的活性，是当下急需解决的问题。
发明内容
本发明提出一种固废基胶凝材料及其制备方法和应用，解决了现有技术中的矿渣易磨性差导致粉磨后其潜在活性难以充分发挥的问题。
本发明的技术方案如下：
一种固废基胶凝材料，包括矿渣、钢渣和脱硫石膏，还包括矿渣助磨剂，所述矿渣助磨剂由以下重量份的组分组成：
三乙醇胺10-20份，丙烯酸羟乙酯3-5份，羧甲基壳聚糖1-3份，二乙基二硫代氨基甲酸钠2-3份，水50-60份。
作为进一步的技术方案，所述矿渣助磨剂中三乙醇胺、丙烯酸羟乙酯、羧甲基壳聚糖、二乙基二硫代氨基甲酸钠的质量比为10：4：1：2。
作为进一步的技术方案，所述矿渣助磨剂的制备方法为：将三乙醇胺和二乙基二硫代氨基甲酸钠加入水中，溶解后加热至40-50℃，加入羧甲基壳聚糖和丙烯酸羟乙酯，混合均匀，得到矿渣助磨剂。
本发明中，先将三乙醇胺和二乙基二硫代氨基甲酸钠与水混合后溶解，升温后加入羧甲基壳聚糖和丙烯酸羟乙酯，混合均匀后得到矿渣助磨剂，进一步提高了固废基胶凝材料的活性指数，同时，还提高了固废基胶凝材料的早期抗压和抗折强度。
作为进一步的技术方案，所述矿渣助磨剂的用量为所述矿渣质量的1％-3％。
作为进一步的技术方案，所述矿渣与所述钢渣、所述脱硫石膏的质量比为(6-7)：(2-3)：1。
作为进一步的技术方案，所述矿渣与所述钢渣、所述脱硫石膏的质量比为6：3：1。
本发明还提出了上述固废基胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将矿渣与矿渣助磨剂混合后，粉磨，得到矿渣粉；
S2、将钢渣与脱硫石膏混合后，粉磨，得到混合粉料；
S3、将矿渣粉与混合粉料混合后，得到一种固废基胶凝材料。
作为进一步的技术方案，步骤S1中粉磨至矿渣粉比表面积为550-600m2/kg。
作为进一步的技术方案，包括以下步骤：步骤S2中粉磨至混合粉料比表面积为500-550m2/kg。
本发明还提出了上述固废基胶凝材料的应用，所述固废基胶凝材料用于砂浆中替代硅酸盐水泥，所述固废基胶凝材料在砂浆中对硅酸盐水泥的替代度为50-100％。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明中，固废基胶凝材料的配方中加入矿渣助磨剂，矿渣助磨剂中三乙醇胺、丙烯酸羟乙酯、羧甲基壳聚糖、二乙基二硫代氨基甲酸钠协同增效，显著提高了对矿渣的活性激发效果，使得粉磨后得到的矿渣粉再与由钢渣和脱硫石膏粉磨得到的混合粉料混合后，能更好的发挥其填充和改善集料界面的作用，从而显著提高了固废基胶凝材料的活性指数以及抗压强度和抗折强度。
2、本发明中，在矿渣助磨剂掺量一定的情况下，三乙醇胺、丙烯酸羟乙酯、羧甲基壳聚糖、二乙基二硫代氨基甲酸钠的质量比为10：4：1：2时，进一步提高了矿渣助磨剂对矿渣的活性激发效果，从而进一步提高了固废基胶凝材料的活性指数以及抗压强度和抗折强度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
实施例1
一种固废基胶凝材料，包括矿渣、钢渣和脱硫石膏，矿渣、钢渣、脱硫石膏的质量比为7：2：1，还包括矿渣助磨剂，矿渣助磨剂的用量为矿渣质量的1％；
矿渣助磨剂由10份三乙醇胺、3份丙烯酸羟乙酯，1份羧甲基壳聚糖、2份二乙基二硫代氨基甲酸钠和50份水混合得到；
上述固废基胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将矿渣与矿渣助磨剂混合后，粉磨至比表面积为550-600m2/kg，得到矿渣粉；
S2、将钢渣与脱硫石膏混合后，粉磨至比表面积为500-550m2/kg，得到混合粉料；
S3、将矿渣粉与混合粉料混合后，得到一种固废基胶凝材料。
实施例2
一种固废基胶凝材料，包括矿渣、钢渣和脱硫石膏，矿渣、钢渣、脱硫石膏的质量比为7：2：1，还包括矿渣助磨剂，矿渣助磨剂的用量为矿渣质量的3％；
矿渣助磨剂由10份三乙醇胺、3份丙烯酸羟乙酯，1份羧甲基壳聚糖、2份二乙基二硫代氨基甲酸钠和50份水混合得到；
上述固废基胶凝材料的制备方法，同实施例1。
实施例3
一种固废基胶凝材料，包括矿渣、钢渣和脱硫石膏，矿渣、钢渣、脱硫石膏的质量比为7：2：1，还包括矿渣助磨剂，矿渣助磨剂的用量为矿渣质量的2％；
矿渣助磨剂由10份三乙醇胺、3份丙烯酸羟乙酯，1份羧甲基壳聚糖、2份二乙基二硫代氨基甲酸钠和50份水混合得到；
上述固废基胶凝材料的制备方法，同实施例1。
实施例4
一种固废基胶凝材料，包括矿渣、钢渣和脱硫石膏，矿渣、钢渣、脱硫石膏的质量比为7：2：1，还包括矿渣助磨剂，矿渣助磨剂的用量为矿渣质量的2％；
矿渣助磨剂由20份三乙醇胺、5份丙烯酸羟乙酯，3份羧甲基壳聚糖、3份二乙基二硫代氨基甲酸钠和60份水混合得到；
上述固废基胶凝材料的制备方法，同实施例1。
实施例5
一种固废基胶凝材料，包括矿渣、钢渣和脱硫石膏，矿渣、钢渣、脱硫石膏的质量比为7：2：1，还包括矿渣助磨剂，矿渣助磨剂的用量为矿渣质量的2％；
矿渣助磨剂由15份三乙醇胺、4份丙烯酸羟乙酯，2份羧甲基壳聚糖、2.5份二乙基二硫代氨基甲酸钠和55份水混合得到；
上述固废基胶凝材料的制备方法，同实施例1。
实施例6
一种固废基胶凝材料，包括矿渣、钢渣和脱硫石膏，矿渣、钢渣、脱硫石膏的质量比为7：2：1，还包括矿渣助磨剂，矿渣助磨剂的用量为矿渣质量的2％；
矿渣助磨剂由10份三乙醇胺、4份丙烯酸羟乙酯，1份羧甲基壳聚糖、2份二乙基二硫代氨基甲酸钠和55份水混合得到；
上述固废基胶凝材料的制备方法，同实施例1。
实施例7
一种固废基胶凝材料，包括矿渣、钢渣和脱硫石膏，矿渣、钢渣、脱硫石膏的质量比为7：2：1，还包括矿渣助磨剂，矿渣助磨剂的用量为矿渣质量的2％；
矿渣助磨剂由以下方法制得：将10份三乙醇胺和2份二乙基二硫代氨基甲酸钠加入55份水中，溶解后加热至45℃，加入1份羧甲基壳聚糖和4份丙烯酸羟乙酯，混合均匀，得到矿渣助磨剂；
上述固废基胶凝材料的制备方法，同实施例1。
实施例8
一种固废基胶凝材料，包括矿渣、钢渣和脱硫石膏，矿渣、钢渣、脱硫石膏的质量比为6：3：1，还包括矿渣助磨剂，矿渣助磨剂的用量为矿渣质量的2％；
矿渣助磨剂由以下方法制得：将10份三乙醇胺和2份二乙基二硫代氨基甲酸钠加入55份水中，溶解后加热至45℃，加入1份羧甲基壳聚糖和4份丙烯酸羟乙酯，混合均匀，得到矿渣助磨剂；
上述固废基胶凝材料的制备方法，同实施例1。
对比例1
本对比例与实施例4的区别仅在于矿渣助磨剂为三乙醇胺与乙酸乙酯质量比为3:1的混合物。
实验例1
按矿渣活性指数法测定实施例1-7及对比例1制备的固废基胶凝材料的活性指数(7d)，测试结果如下表所示：
表1实施例1-7及对比例1制备的固废基胶凝材料的活性指数
Figure BDA0003703475780000051
从上表中数据可以看出，与现有的以三乙醇胺与乙酸乙酯质量比为3:1的混合物作为助磨剂相比，矿渣助磨剂中三乙醇胺、丙烯酸羟乙酯、羧甲基壳聚糖、二乙基二硫代氨基甲酸钠协同增效，显著提高了对矿粉的活性激发效果，从而显著提高了固废基胶凝材料的活性指数。
通过实施例2、实施例4-6对比可以看出，在矿渣助磨剂掺量一定的情况下，三乙醇胺、丙烯酸羟乙酯、羧甲基壳聚糖、二乙基二硫代氨基甲酸钠的质量比为10：4：1：2时，进一步提高了矿渣助磨剂对矿渣的活性激发效果。
通过实施例6、7对比可以看出，先将三乙醇胺和二乙基二硫代氨基甲酸钠与水混合后溶解，升温后加入羧甲基壳聚糖和丙烯酸羟乙酯，混合均匀后得到矿渣助磨剂，特定的制备方法得到的矿渣助磨剂，进一步提高了固废基胶凝材料的活性指数。
实验例2
将实施例4-8和对比例1制备的固废基胶凝材料分别按水胶比0.32制备胶砂试块，胶砂搅拌过程参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(IS0法)》进行，制作40mm×40mm×160mm的标准试件，在标准养护条件下养护达到相应龄期，检测胶砂试件的抗压、抗折强度，测试结果见下表：
表2实施例4-8及对比例1的固废基胶凝材料的检测结果
Figure BDA0003703475780000052
从上表中数据可以看出，与对比例1相比，实施例4的固废基胶凝材料的抗压强度和抗折强度均显著增加，说明与现有的以三乙醇胺与乙酸乙酯质量比为3:1的混合物作为助磨剂相比，矿渣助磨剂中三乙醇胺、丙烯酸羟乙酯、羧甲基壳聚糖、二乙基二硫代氨基甲酸钠协同增效，显著激发了矿渣的潜在活性，从而提高了固废基胶凝材料的抗压强度和抗折强度。
通过实施例4-6对比可以看出，在矿渣助磨剂掺量一定的情况下，三乙醇胺、丙烯酸羟乙酯、羧甲基壳聚糖、二乙基二硫代氨基甲酸钠的质量比为10：4：1：2时，进一步提高了胶凝材料的抗压强度和抗折强度。
通过实施例6、7对比可以看出，实施例7的固废胶凝材料的3d抗压强度和3d抗折强度均明显高于实施例6，先将三乙醇胺和2份二乙基二硫代氨基甲酸钠与水混合后溶解，升温后加入羧甲基壳聚糖和丙烯酸羟乙酯，混合均匀后得到矿渣助磨剂，特定的制备方法得到的矿渣助磨剂，进一步提高了固废基胶凝材料的早期强度。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固废基胶凝材料，其特征在于，包括矿渣、钢渣和脱硫石膏，还包括矿渣助磨剂，所述矿渣助磨剂由以下重量份的组分组成：
三乙醇胺10-20份，丙烯酸羟乙酯3-5份，羧甲基壳聚糖1-3份，二乙基二硫代氨基甲酸钠2-3份，水50-60份。
2.根据权利要求1所述的一种固废基胶凝材料，其特征在于，所述矿渣助磨剂中三乙醇胺、丙烯酸羟乙酯、羧甲基壳聚糖、二乙基二硫代氨基甲酸钠的质量比为10：4：1：2。
3.根据权利要求1所述的一种固废基胶凝材料，其特征在于，所述矿渣助磨剂的制备方法为：将三乙醇胺和二乙基二硫代氨基甲酸钠加入水中，溶解后加热至40-50℃，加入羧甲基壳聚糖和丙烯酸羟乙酯，混合均匀，得到矿渣助磨剂。
4.根据权利要求1所述的一种固废基胶凝材料，其特征在于，所述矿渣助磨剂的用量为所述矿渣质量的1％-3％。
5.根据权利要求1所述的一种固废基胶凝材料，其特征在于，所述矿渣与所述钢渣、所述脱硫石膏的质量比为(6-7)：(2-3)：1。
6.根据权利要求5所述的一种固废基胶凝材料，其特征在于，所述矿渣与所述钢渣、所述脱硫石膏的质量比为6：3：1。
7.如权利要求1-6所述的一种固废基胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将矿渣与矿渣助磨剂混合后，粉磨，得到矿渣粉；
S2、将钢渣与脱硫石膏混合后，粉磨，得到混合粉料；
S3、将矿渣粉与混合粉料混合后，得到一种固废基胶凝材料。
8.根据权利要求7所述的一种固废基胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中粉磨至矿渣粉比表面积为550-600m2/kg。
9.根据权利要求7所述的一种固废基胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S2中粉磨至混合粉料比表面积为500-550m2/kg。
10.如权利要求1-6所述的一种固废基胶凝材料的应用，其特征在于，所述固废基胶凝材料用于砂浆中替代硅酸盐水泥，所述固废基胶凝材料在砂浆中对硅酸盐水泥的替代度为50-100％。
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