CN115073116B - 一种含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固废资源化利用技术领域，提出了一种含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料，包括以下重量份的组分：含钢渣固废基胶凝材料60‑70份，硅酸盐水泥20‑30份，激发剂5‑15份，减水剂3‑10份，所述含钢渣固废基胶凝材料中钢渣的添加量为所述胶凝材料质量的40‑50％，所述含钢渣固废基材料包括以下重量份的组分：钢渣40‑50份，矿渣20‑40份，电石渣10‑15份，脱硫石膏10‑15份。通过上述技术方案，解决了现有技术中灌浆材料凝固后的力学强度低的问题。

Description

一种含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料
技术领域
本发明涉及固废资源化利用技术领域，具体的，涉及一种含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料。
背景技术
灌浆材料是指在注入地层、岩石或构筑物的缝隙、孔洞中，凝结后能达到增加承载能力、防止渗漏及提高构筑物整体性能等效果的液体材料。目前，市面上的灌浆材料主要水泥基灌浆材料，使用石英砂和水泥作为骨料和胶凝材料，但是这种灌浆材料凝固后的力学强度较低，后期稳定性较差。
与水泥基胶凝灌浆材料相比，钢渣固废基胶凝材料的力学强度会相对高一些，且由于钢渣是钢铁行业冶炼废渣，钢渣固废基胶凝材料的成本较低。每年的钢渣产生量很大，但是纯钢渣与水拌合后可缓慢硬化，但钢渣的胶凝性能很弱，且钢渣中含较高的游离氧化钙和氧化镁，遇水后会膨胀开裂，导致钢渣的综合利用率相对较低。为了解决钢渣膨胀的问题，现有技术中通常将钢渣粉磨处理然后再与矿渣、脱硫石膏等混合制得胶凝材料，但是考虑到钢渣中游离氧化钙和氧化镁的膨胀性，胶凝材料中钢渣的掺量一般小于20％，钢渣固废基胶凝材料的力学强度仍有待提高。
发明内容
本发明提出一种含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料，解决了现有技术中灌浆材料凝固后的力学强度低的问题。
本发明的技术方案如下：
一种含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料，包括以下重量份的组分：含钢渣固废基胶凝材料60-70份，硅酸盐水泥20-30份，激发剂5-15份，减水剂3-10份，所述含钢渣固废基胶凝材料中钢渣的添加量为所述胶凝材料质量的40-50％。
作为进一步的技术方案，含钢渣固废基胶凝材料60-70份，硅酸盐水泥20-30份，激发剂5-10份，减水剂3-7份，所述含钢渣固废基胶凝材料中钢渣的添加量为所述胶凝材料质量的40-50％。
作为进一步的技术方案，所述含钢渣固废基材料包括以下重量份的组分：
钢渣40-50份，矿渣20-40份，电石渣10-15份，脱硫石膏10-15份。
作为进一步的技术方案，所述含钢渣固废基材料由以下方法制备得到：将钢渣与电石渣混合后粉磨至比表面积为300-400m2/kg，得到第一预粉料；将第一预粉料与脱硫石膏混合后，粉磨至比表面积为500-550m2/kg，得到第一粉料；将矿渣粉磨至比表面积500-600m2/kg，得到第二粉料；将第一粉料与第二粉料混合，得到含钢渣固废基材料。
作为进一步的技术方案，所述激发剂包括如下重量份的组分：碳酸钠5-10份，硫酸铝3-5份，三乙醇胺4-7份，水玻璃3-5份。
作为进一步的技术方案，所述钢渣为转炉钢渣、平炉钢渣、电炉钢渣中的一种或几种；
或，所述矿渣为水淬高炉矿渣；
或，所述电石渣为乙炔车间电石渣，即用电石加水经由化学反应产生乙炔气之后剩余的残渣。
作为进一步的技术方案，所述电石渣由质量比为7：3的第一电石渣和第二电石渣组成，所述第一电石渣由电石渣在900℃下煅烧后得到，所述第二电石渣由电石渣在600℃下煅烧得到。
本发明中，通过两种不同温度下煅烧的电石渣的加入，在与钢渣粉磨的过程中细化钢渣，促进钢渣比表面积的增大和活性的提高，从而进一步提高灌浆材料的力学强度。
作为进一步的技术方案，所述脱硫石膏包括以下重量百分比的化学成分：CaO 30-40％，SiO2 1-4％，Al2O34-5％，MgO 1-4％，SO3 50-60％，Cl 0.01-0.5％。
作为进一步的技术方案，所述减水剂为聚羧酸系减水剂、萘磺酸盐减水剂、木质素磺酸盐减水剂中的一种或多种。
本发明还提出了上述含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：将含钢渣固废基胶凝材料与硅酸盐水泥在干燥状态下混合，再加入激发剂和减水剂，然后加水制备成浆体。
作为进一步的技术方案，所述浆体中，水灰比为1：1。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明中，采用钢渣添加量40％-50％的固废基胶凝材料，与配方中的硅酸盐水泥、激发剂和减水剂协同配伍，显著提高了灌浆材料的力学强度，使得制备的灌浆材料28d抗压强度高达46.8-49.2MPa，有效解决了现有技术中灌浆材料中凝固后的力学强度低的问题。
2、本发明中，含钢渣的固废基胶凝材料制备时，先将钢渣与电石渣粉磨，得到的第一预粉料再与脱硫石膏粉磨，然后再与粉磨后的矿渣粉混合，与现有的直接将各原料分别粉磨再混合以及直接将各原料混合后再粉磨的方法相比，一方面，能更好的激发胶凝材料中各原料的活性，从而提高灌浆材料的力学强度；另一方面，在粉磨的过程中将钢渣氧化钙、氧化镁激发出来，从而解决了后期钢渣膨胀的问题，提高了胶凝材料中钢渣的掺量。
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。
下述实施例及对比例中，矿渣为水淬高炉矿渣，电石渣为乙炔车间电石渣，脱硫石膏包括以下重量百分比的化学成分：CaO 30-40％，SiO2 1-4％，Al2O34-5％，MgO 1-4％，SO350-60％，Cl 0.01-0.5％。
下述实施例及对比例中的检测方法如下：
膨胀率：参照GB/T50123《土工试验方法标准》的规定的方法进行检测；
抗压强度：参照GB5024-2015《混凝土结构施工质量验收规范》中规定的方法进行；
实施例1
一种含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料，包括以下重量份的组分：含钢渣固废基胶凝材料60份，硅酸盐水泥20份，激发剂5份，减水剂3份，含钢渣固废基胶凝材料中钢渣的添加量为所述胶凝材料质量的40％；
其中，激发剂包括如下重量份的组分：碳酸钠5份，硫酸铝3份，三乙醇胺4份，水玻璃3份；减水剂为聚羧酸系减水剂；含钢渣固废基胶凝材料由以下方法制得：将40份电炉钢渣、10份电石渣、10份脱硫石膏分别粉磨至比表面积为500-550m2/kg，得到钢渣粉、电石渣粉、脱硫石膏粉，将40份矿渣粉磨至比表面积500-600m2/kg，得到矿渣粉，将钢渣粉、电石渣粉、脱硫石膏粉与矿渣粉混合，得到含钢渣固废基材料；
其制备方法包括以下步骤：将含钢渣固废基胶凝材料与硅酸盐水泥在干燥状态下混合，再加入激发剂和减水剂，然后按水灰比1：1加水制备成浆体。
本实施例所得灌浆材料的性能测试如表1所示：
表1实施例1得到的灌浆材料的性能测试结果
Figure BDA0003704048340000031
实施例2
一种含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料，包括以下重量份的组分：含钢渣固废基胶凝材料70份，硅酸盐水泥30份，激发剂15份，减水剂10份，含钢渣固废基胶凝材料中钢渣的添加量为所述胶凝材料质量的50％；
其中，激发剂包括如下重量份的组分：碳酸钠10份，硫酸铝5份，三乙醇胺7份，水玻璃5份；减水剂为萘磺酸盐减水剂；含钢渣固废基胶凝材料由以下方法制得：将50份平炉钢渣、15份电石渣、15份脱硫石膏分别粉磨至比表面积为500-550m2/kg，得到钢渣粉、电石渣粉、脱硫石膏粉，将20份矿渣粉磨至比表面积500-600m2/kg，得到矿渣粉，将钢渣粉、电石渣粉、脱硫石膏粉与矿渣粉混合，得到含钢渣固废基材料；
其制备方法包括以下步骤：将含钢渣固废基胶凝材料与硅酸盐水泥在干燥状态下混合，再加入激发剂和减水剂，然后按水灰比1：1加水制备成浆体。
本实施例所得灌浆材料的性能测试如表2所示：
表2实施例2得到的灌浆材料的性能测试结果
Figure BDA0003704048340000041
实施例3
一种含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料，包括以下重量份的组分：含钢渣固废基胶凝材料65份，硅酸盐水泥25份，激发剂10份，减水剂7份，含钢渣固废基胶凝材料中钢渣的添加量为所述胶凝材料质量的45％；
其中，激发剂包括如下重量份的组分：碳酸钠7份，硫酸铝4份，三乙醇胺5份，水玻璃4份；减水剂为木质素磺酸盐减水剂；含钢渣固废基胶凝材料由以下方法制得：将45份转炉钢渣、10份电石渣、10份脱硫石膏分别粉磨至比表面积为500-550m2/kg，得到钢渣粉、电石渣粉、脱硫石膏粉，将35份矿渣粉磨至比表面积500-600m2/kg，得到矿渣粉，将钢渣粉、电石渣粉、脱硫石膏粉与矿渣粉混合，得到含钢渣固废基材料；
其制备方法包括以下步骤：将含钢渣固废基胶凝材料与硅酸盐水泥在干燥状态下混合，再加入激发剂和减水剂，然后按水灰比1：1加水制备成浆体。
本实施例所得灌浆材料的性能测试如表3所示：
表3实施例3得到的灌浆材料的性能测试结果
Figure BDA0003704048340000042
实施例4
一种含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料，包括以下重量份的组分：含钢渣固废基胶凝材料65份，硅酸盐水泥25份，激发剂10份，减水剂7份，含钢渣固废基胶凝材料中钢渣的添加量为所述胶凝材料质量的45％；
其中，激发剂包括如下重量份的组分：碳酸钠7份，硫酸铝4份，三乙醇胺5份，水玻璃4份；减水剂为聚羧酸系减水剂；含钢渣固废基胶凝材料由以下方法制得：将45份转炉钢渣、10份电石渣、10份脱硫石膏分别粉磨至比表面积为500-550m2/kg，得到钢渣粉、电石渣粉、脱硫石膏粉，将35份矿渣粉磨至比表面积500-600m2/kg，得到矿渣粉，将钢渣粉、电石渣粉、脱硫石膏粉与矿渣粉混合，得到含钢渣固废基材料；
其制备方法包括以下步骤：将含钢渣固废基胶凝材料与硅酸盐水泥在干燥状态下混合，再加入激发剂和减水剂，然后按水灰比1：1加水制备成浆体。
本实施例所得灌浆材料的性能测试如表4所示：
表4实施例4得到的灌浆材料的性能测试结果
Figure BDA0003704048340000051
实施例5
一种含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料，包括以下重量份的组分：含钢渣固废基胶凝材料65份，硅酸盐水泥25份，激发剂10份，减水剂7份，含钢渣固废基胶凝材料中钢渣的添加量为所述胶凝材料质量的45％；
其中，激发剂包括如下重量份的组分：碳酸钠7份，硫酸铝4份，三乙醇胺5份，水玻璃4份；减水剂为聚羧酸系减水剂；含钢渣固废基胶凝材料由以下方法制得：将45份转炉钢渣与10份电石渣混合后粉磨至比表面积为300-400m2/kg，得到第一预粉料；将第一预粉料与10份脱硫石膏混合后，粉磨至比表面积为500-550m2/kg，得到第一粉料；将35份矿渣粉磨至比表面积500-600m2/kg，得到第二粉料；将第一粉料与第二粉料混合，得到含钢渣固废基材料；其中，电石渣由7份第一电石渣和3份第二电石渣组成，第一电石渣由电石渣在900℃下煅烧后得到，第二电石渣由电石渣在600℃下煅烧得到；
其制备方法包括以下步骤：将含钢渣固废基胶凝材料与硅酸盐水泥在干燥状态下混合，再加入激发剂和减水剂，然后按水灰比1：1加水制备成浆体。
本实施例所得灌浆材料的性能测试如表5所示：
表5实施例5得到的灌浆材料的性能测试结果
Figure BDA0003704048340000052
Figure BDA0003704048340000061
实施例6
一种含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料，包括以下重量份的组分：含钢渣固废基胶凝材料65份，硅酸盐水泥25份，激发剂10份，减水剂7份，含钢渣固废基胶凝材料中钢渣的添加量为所述胶凝材料质量的45％；
其中，激发剂包括如下重量份的组分：碳酸钠7份，硫酸铝4份，三乙醇胺5份，水玻璃4份；减水剂为聚羧酸系减水剂；含钢渣固废基胶凝材料由以下方法制得：将45份转炉钢渣、10份电石渣、10份脱硫石膏、35份矿渣混合后，得到混合物料，将混合物料粉磨至比表面积≥500m2/kg，得到含钢渣固废基材料；
其制备方法包括以下步骤：将含钢渣固废基胶凝材料与硅酸盐水泥在干燥状态下混合，再加入激发剂和减水剂，然后按水灰比1：1加水制备成浆体。
本实施例所得灌浆材料的性能测试如表6所示：
表6实施例6得到的灌浆材料的性能测试结果
Figure BDA0003704048340000062
对比例1
与实施例1不同的是：含钢渣固废基胶凝材料中钢渣的添加量为所述胶凝材料质量的30％，含钢渣固废基胶凝材料由以下方法制得：将30份转炉钢渣、15份电石渣、15份脱硫石膏分别粉磨至比表面积为500-550m2/kg，得到钢渣粉、电石渣粉、脱硫石膏粉，将40份矿渣粉磨至比表面积500-600m2/kg，得到矿渣粉，将钢渣粉、电石渣粉、脱硫石膏粉与矿渣粉混合，得到含钢渣固废基材料；
本对比例所得灌浆材料的性能测试如表1所示：
表7对比例1得到的灌浆材料的性能测试结果
Figure BDA0003704048340000063
对比例2
与实施例1不同的是：激发剂为氢氧化钠。
本对比例所得灌浆材料的性能测试如表1所示：
表8对比例2得到的灌浆材料的性能测试结果
Figure BDA0003704048340000071
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 (8)

1.一种含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：含钢渣固废基胶凝材料60-70份，硅酸盐水泥20-30份，激发剂5-15份，减水剂3-10份，所述含钢渣固废基胶凝材料中钢渣的添加量为所述胶凝材料质量的40-50%；
所述含钢渣固废基胶凝材料包括以下重量份的组分：
钢渣40-50份，矿渣20-40份，电石渣10-15份，脱硫石膏10-15份；
所述含钢渣固废基胶凝材料由以下方法制备得到：将钢渣与电石渣混合后粉磨至比表面积为300-400m2/kg，得到第一预粉料；将第一预粉料与脱硫石膏混合后，粉磨至比表面积为500-550m2/kg，得到第一粉料；将矿渣粉磨至比表面积500-600m2/kg，得到第二粉料；将第一粉料与第二粉料混合，得到含钢渣固废基胶凝材料；
所述电石渣由质量比为7:3的第一电石渣和第二电石渣组成，所述第一电石渣由电石渣在900℃下煅烧后得到，所述第二电石渣由电石渣在600℃下煅烧得到。
2.根据权利要求1所述的一种含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料，其特征在于，含钢渣固废基胶凝材料60-70份，硅酸盐水泥20-30份，激发剂5-10份，减水剂3-7份，所述含钢渣固废基胶凝材料中钢渣的添加量为所述胶凝材料质量的40-50%。
3.根据权利要求1所述的一种含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料，其特征在于，所述激发剂包括如下重量份的组分：碳酸钠5-10份，硫酸铝3-5份，三乙醇胺4-7份，水玻璃3-5份。
4.根据权利要求1所述的一种含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料，其特征在于，所述矿渣为水淬高炉矿渣；
或，所述电石渣为乙炔车间电石渣。
5.根据权利要求1所述的一种含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料，其特征在于，所述脱硫石膏包括以下重量百分比的化学成分：CaO 30-40%，SiO2 1-4%，Al2O3 4-5%，MgO 1-4%，SO350-60%，Cl 0.01- 0.5%。
6.根据权利要求1所述的一种含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系减水剂、萘磺酸盐减水剂、木质素磺酸盐减水剂中的一种或多种。
7.如权利要求1-6任意一项所述的一种含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将含钢渣固废基胶凝材料与硅酸盐水泥在干燥状态下混合，再加入激发剂和减水剂，然后加水制备成浆体。
8.根据权利要求7所述的一种含钢渣固废基胶凝材料的灌浆材料的制备方法，其特征在于，所述浆体中，水灰比为1：1。
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