CN115321848A - 一种全固废基低碳绿色生态胶凝材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全固废基低碳绿色生态胶凝材料及其制造方法，该全固废基低碳绿色生态胶凝材料，包括以下重量份的原料：粒化高炉矿渣42‑86份，钢渣10‑30份，脱硫石膏5‑25份，碱性激发剂0.1‑0.5份。本发明的全固废基低碳绿色生态胶凝材料具有良好的粒径分布和适宜的标准稠度用水量，在采用全固废基低碳绿色生态胶凝材料配制砂浆和混凝土时，宜采用低水胶比、低用水量，以保证砂浆和混凝土具备满足工程质量要求的强度和耐久性，其生产过程中不掺加硅酸盐水泥熟料，原材料全部采用钢铁冶金企业、火电企业或化工企业产生的工业固体废弃物，进一步降低生产成本，减少碳排放，属于低碳绿色生态新型建筑材料。

Description

一种全固废基低碳绿色生态胶凝材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及建材生产和冶金固废处置技术领域，具体来说，涉及一种全固废基低碳绿色生态胶凝材料及其制造方法。
背景技术
粒化高炉矿渣是钢铁冶金企业在高炉炼铁过程中的副产品，平均产渣量吨铁约250～400kg，占工业固废总量的42.43％。在高炉冶炼生铁时，除了铁矿石和燃料(焦炭)外，为降低冶炼温度，加入适量的石灰石和白云石作为助熔剂，氧化铁在高温下还原成金属铁，铁矿石中的二氧化硅、氧化铝等杂质与石灰等反应生成以硅酸盐和硅铝酸盐为主要成分的熔融物，浮在铁水表面，经淬冷成质地疏松、多孔的粒状物，具有潜在水硬性的材料，其化学成分和矿物组成与通用硅酸盐水泥熟料基本相同，含有95％以上的玻璃体和硅酸二钙、钙黄长石、硅灰石等矿物，与硅酸盐水泥熟料的成分接近。
钢渣作为一种炼钢过程中的副产品，其产量约为粗钢产量的12％～20％，约占工业固体废弃物总量的24％。钢渣的化学成分主要为CaO、SiO2、FeO、Fe2O3、Al2O3、MgO等，其矿物组成以硅酸三钙为主，其次是硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、RO相(镁、铁、锰的氧化物，即FeO、MgO、MnO形成的固溶体)、铁酸二钙和游离氧化钙。钢渣中氧化钙含量较高(通常为30％～60％)，其矿物组成不尽相同，但基本相似，它的主要影响因素在于钢渣本身的化学成分的组成及碱度。此外，钢渣是经过高温熔融冷却的熟料，其主要化学组成和矿物组成与水泥熟料基本相似。目前我国的钢铁产量多年稳居世界第一，粗钢产量达到全球产量的1/2，目前钢渣历史堆存量大约12亿吨，而且每年以1亿吨的量继续增加，产量大，但其70％左右的钢渣未得到有效处置。
脱硫石膏又称排烟脱硫石膏、硫石膏或FGD石膏，主要成分和天然石膏一样，为二水硫酸钙CaSO4·2H2O，含量≥93％。脱硫石膏是燃煤的工业企业在治理烟气中的二氧化硫后而得到的工业副产石膏，其加工利用的意义非常重大。它不仅有力地促进了国家环保循环经济的进一步发展，而且还大大降低了矿石膏的开采量，保护了资源。
以上工业固体废弃物占用大量的土地，对地下水、土壤、大气都造成了环境污染，引起了诸多社会问题和环境问题，环境和资源压力也在不断增大，直接影响和制约着产业经济的高质量发展。
水泥工业是国民经济发展的重要基础性产业，中国作为水泥生产和消耗大国，近二十多年来我国水泥工业发展速度迅猛，2021年我国水泥产量23.63亿吨，约占全球水泥产量(2021年全球水泥产量43.12亿吨)的55％，水泥生产中要消耗大量的石灰石矿山资源及煤炭、电力，属于高能耗、高污染行业。以我国典型的新型干法水泥生产工艺为例，水泥的工艺流程可以简单概况为“两磨一烧”，每生产一吨水泥要耗电80～90kW·h，耗标煤105kg左右，同时排放出大量的CO2。水泥碳排放主要来源于熟料生产，我国水泥熟料碳排放系数(基于水泥熟料产量核算)约为0.86，即生产一吨水泥熟料将产生约860公斤二氧化碳，折算后我国水泥碳排放量约为597kg，水泥行业是我国二氧化碳排放重点行业，2021年水泥产量23.63亿吨，2021年水泥行业碳排放总量14.11亿吨，占全国二氧化碳排放的13％以上。在碳达峰碳中和背景下，水泥行业面临着严峻的挑战。水泥行业碳达峰碳中和实现路径的根本途径，还是要降低水泥中的熟料用量，优化调整水泥产品原材料结构，实现熟料替代，减少熟料用量，积极开发低碳水泥，推广应用低碳水泥。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种全固废基低碳绿色生态胶凝材料及其制造方法，能够克服现有技术的上述不足。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种全固废基低碳绿色生态胶凝材料，包括以下重量份的原料：粒化高炉矿渣42-86份，钢渣10-30份，脱硫石膏5-25份，碱性激发剂0.1-0.5份。
进一步地，所述粒化高炉矿渣为密度在2.84g/cm3～3.0g/cm3的矿渣微粉，所述钢渣为密度在3.0g/cm3～3.5g/cm3的钢渣粉，所述脱硫石膏为火力发电厂湿法脱硫的工业副产石膏且其密度在2.2g/cm3～2.3g/cm3，所述碱性激发剂为氧化钙、氢氧化钙、半水石膏、二水石膏、硅酸盐水泥熟料、无水硫酸钠、铝酸钠、无水碳酸钠、甲酸钙、硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠、明矾、三乙醇胺、三异丙醇胺、聚羧酸、二乙醇胺、多元醇中的一种或多种。
进一步地，所述的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，还包括以下重量份的原料：石灰石10份。
进一步地，所述石灰石为天然石灰石，所述石灰石的密度为2.60g/cm3～2.80g/cm3，所述石灰石的亚甲基蓝值不大于1.4g/kg。
进一步地，所述的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，还包括以下重量份的原料：粉煤灰5-30份。
进一步地，所述的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，还包括以下重量份的原料：粉煤灰3-4份、铁尾矿1-2份。
进一步地，所述粉煤灰为在电厂煤粉炉烟道气体中收集且密度在1.90g/cm3～2.90g/cm3的一级、二级粉煤灰。
进一步地，所述铁尾矿为以二氧化硅含量不低于60％的铁尾矿粉磨成一定细度且密度在2.70g/cm3～3.50g/cm3的铁尾矿粉。
根据本发明的另一方面，提供了全固废基低碳绿色生态胶凝材料的制造方法，包括混合粉磨和分别粉磨复配两种制造方法，分别粉磨复配的方法包括以下步骤：
S1按照配方比例将各种原料通过计量秤精确计量；
S2将S1中的各种原料加入辊式立磨机，分别粉磨得到比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％的粉体材料，然后由转子计量秤按照配方比例精确计量，进入气力与机械复合式混料机均化，即得所述全固废基低碳绿色生态胶凝材料。
混合粉磨的方法包括以下步骤：
S1按照配方比例将原料通过计量秤精确计量；
S2将S1中的原料加入辊式立磨机共同粉磨，粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％，即得所述全固废基低碳绿色生态胶凝材料。
本发明的有益效果：本发明的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，添加了碱性激发剂可以解决该低碳绿色生态胶凝材料早期强度低，凝结时间长等问题，全固废基低碳绿色生态胶凝材料具有良好的颗粒粒径分布，较低的需水量，水化热低，后期强度持续增长，具有较高的抗硫酸盐侵蚀性、抗冻性、耐热性、抗渗性，采用低水胶比配制砂浆和混凝土，能够满足工程质量要求的强度和耐久性；其生产工序全部为物理过程，100％采用工业固废弃物，节约燃料，能耗低，同时减少了对环境造成的污染，降低二氧化碳排放，既可以保护生态环境，又可以大量节约生产成本，变废为宝，高值化、产业化利用工业固体废弃物。
具体实施方式
下面将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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，采用的主要组成为作为固废的粒化高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、铁尾矿、石膏和石灰石，以及碱性激发剂。
材料的不同组分，由于其化学成分和矿物组成的不同，在碱性激发剂和硫酸盐激发的双重条件下表现出的反应活性不同，因此利用时应综合考虑粉体材料颗粒粒径分布与活性的协同耦合优化。本发明的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，将粒化高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、铁尾矿、石灰石、石膏、碱性激发剂，利用大型辊式立磨机，采取混合粉磨工艺或分别粉磨工艺磨成细粉，即可制备一种新型全固废基低碳绿色生态胶凝材料，该胶凝材料加水拌和后，在碱性激发剂的作用下，石膏立即从表面开始溶解，使液相中的Ca2+和SO2-4浓度不断上升，很快达到饱和状态；同时，由于碱性激发剂(钢渣)也开始水化，钢渣中的铝相C3A和铁相C4AF与溶于液相中的Ca2+和SO2-4水化形成钙矾石，钢渣中的C3S和C2S水化形成C-S-H凝胶并放出Ca2+，矿渣在Ca2+和SO2-4的双重激发作用下，开始水解形成C-S-H和钙矾石；随着水化反应的不断进行，各种水化产物逐渐填满原来由水占据的空间，固体粒子逐渐接近。由于钙矾石针状、棒状晶体的相互搭接，特别是大量箔片状、纤维状的C-S-H的交叉攀附，从而使原先分散的固体颗粒以及水化产物联结起来，构成一个三维空间牢固结合、密实的整体，从而使水泥石越来越密实，强度不断提高；剩余的石膏被厚厚的水化产物层严密包裹，不再继续溶解，从而使全固废基低碳绿色生态胶凝材料具有了较好的水硬性和强度，同时保持后续强度的持续增长，使整体结构具备更好的长期强度和耐久性。
本发明高值化利用钢铁冶金企业堆存的冶金渣，不存在煅烧工艺过程，节约燃料，能耗低，减少污染、促进节能减排，助力实现碳达峰碳中和目标，对持续改善环境质量，促进冶金建材行业高质量可持续发展也是机遇。
本发明经过大量试验反复验证比对，优化组合，探索出各种工业废渣之间的规律，最终确定最佳配比方案。根据各种工业废渣的物理、化学性能，不掺加硅酸盐水泥熟料，掺加一定比例的碱性增效剂，采取分别粉磨或混合粉磨工艺，经大型辊式立磨粉磨至一定比表面积，按照一定比例混合均化而成，是一种新型的低碳绿色生态胶凝材料。通过各种工业废渣的协同耦合作用，在胶凝材料水化后充分发挥其增塑效应、火山灰活性效应、微集料效应(填充效应)、形态效应、温峰削减效应，在混凝土生产中降低水泥用量，优化混凝土内部微观结构，改善了混凝土的工作性能，降低水化热，有效的预防了混凝土的干缩裂纹，提高了混凝土的耐久性，延长建筑工程的使用服役寿命。
基于工业废渣基础上的全固废低碳绿色生态胶凝材料抗大气稳定性差、易碳化，会导致混凝土结构发生质变，需要有别于常规混凝土的施工工艺管理和养护工艺管理，同时探讨在低碳胶凝材料生产过程中的有效预防机制。本发明利用富含钙、硅、铝等化学成分的工业固体废弃物，辅以碱性增效剂，生产新型低碳绿色生态胶凝材料，通过各种物料协同耦合作用发生一系列的化学反应，凝结硬化产生一定强度且持续增长，并保证其相应的物理性能，可从根本上改变现有水泥“两磨一烧”的生产方式，只需“一磨”即可生产水泥，不仅可以节省大量资源和能耗，还可以大幅度减少CO2等废气的排放，可制备低碳绿色生态胶凝材料。
实施例1
本发明实施例1中的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其主要组成为：作为固废的粒化高炉矿渣、脱硫石膏，以及碱性激发剂，各组分的比例为：粒化高炉矿渣55kg，脱硫石膏45kg，碱性激发剂0.5kg。
其中，所述碱性激发剂为氧化钙、氢氧化钙、半水石膏、二水石膏、硅酸盐水泥熟料、无水硫酸钠、铝酸钠、无水碳酸钠、甲酸钙、硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠、明矾、三乙醇胺、三异丙醇胺、聚羧酸、二乙醇胺、多元醇其中的一种或几种混合，其在整个全固废基体系中的作用为加速各组分化学、水化反应，加强整个体系的碱性环境，保证工程应用适宜的凝结时间，促进各矿物的生产，提高早期强度且保证长期强度持续增长。
按照配方比例，将粒化高炉矿渣、脱硫石膏，加入大型辊式立磨机，再将碱性激发剂按照上述材料总质量的0.5％加入，粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％，即得产品1；
或将粒化高炉矿渣，脱硫石膏，碱性激发剂加入辊式立磨机分别粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％的粉体材料，然后由转子计量秤按照配方比例精确计量，进入大型气力与机械复合式混料机均化即得产品1。
实施例2
本发明实施例2中的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其主要组成为：作为固废的粒化高炉矿渣、钢渣、脱硫石膏，以及碱性激发剂，各组分的比例为：粒化高炉矿渣50kg，钢渣30kg，脱硫石膏20kg，碱性激发剂0.5kg。
其中，所述碱性激发剂为氧化钙、氢氧化钙、半水石膏、二水石膏、硅酸盐水泥熟料、无水硫酸钠、铝酸钠、无水碳酸钠、甲酸钙、硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠、明矾、三乙醇胺、三异丙醇胺、聚羧酸、二乙醇胺、多元醇其中的一种或几种混合，其在整个全固废基体系中的作用为加速各组分化学、水化反应，加强整个体系的碱性环境，保证工程应用适宜的凝结时间，促进各矿物的生产，提高早期强度且保证长期强度持续增长。
按照配方比例，将粒化高炉矿渣、钢渣、脱硫石膏，加入大型辊式立磨机，再将碱性激发剂按照上述材料总质量的0.5％加入，粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％，即得产品2；
或将粒化高炉矿渣，钢渣，脱硫石膏，碱性激发剂加入辊式立磨机分别粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％的粉体材料，然后由转子计量秤按照配方比例精确计量，进入大型气力与机械复合式混料机均化即得产品2。
实施例3
本发明实施例3中的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其主要组成为：作为固废的粒化高炉矿渣、钢渣、脱硫石膏，以及碱性激发剂，各组分的比例为：粒化高炉矿渣54kg，钢渣26kg，脱硫石膏20kg，碱性激发剂0.5kg。
其中，所述碱性激发剂为氧化钙、氢氧化钙、半水石膏、二水石膏、硅酸盐水泥熟料、无水硫酸钠、铝酸钠、无水碳酸钠、甲酸钙、硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠、明矾、三乙醇胺、三异丙醇胺、聚羧酸、二乙醇胺、多元醇其中的一种或几种混合，其在整个全固废基体系中的作用为加速各组分化学、水化反应，加强整个体系的碱性环境，保证工程应用适宜的凝结时间，促进各矿物的生产，提高早期强度且保证长期强度持续增长。
按照配方比例，将粒化高炉矿渣、钢渣、脱硫石膏，加入大型辊式立磨机，再将碱性激发剂按照上述材料总质量的0.5％加入，粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％，即得产品3；
或将粒化高炉矿渣，钢渣，脱硫石膏，碱性激发剂加入辊式立磨机分别粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％的粉体材料，然后由转子计量秤按照配方比例精确计量，进入大型气力与机械复合式混料机均化即得产品3。
实施例4
本发明实施例4中的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其主要组成为：作为固废的粒化高炉矿渣、钢渣、脱硫石膏，以及碱性激发剂，各组分的比例为：粒化高炉矿渣69kg，钢渣19kg，脱硫石膏12kg，碱性激发剂0.4kg。
其中，所述碱性激发剂为氧化钙、氢氧化钙、半水石膏、二水石膏、硅酸盐水泥熟料、无水硫酸钠、铝酸钠、无水碳酸钠、甲酸钙、硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠、明矾、三乙醇胺、三异丙醇胺、聚羧酸、二乙醇胺、多元醇其中的一种或几种混合，其在整个全固废基体系中的作用为加速各组分化学、水化反应，加强整个体系的碱性环境，保证工程应用适宜的凝结时间，促进各矿物的生产，提高早期强度且保证长期强度持续增长。
按照配方比例，将粒化高炉矿渣、钢渣、脱硫石膏，加入大型辊式立磨机，再将碱性激发剂按照上述材料总质量的0.4％加入，粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％，即得产品4；
或将粒化高炉矿渣，钢渣，脱硫石膏，碱性激发剂加入辊式立磨机分别粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％的粉体材料，然后由转子计量秤按照配方比例精确计量，进入大型气力与机械复合式混料机均化即得产品4。
实施例5
本发明实施例5中的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其主要组成为：作为固废的粒化高炉矿渣、钢渣、脱硫石膏，以及碱性激发剂，各组分的比例为：粒化高炉矿渣72kg，钢渣16kg，脱硫石膏12kg，碱性激发剂0.1kg。
其中，所述碱性激发剂为氧化钙、氢氧化钙、半水石膏、二水石膏、硅酸盐水泥熟料、无水硫酸钠、铝酸钠、无水碳酸钠、甲酸钙、硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠、明矾、三乙醇胺、三异丙醇胺、聚羧酸、二乙醇胺、多元醇其中的一种或几种混合，其在整个全固废基体系中的作用为加速各组分化学、水化反应，加强整个体系的碱性环境，保证工程应用适宜的凝结时间，促进各矿物的生产，提高早期强度且保证长期强度持续增长。
按照配方比例，将粒化高炉矿渣、钢渣、脱硫石膏，加入大型辊式立磨机，再将碱性激发剂按照上述材料总质量的0.1％加入，粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％，即得产品5；
或将粒化高炉矿渣，钢渣，脱硫石膏，碱性激发剂加入辊式立磨机分别粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％的粉体材料，然后由转子计量秤按照配方比例精确计量，进入大型气力与机械复合式混料机均化即得产品5。
实施例6
本发明实施例6中的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其主要组成为：作为固废的粒化高炉矿渣、钢渣、脱硫石膏，以及碱性激发剂，各组分的比例为：粒化高炉矿渣76kg，钢渣14kg，脱硫石膏10kg，碱性激发剂0.1kg。
其中，所述碱性激发剂为氧化钙、氢氧化钙、半水石膏、二水石膏、硅酸盐水泥熟料、无水硫酸钠、铝酸钠、无水碳酸钠、甲酸钙、硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠、明矾、三乙醇胺、三异丙醇胺、聚羧酸、二乙醇胺、多元醇其中的一种或几种混合，其在整个全固废基体系中的作用为加速各组分化学、水化反应，加强整个体系的碱性环境，保证工程应用适宜的凝结时间，促进各矿物的生产，提高早期强度且保证长期强度持续增长。
按照配方比例，将粒化高炉矿渣、钢渣、脱硫石膏，加入大型辊式立磨机，再将碱性激发剂按照上述材料总质量的0.1％加入，粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％，即得产品6；
或将粒化高炉矿渣，钢渣，脱硫石膏，碱性激发剂加入辊式立磨机分别粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％的粉体材料，然后由转子计量秤按照配方比例精确计量，进入大型气力与机械复合式混料机均化即得产品6。
实施例7
本发明实施例7中的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其主要组成为：作为固废的粒化高炉矿渣、钢渣、脱硫石膏，以及碱性激发剂，各组分的比例为：粒化高炉矿渣70kg，钢渣18kg，脱硫石膏12kg，碱性激发剂0.1kg。
其中，所述碱性激发剂为氧化钙、氢氧化钙、半水石膏、二水石膏、硅酸盐水泥熟料、无水硫酸钠、铝酸钠、无水碳酸钠、甲酸钙、硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠、明矾、三乙醇胺、三异丙醇胺、聚羧酸、二乙醇胺、多元醇其中的一种或几种混合，其在整个全固废基体系中的作用为加速各组分化学、水化反应，加强整个体系的碱性环境，保证工程应用适宜的凝结时间，促进各矿物的生产，提高早期强度且保证长期强度持续增长。
按照配方比例，将粒化高炉矿渣、钢渣、脱硫石膏，加入大型辊式立磨机，再将碱性激发剂按照上述材料总质量的0.2％加入，粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％，即得产品7；
或将粒化高炉矿渣，钢渣，脱硫石膏，碱性激发剂加入辊式立磨机分别粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％的粉体材料，然后由转子计量秤按照配方比例精确计量，进入大型气力与机械复合式混料机均化即得产品7。
实施例8
本发明实施例8中的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其主要组成为：作为固废的粒化高炉矿渣、钢渣、脱硫石膏，以及碱性激发剂，各组分的比例为：粒化高炉矿渣81kg，钢渣11kg，脱硫石膏8kg，碱性激发剂0.1kg。
其中，所述碱性激发剂为氧化钙、氢氧化钙、半水石膏、二水石膏、硅酸盐水泥熟料、无水硫酸钠、铝酸钠、无水碳酸钠、甲酸钙、硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠、明矾、三乙醇胺、三异丙醇胺、聚羧酸、二乙醇胺、多元醇其中的一种或几种混合，其在整个全固废基体系中的作用为加速各组分化学、水化反应，加强整个体系的碱性环境，保证工程应用适宜的凝结时间，促进各矿物的生产，提高早期强度且保证长期强度持续增长。
按照配方比例，将粒化高炉矿渣、钢渣、脱硫石膏，加入大型辊式立磨机，再将碱性激发剂按照上述材料总质量的0.1％加入，粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％，即得产品8；
或将粒化高炉矿渣，钢渣，脱硫石膏，碱性激发剂加入辊式立磨机分别粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％的粉体材料，然后由转子计量秤按照配方比例精确计量，进入大型气力与机械复合式混料机均化即得产品8。
实施例9
本发明实施例9中的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其主要组成为：作为固废的粒化高炉矿渣、钢渣、脱硫石膏，以及碱性激发剂，各组分的比例为：粒化高炉矿渣86kg，钢渣8kg，脱硫石膏6kg，碱性激发剂0.1kg。
其中，所述碱性激发剂为氧化钙、氢氧化钙、半水石膏、二水石膏、硅酸盐水泥熟料、无水硫酸钠、铝酸钠、无水碳酸钠、甲酸钙、硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠、明矾、三乙醇胺、三异丙醇胺、聚羧酸、二乙醇胺、多元醇其中的一种或几种混合，其在整个全固废基体系中的作用为加速各组分化学、水化反应，加强整个体系的碱性环境，保证工程应用适宜的凝结时间，促进各矿物的生产，提高早期强度且保证长期强度持续增长。
按照配方比例，将粒化高炉矿渣、钢渣、脱硫石膏，加入大型辊式立磨机，再将碱性激发剂按照上述材料总质量的0.1％加入，粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％，即得产品9；
或将粒化高炉矿渣，钢渣，脱硫石膏，碱性激发剂加入辊式立磨机分别粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％的粉体材料，然后由转子计量秤按照配方比例精确计量，进入大型气力与机械复合式混料机均化即得产品9。
实施例10
本发明实施例10中的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其主要组成为：作为固废的粒化高炉矿渣、钢渣、石灰石、脱硫石膏，以及碱性激发剂，各组分的比例为：粒化高炉矿渣45kg，钢渣30kg，石灰石10kg，脱硫石膏15kg，碱性激发剂0.5kg。
其中，所述碱性激发剂为氧化钙、氢氧化钙、半水石膏、二水石膏、硅酸盐水泥熟料、无水硫酸钠、铝酸钠、无水碳酸钠、甲酸钙、硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠、明矾、三乙醇胺、三异丙醇胺、聚羧酸、二乙醇胺、多元醇其中的一种或几种混合，其在整个全固废基体系中的作用为加速各组分化学、水化反应，加强整个体系的碱性环境，保证工程应用适宜的凝结时间，促进各矿物的生产，提高早期强度且保证长期强度持续增长。
按照配方比例，将粒化高炉矿渣、钢渣、石灰石、脱硫石膏，加入大型辊式立磨机，再将碱性激发剂按照上述材料总质量的0.5％加入，粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％，即得产品10；
或将粒化高炉矿渣，钢渣，脱硫石膏，石灰石，碱性激发剂加入辊式立磨机分别粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％的粉体材料，然后由转子计量秤按照配方比例精确计量，进入大型气力与机械复合式混料机均化即得产品10。
实施例11
本发明实施例11中的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其主要组成为：作为固废的粒化高炉矿渣、钢渣、石灰石、脱硫石膏，以及碱性激发剂，各组分的比例为：粒化高炉矿渣42kg，钢渣23kg，石灰石10kg，脱硫石膏25kg，碱性激发剂0.5kg。
其中，所述碱性激发剂为氧化钙、氢氧化钙、半水石膏、二水石膏、硅酸盐水泥熟料、无水硫酸钠、铝酸钠、无水碳酸钠、甲酸钙、硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠、明矾、三乙醇胺、三异丙醇胺、聚羧酸、二乙醇胺、多元醇其中的一种或几种混合，其在整个全固废基体系中的作用为加速各组分化学、水化反应，加强整个体系的碱性环境，保证工程应用适宜的凝结时间，促进各矿物的生产，提高早期强度且保证长期强度持续增长。
按照配方比例，将粒化高炉矿渣、钢渣、石灰石、脱硫石膏，加入大型辊式立磨机，再将碱性激发剂按照上述材料总质量的0.5％加入，粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％，即得产品11；
或将粒化高炉矿渣，钢渣，石灰石，脱硫石膏，碱性激发剂加入辊式立磨机分别粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％的粉体材料，然后由转子计量秤按照配方比例精确计量，进入大型气力与机械复合式混料机均化即得产品11。
实施例12
本发明实施例11中的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其主要组成为：作为固废的粒化高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、脱硫石膏，以及碱性激发剂，各组分的比例为：粒化高炉矿渣51kg，钢渣11kg，粉煤灰30kg，脱硫石膏8kg，碱性激发剂0.5kg。
其中，所述碱性激发剂为氧化钙、氢氧化钙、硅酸盐水泥熟料、三乙醇胺、三异丙醇胺、聚羧酸、二乙醇胺、多元醇其中的一种或几种混合。
按照配方比例，将粒化高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、脱硫石膏，加入大型辊式立磨机，再将碱性激发剂按照上述材料总质量的0.5％加入，粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％，即得产品12；
或将粒化高炉矿渣，钢渣，粉煤灰，脱硫石膏，碱性激发剂加入辊式立磨机分别粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％的粉体材料，然后由转子计量秤按照配方比例精确计量，进入大型气力与机械复合式混料机均化即得产品12。
实施例13
本发明实施例13中的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其主要组成为：作为固废的粒化高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、脱硫石膏，以及碱性激发剂，各组分的比例为：粒化高炉矿渣46kg，钢渣14kg，粉煤灰30kg，脱硫石膏10kg，碱性激发剂0.5kg。
其中，所述碱性激发剂为氧化钙、氢氧化钙、半水石膏、二水石膏、硅酸盐水泥熟料、无水硫酸钠、铝酸钠、无水碳酸钠、甲酸钙、硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠、明矾、三乙醇胺、三异丙醇胺、聚羧酸、二乙醇胺、多元醇其中的一种或几种混合，其在整个全固废基体系中的作用为加速各组分化学、水化反应，加强整个体系的碱性环境，保证工程应用适宜的凝结时间，促进各矿物的生产，提高早期强度且保证长期强度持续增长。
按照配方比例，将粒化高炉矿渣、钢渣，粉煤灰，脱硫石膏，加入大型辊式立磨机，再将碱性激发剂按照上述材料总质量的0.5％加入，粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％，即得产品13；
或将粒化高炉矿渣，钢渣，粉煤灰，脱硫石膏，碱性激发剂加入辊式立磨机分别粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％的粉体材料，然后由转子计量秤按照配方比例精确计量，进入大型气力与机械复合式混料机均化即得产品13。
实施例14
本发明实施例14中的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其主要组成为：作为固废的粒化高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、脱硫石膏，以及碱性激发剂，各组分的比例为：粒化高炉矿渣42kg，钢渣6kg，粉煤灰30kg，脱硫石膏12kg，碱性激发剂0.5kg。
其中，所述碱性激发剂为氧化钙、氢氧化钙、半水石膏、二水石膏、硅酸盐水泥熟料、无水硫酸钠、铝酸钠、无水碳酸钠、甲酸钙、硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠、明矾、三乙醇胺、三异丙醇胺、聚羧酸、二乙醇胺、多元醇其中的一种或几种混合，其在整个全固废基体系中的作用为加速各组分化学、水化反应，加强整个体系的碱性环境，保证工程应用适宜的凝结时间，促进各矿物的生产，提高早期强度且保证长期强度持续增长。
按照配方比例，将粒化高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、脱硫石膏，加入大型辊式立磨机，再将碱性激发剂按照上述材料总质量的0.5％加入，粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％，即得产品14；
或将粒化高炉矿渣，钢渣，粉煤灰，脱硫石膏，碱性激发剂加入辊式立磨机分别粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％的粉体材料，然后由转子计量秤按照配方比例精确计量，进入大型气力与机械复合式混料机均化即得产品14。
实施例15
本发明实施例15中的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其主要组成为：作为固废的粒化高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、脱硫石膏，以及碱性激发剂，各组分的比例为：粒化高炉矿渣43kg，钢渣20kg，粉煤灰25kg，脱硫石膏12kg，碱性激发剂0.5kg。
其中，所述碱性激发剂为氧化钙、氢氧化钙、半水石膏、二水石膏、硅酸盐水泥熟料、无水硫酸钠、铝酸钠、无水碳酸钠、甲酸钙、硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠、明矾、三乙醇胺、三异丙醇胺、聚羧酸、二乙醇胺、多元醇其中的一种或几种混合，其在整个全固废基体系中的作用为加速各组分化学、水化反应，加强整个体系的碱性环境，保证工程应用适宜的凝结时间，促进各矿物的生产，提高早期强度且保证长期强度持续增长。
按照配方比例，将粒化高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、脱硫石膏，加入大型辊式立磨机，再将碱性激发剂按照上述材料总质量的0.5％加入，粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％，即得产品15；
或将粒化高炉矿渣，钢渣，粉煤灰，脱硫石膏，碱性激发剂加入辊式立磨机分别粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％的粉体材料，然后由转子计量秤按照配方比例精确计量，进入大型气力与机械复合式混料机均化即得产品15。
实施例16
本发明实施例16中的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其主要组成为：作为固废的粒化高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、脱硫石膏，以及碱性激发剂，各组分的比例为：粒化高炉矿渣63kg，钢渣20kg，粉煤灰5kg，脱硫石膏12kg，碱性激发剂0.5kg。
其中，所述碱性激发剂为氧化钙、氢氧化钙、半水石膏、二水石膏、硅酸盐水泥熟料、无水硫酸钠、铝酸钠、无水碳酸钠、甲酸钙、硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠、明矾、三乙醇胺、三异丙醇胺、聚羧酸、二乙醇胺、多元醇其中的一种或几种混合，其在整个全固废基体系中的作用为加速各组分化学、水化反应，加强整个体系的碱性环境，保证工程应用适宜的凝结时间，促进各矿物的生产，提高早期强度且保证长期强度持续增长。
按照配方比例，将粒化高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、脱硫石膏，加入大型辊式立磨机，再将碱性激发剂按照上述材料总质量的0.5％加入，粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％，即得产品16；
或将粒化高炉矿渣，钢渣，粉煤灰，脱硫石膏，碱性激发剂加入辊式立磨机分别粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％的粉体材料，然后由转子计量秤按照配方比例精确计量，进入大型气力与机械复合式混料机均化即得产品16。
实施例17
本发明实施例17中的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其主要组成为：作为固废的粒化高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、脱硫石膏，以及碱性激发剂，各组分的比例为：粒化高炉矿渣66kg，钢渣18kg，粉煤灰5kg，脱硫石膏11kg，碱性激发剂0.5kg。
其中，所述碱性激发剂为氧化钙、氢氧化钙、半水石膏、二水石膏、硅酸盐水泥熟料、无水硫酸钠、铝酸钠、无水碳酸钠、甲酸钙、硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠、明矾、三乙醇胺、三异丙醇胺、聚羧酸、二乙醇胺、多元醇其中的一种或几种混合，其在整个全固废基体系中的作用为加速各组分化学、水化反应，加强整个体系的碱性环境，保证工程应用适宜的凝结时间，促进各矿物的生产，提高早期强度且保证长期强度持续增长。
按照配方比例，将粒化高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、脱硫石膏，加入大型辊式立磨机，再将碱性激发剂按照上述材料总质量的0.5％加入，粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％，即得产品17；
或将粒化高炉矿渣，钢渣，粉煤灰，脱硫石膏，碱性激发剂加入辊式立磨机分别粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％的粉体材料，然后由转子计量秤按照配方比例精确计量，进入大型气力与机械复合式混料机均化即得产品17。
本发明的上述全固废基低碳绿色生态胶凝材料，添加了碱性激发剂，同时石膏的硫酸盐激发，双重作用下可以解决胶凝材料的早期强度低，凝结时间长等问题，同时胶凝材料具有合理的颗粒粒径分布，需水量小、标准稠度适宜，工程应用中宜采用低水胶比配制砂浆或混凝土，以保证砂浆和混凝土满足工程质量要求的早期强度和后续持续长期强度，确保工程耐久性。
以下，对上述实施例1-17所得的产品进行性能测试，并与通用硅酸盐水泥进行性能对比。
作为对比例，通用硅酸盐基准水泥的组成为熟料、矿渣、石灰石和石膏，其中基准水泥1为P·O 42.5水泥，熟料占79％，矿渣15％，脱硫石膏占6％；基准水泥2为P·S·A32.5水泥熟料占60％，矿渣25％，石灰石8％，脱硫石膏占7％。
首先按照GB/T 12573《水泥取样方法》分别对上述基准水泥1、2进行随机抽取20个不同取样点，充分混匀后按照水泥性能检测的试验方法，测定基准水泥和实施例1-17的全固废基低碳绿色生态胶凝材料各自的物理性能。其中，按照GB/T 1345《水泥细度检验方法筛析法》测定上述各产品的细度，按照GB/T 1346《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》检测标准稠度用水量、凝结时间和安定性，按照GB/T 2419《水泥胶砂流动度测定方法》测定胶砂流动度，按照GB/T 17671《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》测定各品种的胶砂强度。具体而言，分别测试了各品种在3天、7天和28天的情况下的抗折强度和抗压强度，并进行对比。测定结果如表1所示：
表1实施例和常规硅酸盐各龄期强度对比
Figure BDA0003784270420000161
Figure BDA0003784270420000171
由上述数据可知，虽然本发明实施例1-17中的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，采用工业固体废弃物替代传统的硅酸盐水泥熟料，其抗折强度和抗压强度依然达到了通用硅酸盐水泥的质量技术要求。因此，本发明能达到工业固体废弃物产业化、高值化利用目的，低碳、绿色、生态、环保。尤其，以实施例2为例，其全固废基低碳绿色生态胶凝材料3天抗折强度达到5.5MPa，优于基准水泥1的5.2MPa，28天的抗折强度8.8MPa，与基准水泥1相同。此外，其3天抗压强度24.0MPa，与基准水泥1相同，28天抗压强度54.3MPa，优于基准水泥1的53.1MPa，能够达到42.5级通用硅酸盐水泥的强度控制要求且留足富余强度，其他诸如实施例3、4、5、6中的全固废基低碳绿色生态胶凝材料3天、7天、28天抗折强度、抗压强度皆能达到通用硅酸盐42.5水泥的强度控制要求且留足富余强度；以实施例1为例，其全固废基低碳绿色生态胶凝材料3天抗折强度达到6.3MPa，优于基准水泥2的4.0MPa，28天的抗折强度9.8MPa，优于基准水泥2的7.8MPa。此外，其3天抗压强度21.3MPa，优于基准水泥2的18.0MPa，28天抗压强度39.7MPa，优于基准水泥2的38.2MPa，能够达到32.5级通用硅酸盐水泥的强度控制要求且留足富余强度，其他诸如实施例7—17中的全固废基低碳绿色生态胶凝材料3天、7天、28天抗折强度、抗压强度皆能达到通用硅酸盐32.5水泥的强度控制要求且留足富余强度。
综上所述，由于本发明的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，不掺加硅酸盐水泥熟料，高值化利用钢铁、电力、煤炭及化工企业产生的工业固体废弃物，在满足传统通用硅酸盐水泥所需要的物理性能的前提下，其生产工艺流程中仅会产生与用电有关的排放，大大减少了CO2和NO、NO2等氮氧化合物的排放，即较少了温室气体和有害气体的排放，对环境保护是有利的；生产用原材料采用的是工业固体废弃物，能够大量消纳历史堆存的固废和新产生的固废，实现工业企业“低碳环保、绿色生态、资源循环利用、零排放”目标，对于实现产业结构升级，促进节能减排，发展绿色低碳循环经济体系，助力实现碳达峰、碳中和目标具有重要的里程碑意义。
以上所述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)

1.一种全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：粒化高炉矿渣42-86份，钢渣10-30份，脱硫石膏5-25份，碱性激发剂0.1-0.5份。
2. 根据权利要求1所述的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其特征在于，所述粒化高炉矿渣为密度在2.84g/cm3～3.0g/cm3的矿渣微粉，所述钢渣为密度在3.0g/cm3～3.5g/cm3的钢渣粉，所述脱硫石膏为火力发电厂湿法脱硫的工业副产石膏且其密度在 2.2g/cm3～2.3g/cm3，所述碱性激发剂为氧化钙、氢氧化钙、半水石膏、二水石膏、硅酸盐水泥熟料、无水硫酸钠、铝酸钠、无水碳酸钠、甲酸钙、硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠、明矾、三乙醇胺、三异丙醇胺、聚羧酸、二乙醇胺、多元醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其特征在于，还包括以下重量份的原料：石灰石10份。
4. 根据权利要求3所述的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其特征在于，所述石灰石为天然石灰石，所述石灰石的密度为 2.60g/cm3～2.80g/cm3，所述石灰石的亚甲基蓝值不大于1.4g/kg。
5.根据权利要求1所述的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其特征在于，还包括以下重量份的原料：粉煤灰5-30份。
6.根据权利要求1所述的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其特征在于，还包括以下重量份的原料：粉煤灰3-4份、铁尾矿1-2份。
7.根据权利要求5或6所述的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其特征在于，所述粉煤灰为在电厂煤粉炉烟道气体中收集且密度在1.90g/cm3～2.90g/cm3的一级、二级粉煤灰。
8.根据权利要求6所述的全固废基低碳绿色生态胶凝材料，其特征在于，所述铁尾矿为以二氧化硅含量不低于60%的铁尾矿粉磨成一定细度且密度在2.70g/cm3～3.50g/cm3的铁尾矿粉。
9.一种如权利要求1、3、5、6中任意一项所述的全固废基低碳绿色生态胶凝材料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1 按照配方比例将各种原料通过计量秤精确计量；
S2 将S1中的各种原料加入辊式立磨机，分别粉磨得到比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％的粉体材料，然后由转子计量秤按照配方比例精确计量，进入气力与机械复合式混料机均化，即得所述全固废基低碳绿色生态胶凝材料。
10.一种如权利要求1、3、5、6中任意一项所述的全固废基低碳绿色生态胶凝材料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1 按照配方比例将原料通过计量秤精确计量；
S2 将S1中的原料加入辊式立磨机共同粉磨，粉磨至比表面积不小于500m2/kg且30μm筛余不大于3.0％，即得所述全固废基低碳绿色生态胶凝材料。
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