CN116462440B - 一种低收缩工业固废激发剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低收缩工业固废激发剂，由包括以下质量百分比的组分制备得到：碱渣65%~85%、脱硫石膏2%~22%、熟石灰粉2%~10%和碳酸锂3%。在激发钢渣粉时外掺一定量具有“储水保水”功能的纤维素，使材料激发过程连续稳定，产物相对匀质且结构密实，降低了收缩。实验证实，激发剂中碱渣为77wt%，脱硫石膏为12wt%，熟石灰粉为8wt%和碳酸锂为3wt%，激发剂与钢渣质量比为1：1时，材料14d抗压强度为15.6MPa，收缩率为2.5×10‑6，28d抗压强度为25.9MPa，收缩率为2.6×10‑6；纤维素纤维掺量4%时，材料14d抗压强度为18.3MPa，28d抗压强度为30.3MPa。
Description
技术领域
本发明涉及激发剂技术领域，尤其涉及一种低收缩工业固废激发剂及其制备方法和应用。
背景技术
在钢铁冶炼工业化发展过程中，固废物主要以粉煤灰、矿渣和钢渣为主，其中粉煤灰和矿渣作为掺合料广泛的应用于水泥混凝土行业中，而钢渣利用率极低，只有少量用于回填材料、路基材料、辅助性胶凝材料和混凝土掺合料等。
钢渣是在炼钢的高温下形成的，炼钢排出的钢渣中的C2S和C3S矿物结晶较为完整、结晶晶粒尺寸较大，导致钢渣整体结构致密；同时，钢渣具有一定的胶凝活性，将钢渣球磨成粉状可以代替部分水泥，是一种优良的混凝土掺合料。钢渣作为掺和料加入混凝土中可以减少需水量，新拌浆体流动性有较大的改善；钢渣也具有火山灰效应，作为掺和料按一定的配比加入到混凝土中，会和水泥水化生成工业级熟石灰粉发生二次水化反应，水化产物填充混凝土结构空隙，使得混凝土内部密实度得到提高，有利于增强混凝土后期强度。同时，钢渣的加入有效地减缓了水泥水化热速率，大大抵消了在大体积混凝土中由于温度所产生的开裂现象。但钢渣虽然存在潜在的胶凝活性，但是需要一定的激发措施，才能得到充分利用。单纯用工业化学试剂激发钢渣粉，成本高且不利于工业化应用，更重要的是激发后的胶凝材料会因收缩变形导致膨胀开裂，强度低。因此，提供一种能够显著改善钢渣基胶凝材料膨胀现象和强度低的激发剂成为本领域亟待解决的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低收缩工业固废激发剂及其制备方法和应用。本发明提供的激发剂激发钢渣后能够充分利用工业固废，而且抑制钢渣基胶凝材料的膨胀开裂，同时提高强度。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种低收缩工业固废激发剂，由包括以下质量百分比的组分制备得到：碱渣65%~85%，脱硫石膏2%~22%，熟石灰粉2%~10%和碳酸锂3%。
优选地，由包括以下质量百分比的组分制备得到：碱渣70%~83%，脱硫石膏10%~20%，熟石灰粉4%~8%和碳酸锂3%。
优选地，由包括以下质量百分比的组分制备得到：碱渣75%~81%，脱硫石膏15%~18%，熟石灰粉5%~6%和碳酸锂3%。
优选地，所述碱渣的粒径≤200目。
优选地，所述脱硫石膏中的CaSO4·2H2O的质量为90%。
本发明还提供了上述技术方案所述低收缩工业固废激发剂的制备方法，包括如下步骤：
将碱渣、脱硫石膏、熟石灰粉和碳酸锂混合，得到低收缩工业固废激发剂。
本发明还提供了上述技术方案所述低收缩工业固废激发剂或上述技术方案所述制备方法制备得到的低收缩工业固废激发剂在钢渣基复合胶凝材料中的应用。
优选地，所述低收缩工业固废激发剂与钢渣的质量比为（1~3）：1。
优选地，所述钢渣基复合胶凝材料中还添加了纤维素纤维。
优选地，所述纤维素纤维的质量为钢渣的1wt%~6wt%。
本发明提供了一种低收缩工业固废激发剂，由包括以下质量百分比的组分制备得到：碱渣65%~85%，脱硫石膏2%~22%，熟石灰粉2%~10%和碳酸锂3%。本发明中脱硫石膏能够引入更多的SO4 2-、Ca2＋来增加水化的速度，提高硬化体强度；碳酸锂中Li+和CO3 2-有利于激发钢渣中C2S和C3S的水化；通过控制碱渣、脱硫石膏以及熟石灰粉的用量，能够调控浆体溶液的pH值，裂解钢渣表面结构激发钢渣粉的活性，使得水化进程加快，内部水化产物不断产生，主要以C-S-H凝胶、C-A-S-H、钙矾石和水化铝酸钙为主，材料结构的内部密实程度也由前期的疏松变得密实，强度不断提高，同时也缓解了钢渣本身易收缩的问题，从而抑制了膨胀开裂。实验结果表明，激发剂中碱渣为77wt%，脱硫石膏为12wt%，熟石灰粉为8wt%和碳酸锂为3wt%，且激发剂与钢渣的质量比为1：1时，钢渣基复合胶凝材料14d抗压强度为15.6MPa，收缩率为2.5×10-6，28d抗压强度为25.9MPa，收缩率为2.6×10-6，60d抗压强度为38.6MPa，收缩率为2.8×10-6；纤维素纤维掺量为4%时，钢渣基复合胶凝材料14d抗压强度为18.3MPa，28d抗压强度为30.3MPa，60d抗压强度为44.3MPa。
附图说明
图1为应用例18制备得到的钢渣基复合胶凝材料的核磁共振图谱；
图2为应用例18制备得到的钢渣基复合胶凝材料的XRD分析结果图；
图3为应用例18制备得到的钢渣基复合胶凝材料的SEM扫描结果图；
图4为应用例39制备得到的钢渣基复合胶凝材料的SEM扫描结果图。
具体实施方式
本发明提供了一种低收缩工业固废激发剂，由包括以下质量百分比的组分制备得到：碱渣65%~85%，脱硫石膏2%~22%，熟石灰粉2%~10%和碳酸锂3%。
以低收缩工业固废激发剂的质量为100%计，本发明提供的低收缩工业固废激发剂包括碱渣65%~85%，优选为70%~83%，进一步优选为75%~81%，更优选为77%~79%。在本发明中，所述碱渣的粒径优选≤200目；以质量百分比计，所述碱渣优选包括以下化学成分：CaCl232.37%~38.25%，CaO 32.92%~37.93%，Na2O 21.31%~26.89%，SiO2 0.8%~2.92%，MgO 0.42%~1.54%，SO3 0.42%~0.57%和Al2O3 0.2%~0.43%，更优选为CaCl2 35.19%，CaO 33.87%，Na2O25.75%，SiO2 2.87%，MgO 1.42%，SO3 0.52%和Al2O3 0.38%；所述碱渣优选为唐山三友化工股份有限公司生产。在本发明中，所述碱渣对钢渣有激发作用，能提高钢渣的活性。
以低收缩工业固废激发剂的质量为100%计，本发明提供的低收缩工业固废激发剂还包括脱硫石膏2%~22%，优选为10%~20%，更优选为15%~18%。在本发明中，所述脱硫石膏中的CaSO4·2H2O的质量优选为90%；以质量百分比计，所述脱硫石膏优选包括以下化学成分：CaO 48.06%~50.02%，SO3 43.57%~44.86%，SiO2 2.95%~3.48%，MgO 1.48%~2.04%、Al2O31.18%~1.85%和杂质≤3%；更优选为CaO 48.06%，SO3 43.57%，SiO2 2.95%，MgO 1.48%，Al2O31.18%和杂质2.76%；所述脱硫石膏优选为巩义市元亨净水材料厂生产；所述脱硫石膏的粒径优选≤200目。在本发明中，脱硫石膏能够引入更多的SO4 2-、Ca2＋来增加水化的速度，提高硬化强度。
以低收缩工业固废激发剂的质量为100%计，本发明提供的低收缩工业固废激发剂还包括熟石灰粉2%~10%，优选为4%~8%，更优选为5%~6%；所述熟石灰粉优选为工业级熟石灰粉；所述熟石灰粉优选为国药集团化学试剂有限公司生产；所述熟石灰粉中氢氧化钙的纯度优选≥70wt%，更优选≥85wt%。在本发明中，所述熟石灰粉能够调控浆体溶液的pH值，而且能够提高材料的强度。
以低收缩工业固废激发剂的质量为100%计，本发明提供的低收缩工业固废激发剂还包括碳酸锂3%；所述碳酸锂优选为山东瑞福锂业有限公司生产，所述碳酸锂的纯度优选≥95wt%。在本发明中，所述碳酸锂能够提供Li+和CO3 2-有利于激发钢渣中C2S和C3S的水化。
本发明中脱硫石膏能够引入更多的SO4 2-、Ca2＋来增加水化的速度，提高硬化强度；通过控制碱渣、脱硫石膏以及熟石灰粉的用量，能够调控浆体溶液的pH值，裂解钢渣表面结构激发钢渣的活性，使得水化进程加快，内部水化产物不断产生，以C-S-H凝胶、C-A-S-H、钙矾石和水化铝酸钙为主，材料结构的内部密实程度也由前期的疏松变得密实，强度不断提高，提高了钢渣的利用率。
本发明还提供了上述技术方案所述低收缩工业固废激发剂的制备方法，包括如下步骤：
将碱渣、脱硫石膏、熟石灰粉和碳酸锂混合，得到低收缩工业固废激发剂。
在本发明中，所述混合优选在搅拌条件下进行。本发明对所述搅拌的操作没有特殊的限定，只要保证各原料混合均匀即可。
本发明提供的制备方法工艺简单，适用于工业化生产。
本发明还提供了上述技术方案所述低收缩工业固废激发剂或者上述技术方案所述制备方法制备得到的低收缩工业固废激发剂在钢渣基复合胶凝材料中的应用。
在本发明中，所述低收缩工业固废激发剂与钢渣的质量比优选为（1~3）：1。
在本发明中，以质量百分比计，所述钢渣的化学成分优选包括CaO 32.0%~37.2%，SiO2 19.1%~28.9%，Fe2O3 24.0%~30.5%，Al2O3 6.3%~8.2%和MgO 3.9%~5.5%，更优选为CaO34.2%，SiO2 27.1%，Fe2O3 26.7%和Al2O3 7.8%和MgO 4.2%；所述钢渣优选为河钢集团邯钢公司生产的转炉钢渣；所述钢渣的粒径优选为120目；所述钢渣的密度优选为3.2g/cm3；所述钢渣优选为钢渣粉。
在本发明中，所述钢渣在使用前优选进行预处理；所述预处理优选为依次进行的球磨、过120目筛、浸泡于酸性溶液中、过滤和干燥。在本发明中，所述预处理能够使得钢渣中游离氧化钙和游离氧化镁先膨胀，避免后期使用时出现开裂膨胀，从而进一步抑制了胶凝材料的膨胀开裂现象。
本发明对所述球磨的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的球磨操作即可。
在本发明中，所述酸性溶液优选为盐酸溶液；所述酸性溶液的pH值优选为5；所述浸泡的温度优选为25℃；所述浸泡的时间优选为3天。本发明对所述盐酸溶液的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品或者熟知的配制方法配制即可。在本发明中，钢渣在酸性溶液中进行处理相比于中性和碱性溶液中能够进一步抑制胶凝材料的膨胀开裂现象。
本发明对所述过滤的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过滤操作即可。
本发明对所述干燥的操作没有特殊的限定，干燥至恒重即可。
本发明对所述低收缩工业固废激发剂在钢渣基复合胶凝材料中的应用操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的操作即可。
在本发明中，所述钢渣基复合胶凝材料中优选还添加了纤维素纤维；所述纤维素纤维的质量优选为钢渣的1wt%~6wt%，进一步优选为2wt%~5wt%，更优选为3wt%~4wt%。在本发明中，所述纤维素纤维的长度优选为6mm~10mm；所述纤维素纤维的直径优选为0.5μm~15μm；所述纤维素纤维优选为唐山三友集团生产；所述纤维素纤维优选为粘胶短纤维。在本发明中，纤维素纤维具有良好的亲水性，能够为激发环境提供“储水和保水”功能，还可以为水化产物提供附着平台，并且其内部有空腔，会不断的从空腔释放水，逐步加快水化速度，使形成的水化产物不断增加，分布相对均匀，可使强度不断提高，同时还能起到填补孔隙，使胶凝材料更加密实的作用，但是超过一定添加量会降低凝胶材料的强度，主要是因为纤维之间发生团聚现象，纤维和纤维之间完全缠绕在一起，没有从基体中分散开来，无法完全发挥其作用，致使纤维团聚变成一种缺陷，导致抗压强度下降。
在本发明中，所述纤维素纤维提高钢渣基复合胶凝材料强度的原理为纤维素纤维孔隙中储存水分，在胶凝材料中能够释放水分，加快水化，为水化产物提供了附着平台，但是大量添加则会产生团聚。
在本发明中，所述钢渣复合凝胶材料的制备方法包括如下步骤：
将原料依次进行拌和、浇筑成型、一次养护、脱模和二次养护，得到钢渣复合凝胶材料。
本发明对所述钢渣基复合胶凝材料的拌和以及浇筑成型的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的操作即可。
在本发明中，所述一次养护优选在标准养护箱中进行；所述一次养护的温度优选为45±2℃；所述一次养护的相对湿度优选≥90%；所述一次养护的时间优选为48h。
本发明对所述脱模的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的操作即可。
本发明对所述二次养护的操作没有特殊的限定，采用本领域熟知的标准养护至规定龄期即可。
本发明提供的钢渣基复合胶凝材料具备优异的抗压强度，不易发生膨胀开裂，且钢渣利用率高。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例采用的原料如下：
碱渣的粒径≤200目；
以质量百分比计，所述碱渣为以下化学成分：CaCl2 35.19%，CaO 33.87%，Na2O25.75%，SiO2 2.87%，MgO 1.42%，SO3 0.52%和Al2O3 0.38%；
碱渣为唐山三友化工股份有限公司生产；
脱硫石膏中的CaSO4·2H2O的质量为90%；
脱硫石膏的粒径≤200目；
以质量百分比计，脱硫石膏为以下化学成分：CaO 48.06%，SO3 43.57%，SiO22.95%，MgO 1.48%，Al2O3 1.18%和杂质2.76%；
脱硫石膏为巩义市元亨净水材料厂生产；
工业级熟石灰粉为国药集团化学试剂有限公司生产；
工业级熟石灰粉中氢氧化钙的纯度≥85wt%；
碳酸锂为山东瑞福锂业有限公司生产，纯度≥95wt%。
实施例1~14
实施例1~14中低收缩工业固废激发剂各组分的用量如表1所示，单位为g。
表1 实施例1~14中低收缩工业固废激发剂各组分的用量
将碱渣、脱硫石膏、工业级熟石灰粉和碳酸锂搅拌混合均匀，得到低收缩工业固废激发剂。
应用例的原料：
以质量百分比计，钢渣的化学成分为CaO 34.2%，SiO2 27.1%，Fe2O3 26.7%和Al2O37.8%和MgO 4.2%；
钢渣粉为河钢集团邯钢公司生产的转炉钢渣，粒径为120目，密度为3.2g/cm3，属于典型的高钙类物质，根据转炉钢渣碱度计算可得钢渣碱度为3.45，属于高碱度渣，钢渣活性较高。
水泥由中国联合水泥集团有限公司生产，为P·I 42.5硅酸盐水泥，密度值为3.16g/cm3，勃氏比表面积为3570cm2/g；
标准砂由厦门艾思欧标准砂有限公司生产，细度模数2.6属于中砂，符合国标GB/T17671-1999；
纤维素纤维为唐山三友集团生产，长度为6mm~10mm，纤维直径0.5~15μm。
钢渣预处理为依次进行的球磨、过120目筛、浸泡于25℃ pH值为5的盐酸溶液中3天、过滤和干燥。
应用例1~7
钢渣基复合胶凝材料的组成为150g钢渣、33g水泥、140g水以及对应的实施例1~7的低收缩工业固废激发剂150g（应用例1采用实施例1的低收缩工业固废激发剂，应用例2采用实施例2的低收缩工业固废激发剂，以此类推，下同）。
应用例8~14
钢渣基复合胶凝材料的组成为90g钢渣、33g水泥、140g水以及实施例8~14的低收缩工业固废激发剂210g。
应用例15~21
钢渣基复合胶凝材料的组成为121.5g钢渣、45g水泥、225g水、1350g标准砂以及实施例1~7的低收缩工业固废激发剂283.5g。
应用例22~28
钢渣基复合胶凝材料的组成为202.5g钢渣、45g水泥、225g水、1350g标准砂以及实施例8~14的低收缩工业固废激发剂202.5g。
对比应用例1
钢渣基复合胶凝材料的组成为150g钢渣、33g水泥和77g水，水胶比控制在0.42。
对比应用例2
钢渣基复合胶凝材料的组成为90g钢渣、33g水泥和54g水，水胶比控制在0.42。
对比应用例3
钢渣基复合胶凝材料的组成为405g钢渣、45g水泥、225g水和1350g标准砂。
应用例1~28以及对比应用例1~3中钢渣基复合胶凝材料的制备方法为：
原料参照GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行浆体拌和、浇筑成型，成型试模为40mm×40mm×40mm六联模型，浇筑完毕后放入标准养护箱中进行养护，温度为45±2℃，相对湿度为≥90%，养护48h后脱模，然后进行标准养护至规定龄期。
采用《水泥净浆标准稠度与凝结时间测定仪》（JC/T 727）测试了应用例1~14以及对比应用例1~2制备得到的钢渣基复合胶凝材料的凝结时间，结果如表2和3所示。
表2 应用例1~7以及对比应用例1制备得到的钢渣基复合胶凝材料的凝结时间
| 对比应用例1 | 应用例1 | 应用例2 | 应用例3 | 应用例4 | 应用例5 | 应用例6 | 应用例7 | |
| 初凝/h | 1.5 | 2.1 | 2.0 | 1.9 | 1.8 | 1.8 | 1.9 | 2.2 |
| 终凝/h | 4.6 | 6.0 | 5.7 | 5.6 | 5.3 | 5.3 | 5.4 | 5.5 |
表3 应用例8~14以及对比应用例2制备得到的钢渣基复合胶凝材料的凝结时间
| 对比应用例2 | 应用例8 | 应用例9 | 应用例10 | 应用例11 | 应用例12 | 应用例13 | 应用例14 | |
| 初凝/h | 1.4 | 2.2 | 1.9 | 1.9 | 1.7 | 1.7 | 2.0 | 2.1 |
| 终凝/h | 4.7 | 6.1 | 5.6 | 5.4 | 5.4 | 5.3 | 5.4 | 5.5 |
从表2可以看出，应用例相比于对比应用例的凝结时间均变长，初凝延长20%~40%，终凝延长13.1%~33.3%，其中应用例4和5的凝结时间较短，初凝1.8h，终凝5.3h，而对比表3凝结时间上没有显著得变化，原因在于激发剂激发碱渣时，脱硫石膏活性激发较慢，胶凝材料体系初凝时间以及终凝时间均较长。
碱激发钢渣对激发环境pH有一定的要求，根据碱激发机理，环境pH要达到13左右碱激发效果较好。故对应用例1~14制备得到的浆体测试pH，结果如表4和5所示。
表4 应用例1~7制备得到的浆体的pH
| 应用例1 | 应用例2 | 应用例3 | 应用例4 | 应用例5 | 应用例6 | 应用例7 | |
| pH | 13.2 | 13.2 | 12.9 | 12.6 | 13.0 | 13.2 | 12.9 |
表5 应用例8~14制备得到的浆体的pH
| 应用例8 | 应用例9 | 应用例10 | 应用例11 | 应用例12 | 应用例13 | 应用例14 | |
| pH | 13.1 | 13.0 | 12.8 | 12.5 | 13.1 | 13.1 | 12.8 |
从表4和表5可以看出，应用例1~14制备的胶凝材料的环境都基本达到要求。
图1为应用例18制备得到的钢渣基复合胶凝材料的核磁共振图谱；图2为应用例18制备得到的钢渣基复合胶凝材料的XRD分析结果图；图3为应用例18制备得到的钢渣基复合胶凝材料的SEM扫描结果图。
根据《水泥胶砂强度强度检验方法(ISO)》GB／T17671-2021对应用例15~28以及对比应用例3进行抗压强度测试，如表6和表7所示。
表6 应用例15~21以及对比应用例3制备得到的钢渣基复合胶凝材料的抗压强度
| 14d抗压强度/MPa | 28d抗压强度/MPa | 60d抗压强度/MPa | |
| 对比应用例3 | 10.5 | 22.8 | 33.8 |
| 应用例15 | 12.9 | 23.7 | 35.9 |
| 应用例16 | 14.6 | 25.6 | 37.8 |
| 应用例17 | 11.9 | 23.2 | 34.2 |
| 应用例18 | 15.6 | 25.9 | 38.6 |
| 应用例19 | 15.1 | 25.4 | 38.2 |
| 应用例20 | 14.2 | 25.1 | 37.1 |
| 应用例21 | 13.5 | 24.5 | 36.6 |
表7 应用例22~28以及对比应用例3制备得到的钢渣基复合胶凝材料的抗压强度
| 14d抗压强度/MPa | 28d抗压强度/MPa | 60d抗压强度/MPa | |
| 对比应用例3 | 10.5 | 22.8 | 33.8 |
| 应用例22 | 14.1 | 25 | 37 |
| 应用例23 | 15.8 | 26.9 | 38.9 |
| 应用例24 | 13.1 | 24.5 | 35.3 |
| 应用例25 | 16.8 | 27.2 | 39.7 |
| 应用例26 | 16.3 | 26.7 | 39.3 |
| 应用例27 | 15.4 | 26.4 | 38.2 |
| 应用例28 | 14.7 | 25.8 | 37.7 |
在养护龄期为14d，28d和60d的抗压强度中，从应用例15、应用例16和应用例17可以看出，其相比于对比应用例3增强幅度不大，原因在于所用碱渣Ca2＋含量较少，激发效果会减弱，通过脱硫石膏引入更多的SO4 2-、Ca2＋来增加水化的速度，提高硬化强度。从应用例16、应用例18~21可以看出，在脱硫石膏的量固定时，工业级熟石灰粉、碳酸锂能够直接影响早期和后期强度，应用例17强度最低，28d强度为23.2MPa，60d强度为34.2Pa，而应用例18在28d强度达到了25.9MPa。对比表7，当激发剂用量增加时，能够加快钢渣活性得释放，同时高pH的环境下，激发剂会使钢渣的表面釉层发生解离，从而使得水化的速度加快，强度会提高（如图1所示），提高得幅度受掺量影响，数值上表现不大。总体原因在于在激发剂激发下，多数钢渣的活性被完全激发，水化进程加快，内部水化产物不断产生，以C-S-H凝胶、C-A-S-H、钙矾石和水化铝酸钙为主（如图2所示），材料结构的内部密实程度也在由前期的疏松变到密实，强度不断提高（如图3所示）。对比应用例3作为纯水泥激发，强度低于其他激发剂激发强度其主要原因是钢渣的活性较差，甚至在碱激发钢渣长龄期的水化作用下，水泥激发钢渣强度指标值也不会太高。表明在激发剂掺量小的情况下，钢渣的活性不会被完全释放。
采用新修订的《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T 50082对应用例1~14以及对比应用例1进行收缩变形测量，结果如表8和9所示。
表8 应用例1~7以及对比应用例1制备得到的钢渣基复合胶凝材料的收缩变形变化率
表9 应用例8~14以及对比应用例2制备得到的钢渣基复合胶凝材料的收缩变形变化率
从表8和表9可以看出，整体上看，在养护龄期内各应用例的收缩变形情况比较稳定，经过激发剂激发的钢渣胶凝材料收缩变形量小于纯水泥激发，且相比较下应用例4和5的收缩变形最小。在14d、28d和60d龄期内，应用例4和5的收缩变形量减小了大约40%，收缩变形减小明显，说明在激发剂激发过程中钢渣在被不断得解聚，水化产物堆积，整体结构不断密实，水化反应能够有序的进行，并且缓解钢渣本身容易自收缩的性质。
综上所述，考虑到钢渣利用率、强度、凝结时间合理和收缩率低，激发剂中碱渣为77wt%，脱硫石膏为12wt%，工业级熟石灰粉为8wt%和碳酸锂为3wt%，且激发剂与钢渣的质量比为1：1时激发效果最优，同时发现激发剂掺量对试验结果影响较为显著。
应用例29
钢渣基复合胶凝材料的组成为150g钢渣、33g水泥、140g水、纤维素纤维1.5g以及实施例4的低收缩工业固废激发剂150g。
应用例30
在应用例29的基础上将纤维素纤维含量修改为3g，其他条件不变。
应用例31
在应用例29的基础上将纤维素纤维含量修改为4.5g，其他条件不变。
应用例32
在应用例29的基础上将纤维素纤维含量修改为6g，其他条件不变。
应用例33
在应用例29的基础上将纤维素纤维含量修改为7.5g，其他条件不变。
应用例34
在应用例29的基础上将纤维素纤维含量修改为9g，其他条件不变。
应用例35
钢渣基复合胶凝材料的组成为202.5g钢渣、45g水泥、225g水、1350g标准砂以及实施例4的低收缩工业固废激发剂202.5g。
应用例36
钢渣基复合胶凝材料的组成为202.5g钢渣、45g水泥、225g水、1350g标准砂、纤维素纤维2.025g以及实施例4的低收缩工业固废激发剂202.5g。
应用例37
在应用例36的基础上将纤维素纤维含量修改为4.05g，其他条件不变。
应用例38
在应用例36的基础上将纤维素纤维含量修改为6.075g，其他条件不变。
应用例39
在应用例36的基础上将纤维素纤维含量修改为8.1g，其他条件不变。
应用例40
在应用例36的基础上将纤维素纤维含量修改为10.125g，其他条件不变。
应用例41
在应用例36的基础上将纤维素纤维含量修改为12.15g，其他条件不变。
应用例29~41的制备方法与应用例1制备方法相同。
采用《水泥净浆标准稠度与凝结时间测定仪》（JC/T 727）测试了应用例29~34制备得到的钢渣基复合胶凝材料的凝结时间，结果如表10所示。
表10 应用例4以及应用例29~34制备得到的钢渣基复合胶凝材料的凝结时间
| 应用例4 | 应用例29 | 应用例30 | 应用例31 | 应用例32 | 应用例33 | 应用例34 | |
| 初凝/h | 1.8 | 1.8 | 1.7 | 1.7 | 1.6 | 1.6 | 1.5 |
| 终凝/h | 5.3 | 5.2 | 5.3 | 5.1 | 5.2 | 5.1 | 5.0 |
从表10可以看出，当钢渣质量固定时，凝结时间随着纤维素纤维掺量的增加先减小然后趋于平稳，说明纤维素纤维能够调节钢渣基复合胶凝材料的凝结时间，但调节幅度较小，最佳掺量为4%，初凝为1.6h，终凝为5.2h。但掺量超过4%时，效果下降。对于凝结时间测试过程中并没有发现速凝的现象。普通硅酸盐水泥初凝时间不早于45min，终凝时间不超过6.5h，而由于碱渣脱硫石膏活性激发较慢，胶凝材料体系初凝时间以及终凝时间均较长。
图4为应用例39制备得到的钢渣基复合胶凝材料的SEM扫描结果图。
根据《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》GB/T 17671-2021对应用例35~41制备得到的钢渣基复合胶凝材料进行抗压强度测试，结果如表11所示。
表11 应用例35~41制备得到的钢渣基复合胶凝材料的抗压强度
| 14d抗压强度/MPa | 28d抗压强度/MPa | 60d抗压强度/MPa | |
| 应用例35 | 15.6 | 25.9 | 38.6 |
| 应用例36 | 15.9 | 26.9 | 39.9 |
| 应用例37 | 16.4 | 28.6 | 41.9 |
| 应用例38 | 17.3 | 28.2 | 42.5 |
| 应用例39 | 18.3 | 30.3 | 44.3 |
| 应用例40 | 17.7 | 30.2 | 43.3 |
| 应用例41 | 16.9 | 29.6 | 41.2 |
从表11可以看出，在养护龄期为14d，28d和60d的抗压强度中，1~6%掺量的材料（应用例36~41）与应用35相比，强度都有明显提升，随着纤维素纤维百分比的不断增加，在每个养护龄期的胶凝材料的强度值都呈现上升的趋势，当纤维素纤维掺量为1%~4%时强度增长幅度不断增加，掺量超过4%时强度开始降低。4%掺量的纤维素纤维的技术方案应用例39在三个龄期内的抗压强度与应用例35相比增长明显，涨幅达到17.3%、16.9%和14.7%，其主要原因为纤维素纤维本身是具有良好的亲水性，能够为水化产物提供附着平台，并且它本身内部有空腔，会不断的从空腔释放水，加快水化速度，使水化产物不断增加，强度不断提高，同时还能起到填补孔隙，使胶凝材料更加密实的作用(如图4所示)。当超过一定量强度会降低是因为纤维之间发生团聚现象，纤维和纤维之间完全缠绕在一起，没有从基体中分散开来，无法完全发挥其作用，致使纤维团聚变成一种缺陷，使得胶凝材料抗压强度下降。
从上述数据可以得出如下结论：
（1）当低收缩工业固废激发剂中碱渣为77wt%，脱硫石膏为12wt%，工业级熟石灰粉为8wt%和碳酸锂为3wt%，且低收缩工业固废激发剂与钢渣的质量比为1：1时，钢渣利用率最高，强度和凝结时间发展可控、收缩率低，激发效果良好。
（2）当纤维素纤维掺量为钢渣质量的4wt%时，浆体初凝时间为1.6h，终凝时间为5.2h；当掺量超过5wt%时，凝结时间趋于平稳。
（3）在养护龄期内，1wt%~6wt%掺量的应用例与未添加纤维素纤维的应用例相比，强度都由明显提升，随着纤维素纤维百分比的不断增加，在每个养护龄期的碱激发钢渣强度值都呈现上升的趋势，当纤维素纤维掺量为1wt%~4wt%时强度增长幅度不断增加，掺量超过4%时强度开始降低。4%掺量的纤维素纤维的应用例39在三个龄期内的抗压强度增长明显，涨幅达到17.3%、16.9%和14.7%。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.低收缩工业固废激发剂在钢渣基复合胶凝材料中的应用；
所述低收缩工业固废激发剂，由以下质量百分比的组分制备得到：碱渣65%~85%，脱硫石膏2%~22%，熟石灰粉2%~10%和碳酸锂3%；
所述钢渣基复合胶凝材料中还添加了纤维素纤维；
所述纤维素纤维的质量为钢渣的1wt%~6wt%；
所述纤维素纤维为粘胶短纤维。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述低收缩工业固废激发剂与钢渣的质量比为（1~3）：1。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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