CN116606085A - 一种利用高铝炉渣粉制备的高活性掺合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用高铝炉渣粉制备的高活性掺合料及其制备方法，包括以下重量百分比的组分：炉渣粉60~82%，硅钙渣10~30%，脱硫石膏5~10%、活性增效剂2~8%。解决了未利用的炉底渣只能排放到固废堆场，给环境造成巨大污染的技术问题。本发明通过机械活化和化学活化大幅提高炉渣粉的活性，为提高其附加值开辟途径，解决炉渣难处理的大难题；利用固废材料对炉渣粉进行激发，达到以废治废的目的。在混凝土生产过程中，可进一步降低水泥用量，降低生产成本，提升混凝土质量。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种利用高铝炉渣粉制备的高活性掺合料及其制备方法。
背景技术
混凝土掺合料，是为了改善混凝土性能，节约用水，调节混凝土强度等级，在混凝土拌合时掺入天然的或人工的能改善混凝土性能的粉状矿物质。掺合料可分为活性掺合料和非活性掺合料。活性矿物掺合料本身不硬化或者硬化速度很慢，但能与石灰、消石灰等钙质材料加水拌合后，能够凝结硬化进而产生强度，或与水泥水化生成的氢氧化钙起反应，生成具有胶凝能力的水化产物，如粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、沸石粉、硅灰等。非活性矿物掺合料是指掺入水泥中主要起填充作用，而又不损害水泥性能的矿物掺合料。非活性掺合料基本不与水泥组分起反应，如石灰石,磨细石英砂等材料。
炉渣一般指煤在锅炉中燃烧后燃煤锅炉炉膛底部残留的固体废弃物，不同煤种、锅炉类型、燃烧方式、生成温度、脱硫工艺、冷却方式等条件产生的炉渣性能差异很大，因此也使得炉底渣的利用难度较大。目前，我国炉渣的年排放量达到1.5亿吨以上，但是利用率非常低，不到30％，主要用于回填、公路路基以及炉渣砖等领域或少量掺入熟料中共同粉磨生产水泥，未利用的炉底渣只能排放到固废堆场，给环境造成巨大污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用高铝炉渣粉制备的高活性掺合料及其制备方法，以解决现有技术中的未利用的炉底渣只能排放到固废堆场，给环境造成巨大污染的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种利用高铝炉渣粉制备的高活性掺合料，包括以下重量百分比的组分：炉渣粉60～82％，硅钙渣10～30％，脱硫石膏5～10％、活性增效剂2～8％。
进一步的，所述炉渣粉为高铝炉渣粉，其中Al2O3含量大于38％，SiO2、Al2O3和Fe2O3总质量分数大于90％。
进一步的，所述炉渣粉比表面积为200～300m2/kg。
进一步的，所述硅钙渣为粉煤灰提取氧化铝后的残渣，其主要成分为硅酸二钙，Na2O含量为3～8％。
进一步的，所述脱硫石膏中二水石膏含量＞90％，比表面积为200～400m2/kg。
进一步的，所述活性增效剂由10～50％高活性硅、30～70％活性氧化钙、5～10％三乙醇胺、5～10％三异丙醇胺、1～10％粉状聚羧酸减水剂组成。
进一步的，所述高活性硅为硅灰、粉煤灰微珠的一种或两种混合物，所述硅灰比表面积大于15000m2/kg，所述粉煤灰微珠比表面积为1000～2000m2/kg。
进一步的，所述活性氧化钙中CaO含量不低于75％。
利用高铝炉渣粉制备的高活性掺合料的制备方法，包括以下步骤：将炉渣粉、硅钙渣、脱硫石膏、活性增效剂按比例范围将各组分称量后，输送至超细球磨机中进行超细粉磨，得到比表面积大于800m2/kg的高活性掺合料。
基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：
1、通过机械活化和化学活化大幅提高炉渣粉的活性，为提高其附加值开辟途径，解决炉渣难处理的大难题。
2、利用固废材料对炉渣粉进行激发，达到以废治废的目的。
3、在混凝土生产过程中，可进一步降低水泥用量，降低生产成本，提升混凝土质量。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
本发明以炉渣粉为反应主体，提供硅铝元素，为生成水化硅酸钙和钙矾石提供条件。
硅钙渣中Na2O含量3～8％，能与水泥水化产物Ca(OH)2生成NaOH，提高溶液的碱性，增加炉渣粉中活性硅铝成分的溶出，促进水化硅酸钙、钙矾石等水化产物的生成。
脱硫石膏起到提供硫酸盐离子的作用，促成钙矾石的生成。
活性增效剂中高活性硅早期主要起到密实填充作用，后期也可与Ca(OH)2生成水化硅酸钙等水化产物进一步密实孔隙结构，起到增加早期和后期强度的作用；活性氧化钙为胶凝材料体系中提供Ca(OH)2，补充钙元素；三乙醇胺和三异丙醇胺一是在粉磨过程中起到助磨作用，二是可提高炉渣粉早期和后期的反应活性；粉状聚羧酸减水剂促进炉渣粉在胶凝材料体系中的分散，可更加发挥出炉渣粉的填充效应和微集料效应。
实施例1
一种利用高铝炉渣粉制备的高活性掺合料，其中炉渣粉60％、硅钙渣30％、脱硫石膏4％，活性增效剂6％，其中活性增效剂的配比为：硅灰40％、活性氧化钙45％、7％三乙醇胺、4％三异丙醇胺、4％粉状聚羧酸减水剂。
将炉渣粉、硅钙渣、脱硫石膏、活性增效剂按上述比例将各组分称量后，输送至超细球磨机中进行超细粉磨，得到比表面积为963m2/kg的高活性掺合料。
实施例2
一种利用高铝炉渣粉制备的高活性掺合料，其中炉渣粉70％、硅钙渣20％、脱硫石膏5％，活性增效剂5％，其中活性增效剂的配比为：硅灰30％、活性氧化钙55％、6％三乙醇胺、6％三异丙醇胺、3％粉状聚羧酸减水剂。
将炉渣粉、硅钙渣、脱硫石膏、活性增效剂按上述比例将各组分称量后，输送至超细球磨机中进行超细粉磨，得到比表面积为856m2/kg的高活性掺合料。
实施例3
一种利用高铝炉渣粉制备的高活性掺合料，其中炉渣粉75％、硅钙渣15％、脱硫石膏3％，活性增效剂7％，其中活性增效剂的配比为：硅灰20％、粉煤灰微珠20％、活性氧化钙42％、7％三乙醇胺、7％三异丙醇胺、4％粉状聚羧酸减水剂。
将炉渣粉、硅钙渣、脱硫石膏、活性增效剂按上述比例将各组分称量后，输送至超细球磨机中进行超细粉磨，得到比表面积为822m2/kg的高活性掺合料。
实施例4
一种利用高铝炉渣粉制备的高活性掺合料，其中炉渣粉80％、硅钙渣10％、脱硫石膏6％，活性增效剂4％，其中活性增效剂的配比为：粉煤灰微珠20％、活性氧化钙62％、8％三乙醇胺、4％三异丙醇胺、6％粉状聚羧酸减水剂。
将炉渣粉、硅钙渣、脱硫石膏、活性增效剂按上述比例将各组分称量后，输送至超细球磨机中进行超细粉磨，得到比表面积为907m2/kg的高活性掺合料。
普通炉渣粉与激发后炉渣粉活性指数比较如表1所示：
表1
实施例1所制备的高活性掺合料分别以重量比10％、20％和30％取代成品PO42.5水泥配制砂浆，测试复合水泥标准稠度用水量及3d、28d强度。
能减少水泥的标准稠度用水量，且水泥3d强度保持与基准相当，28d强度都有较大提升。
实施例2和实施例3所制备的高活性掺合料，在C30混凝土配合比不变情况下，等量替代40～60kg水泥，测试混凝土的3d、7d、28d抗压强度。
混凝土配合比
混凝土抗压强度
| 编号 | 坍落度/mm | 3d抗压强度/MPa | 7d抗压强度/MPa | 28d抗压强度 |
| 1 | 220 | 18.5 | 28.2 | 38.9 |
| 2 | 230 | 19.0 | 30.6 | 42.6 |
| 3 | 235 | 19.6 | 31.2 | 43.9 |
| 4 | 240 | 18.7 | 30.8 | 45.0 |
| 5 | 240 | 19.6 | 30.1 | 43.9 |
| 6 | 245 | 20.3 | 31.5 | 42.8 |
| 7 | 235 | 20.1 | 31.3 | 44.7 |
混凝土各个龄期抗压强度都有一定提升，且龄期越长，混凝土抗压强度提高的越多。
实施案例4所制备的高活性掺合料，在C50混凝土配合比不变的情况下等量替代50～80kg水泥，测试混凝土的3d、7d和28d抗压强度。
混凝土配合比
混凝土抗压强度
| 编号 | 坍落度/mm | 3d抗压强度/MPa | 7d抗压强度/MPa | 28d抗压强度 |
| 1 | 230 | 34.2 | 45.1 | 54.8 |
| 2 | 240 | 36.8 | 49.5 | 63.8 |
| 3 | 235 | 35.6 | 48.6 | 62.2 |
| 4 | 240 | 35.1 | 47.0 | 60.4 |
| 5 | 240 | 34.5 | 45.6 | 56.9 |
混凝土3d能保持不降低，7d、28d混凝土抗压强度明显提高。
耐久性明显优于未加高活性掺合料的混凝土。
通过机械活化和化学活化大幅提高炉渣粉的活性，为提高其附加值开辟途径，解决炉渣难处理的大难题。
利用固废材料对炉渣粉进行激发，达到以废治废的目的。
在混凝土生产过程中，可进一步降低水泥用量，降低生产成本，提升混凝土质量。
最后应说明的是：
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种利用高铝炉渣粉制备的高活性掺合料，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：炉渣粉60~82%，硅钙渣10~30%，脱硫石膏5~10%、活性增效剂2~8%。
2.根据权利要求1所述的利用高铝炉渣粉制备的高活性掺合料，其特征在于，所述炉渣粉为高铝炉渣粉，其中Al2O3含量大于38%，SiO2、Al2O3和Fe2O3总质量分数大于90%。
3.根据权利要求1所述的利用高铝炉渣粉制备的高活性掺合料，其特征在于，所述炉渣粉比表面积为200~300m2/kg。
4.根据权利要求1所述的利用高铝炉渣粉制备的高活性掺合料，其特征在于，所述硅钙渣为粉煤灰提取氧化铝后的残渣，其主要成分为硅酸二钙，Na2O含量为3~8%。
5.根据权利要求1所述的利用高铝炉渣粉制备的高活性掺合料，其特征在于，所述脱硫石膏中二水石膏含量＞90%，比表面积为200~400m2/kg。
6.根据权利要求1所述的利用高铝炉渣粉制备的高活性掺合料，其特征在于，所述活性增效剂由10~50%高活性硅、30~70%活性氧化钙、5~10%三乙醇胺、5~10%三异丙醇胺、1~10%粉状聚羧酸减水剂组成。
7.根据权利要求6所述的利用高铝炉渣粉制备的高活性掺合料，其特征在于，所述高活性硅为硅灰、粉煤灰微珠的一种或两种混合物，所述硅灰比表面积大于15000m2/kg，所述粉煤灰微珠比表面积为1000~2000m2/kg。
8.根据权利要求6所述的利用高铝炉渣粉制备的高活性掺合料，其特征在于，所述活性氧化钙中CaO含量不低于75%。
9.根据权利要求1-8任一项所述的利用高铝炉渣粉制备的高活性掺合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将炉渣粉、硅钙渣、脱硫石膏、活性增效剂按比例范围将各组分称量后，输送至超细球磨机中进行超细粉磨，得到比表面积大于800m2/kg的高活性掺合料。
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2023
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