CN116874268A - 一种强度等级为m15的砂浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑领域，具体涉及一种强度等级为M15的砂浆及其制备方法。所述强度等级为M15的砂浆包括如下原料：固废基胶凝材料、砂浆用砂、减水剂和水；其中：所述固废基胶凝材料与所述砂浆用砂的重量比为1:2；所述固废基胶凝材料与所述减水剂的重量比为100:0.8；所述固废基胶凝材料与所述水的重量比为10:3；所述述固废基胶凝材料包括如下重量百分比的原料：除铁高钛高炉渣50～55％、除铁钢渣30～35％、脱硫石膏10～20％。本发明的技术方案充分利用高钛冶金矿渣等固体废弃物，制备得到的砂浆能够达到强度等级为M15的标准，其3d强度、7d强度、28d强度、初凝时间、终凝时间等参数均满足并超过相关标准。
Description
技术领域
本发明属于建筑领域，具体涉及一种强度等级为M15的砂浆及其制备方法。
背景技术
水泥行业是高能耗、高污染、单位GDP碳排放量最高的行业，水泥生产过程中消耗大量的煤、石灰石等天然资源，还排放大量的粉尘、硫氧化物、二氧化碳等污染物。
因此，利用固体废弃物完全或部分取代水泥制备胶凝材料，降低水泥用量、节约资源，成为水泥行业可持续发展的重要途径，也是我国双碳目标实现的重要实施路径。
其中固废基胶凝材料主要利用钢铁冶炼产生的高炉渣(最主要的成分)、钢渣、脱硫石膏为原材料，通过磨矿、复配等手段制备。目前在国内已经初具规模，例如山西蕴宏环境科技发展有限责任公司、涉县清漳水泥制造有限公司均有投产的胶凝材料生产线。然而这些公司采用的高炉渣为普通的高活性高炉渣(业内称为白矿渣)，而我国四川攀西地区、贵州六盘水地区、河北承德地区，则存在采用钒钛磁铁矿炼钢的企业，这些企业产生的高炉渣因为较高的二氧化钛含量，其活性极差(业内称为黑矿渣)。以往固废基胶凝材料采用白矿渣制备，尚未见有采用高钛高炉渣制备胶凝材料的技术。
故基于此，提出本发明技术方案。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种强度等级为M15的砂浆(M15是砂浆的一个等级，砂浆有M5、M7.5、M10、M15、M20、M25、M30等七个等级，其中M15指28d强度达到15MPa的砂浆)，其特征在于，包括如下原料：固废基胶凝材料、砂浆用砂、减水剂和水；其中：
所述固废基胶凝材料与所述砂浆用砂的重量比为1:2；
所述固废基胶凝材料与所述减水剂的重量比为100:0.8；
所述固废基胶凝材料与所述水的重量比为10:3；
所述述固废基胶凝材料包括如下重量百分比的原料：除铁高钛高炉渣50～55％、除铁钢渣30～35％、脱硫石膏10～20％。
优选地，所述除铁高钛高炉渣中二氧化钛的含量为15～25％。
优选地，所述砂浆用砂为高钛高炉渣，该高钛高炉渣未经过磨矿。
优选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
基于相同的技术构思，本发明的再一方案是提供一种强度等级为M15的砂浆的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将高钛高炉渣、钢渣和脱硫石膏分别烘干，得到干燥高钛高炉渣、干燥钢渣和干燥脱硫石膏；
(2)将所述干燥高钛高炉渣、所述干燥钢渣分别除铁，得到除铁高钛高炉渣和除铁钢渣；其中，原料采用辊压机串联立磨+带式除铁器进行除铁，或者，采用辊压机串联管磨+带式除铁器进行除铁；
(3)将所述除铁高钛高炉渣、所述除铁钢渣、所述脱硫石膏磨矿后混合，得到所述固废基胶凝材料；
(4)将所述固废基胶凝材料、所述砂浆用砂、所述减水剂和所述水搅拌均匀，即得到所述强度等级为M15的砂浆。
优选地，步骤(1)中，所述烘干至含水率小于5‰。经发明人反复验证，本发明固废基胶凝材料体系适宜少水体系，含水率会直接影响实验中水胶比的准确性。同时含水率较低，也有利于配合后的胶凝材料长期保持其稳定性。
优选地，步骤(3)中，将所述除铁高钛高炉渣磨矿至比表面积大于550m3/kg。
优选地，步骤(3)中，将所述除铁钢渣和所述脱硫石膏磨矿至比表面积大于420m3/kg。
本发明的有益效果为：
本发明的技术方案充分利用高钛冶金矿渣等固体废弃物，变废为宝，制备得到的砂浆能够达到强度等级为M15的标准，其3d强度、7d强度、28d强度、初凝时间、终凝时间等参数均满足并超过相关标准。具体的：
在本发明钢渣-矿渣-脱硫石膏体系中，钢渣中的Ca(OH)2是矿渣粉的激发剂，使矿渣易于解体。在石膏(CaSO4·2H2O)的硫酸盐激发和碱激发共同作用下，使活性二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)不断地从矿渣玻璃体中溶解出来并参与水化反应生成水化硅酸钙(C-S-H)凝胶。同时活性Al2O3将最终解离成H3AlO4 2-和Al(OH)2+，在碱性条件下生成C-A-H水化铝酸钙凝胶，水化铝酸钙在氧化钙浓度较低的情况下以C3AH6形式存在，进而与溶液中的石膏反应生成钙矶石(Aft)]。随着产物C-S-H凝胶和钙矶石晶体之间相互填充协同，未反应的钢渣、矿渣微粉与产物之间的组合填充，钢渣-矿渣-脱硫石膏基胶凝材料形成了坚实的硬化体，宏观上表现出优良的力学性能。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种强度等级为M15的砂浆的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将高钛高炉渣、钢渣和脱硫石膏分别烘干至含水率为4.8‰，得到干燥高钛高炉渣、干燥钢渣和干燥脱硫石膏；
(2)将所述干燥高钛高炉渣除去含铁较高(含铁50％以上)的部分，同样将所述干燥钢渣除去含铁较高(含铁50％以上)的部分，分别得到除铁高钛高炉渣和除铁钢渣；
(3)将所述除铁高钛高炉渣磨矿至比表面积为630m3/kg，将所述除铁钢渣磨矿至比表面积为420m3/kg，将所述脱硫石膏磨矿至比表面积为420m3/kg，混合后得到所述固废基胶凝材料；
(4)将所述固废基胶凝材料、所述砂浆用砂、所述减水剂和所述水搅拌均匀，即得到所述强度等级为M15的砂浆。
其中，本实施例的关键参数如表1所示。
表1
实施例2
本实施例提供一种强度等级为M15的砂浆的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将高钛高炉渣、钢渣和脱硫石膏分别烘干至含水率为4.5‰，得到干燥高钛高炉渣、干燥钢渣和干燥脱硫石膏；
(2)将所述干燥高钛高炉渣除去含铁较高(含铁50％以上)的部分，同样将所述干燥钢渣除去含铁较高(含铁50％以上)的部分，分别得到除铁高钛高炉渣和除铁钢渣；
(3)将所述除铁高钛高炉渣磨矿至比表面积为550m3/kg，将所述除铁钢渣磨矿至比表面积为520m3/kg，将所述脱硫石膏磨矿至比表面积为520m3/kg，混合后得到所述固废基胶凝材料；
(4)将所述固废基胶凝材料、所述砂浆用砂、所述减水剂和所述水搅拌均匀，即得到所述强度等级为M15的砂浆。
其中，本实施例的关键参数如表2所示。
表2
实施例3
本实施例提供一种强度等级为M15的砂浆的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将高钛高炉渣、钢渣和脱硫石膏分别烘干至含水率为4.7‰，得到干燥高钛高炉渣、干燥钢渣和干燥脱硫石膏；
(2)将所述干燥高钛高炉渣除去含铁较高(含铁50％以上)的部分，同样将所述干燥钢渣除去含铁较高(含铁50％以上)的部分，分别得到除铁高钛高炉渣和除铁钢渣；
(3)将所述除铁高钛高炉渣磨矿至比表面积为550m3/kg，将所述除铁钢渣磨矿至比表面积为420m3/kg，将所述脱硫石膏磨矿至比表面积为420m3/kg，混合后得到所述固废基胶凝材料；
(4)将所述固废基胶凝材料、所述砂浆用砂、所述减水剂和所述水搅拌均匀，即得到所述强度等级为M15的砂浆。
其中，本实施例的关键参数如表3所示。
表3
对比例1
本对比例提供一种砂浆的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将高钛高炉渣、钢渣和脱硫石膏分别烘干至含水率为4.1‰，得到干燥高钛高炉渣、干燥钢渣和干燥脱硫石膏；
(2)将所述干燥高钛高炉渣磨矿至比表面积为550m3/kg，将所述干燥钢渣磨矿至比表面积为420m3/kg，将所述脱硫石膏磨矿至比表面积为420m3/kg，混合后得到所述固废基胶凝材料(干燥高钛高炉渣和干燥钢渣不进行除铁处理)；
(3)将所述固废基胶凝材料、所述砂浆用砂、所述减水剂和所述水搅拌均匀，即得到所述砂浆。
其中，本对比例的关键参数如表4所示。
表4
对比例2
本对比例提供一种砂浆的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将高钛高炉渣、钢渣和脱硫石膏分别烘干至含水率为4.1‰，得到干燥高钛高炉渣、干燥钢渣和干燥脱硫石膏；
(2)将所述干燥高钛高炉渣除去含铁较高(含铁50％以上)的部分，同样将所述干燥钢渣除去含铁较高(含铁50％以上)的部分，分别得到除铁高钛高炉渣和除铁钢渣；
(3)将所述除铁高钛高炉渣磨矿至比表面积为500m3/kg，将所述除铁钢渣磨矿至比表面积为420m3/kg，将所述脱硫石膏磨矿至比表面积为420m3/kg，混合后得到所述固废基胶凝材料；
(4)将所述固废基胶凝材料、所述砂浆用砂、所述减水剂和所述水搅拌均匀，即得到所述砂浆。
其中，本对比例的关键参数如表5所示。
表5
对比例3
本对比例提供一种砂浆的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将高钛高炉渣、钢渣和脱硫石膏分别烘干至含水率为4.1‰，得到干燥高钛高炉渣、干燥钢渣和干燥脱硫石膏；
(2)将所述干燥高钛高炉渣除去含铁较高(含铁50％以上)的部分，同样将所述干燥钢渣除去含铁较高(含铁50％以上)的部分，分别得到除铁高钛高炉渣和除铁钢渣；
(3)将所述除铁高钛高炉渣磨矿至比表面积为550m3/kg，将所述除铁钢渣磨矿至比表面积为420m3/kg，将所述脱硫石膏磨矿至比表面积为420m3/kg，混合后得到所述固废基胶凝材料；
(4)将所述固废基胶凝材料、所述砂浆用砂、所述减水剂和所述水搅拌均匀，即得到所述砂浆。
其中，本对比例的关键参数如表6所示。
表6
对比例4
本对比例提供一种砂浆的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将高钛高炉渣、钢渣和脱硫石膏分别烘干至含水率为4.4‰，得到干燥高钛高炉渣、干燥钢渣和干燥脱硫石膏；
(2)将所述干燥高钛高炉渣除去含铁较高(含铁50％以上)的部分，同样将所述干燥钢渣除去含铁较高(含铁50％以上)的部分，分别得到除铁高钛高炉渣和除铁钢渣；
(3)将所述除铁高钛高炉渣磨矿至比表面积为550m3/kg，将所述除铁钢渣磨矿至比表面积为420m3/kg，将所述脱硫石膏磨矿至比表面积为420m3/kg，混合后得到所述固废基胶凝材料；
(4)将所述固废基胶凝材料、所述砂浆用砂、所述减水剂和所述水搅拌均匀，即得到所述砂浆。
其中，本对比例的关键参数如表7所示。
表7
测试例
将实施例1～3和对比例1～4所得砂浆进行测试，结果如表8所示。
表8
| 组别 | 3d强度 | 7d强度 | 28d强度 | 初凝时间 | 终凝时间 |
| 实施例1 | 7.3MPa | 11.5MPa | 15.9MPa | 3.7h | 8.2h |
| 实施例2 | 8.2MPa | 12.5MPa | 16.9MPa | 3.2h | 7.4h |
| 实施例3 | 9.1MPa | 13.2MPa | 18.3MPa | 2.4h | 6.7h |
| 对比例1 | 3.3MPa | 4.7MPa | 6.7MPa | 3.4h | 9.3h |
| 对比例2 | 5.6MPa | 7.3MPa | 11.1MPa | 3.1h | 9.0h |
| 对比例3 | 6.4MPa | 8.1MPa | 12.6MPa | 3.1h | 8.2h |
| 对比例4 | 4.6MPa | 6.5MPa | 9.5MPa | 4.1h | 13h |
由测试结果可知：
1、各组别中，除铁高钛高炉渣、除铁钢渣和脱硫石膏的比表面积均有差异，磨矿能减小原料的粒径，增大其比表面积并以此来扩大活性矿物之间以及与水的接触面积，加快其水化反应速率，同时磨矿产生晶格畸变和局部破坏，同时形成各种晶格缺陷，导致内能增大，由此提高了高钛高炉渣的活性。考虑磨矿是个高能耗环节，为平衡成本和活性确定550m3/kg作为除铁高钛高炉渣的比表面积参数，确定420m3/kg作为除铁钢渣和脱硫石膏比表面积参数。如对比例2，高炉渣比表面积500m3/kg，活性矿物没有充分单体解离出来，活性不够，反应速率慢，强度低，初凝和终凝的时间长。
2、除铁可以降低磨矿能耗，减少磨矿成本；另外除铁得到的铁精矿会产生经济效益；其次原料中的铁组分会降低强度并影响砂浆后期安定性。因此，对比例1不除铁，其3d、7d和28d强度均较低。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种强度等级为M15的砂浆，其特征在于，包括如下原料：固废基胶凝材料、砂浆用砂、减水剂和水；其中：
所述固废基胶凝材料与所述砂浆用砂的重量比为1:2；
所述固废基胶凝材料与所述减水剂的重量比为100:0.8；
所述固废基胶凝材料与所述水的重量比为10:3；
所述述固废基胶凝材料包括如下重量百分比的原料：除铁高钛高炉渣50～55％、除铁钢渣30～35％、脱硫石膏10～20％。
2.根据权利要求1所述强度等级为M15的砂浆，其特征在于，所述除铁高钛高炉渣中二氧化钛的含量为15～25％。
3.根据权利要求1所述强度等级为M15的砂浆，其特征在于，所述砂浆用砂为高钛高炉渣。
4.根据权利要求1所述强度等级为M15的砂浆，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
5.权利要求1所述强度等级为M15的砂浆的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将高钛高炉渣、钢渣和脱硫石膏分别烘干，得到干燥高钛高炉渣、干燥钢渣和干燥脱硫石膏；
(2)将所述干燥高钛高炉渣、所述干燥钢渣分别除铁，得到除铁高钛高炉渣和除铁钢渣；
(3)将所述除铁高钛高炉渣、所述除铁钢渣、所述脱硫石膏磨矿后混合，得到所述固废基胶凝材料；
(4)将所述固废基胶凝材料、所述砂浆用砂、所述减水剂和所述水搅拌均匀，即得到所述强度等级为M15的砂浆。
6.根据权利要求5所述强度等级为M15的砂浆的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述烘干至含水率小于5‰。
7.根据权利要求5所述强度等级为M15的砂浆的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，将所述除铁高钛高炉渣磨矿至比表面积大于550m3/kg。
8.根据权利要求5所述强度等级为M15的砂浆的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，将所述除铁钢渣和所述脱硫石膏磨矿至比表面积大于420m3/kg。
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