CN117105620A - 一种基于脱硫灰的高强度砌体材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于脱硫灰的高强度砌体材料，按重量份数计，包括：改性混合骨料100份；砌体胶结剂8～12份；水8～15份；以及占所述砌体胶结剂总重量0.5wt.％～3wt.％的减水剂；所述改性混合骨料由脱硫灰和骨料混合而成；所述砌体胶结剂由钢渣、矿渣、石膏和生石灰组成。本发明还提供了一种工艺简单、易于施工的高强度砌体材料的制备方法。本发明制得的高强度砌体材料，3d抗压强度不低于10MPa，14d强度可达到30MPa以上，达到GB/T11945‑2019国标中蒸压灰砂实心砌块MU30强度等级要求，其以脱硫灰为主要原料，对于实现资源化利用、减少土地占用、降低环境污染具有重要的意义，具有广阔的推广及应用前景。
Description
技术领域
本发明属于工业固体废物的资源化利用领域，涉及一种基于脱硫灰的高强度砌体材料，还涉及一种高强度砌体材料的制备方法。
背景技术
脱硫灰是半干法脱硫产生的固体粉体，由于半干法脱硫工艺具有投资低、占地小、耗水少、对设备腐蚀小、副产物为干态、无废水产生等优点，半干法脱硫工艺已逐渐成为烧结烟气脱硫的主流技术，脱硫灰也成为继高炉渣之后钢铁行业的第三大固体废弃物。
钢渣是钢铁行业在炼钢过程中产生的工业废渣。综合利用率低导致钢渣、脱硫灰的大量堆存对周围的水体、空气、土壤产生不利影响，存在较大的环境风险和土地压力。
砌体材料包括烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压粉煤灰砖、蒸压灰砂砖、蒸压加气混凝土砖和混凝土普通砖等。高强度的砌体材料由于具有更优的力学性能，在建筑工程中具有更大需求量和更好的应用前景。然而，常规的高强度砌体材料在制备过程中往往需要进行烧结或蒸汽养护步骤，不仅消耗大量的能源，而且高强度砌体材料中，通常采用高密度的砂石骨料，会导致砌体重量大，不利于运输。
基于此，提供一种以脱硫灰及其他工业固废为原料，协同制备的高强度砌体材料，对于实现资源化利用、减少土地占用、降低环境污染具有重要的意义，也是亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种基于脱硫灰的高强度砌体材料。
本发明的目的之二在于提供一种基于脱硫灰的高强度砌体材料的制备方法。
本发明实现目的之一采用的技术方案是：提供一种基于脱硫灰的高强度砌体材料，按重量份数计，其包括以下组分：
改性混合骨料100份；砌体胶结剂8～12份；水8～15份；以及占所述砌体胶结剂总重量0.5wt.％～3wt.％的减水剂；
所述改性混合骨料由脱硫灰和骨料按照质量比为(2～4)：(6～8)混合而成；
所述砌体胶结剂由钢渣、矿渣、石膏和生石灰组成。
本发明提供的一种高强度砌体材料的总体思路如下：
脱硫灰具有多孔疏松性特点，将其按照一定比例与砌体骨料混合均匀，使脱硫灰均匀地吸附到骨料表面，可以带来以下优势：首先，存在于骨料表面的脱硫灰能够增加骨料间摩擦力，提高砌体骨料抵抗滑移错位的作用，进而提高砌体材料的整体密实度和力学强度；其次，脱硫灰相对于砂石骨料具有密度小、重量轻的特点，脱硫灰代替一部分骨料加入，可以减少高强度砌体材料的重量，降低高强度砌体材料搬运及运输费用。再次，脱硫灰作为粉料添加到骨料中，可以填充在骨料之间的孔隙中，提高砌体的密实度，降低孔隙率，有利于提高高强度砌体材料的抗压强度。最后，脱硫灰中具有一定量的亚硫酸钙，亚硫酸钙被氧化形成硫酸钙具有一定的微膨胀性，利用脱硫灰的微膨胀性填充高强度砌体材料中骨料间孔隙、水分蒸发干燥残留的体积，进一步增加高强度砌体材料的抗压强度。此外，脱硫灰中硫酸钙或亚硫酸钙还能够与砌体胶结剂中矿渣、钢渣水化反应生成钙矾石、单硫型硫铝酸钙，针状钙矾石、片状单硫型硫铝酸钙矿物穿插填充到骨料间孔隙，起到填充作用增加砌体材料强度。
进一步地，所述骨料包括天然砂石骨料和/或人造骨料。
进一步地，所述骨料由一级骨料和二级骨料组成；优选地，所述一级骨料的粒径区间为2～5mm，所述二级骨料的粒径区间为1.25～2mm。
优选地，所述二级骨料与所述一级骨料的质量比为(1～5):1。在本发明中，采用不同粒径区间的骨料与脱硫灰相互配合，脱硫灰作为一种具有更小粒径的颗粒来替代细骨料，良好的骨料粒径级配范围可促进压制效果，进而提高砌体材料的抗压强度。同时，使改性混合骨料的组成呈现梯度级配，有助于提高基体材料填充的密实度，进一步提高砌体材料的抗压强度。
进一步地，所述脱硫灰的密度为550～900kg/m3；其组成成分中，硫酸钙、亚硫酸钙、碳酸钙和氢氧化钙的占比不低于70wt.％。
优选地，所述脱硫灰经过粉磨筛分处理，其粒径不大于0.315mm。
进一步地，所述砌体胶结剂中，各组分的含量按重量百分数计：钢渣15wt.％～25wt.％、矿渣40wt.％～55wt.％、石膏10wt.％～25wt.％和生石灰2wt.％～10wt.％。
优选地，所述砌体胶结剂的制备方法包括：将钢渣、矿渣、石膏和生石灰按比例加入球磨系统中进行混合粉磨，使混合物的比表面积不低于400m2/kg，即得到砌体胶结剂。在上述制备方法中，钢渣、矿渣、石膏和生石灰在机械力作用下通过“微磨球效应”，不仅可以实现混磨料粒级与活性的双重协同优化，而且混料粉磨能够提高砌体胶结剂的均匀度和水化活性，降低粉磨能耗。本发明制备的砌体胶结剂可以在脱硫灰环境中发生水化反应生成水化硅酸钙、钙矾石、单硫型硫铝酸钙、费氏盐等水化产物，水化产物将骨料胶结到一起形成稳定的、高强度的砌体材料。
进一步地，所述减水剂选自萘系高效减水剂、氨基高效减水剂、聚羧酸高效减水剂中的一种或多种的组合。
本发明实现目的之二采用的技术方案是：提供一种基于本发明目的之一所述的基于脱硫灰的高强度砌体材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将脱硫灰与骨料混合均匀，得到改性混合骨料；
S2、向所述改性混合骨料中加入砌体胶结剂、水和减水剂，混合均匀得到砌体胶凝材料；
S3、将所述砌体胶凝材料压制成型，得到高强度砌体材料。
进一步的，步骤S1中，混合的时间不低于3min，该混合过程中通过搅拌使脱硫灰与砌体骨料充分接触，提高脱硫灰的分布均匀程度，避免脱硫灰局部集中。优选地，混合时间为3～6min。
进一步的，步骤S3中，压制成型的压力10～25MPa。优选地，压制成型的压力20～25MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的基于脱硫灰的高强度砌体材料，将一定比例的脱硫灰替代部分骨料作为主要原料，多孔疏松的脱硫灰与砌体骨料混合均匀后，能够增加骨料间摩擦力，提高砌体骨料抵抗滑移错位的作用；同时，脱硫灰相对于砂石骨料具有密度小、重量轻的特点，可以减少高强度砌体材料的重量，降低高强度砌体材料搬运及运输费用；进一步地，脱硫灰作为粉料添加到骨料中，可以填充在骨料之间的孔隙中，提高砌体的密实度，降低孔隙率，有利于提高砌体材料的抗压强度；此外，脱硫灰含有具有一定量的亚硫酸钙，亚硫酸钙被氧化形成硫酸钙具有一定的微膨胀性，利用脱硫灰的微膨胀性填充高强度砌体材料中骨料间孔隙、水分蒸发干燥残留的体积，进一步增加高强度砌体材料的抗压强度。
(2)本发明提供的基于脱硫灰的高强度砌体材料，砌体胶结剂由钢渣、矿渣、石膏和生石灰组成。砌体胶结剂中矿渣、钢渣能够与脱硫灰中的硫酸钙或亚硫酸钙发生水化反应生成钙矾石、单硫型硫铝酸钙，针状钙矾石、片状单硫型硫铝酸钙等矿物成分，穿插填充到骨料间孔隙，起到填充作用增加砌体材料强度。
(3)本发明提供的基于脱硫灰的高强度砌体材料，3d抗压强度不低于10MPa，14d强度可达到30MPa以上，达到GB/T11945-2019国标中蒸压灰砂实心砌块MU30强度等级要求。
(4)本发明提供的基于脱硫灰的高强度砌体材料的制备方法，制备工艺简单，易于施工，以脱硫灰为主要原料，对于实现资源化利用、减少土地占用、降低环境污染具有重要的意义，具有广阔的推广及应用前景。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于脱硫灰的高强度砌体材料的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明各实施例涉及的主要原料及其重量份数如下表1所示。
表1
上表中，脱硫灰的密度为550～900kg/m3,其组成成分中，硫酸钙、亚硫酸钙、碳酸钙和氢氧化钙的占比不低于70wt.％；脱硫灰经筛分处理，其粒径＜0.315mm。骨料为天然砂石骨料和人造骨料的混合物，其中，一级骨料粒径为2～5mm，二级骨料粒径为1.25～2mm。砌体胶结剂的组分中，钢渣、矿渣、石膏和生石灰通过球磨系统混合粉末，使得到的混合物的比表面积不低于400m2/kg。减水剂为萘系高效减水剂、氨基高效减水剂、聚羧酸高效减水剂中的一种。
实施例1
本实施例提供了一种基于脱硫灰的高强度砌体材料，其制备方法包括以下步骤：
步骤1：按重量份数计，将30份的脱硫灰与骨料(17.5份一级骨料和52.5份二级骨料)加入搅拌系统中进行均拌，形成改性混合骨料，混合搅拌时间4min；
步骤2：向搅拌系统中的混合料中添加8份砌体胶结剂(钢渣、矿渣、石膏和生石灰的质量比为20:50:25:5)，搅拌过程中加入9份水以及减水剂，减水剂添加量为砌体胶结剂2.5wt.％，混合均匀得到砌体胶凝材料；
步骤3：将步骤2得到的砌体胶凝材料采用压力机压制成型，成型压力为20MPa，得到一种基于脱硫灰的高强度砌体材料。
实施例2
本实施例提供了一种基于脱硫灰的高强度砌体材料，其制备方法包括以下步骤：
步骤1：按重量份数计，将20份的脱硫灰与骨料(13.3份一级骨料和66.7份二级骨料)加入搅拌系统中进行均拌，形成改性混合骨料，混合搅拌时间5min；
步骤2：向搅拌系统中的混合料中添加11份砌体胶结剂(钢渣、矿渣、石膏和生石灰的质量比为15:55:20:10)，搅拌过程中加入15份水以及减水剂，减水剂添加量为砌体胶结剂0.8wt.％，混合均匀得到砌体胶凝材料；
步骤3：将步骤2得到的砌体胶凝材料采用压力机压制成型，成型压力为25MPa，得到一种基于脱硫灰的高强度砌体材料。
实施例3
本实施例提供了一种基于脱硫灰的高强度砌体材料，其制备方法包括以下步骤：
步骤1：按重量份数计，将40份的脱硫灰与骨料(30份一级骨料和30份二级骨料)加入搅拌系统中进行均拌，形成改性混合骨料，混合搅拌时间4min；
步骤2：向搅拌系统中的混合料中添加10份砌体胶结剂(钢渣、矿渣、石膏和生石灰的质量比为25:45:20:10)，搅拌过程中加入10份水以及减水剂，减水剂添加量为砌体胶结剂1.5wt.％，混合均匀得到砌体胶凝材料；
步骤3：将步骤2得到的砌体胶凝材料采用压力机压制成型，成型压力为18MPa，得到一种基于脱硫灰的高强度砌体材料。
实施例4
本实施例提供了一种基于脱硫灰的高强度砌体材料，其制备方法包括以下步骤：
步骤1：按重量份数计，将30份的脱硫灰与骨料(23.3份一级骨料和46.7份二级骨料)加入搅拌系统中进行均拌，形成改性混合骨料，混合搅拌时间4min；
步骤2：向搅拌系统中的混合料中添加12份砌体胶结剂(钢渣、矿渣、石膏和生石灰的质量比为18:52:22:8)，搅拌过程中加入8份水以及减水剂，减水剂添加量为砌体胶结剂3wt.％，混合均匀得到砌体胶凝材料；
步骤3：将步骤2得到的砌体胶凝材料采用压力机压制成型，成型压力为22MPa，得到一种基于脱硫灰的高强度砌体材料。
实施例5
本实施例提供了一种基于脱硫灰的高强度砌体材料，其制备方法中步骤1：按重量份数计，将30份的脱硫灰与3～5mm的未分级骨料加入搅拌系统中进行均拌，混合搅拌时间4min。其他步骤与实施例4相同。
实施例6
本实施例提供了一种基于脱硫灰的高强度砌体材料，其制备方法中步骤1：按重量份数计，将30份的脱硫灰与1～3mm的未分级骨料加入搅拌系统中进行均拌，混合搅拌时间4min。其他步骤与实施例4相同。
实施例7
本实施例提供了一种基于脱硫灰的高强度砌体材料，其制备方法中步骤2：向搅拌系统中的混合料中添加12份水泥，搅拌过程中加入8份水以及减水剂，减水剂添加量为水泥的3wt.％，混合均匀得到砌体胶凝材料。其他步骤与实施例4相同。
性能测试
将实施例1-7制得的高强度砌体材料在常温常压下进行自然养护到一定龄期，进行抗压强度测试，相关结果如下表2所示：
表2
由上表可知，
实施例1-7制得的基于脱硫灰的高强度砌体材料具有较好的力学性能，其3d抗压强度为7～18MPa，14d抗压强度为13～36MPa，28d抗压强度为16～42MPa。与实施例5-7相比，实施例1-4采用了分级骨料以及自制的砌体胶结剂，制得的砌体材料的力学性能更加优异的，其3d抗压强度为13～18MPa，14d抗压强度为31～36MPa，28d抗压强度可达35～42MPa，达到GB/T11945-2019国标中蒸压灰砂实心砌块MU30强度等级要求。
进一步的，与常规的高强度砌体材料的制备方法相比，本发明提供的高强度砌体材料以脱硫灰为主要原料，且不需要经过复杂的烧结或蒸气养护步骤，制备工艺简单，能耗低，对于实现资源化利用、减少土地占用、降低环境污染具有重要的意义，具有广阔的推广及应用前景。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于脱硫灰的高强度砌体材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
改性混合骨料100份；砌体胶结剂8～12份；水8～15份；以及占所述砌体胶结剂总重量0.5wt.％～3wt.％的减水剂；
所述改性混合骨料由脱硫灰和骨料按照质量比为(2～4)：(6～8)混合而成；
所述砌体胶结剂由钢渣、矿渣、石膏和生石灰组成。
2.根据权利要求1所述的高强度砌体材料，其特征在于，所述骨料包括天然砂石骨料和/或人造骨料。
3.根据权利要求1所述的高强度砌体材料，其特征在于，所述骨料由一级骨料和二级骨料组成，所述一级骨料的粒径区间为2～5mm，所述二级骨料的粒径区间为1.25～2mm。
4.根据权利要求3所述的高强度砌体材料，其特征在于，所述二级骨料与所述一级骨料的质量比为(1～5):1。
5.根据权利要求1所述的高强度砌体材料，其特征在于，所述脱硫灰的密度为550～900kg/m3；其组成成分中，硫酸钙、亚硫酸钙、碳酸钙和氢氧化钙的占比不低于70wt.％。
6.根据权利要求5所述的高强度砌体材料，其特征在于，所述脱硫灰经过粉磨筛分处理，其粒径不大于0.315mm。
7.根据权利要求1所述的高强度砌体材料，其特征在于，所述砌体胶结剂中，各组分的含量按重量百分数计：钢渣15wt.％～25wt.％、矿渣40wt.％-55wt.％、石膏10wt.％-25wt.％、生石灰2wt.％-10wt.％。
8.根据权利要求1所述的高强度砌体材料，其特征在于，所述减水剂选自萘系高效减水剂、氨基高效减水剂、聚羧酸高效减水剂中的一种或多种的组合。
9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的高强度砌体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将脱硫灰与骨料混合均匀，得到改性混合骨料；
S2、向所述改性混合骨料中加入砌体胶结剂、水和减水剂，混合均匀得到砌体胶凝材料；
S3、将所述砌体胶凝材料压制成型，得到高强度砌体材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，压制成型的压力10～25MPa。
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| CN202311050828.3A CN117105620A (zh) | 2023-08-18 | 2023-08-18 | 一种基于脱硫灰的高强度砌体材料及其制备方法 |
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