一种高性能矿物掺合料及其在混凝土中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种高性能矿物掺合料及其在混凝土中的应用，按照质量百分比计，包括高炉矿渣75～85%、重构转炉钢渣5～15%以及锂矿渣5～15%，重构转炉钢渣的制备方法为：1）混料：热态的转炉钢渣中加入还原剂和调质剂混合均匀；2）调制：混合均匀后输送至电炉中开始升温，升温同时向电炉内持续通入保护气体，电炉升温至1400～1650℃后保温20～60min，保温结束后，电炉温度冷却至1200～1300℃；3）粒化：电炉出渣后，使熔渣落到旋转的粒化轮上，进行水淬；4）磁选：回收步骤3）产生的铁；5）粉磨：经过步骤4）除铁处理的钢渣进行粉磨。本发明专利技术通过提高转炉钢渣的活性，提高矿物掺合料整体的活性，从而提高混凝土的密实度和强度。

A high performance mineral admixture and its application in concrete

【技术实现步骤摘要】
一种高性能矿物掺合料及其在混凝土中的应用
本专利技术涉及矿物掺合料的
，尤其是涉及一种高性能矿物掺合料及其在混凝土中的应用。
技术介绍
近年来随着高性能混凝土的快速发展，带动了矿物掺合料的大量应用，特别是在商品混凝土中，矿物掺合料已成为不可缺少的一种组分。矿物掺合料大多是工业废料，加入混凝土中，不仅可以降低成本，改善混凝土的工作性、耐久性等性能，还能变废为宝，保护环境，成为有利于混凝土行业可持续发展的一项措施。目前最常用的矿物掺合料有高炉矿渣、粉煤灰和硅灰等，在混凝土内部的碱性环境中，有活性的矿物掺合料能够与硅酸盐水泥水化反应生成的氢氧化钙发生反应，生成有利的C-S-H凝胶等水化产物，减少氢氧化钙含量，使水化产物颗粒变得细小，提高界面过渡区的密实程度，改善混凝土的微观结构。未参与反应的矿物掺合料微粒则沉积在浆料与骨料间的过渡区，改善了原本疏松、薄弱的区域的结构，使其密实度和结合强度增加。另外，掺入矿物掺合料也有助于改善混凝土的流动性，降低用水量，从而提高混凝土的抗渗性和耐久性，使用矿物掺合料来代替水泥，从混凝土的经济、能效、耐久性和生态利益来看，都有突出的优越性。除了利用粉煤灰、矿渣等矿物掺合料的同时，还要开发利用新的工业废渣，既符合我国可持续发展的原则，又能够为混凝土工业提供更广泛的掺合料。钢渣是炼钢过程中产生的废渣，钢渣的排放量约为钢产量的10～15%，分为转炉钢渣、平炉钢渣和电炉钢渣，其中转炉钢渣所占的比重较大，因此钢渣的处理和资源化利用问题也越来越受到重视。公布号为CN110282898A的中国专利公开一种高性能矿物掺合料及其在混凝土中的应用，按照质量百分比计，包括钢渣粉60～70%、炉渣8～12%、煤渣4～6%、超细矿粉5～10%、快硬硫铝酸盐水泥3～6%、熟料粉4～6%、早强剂3～7%以及硅灰5～10%，该专利技术使用早强型水泥与硅灰掺合料，弥补钢渣粉早期强度不足的劣势，使用超细矿粉，保证全龄期强度稳定发展。上述中的现有技术方案存在以下缺陷：矿物掺合料的活性对提高混凝土的性能有至关重要的作用，上述专利技术大量使用钢渣粉作为主料，钢渣中所含的矿物Ca2(Al,Fe)2O5,MgO·2FeO无水硬性，水化活性相对较低，对混凝土的密实度和强度提高不明显。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的之一是提供一种高性能矿物掺合料，通过提高转炉钢渣的活性，提高矿物掺合料整体的活性，从而提高混凝土的密实度和强度；本专利技术的目的之二是提供一种高性能矿物掺合料的制备方法，具有制备工艺简单，制备出的高性能矿物掺合料性能稳定。本专利技术的上述专利技术目的一是通过以下技术方案得以实现的：一种高性能矿物掺合料，按照质量百分比计，包括高炉矿渣75～85%、重构转炉钢渣5～15%以及锂矿渣5～15%，所述重构转炉钢渣的制备方法为：1）混料：热态的转炉钢渣温度保持在1400～1650℃转入到渣包中，然后加入还原剂和调质剂混合均匀，还原剂的加入量为转炉钢渣的5～10%，调制剂的加入量为转炉钢渣的10～30%；2）调制：混合均匀的转炉钢渣、还原剂和调制剂输送至电炉中开始升温，升温同时向电炉内持续通入保护气体除去电炉内的空气，电炉升温至1400～1650℃后保温20～60min，保温结束后，电炉温度冷却至1200～1300℃；3）粒化：电炉出渣后，使熔渣落到旋转的粒化轮上，进行一次水淬，一次水淬后的钢渣落入到淬渣池内进行二次水淬，然后经过集渣、捞渣、脱水及烘干将钢渣提升运输到料仓；4）磁选：回收步骤3）产生的铁；5）粉磨：经过步骤4）除铁处理的钢渣进行粉磨至钢渣粒径在10～20μm，得到重构转炉钢渣。通过采用上述技术方案，高炉矿渣的化学成分与水泥熟料相似，具有一定的活性，高炉矿渣中含有大量的玻璃体，存在潜在的水硬性，掺入到混凝土中，玻璃体会与水泥浆体发生化学反应，使水泥浆体与骨料之间的界面结合更加牢固。高炉矿渣和重构转炉钢渣共同使用，钢渣的水化反应为矿渣的水化提供了反应相，又可以促进矿渣的水化，重构转炉钢渣一方面提高了高炉矿渣所需的氢氧化钙浓度，另一方面也降低了初始结构的孔隙率，从而提高混凝土的密实性。炼钢时，转炉钢渣中含有铁的氧化物，铁的氧化物有利于保持液态渣的流动性，因此这部分铁的氧化物不仅是对铁矿石资源的浪费，而且大量存在于转炉钢渣中，也会降低转炉钢渣的水化活性，也会导致转炉钢渣的易磨性变差。加入还原剂，通入保护气体除去空气，铁的氧化物会逐渐被还原剂还原为铁，再将还原的铁分离出去，去除铁的氧化物之后的转炉钢渣的活性增加。通过加入调制剂参与转炉钢渣的重构过程，减少RO相，增加重构转炉钢渣中硅酸三钙的形成，硅酸三钙的结构由于配位极不规则，在结构中留有空洞，使水分子容易进入，从而水化活性高，因此硅酸三钙的生成能够进一步提高重构转炉钢渣的活性。重构转炉钢渣经过粉磨，其中的f-Ca0和MgO被活化，在混凝土硬化之前提前水化，同时重构转炉钢渣中的玻璃体经机械力活化后，结构遭到破坏，硅酸盐、铝酸盐等物质从玻璃体中暴露出来，也加快了水化速率，提高了重构转炉钢渣的反应活性，从而提高了矿物掺合料的活性。锂矿渣的“微填充效应”和“滚珠效应”，使得锂矿渣的掺入可降低混凝土的用水量，锂矿渣对混凝土早期和后期强度均有不同程度的提高，锂矿渣中氧化硅和氧化铝的含量高，具有较高的活性。另外锂矿渣中还含有少量的SO3，可以和水泥水化产物生成钙矾石，且反应进程还可以促进硅酸二钙和硅酸三钙水化，生成的钙矾石填充于混凝土中，使混凝土更密实，从而起到增强作用。后期锂矿渣与水泥水化产物氢氧化钙及硅酸钙反应，C-S-H凝胶量增加，有利于混凝土强度提高。高炉矿渣、重构转炉钢渣以及锂矿渣三掺复配使用，使混凝土的孔结构充分细化，混凝土强度显著提高。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述还原剂至少包括无烟煤、碳粉中的一种。通过采用上述技术方案，无烟煤与碳粉作为还原剂均能将转炉钢渣中铁的氧化物转化为铁，且还原过程产生的污染小、成本低，适合工业应用。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述调制剂至少包括石灰、氧化铝、氧化硅、粘土矿物、粉煤灰中的一种。通过采用上述技术方案，这些调制剂参与重构过程，均能减少转炉钢渣中的RO相，从而促进C3S的生成，提高重构转炉钢渣的活性。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述粘土矿物为高岭土或蒙脱土。通过采用上述技术方案，高岭土或蒙脱土中含有氧化铝、氧化硅，有与碱反应的活性，因此能够提高转炉钢渣的活性。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述粉磨过程加入助磨剂，所述助磨剂的加入量为转炉钢渣的0.1～0.5%通过采用上述技术方案，重构转炉钢渣在粉磨过程中，颗粒逐步细化，比表面积增大，其表面因断键而带电，粒子相互吸附并出现团聚，使粉磨效率下降，加入少量助磨剂，可以显著降低粒子表面，克服颗粒之间的吸引力，减小粉磨阻力，从而能够防止粒子团聚，改善物料流动性，从而提高粉磨效率，缩短粉磨时间。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述助磨剂为石英砂或玻璃珠。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能矿物掺合料，其特征在于：按照质量百分比计，包括高炉矿渣75～85%、重构转炉钢渣5～15%以及锂矿渣5～15%，所述重构转炉钢渣的制备方法为：1）混料：热态的转炉钢渣温度保持在1400～1650℃转入到渣包中，然后加入还原剂和调质剂混合均匀，还原剂的加入量为转炉钢渣的5～10%，调制剂的加入量为转炉钢渣的10～30%；2）调制：混合均匀的转炉钢渣、还原剂和调制剂输送至电炉中开始升温，升温同时向电炉内持续通入保护气体除去电炉内的空气，电炉升温至1400～1650℃后保温20～60min，保温结束后，电炉温度冷却至1200～1300℃；3）粒化：电炉出渣后，使熔渣落到旋转的粒化轮上，进行一次水淬，一次水淬后的钢渣落入到淬渣池内进行二次水淬，然后经过集渣、捞渣、脱水及烘干将钢渣提升运输到料仓；4）磁选：回收步骤3）产生的铁；5）粉磨：经过步骤4）除铁处理的钢渣进行粉磨至钢渣粒径在10～20μm，得到重构转炉钢渣。/n

【技术特征摘要】
1.一种高性能矿物掺合料，其特征在于：按照质量百分比计，包括高炉矿渣75～85%、重构转炉钢渣5～15%以及锂矿渣5～15%，所述重构转炉钢渣的制备方法为：1）混料：热态的转炉钢渣温度保持在1400～1650℃转入到渣包中，然后加入还原剂和调质剂混合均匀，还原剂的加入量为转炉钢渣的5～10%，调制剂的加入量为转炉钢渣的10～30%；2）调制：混合均匀的转炉钢渣、还原剂和调制剂输送至电炉中开始升温，升温同时向电炉内持续通入保护气体除去电炉内的空气，电炉升温至1400～1650℃后保温20～60min，保温结束后，电炉温度冷却至1200～1300℃；3）粒化：电炉出渣后，使熔渣落到旋转的粒化轮上，进行一次水淬，一次水淬后的钢渣落入到淬渣池内进行二次水淬，然后经过集渣、捞渣、脱水及烘干将钢渣提升运输到料仓；4）磁选：回收步骤3）产生的铁；5）粉磨：经过步骤4）除铁处理的钢渣进行粉磨至钢渣粒径在10～20μm，得到重构转炉钢渣。
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【专利技术属性】
技术研发人员：严建强，
申请(专利权)人：常州坚鹏建材有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32