一种大比例利用钢渣的全固废路面混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种大比例利用钢渣的全固废路面混凝土及其制备方法。按质量百分比，先将75%～90%的矿渣粉和10%～25%的粉磨工业副产石膏混匀制成胶凝材料，再按胶凝材料10%～25%、5mm～25mm粒径的转炉钢渣粗骨料13%～42.5%、小于5mm粒径转炉钢渣细骨料32.5%～68%混合，然后加入水3%～12.5%、减水剂0.1%～0.75%搅拌均匀后制得全固废路面混凝土。本发明专利技术基于多种固废的复盐效应，结合粒级与活性的双重协同优化制备全固废混凝土，解决了转炉钢渣应用于混凝土时活性低、安定性差的问题，显著提高了全固废混凝土中的钢渣掺量，所制路面混凝土具有良好的抗压强度，降低了混凝土的生产成本，提高了资源利用效率，减轻钢渣的堆存状况，具有明显的经济及环境效益。

【技术实现步骤摘要】
一种大比例利用钢渣的全固废路面混凝土及其制备方法
本专利技术涉及固体废弃物资源化综合利用和建筑材料领域，具体涉及到一种大比例利用钢渣的全固废路面混凝土及其制备方法。
技术介绍
混凝土是工程建设过程中不可或缺的建筑材料，也是目前应用最为广泛的建筑材料。但传统的水泥混凝土工业产生大量的能源消耗与资源浪费，对生态环境的危害也十分严重。将冶金废渣应用于混凝土工业之中，能够大规模消纳目前广泛堆存的冶金固废，同时也能节约水泥混凝土生产过程中的能源与资源消耗，降低混凝土成本，具有明显的经济效益与环境效益。钢渣是炼钢剩余炉渣经冷却所得，按冶炼方式可分为转炉钢渣、电炉钢渣和平炉钢渣等，排出量约占粗钢产量的15％～20％。在我国，钢渣的利用率较低，多数钢铁企业仅经过破碎磁选回收铁后将剩余钢尾渣堆存，造成了严重的土地占用与环境污染问题。钢渣的矿物成分受冶炼工艺影响较大，主要包括硅酸二钙、硅酸三钙、RO相(CaO、MgO、MnO和FeO组成的固溶体)、铁铝酸钙、游离氧化钙、游离氧化镁和单质铁等，其中硅酸二钙与硅酸三钙是其水化活性的主要来源。基于钢渣的弱水化活性，部分水泥混凝土企业将其磨细后应用于水泥及混凝土生产中，但由于钢渣活性较低，钢渣的应用水平仍旧很低。在钢渣的各成分之中，游离氧化钙与游离氧化镁对于混凝土的影响是十分严重的。游离氧化钙与游离氧化镁与水反应速度较慢，反应后产生的体积膨胀对混凝土的体积稳定性危害极大。而矿渣的水化过程中需要碱性物质的激发，在水化后期能够消解游离氧化钙与游离氧化镁的水化产物，从而保证混凝土的体积稳定性，同时能够使混凝土的后期强度持续增长，延长混凝土的使用年限。CN101475348A公开了一种以冶金渣为主要原料的人工鱼礁混凝土的制备方法，采用粒径小于5mm的砂、钢渣、矿渣、水泥熟料按比例0～20％∶10％～80％∶0～80％∶10％～70％进行混磨制备胶凝材料，将粒径大于5mm的粗砂与石子按比例混合制备混凝土，再经高温养护制备人工鱼礁。该专利所用钢渣仍需要磨细作为矿物掺合料，并且制备混凝土后仍需高温养护。CN108546055A公开了一种钢渣透水混凝土，采用普通硅酸盐水泥、钢渣碎石混合集料、减水剂、偏高岭土、碳酸钙粉末以及改性聚丙烯酸醋和丁苯橡胶乳液组合改性胶料混合制成，具有较好的透水性。但该专利钢渣利用比率较低，且所使用的胶凝材料成本较高。CN108083729A公开了一种由钢渣集料复合而成的混凝土及其制备方法，将钢渣集料、矿渣粉、石膏以及水泥混合制备胶凝材料，配以砂子、石子制备混凝土。但这种混凝土使用的钢渣粒级为15mm以下，对于大粒级钢渣无法直接利用，钢渣的利用率仍较低，使用水泥时也会增加混凝土的成本。CN104496356A公开了一种用钢渣粉和矿渣粉制备的路沿石混凝土，采用钢渣粉、矿渣粉和水泥组成胶凝材料，由钢尾渣、矿渣砂组成集料，加入水、减水剂制成混凝土。该混凝土大量采用冶金废渣，但其所用钢渣粉仍需要粉磨至400m2/kg～500m2/kg，所用钢尾渣则为5mm～30mm粒级，对于5mm以下粒级没有直接利用，加之使用部分水泥，造成混凝土成本的增加。CN107814536A公开了一种市政建筑工程用路面混凝土。这种混凝土由有机无机材料复合而成,具有高韧性、抗冲击、抗裂、耐磨损、抗滑等性能优势。但其原料中仍采用了普通硅酸盐水泥、非晶态七铝酸十二钙、改性乳化沥青、天然硅灰石粉、复合纤维、消泡剂、减水剂、砂、石子以及水等，原料成分复杂且成本较高。目前，我国对于钢渣主要的应用技术还是将钢渣磨细后用做混凝土胶凝材料，用作骨料时仍需掺入一定的天然或人工骨料，利用率较低。而路面混凝土技术为了提高混凝土耐磨性，加入改性沥青等原料也使得混凝土的成本提高。将钢渣用作混凝土骨料，避免了用作胶凝材料时需要粉磨增加能耗的问题，利用钢渣的粒度范围较大，但同时也需要面对钢渣骨料的游离氧化钙及游离氧化镁水化膨胀的问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种大比例利用钢渣的全固废路面混凝土及其制备方法，是为了解决现有技术中的以下问题：1.转炉钢渣产量及堆存量较大，造成土地占用、资源浪费以及环境污染问题，现有技术应用水平有限；2.现有的钢渣混凝土技术将钢渣用作混凝土掺合料，应用过程中需要将钢渣进一步磨细以提高其水化活性，增加了生产能耗。3.转炉钢渣用作混凝土骨料时的安定性问题没有得到有效解决；4.利用冶金渣制备路面混凝土的现有技术中，尚无大比例利用转炉钢渣集料的先例。本专利技术通过利用转炉钢渣制备混凝土骨料，结合转炉钢渣、矿渣与工业副产石膏的粒级与活性的双重协同优化，解决了全固废路面混凝土的强度增长问题以及钢渣用作混凝土骨料时安定性不良的问题，同时转炉钢渣骨料可以提高其在混凝土工业中的利用率，提高路面混凝土的强度与耐磨性等性能，为钢渣骨料混凝土的应用提供了新思路。实现本专利技术上述目的所采用的技术方案为：一种大比例利用钢渣的全固废路面混凝土，以质量百分比计，包括胶凝材料10％～25％、转炉钢渣骨料65％～85％、水3％～12.5％和减水剂0.1％～0.75％，所述胶凝材料包括矿渣粉75％～90％，工业副产石膏10％～25％，不含有水泥。所述转炉钢渣骨料分为粗骨料和细骨料，细骨料粒径＜5mm，粗骨料粒径5mm～25mm，细骨料占骨料总质量的50％～80％，粗骨料占骨料总质量的20％～50％。所述转炉钢渣骨料体积安定性符合YB/T4228-2010《混凝土多孔砖和路面砖用钢渣》要求，按1.0±0.05Mpa压力压蒸，试件完整且压蒸膨胀率≤0.80％。所述矿渣粉为符合GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的S95级以上粒化高炉矿渣粉，密度≥2.8g/cm3，比表面积≥400m2/kg，活性指数7d≥70％、28d≥95％。所述工业副产石膏是符合GB/T21371-2019《用于水泥中的工业副产石膏》的规定的工业副产石膏，具体可为脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、柠檬石膏、废陶模石膏、钛石膏、芒硝石膏、盐石膏中的一种或多种；石膏中二水石膏和无水石膏的总合≥75％，氯离子≤0.5％、pH值≥5。一种如上所述的大比例利用钢渣的全固废路面混凝土的制备方法，将经粉磨后的工业副产石膏和矿渣粉混匀制得胶凝材料，将所述胶凝材料与转炉钢渣骨料、减水剂加水混合均匀，具体步骤如下：(1)将所需工业副产石膏粉磨后，再与矿渣粉分别按干基质量百分比10％～25％和75％～90％称量，然后混匀制得胶凝材料；(2)按质量百分比计，将胶凝材料10％～25％、转炉钢渣粗骨料13％～42.5％、转炉钢渣细骨料32.5％～68％、水3％～12.5％、减水剂0.1％～0.75％加入搅拌机，搅拌均匀后经浇筑成型并进行养护，就可得到大比例钢渣全固废路面混凝土。所述减水剂：采用聚羧酸系、萘系、氨苯磺酸系或密胺系高效减水剂中的一种，关键性能指标应符合《混凝土外加剂》GB8076-2008中标准型高性能减水剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大比例利用钢渣的全固废路面混凝土，其特征在于：以质量百分比计，包括胶凝材料10%～25％，转炉钢渣骨料65%～85%，水3%～12.5%和0.1%～0.75%的减水剂；所述胶凝材料包括矿渣粉75%～90%，工业副产石膏10%～25%。/n

【技术特征摘要】
1.一种大比例利用钢渣的全固废路面混凝土，其特征在于：以质量百分比计，包括胶凝材料10%～25％，转炉钢渣骨料65%～85%，水3%～12.5%和0.1%～0.75%的减水剂；所述胶凝材料包括矿渣粉75%～90%，工业副产石膏10%～25%。


2.如权利要求1所述的大比例利用钢渣的全固废路面混凝土，其特征在于：所述转炉钢渣骨料分为粗骨料和细骨料，细骨料粒径＜5mm，粗骨料粒径5mm～25mm，细骨料占骨料总质量的50%～80%，粗骨料占骨料总质量的20%～50%。


3.如权利要求1所述的大比例利用钢渣的全固废路面混凝土，其特征在于：所述转炉钢渣骨料按1.0±0.05Mpa压力压蒸，试件完整且压蒸膨胀率≤0.80%。


4.如权利要求1所述的大比例利用钢渣的全固废路面混凝土，其特征在于：所述矿渣粉为密度≥2.8g/cm3、比表面积≥400m2/kg、活性指数28d≥95%的粒化高炉矿渣粉。


5.如权利要求1所述的大比...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢建光，倪文，贾国良，许成文，吴保华，李晓琪，张宁，
申请(专利权)人：邯郸钢铁集团有限责任公司，北京科技大学，河钢股份有限公司邯郸分公司，
类型：发明
国别省市：河北;13