CNF增强钢渣基地质聚合物胶凝材料、成型体及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种CNF增强钢渣基地质聚合物胶凝材料、成型体及其制备和应用，其中CNF增强钢渣基地质聚合物胶凝材料包括以下重量份的各组分：钢渣50～70份；水玻璃5～7份；NaOH 0.8～1.2份；水20～30份；还包括CNF，所述CNF的质量为钢渣质量的0.1～0.5％。与现有技术相比，本发明专利技术所提供的CNF增强钢渣基地质聚合物胶凝材料，其制备获得的成型体具有更佳的综合力学性能，能更好地实现地质聚合物材料在建筑工程材料领域的应用，也为钢渣的资源化利用提供了新方向，具有良好的产业化前景。具有良好的产业化前景。具有良好的产业化前景。

【技术实现步骤摘要】
CNF增强钢渣基地质聚合物胶凝材料、成型体及其制备和应用


[0001]本专利技术涉及环保型建筑材料领域，尤其是涉及一种CNF增强钢渣基地质聚合物胶凝材料、成型体及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钢渣是炼钢厂粗钢冶炼过程中排放的固体废弃物，主要成分是氧化钙、氧化铁、二氧化硅和氧化铝。由于钢铁产业的迅速发展和钢渣的利用率较低，我国拥有大量的堆积钢渣，这不仅占用宝贵的土地，而且污染环境。地质聚合物材料是指以粉煤灰、高岭土、冶金矿渣、工业废渣等含硅铝氧化合物的矿物和固体废弃物为原料，经碱液激发，发生地质聚合反应，形成的新型绿色胶凝材料。
[0003]与硅酸盐水泥材料相比，地质聚合物不仅原料来源广泛、生产能耗低、能实现固废利用，而且强度高、耐酸碱腐蚀、耐火耐高温。钢渣富含硅铝矿物，且经高温煅烧过程，具有一定活性，如果能将钢渣作为一种地质聚合物原料进行固废利用，并代替部分水泥应用到建筑工程领域，必将给“资源节约型”和“环境友好型”社会做出巨大的贡献。但是钢渣成分复杂、活性较低，经碱激发制备的地质聚合物可能存在强度较低，脆性较大，韧性不足的缺点。
[0004]因此如何通过增韧补强提高其力学性能，并突出环保优势，是钢渣基地质聚合物材料推广应用的重要问题。
[0005]CN1286766C公开了一种无水泥熟料的碱胶凝材料，由钢渣-偏高岭土复合胶凝材料，由钢渣、偏高岭土、水玻璃溶液、硫酸钠、氟化钠混合而成。该技术方案的缺陷为：偏高岭土作为高岭石矿产的煅烧产品，相比水泥，其环保优势并不明显，其中的胶凝材料的配比规律是，抗压强度随着偏高岭土占比的提升而逐渐提高，因此在胶凝材料强度较高时，偏高岭土占比很高，钢渣占比较少；且该技术方案需要用到大量的水玻璃溶液、硫酸钠和氟化钠作为碱性激发剂，这些碱激发剂的生产也需要耗费能源和排放污染物，因此本专利技术中的胶凝材料的环保优势并不突出，对当前需要解决的技术问题没有借鉴意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种CNF增强钢渣基地质聚合物胶凝材料及其制备方法和应用，以此获得的成型体具有更佳的综合力学性能，能更好地实现地质聚合物材料在建筑工程材料领域的应用，也为钢渣的资源化利用提供了新方向。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]本专利技术中CNF增强钢渣基地质聚合物胶凝材料，包括以下重量份的各组分：
[0009][0010]还包括CNF，所述CNF的质量为钢渣质量的0.1～0.5％。
[0011]进一步地，所述CNF的长度为1～15μm，所述CNF的横截面的直径为50～200nm。
[0012]进一步地，所述钢渣的平均粒径15～25μm。
[0013]进一步地，所述钢渣中CaO的含量为30～40wt％、Fe2O3的含量为22～28wt％、SiO2的含量为13～17wt％、MgO的含量为5～9wt％、Al2O3的含量为4～6wt％。
[0014]进一步优选地，所述钢渣中CaO的含量为33～37wt％、Fe2O3的含量为24～26wt％、SiO2的含量为14～16wt％、MgO的含量为6～8wt％、Al2O3的含量可以为5～6wt％。
[0015]进一步优选地，所述胶凝材料中，钢渣的主要成分可以包括CaO、Fe2O3、SiO2、MgO、Al2O3等。其中，CaO的含量可以为30～40wt％、Fe2O3的含量可以为22～28wt％、SiO2的含量可以为13～17wt％、MgO的含量可以为5～9wt％、Al2O3的含量可以为4～6wt％。优选的，CaO的含量可以为33～37wt％、Fe2O3的含量可以为24～26wt％、SiO2的含量可以为14～16wt％、MgO的含量可以为6～8wt％、Al2O3的含量可以为5～6wt％。钢渣通常还需要具有合适的烧失量、比表面积和粒径等，
[0016]进一步优选地，所述钢渣的烧失量为2～5％，比表面积为0.5～1m2/g，粒径d(0.1)为4～6μm、d(0.5)为15～25μm、d(0.9)为70～90μm。
[0017]进一步优选地，本专利技术所提供的CNF增强钢渣基地质聚合物胶凝材料中，按重量份计，可以包括50～55份、55～60份、60～65份、或65～70份钢渣粉，优选可以包括55～65份钢渣粉，所述钢渣粉通常是以粗钢冶炼过程中排放的废渣。
[0018]进一步地，所述水玻璃的模数为3.1～3.4。
[0019]进一步地，所述水为蒸馏水。
[0020]本专利技术还保护CNF增强钢渣基地质聚合物胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
[0021](1)将CNF和钢渣在球磨机中球磨，使钢渣磨细成为钢渣粉，并使CNF在钢渣粉中均匀分散，获得分散均匀的CNF与钢渣粉混合体；
[0022](2)将NaOH、水玻璃、余量的水混合均匀，以提供碱性激发剂；
[0023](3)将步骤(1)所提供的CNF和钢渣粉混合体与步骤(2)所提供的碱性激发剂混合均匀；
[0024](4)将步骤(3)所提供的浆体注入模具、养护、脱模，以提供所述成型体。
[0025]进一步地，步骤(4)中养护的温度条件为20～30℃。
[0026]本专利技术还保护CNF增强钢渣基地质聚合物胶凝材料在建筑工程材料制备领域的用途。本申请所提供的CNF增强钢渣基地质聚合物胶凝材料可以用于制备建筑工程材料，所述CNF增强钢渣基地质聚合物胶凝材料在硬化以后可以形成具有良好力学性能的成型体，可作为承重材料和/或补强材料等。
[0027]本专利技术还保护一种由上述CNF增强钢渣基地质聚合物胶凝材料制备的成型体。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下技术优势：
[0029]1)本专利技术所提供的CNF增强钢渣基地质聚合物胶凝材料，制备获得的成型体具有更佳的综合力学性能，3d抗压强度可以达到15MPa以上，3d抗折强度可以达到3MPa以上；7d抗压强度可以达到17MPa以上，7d抗折强度可以达到3.5MPa以上；28d抗压强度可以达到19MPa以上，28d抗折强度可以达到4MPa以上，当与未添加CNF的材料相比，3d抗压强度可以提高41％以上、抗折强度可以提高6％以上；7d抗压强度可以提高50％以上、抗折强度可以提高30％以上；28d抗压强度可以提高58％以上、抗折强度可以提高25％以上。
[0030]2)本专利技术通过胶凝材料制备获得的成型体具有更佳的力学性能，且由于钢渣基地质聚合物本身具有的环保优势，可为地质聚合物材料在建筑工程材料领域提供更好的应用，具有良好的产业化前景。
附图说明
[0031]图1显示为本专利技术实施例1中不同龄期的抗压强度分析结果示意图。
[0032]图2显示为本专利技术实施例1中不同龄期的抗折强度分析结果示意图。
[0033]图3显示为本专利技术实施例2中不同龄期的抗压强度分析结果示意图。
[0034]图4显示为本专利技术实施例2中不同龄期的抗折本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CNF增强钢渣基地质聚合物胶凝材料，其特征在于，包括以下重量份的各组分：还包括CNF，所述CNF的质量为钢渣质量的0.1～0.5％。2.根据权利要求1所述的一种CNF增强钢渣基地质聚合物胶凝材料，其特征在于，所述CNF的长度为1～15μm，所述CNF的横截面的直径为50～200nm。3.根据权利要求1所述的一种CNF增强钢渣基地质聚合物胶凝材料，其特征在于，所述钢渣的平均粒径15～25μm。4.根据权利要求1所述的一种CNF增强钢渣基地质聚合物胶凝材料，其特征在于，所述钢渣中CaO的含量为30～40wt％、Fe2O3的含量为22～28wt％、SiO2的含量为13～17wt％、MgO的含量为5～9wt％、Al2O3的含量为4～6wt％。5.根据权利要求4所述的一种CNF增强钢渣基地质聚合物胶凝材料，其特征在于，所述钢渣中CaO的含量为33～37wt％、Fe2O3的含量为24～26wt％、SiO2的含量为14～16wt％、MgO的含量为6～8wt％、Al2O3的含量可以为5～6wt％。6.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱兴一，李文凯，李峰，杜豫川，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：