一种高硫型钢渣固废胶凝材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高硫型钢渣固废胶凝材料及其制备方法，由按质量百分含量的钢渣35～45％、25～35％矿渣、0～15％粉煤灰、10～15％副产石膏、10～15％水泥，以及上述组份质量总和30～40％的水组成。各原料按照配比称量相对应的重量，然后充分混合均匀后加入水，随后在水泥净浆搅拌机中搅拌3～4分钟，将搅拌所得浆料倒入模具中，在水泥胶砂振实台振实30～45s，模具静置1天成型，成型样品脱模后，进行标准养护即得。本申请无任何外加碱性激发剂如水玻璃，NaOH等，同时后期强度高，体积稳定性良好。体积稳定性良好。体积稳定性良好。

【技术实现步骤摘要】
一种高硫型钢渣固废胶凝材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及固体废弃物建材资源化利用，特别是涉及一种高硫型钢渣固废胶凝材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]中国作为一个能源大国，在能源消耗过程中产生大量的固体废弃物，但其综合利用率并不高。中国2020年粉煤灰的年新增量6亿吨左右，利用率70％；钢渣的年增长量1.6亿吨左右，利用率30％～40％；工业副产石膏的年增长量2亿吨左右，利用率50％。大量的固体废弃物堆积不仅会浪费土地资源，而且还会破坏周围的生态环境。采用固体废弃物制备一种新型固废胶凝体系，不仅可以解决大量固体废弃物带来的种种弊端，而且还可以减少水泥使用从而减少水泥工业的碳排放量，促进“碳达峰，碳中和”。
[0003]近年来，不少研究学者针对碱激发固废胶凝材料进行大量研究。碱激发胶凝材料主要采用碱性激发剂包括苛性碱、含碱硅酸盐等激发含铝硅酸盐煅烧天然矿物或工业固废如偏高岭土、矿渣、粉煤灰、钢渣等活性制得的胶凝材料体系。通过碱激发制得的固废胶凝材料通常具有相对较高的力学强度。彭小芹等采用钢渣：矿渣＝4：6，模数1.3水玻璃进行碱激发，28天抗压强度超过55MPa；You等采用钢渣：矿渣＝1：1，采用模数1.55水玻璃进行碱激发，28天抗压强度超过60MPa。王梦琪等制备碱激发钢渣矿渣体系，采用模数为2的水玻璃激发，28天抗压强度超过50MPa，加入NaOH激发，28天抗压强度只有30.73MPa；宋维龙等采用钢渣：矿渣：粉煤灰＝1：1：2，激发剂采用模数1.6水玻璃，28天抗压强度43MPa左右；王春雪等采用粉煤灰：钢渣＝7：3，激发剂采用模数1.76水玻璃，28天抗压强度40.33MPa。碱激发固废胶凝材料力学强度受激发剂种类和固废胶凝组分配比的影响。
[0004]同时，存在无碱激发钢渣固废胶凝材料制备个例，但是强度普遍偏低。有研究者制备钢渣固废胶凝材料，其中水泥掺量高达40％，钢渣占比40％左右，3天的强度很低，28天强度只有30MPa左右；有研究者制备水泥钢渣胶凝材料，当钢渣掺量20％，28天抗压强度在为25MPa左右；宋强等采用钢渣矿渣水泥体系，当钢渣掺量高于40％时，28天的抗压强度在29MPa左右；张金良等采用钢渣、矿渣、水泥和盐石膏的配比为40:50:5:5时，28天的强度是20.2MPa；许玮滢等采用钢渣：粉煤灰＝1：1，28天抗压强度最高达17.20MPa；侯继伟等采用水泥：钢渣＝1：1，3天抗压强度仅有1.74MPa，28天抗压强度为31.72MPa；王喆等当钢渣取代35％水泥时，28天强度在35MPa左右。邹小平等采用水泥：钢渣：粉煤灰＝3：1：1，体系28d天抗压强度有31.7MPa，当矿渣换成粉煤灰时，28天抗压强度为34.3MPa。无碱激发固废胶凝材料的制备相比于碱激发固废胶凝材料具有更好的经济价值。然而，在无碱激发条件下，低活性固废材料制备的胶凝材料具有低力学强度，是亟需克服的科学和技术难点。
[0005]此外，钢渣超硫酸盐水泥体系已有一些尝试，但是存在力学强度不高的主要问题。赵青林等专利技术钢渣超硫酸盐水泥及其制备方法，采用20％～80％钢渣，5％～65％矿渣和/或粉煤灰，5％～25％硫酸盐激活剂，1％～10％水泥熟料或氢氧化钙，0.05％～3％碱性激活剂，28天抗压强度平均为36.4MPa。此专利包含原材料范围较广，钢渣和矿渣掺量虽相对
较高，但28天抗压强度并不高。李磊研究了熟料含量、钢渣细度、混合材和碱激发剂对钢渣超硫酸盐水泥性能的影响，通过提高熟料掺量(低于5％时)、掺入碱激发剂和混合材，对钢渣超硫酸盐水泥抗压强度改善作用不显著，28天抗压强度分别低于25MPa、30MPa和20MPa，增大钢渣细度可明显提高抗压强度，但28天强度仍然低于40MPa。
[0006]综上所述，碱激发促进强度的上升，但是由于碱的价格贵，使用碱激发必然使产品附加值降低。采用无碱激发制备钢渣固废胶凝材料，钢渣掺入量较高时，强度无法得到保证。钢渣超硫酸盐水泥提出采用较高的矿渣掺量，矿渣已“变废为宝”，价格偏高，高掺量时成本上升，且目前制备的钢渣超硫酸盐水泥28天抗压强度不高。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种节能环保和低成本的无碱性激发剂、高强、体积稳定性良好的高硫型钢渣固废胶凝材料，及其制备方法。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0009]一种高硫型钢渣固废胶凝材料，由如下按质量百分含量的组份组成：
[0010]钢渣35～45％；
[0011]矿渣25～35％；
[0012]粉煤灰0～15％；
[0013]工业副产石膏10～15％；
[0014]水泥10～15％；
[0015]以及上述组份质量总和30～40％的水。
[0016]优选地，该高硫型钢渣固废胶凝材料由如下按质量百分含量的组份组成：
[0017]钢渣35～43％；
[0018]矿渣25～33％；
[0019]粉煤灰0～12％；
[0020]工业副产石膏12～13％；
[0021]水泥15％；
[0022]以及上述组份质量总和30～40％的水。
[0023]进一步优选地，该高硫型钢渣固废胶凝材料由如下按质量百分含量的组份组成：
[0024]钢渣40～43％；
[0025]矿渣25～33％；
[0026]粉煤灰0～7％；
[0027]工业副产石膏12～13％；
[0028]水泥15％；
[0029]以及上述组份质量总和35％的水。
[0030]具体地，所述的工业副产石膏为磷石膏，氟石膏，脱硫石膏中的一种或两种以上的组合。
[0031]进一步地，本专利技术还提供上述高硫型钢渣固废胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：
[0032](1)各原料按照配比称量相对应的重量，然后充分混合均匀；
[0033](2)按照水灰比为0.35向步骤(1)混合料中加入水；
[0034](3)随后在水泥净浆搅拌机中搅拌3～4分钟；
[0035](4)将搅拌所得浆料倒入模具中，在水泥胶砂振实台振实30～45s；主要原因有两点：1)钢渣比较重，如果震动时间长，钢渣易下沉，从而导致钢渣沉积，性能不均；
[0036]2)此水灰比下，如果震动时间长，样品分层，上部分的水相对较多，相对应的物料会下沉，性能也会不均；
[0037](5)模具静置1天成型；
[0038](6)将步骤(5)成型样品脱模后，进行标准养护。
[0039]本专利技术与现有技术相比具有以下的主要优点：
[0040]第一：高硫型钢渣固废胶凝体系的首次提出。本申请提出的高硫钢渣固废胶凝体系，其中石膏掺量范围为10％～15％，以SO3计为5.5％～6.5％。相比于钢渣超硫酸盐体系，其优势在于，本申请配比中加入足够的硫酸盐以保证体系中SO
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高硫型钢渣固废胶凝材料，其特征在于，由如下按质量百分含量的组份组成：钢渣35～45％；矿渣25～35％；粉煤灰0～15％；工业副产石膏10～15％；水泥10～15％；以及上述组份质量总和30～40％的水。2.根据权利要求1所述的高硫型钢渣固废胶凝材料，其特征在于，由如下按质量百分含量的组份组成：钢渣35～43％；矿渣25～33％；粉煤灰0～12％；工业副产石膏12～13％；水泥15％；以及上述组份质量总和30～40％的水。3.根据权利要求1所述的高硫型钢渣固废胶凝材料，其特征在于，由如下按质量百分含量的组份组成：钢渣40～43％；矿渣25～33％；粉煤灰0～7％；工业...

【专利技术属性】
技术研发人员：马英，徐志明，沈晓冬，卢都友，李淯伟，宋鑫君，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：