【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑材料，尤其涉及一种水硬性全固废粉体材料及其制备方法、应用。
技术介绍
1、随着我国工业的发展，产生了大量的工业固体废弃物，其中常见的有钢渣、矿渣、碱渣等，同时随着我国环境保护力度的逐步加大和法规政策的不断完善，工业固体废弃物的处理成为日益严峻的经济和环境问题。将工业固体废弃物有效应用于建筑材料的生产是大规模消纳工业固体废弃物的有效手段之一。
2、中国专利技术专利202210481974.0公开了一种全固废无熟料胶凝材料、导电砂浆及其制备方法，该无熟料胶凝材料为多种固废粉末混合而成，混合粉末为碱渣、钢渣、赤泥、废石膏、生物质灰和矿渣；各成分比例为5％～15％碱渣、5％～15％钢渣、5％～15％赤泥、5％～25％废石膏、10％～30％生物质灰和15％～65％矿渣；废石膏为脱硫石膏、磷石膏、氟石膏中的任一种；生物质灰为稻壳灰、草木灰、秸秆灰、木灰、甘蔗渣灰中的任一种。该方法无需额外添加化学试剂，实现了胶凝材料的全固废制备，但是该专利中胶凝材料粉末制成的砂浆试件28天抗压强度仅为25mpa，强度较低。
3、近几十年以来，矿渣逐渐成为混凝土生产中的一种主要矿物掺合料，脱硫石膏被普遍应用于水泥生产中，这就造成矿渣的原材料相对比较紧张，因此对钢渣和碱渣的综合利用率还有待提高。同时，粉煤灰按细度通常分为一级粉煤灰，45μm方孔筛筛余量不大于12％，二级粉煤灰，45μm方孔筛筛余量不大于25％，和三级粉煤灰，45μm方孔筛筛余量不大于45％；目前在水泥和混凝土行业应用的粉煤灰通常是一二级粉煤灰，而三级粉煤
4、因此，如何在保证胶凝材料力学性能的前提下，提高钢渣和碱渣的利用率，并进一步降低成本，是本领域技术人员需要解决的问题。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供了一种水硬性全固废粉体材料及其制备方法、应用。
2、本专利技术第一方面提供一种水硬性全固废粉体材料，按重量百分比计，所述水硬性全固废粉体材料包括如下组分：
3、
4、在其中一些优选实施例中，按重量百分比计，所述水硬性全固废粉体材料包括如下组分：
5、
6、在其中一些更优选实施例中，按重量百分比计，所述水硬性全固废粉体材料包括如下组分：
7、
8、在其中一些实施例中，所述三级粉煤灰45μm筛余30％-45％。
9、在其中一些实施例中，所述三级粉煤灰的粒度分布为：＜3μm，8.3％；3-32μm，22.4％；32-45μm，28.3％；＞45μm，41.0％。
10、在其中一些实施例中，所述石膏为天然石膏、磷石膏、脱硫石膏、氟石膏中的一种或几种。
11、本专利技术第二方面提供上述水硬性全固废粉体材料的制备方法，包括如下步骤：
12、(1)钢渣磁选除铁，然后将除铁后的钢渣、矿渣、碱渣、石膏分别破碎、粉磨，得到钢渣粉、矿渣粉、碱渣粉、石膏粉；
13、(2)将步骤(1)得到的钢渣粉、矿渣粉、碱渣粉、石膏粉和三级粉煤灰按比例混合均匀，得到粉体材料。
14、在其中一些实施例中，步骤(1)中，所述钢渣粉的比表面积为620-650m2/kg，所述矿渣粉的比表面积为400-420m2/kg，所述碱渣粉过0.9mm筛，所述石膏粉过0.9mm筛。
15、在其中一些实施例中，步骤(2)中，混合过程采用气体混合和机械搅拌。
16、本专利技术第三方面提出了上述水硬性全固废粉体材料、根据上述方法制备获得的水硬性全固废粉体材料在制备建筑材料中的应用。
17、在其中一些实施例中，所述建筑材料由水硬性全固废粉体材料与水、骨料混合后得到。
18、本专利技术提供的水硬性全固废粉体材料由钢渣、矿渣、粉煤灰、碱渣和石膏组成，钢渣中的主要活性物质为硅酸三钙、硅酸二钙、铁铝酸四钙，矿渣和粉煤灰中的主要活性物质为氧化硅、氧化铝、氧化钙。本专利技术以矿渣、三级粉煤灰、钢渣作为活性材料，碱渣和石膏作为激发剂，同时，由于钢渣中含有一定量的硅酸三钙和硅酸二钙，二者遇水会水化生成c-s-h和oh-，使得体系碱度增加，因此钢渣同时具有碱性激发剂的作用以及强度活性。本专利技术的水硬性全固废粉体材料在水化过程中，体系中的oh-和so42-会促进矿渣粉中的硅氧四面体和铝氧四面体的分解，硅氧四面体分解后与体系中的ca2+生成水化硅酸钙c-s-h，铝氧四面体分解后与体系中的ca2+和so42-生成钙矾石aft，铝氧四面体分解后还可以与碱渣中的cl-生成friedel盐，起到固化碱渣中的cl-的目的，同时体系中的ca2+和oh-还会与空气中的co2生成caco3即方解石。
19、本专利技术水硬性全固废粉体材料的水化产物中，aft和friedel盐起到骨架支撑作用，而c-s-h和caco3以及碱渣中的caco3填充了体系中的大量空隙，使水化体系更加的密实，从而达到较高的强度的目的。而体系中的粉煤灰起到玻璃珠效应提高了体系的和易性和保水性，同时因为粉煤灰水化较慢，前期45μm筛余量较高的三级粉煤灰可以利用其大颗粒起到支撑作用降低体系的收缩，而在后期随着粉煤灰的水化反应，粉煤灰的水化产物进一步填充体系中的空隙，提高了体系的密实度进而达到提高强度的目的。
20、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
21、(1)本专利技术提供的水硬性全固废粉体材料，原料由钢渣、矿渣、三级粉煤灰、碱渣和石膏组成，利用固体废弃物活性物质之间相互激活，无需额外添加化学试剂，实现了固体废弃物的100％利用；同时，本专利技术的水硬性全固废粉体材料制备过程仅需要破碎粉末筛分，无需高温处理，操作简单。利用本专利技术的水硬性全固废粉体材料与骨料、水制成胶砂试块，3d、7d、28d抗折强度分别为2.4-3.2mpa、5.6-7.0mpa、7.6-7.9mpa，3d、7d、28d抗压强度分别为8.5-10.0mpa、24.4-32.0mpa、45.7-54.3mpa，力学性能优异，能够完全代替水泥生产混凝土、砂浆、建筑用砖，环境价值和经济效益较高。
22、(2)本专利技术提供的水硬性全固废粉体材料，通过调整各固废原料的配比，一方面钢渣和碱渣用量相对提高，矿渣用量降低，从而缓解矿渣原料紧张问题，提高了固废资源的综合利用率，大大改善了其应用效果；并且本专利技术利用三级粉煤灰代替一二级粉煤灰，由于三级粉煤灰粒度更大，其在水化反应早期可起到支撑作用，防止体系收缩，最终提高了材料强度；同时本专利技术中石膏用量较低，其对水的吸附量降低，使得体系中自由水增多，提高了ca2+、oh-和so42-溶出效率，进而提高体系的水化速度和水化程度，从而达到提高强度的目的。
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1.一种水硬性全固废粉体材料，其特征在于，按重量百分比计，所述水硬性全固废粉体材料包括如下组分：
2.根据权利要求1所述的水硬性全固废粉体材料，其特征在于，按重量百分比计，所述水硬性全固废粉体材料包括如下組分：
3.根据权利要求1所述的水硬性全固废粉体材料，其特征在于，所述三级粉煤灰45μm筛余30％-45％。
4.根据权利要求1所述的水硬性全固废粉体材料，其特征在于，所述三级粉煤灰的粒度分布为：＜3μm，8.3％；3-32μm，22.4％；32-45μm，28.3％；＞45μm，41.0％。
5.根据权利要求1所述的水硬性全固废粉体材料，其特征在于，所述石膏为天然石膏、磷石膏、脱硫石膏、氟石膏中的一种或几种。
6.如权利要求1-5任一项所述水硬性全固废粉体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述钢渣粉的比表面积为620-650m2/kg，所述矿渣粉的比表面积为400-420m2/kg，所述碱渣粉过0.9mm筛，所述石膏粉过0.9mm筛。p>
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，混合过程采用气体混合和机械搅拌。
9.权利要求1-5任一项所述的水硬性全固废粉体材料、根据权利要求6-8任一项所述方法制备获得的水硬性全固废粉体材料在制备建筑材料中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述建筑材料由水硬性全固废粉体材料与水、骨料混合后得到。
...【技术特征摘要】
1.一种水硬性全固废粉体材料，其特征在于，按重量百分比计，所述水硬性全固废粉体材料包括如下组分：
2.根据权利要求1所述的水硬性全固废粉体材料，其特征在于，按重量百分比计，所述水硬性全固废粉体材料包括如下組分：
3.根据权利要求1所述的水硬性全固废粉体材料，其特征在于，所述三级粉煤灰45μm筛余30％-45％。
4.根据权利要求1所述的水硬性全固废粉体材料，其特征在于，所述三级粉煤灰的粒度分布为：＜3μm，8.3％；3-32μm，22.4％；32-45μm，28.3％；＞45μm，41.0％。
5.根据权利要求1所述的水硬性全固废粉体材料，其特征在于，所述石膏为天然石膏、磷石膏、脱硫石膏、氟石膏中的一种或几种。
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【专利技术属性】
技术研发人员：许凯军，孙景卫，邢崇恩，董洪山，李国爽，张洪博，王新丽，
申请(专利权)人：唐山中陶纪元工程设计有限公司，
类型：发明
国别省市：
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