【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑材料，具体涉及一种钢渣铁铝酸盐水泥及其制备方法。
技术介绍
1、铁铝酸盐水泥是我国自主专利技术一类以无水硫铝酸钙、硅酸二钙和铁相固溶体为主要矿物组成的水泥，在生产过程中具有低能耗低排放的特点，在应用上具有早强快硬、体积稳定性好、抗渗耐腐蚀等耐久性能优异等突出特性。然而，由于铁铝酸盐水泥熟料中钙含量较低，水泥水化过程中ph较低(约为13～13.5)，水化产物中氢氧化钙生成量较少，对掺入水泥中的混合材料活性激发作用较弱。因此，铁铝酸盐水泥生产过程中混合材料一般都是采用石灰石，但是其活性有限，水泥中混合材掺量较低，通常为5％～15％。
2、钢渣是炼钢过程中排出的固体废弃物，其是转炉或电炉炼钢过程中造渣剂与钢水中的杂质、炉衬等形成的上层浮渣，其化学组成主要是钙、镁、硅、铁的氧化物，矿物组成上则以硅酸盐、铁酸盐、氧化物固溶体等为主。钢渣质地坚硬，曾经被用作建筑结构混凝土骨料以及道路混凝土骨料，但是由于其具有与水缓慢反应产生膨胀特性，导致多起建筑结构破坏事故。钢渣具有一定的水化活性，可以作为辅助胶凝材料，但是由于其中含有较高的游离氧化镁、游离氧化钙等膨胀组分，容易造成安定性不良，影响结构安全。因此，钢渣在建筑中利用存在着较大潜在风险，导致其利用率一直不高。
3、在碳达峰碳中和背景下，提升水泥中混合材掺量是实现水泥生产过程中碳减排的重要技术途径，对于低碳铁铝酸盐水泥而言也同样如此。由于铁铝酸盐水泥体系固有低钙属性，其对潜在水硬性或火山灰活性物质的激发作用较弱，采用矿渣、粉煤灰、石灰石粉等常规混合材会导
4、钢渣作为一种钙含量较高且在高温下产生的固废，其高碱度以及含有的具有水化活性的矿物刚好可以弥补铁铝酸盐水泥碱性较低、对混合材激发作用较弱的短板，而且通过适当的方式控制钢渣的后期膨胀还能实现水泥长期体积稳定。基于该技术思路，本专利技术提供了一种利用钢渣和铁铝酸盐水泥熟料等制备碳排放更低、性能优异的钢渣铁铝酸盐水泥，该水泥具备显著的低碳低能耗、成本低、性能优异等优势。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种钢渣铁铝酸盐水泥及其制备方法。目的是提供具有低碳低能耗、性能优异、成本低廉、利废等优势的铁铝酸盐水泥。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
3、第一方面，一种钢渣铁铝酸盐水泥，所述钢渣铁铝酸盐水泥包括如下重量百分比的原料：铁铝酸盐水泥熟料40％-75％，高碱性钢渣20％-40％，石膏5％-25％，纳米晶核剂0.1％-2％，石灰石0-20％，矿渣0-20％，粉煤灰0-20％，偏高岭土0-20％。
4、本专利技术的主要原理是：利用中高碱度钢渣在水化过程中产生的高碱度来加强铁铝酸盐水泥在水化过程中碱度，从而强化铁铝酸盐水泥对潜在水硬性或火山灰活性材料的激发作用，同时通过纳米材料诱导效应，消除水泥后期膨胀，实现高混合材掺量铁铝酸盐水泥的性能协同发展。
5、本专利技术的有益效果是：本专利技术将高碱性钢渣用于碱度较低的铁铝酸盐水泥中，一方面通过水化诱导效应加速钢渣水化，从而充分发挥其胶凝活性和消除不良膨胀；另一方面利用钢渣高碱度特性，弥补铁铝酸盐水泥水化浆体碱度较低对辅助胶凝材料活性激发作用较弱的缺点，实现对辅助性胶凝材料活性激发。实验证明，钢渣铁铝酸盐水泥在利用大掺量辅助胶凝材料情况下，早期性能仅小幅度降低，后期性能与原来持平甚至略有增加，实现了利用固废、降低碳排放、增加耐久性等多种效益。
6、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
7、进一步，所述高碱性钢渣中cao与(sio2+p2o5)重量比不小于2.2，金属铁重量含量不大于1％，mgo重量含量不大于10％。
8、采用上述进一步方案的有益效果是：一方面通过将钢渣碱度系数控制在2.2以上，能保障钢渣中有足够多的活性硅酸盐矿物，为铁铝酸盐水泥体系提供高碱度和钙源；另一方面，适当控制钢渣中mgo含量和金属铁含量，有利于保持钢渣在体系中的活性。
9、进一步，所述高碱性钢渣的平均粒径在5μm以下。
10、采用上述进一步方案的有益效果是：通过高碱性钢渣颗粒度控制以及纳米材料诱导效应，进一步的消除水泥后期膨胀，实现高混合材掺量铁铝酸盐水泥的性能协同发展。
11、进一步，所述纳米晶核剂包括纳米c-s-h(水化硅酸钙)、纳米sio2、纳米al2o3、纳米水镁石纤维中的至少一种。例如包括纳米c-s-h(水化硅酸钙)、纳米sio2、纳米al2o3和纳米水镁石纤维的混合物。
12、采用上述进一步方案的有益效果是：上述纳米晶核剂能够通过诱导效应促进钢渣中的矿物水化，提高钢渣活性并消除后期膨胀，同时还能够优化水泥水化产物的分布，从而提升水泥性能。
13、进一步，所述纳米晶核剂包括如下重量百分比的组分：纳米c-s-h 10％-50％、纳米sio2 0-40％、纳米al2o3 0-30％、纳米水镁石纤维10％-20％。
14、采用上述进一步方案的有益效果是：上述组成范围内纳米晶核剂对提升水泥综合性能较优。
15、进一步，所述铁铝酸盐水泥熟料中铁相固溶体的重量含量不小于20％。
16、采用上述进一步方案的有益效果是：通过采用足够的铁相固溶体在水化后产生的铁胶能够保证钢渣铁铝酸盐水泥具有良好的性能。
17、进一步，所述石膏包括硬石膏、二水石膏、氟石膏中的至少一种，例如混合石膏(硬石膏与二水石膏的混合物)。
18、采用上述进一步方案的有益效果是：石膏是钢渣铁铝酸盐水泥重要组分，能够调节水化产物的组成和结构；钢渣铁铝酸盐水泥中石膏可以为无水石膏或含水石膏。
19、进一步，所述钢渣铁铝酸盐水泥还包括重量百分比为0-2％的添加剂，所述添加剂包括硼酸、葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钙、酒石酸、柠檬酸中的至少一种。
20、采用上述进一步方案的有益效果是：通过添加剂能够适当调节钢渣铁铝酸盐水泥的水化速度，从而使其具有适宜的工作性能。
21、第二方面，一种钢渣铁铝酸盐水泥的制备方法，包括如下步骤：现将钢渣进行破碎和除铁，让后将其粉磨成平均粒径5μm以下的钢渣粉；将按照重量百分比的铁铝酸盐水泥熟料，钢渣粉，石膏，纳米晶核，石灰石，矿渣，粉煤灰，偏高岭土的原料，粉磨混合，陈化，得到钢渣铁铝酸盐水泥。
22、进一步，所述钢渣铁铝酸盐水泥的比表面积为300m2/kg-600m2/kg。
23、采用上述方案的有益效果是：钢渣是各组分中硬度最高也是最难磨的组分，通过单独粉磨至5μm以下一方面能够获得较高的活性，另一方面能够让其中结晶粗大且致密的方镁石粒径变小，从而能在晶核剂诱导效应下快速水化，从而消除其对安定性造成的影响；将钢渣粉和铁铝酸盐水泥熟料以及其他材料共同粉磨，一方面能够保证其充分混合均匀，另一方面也能够使得最终的水泥产品具有良好的颗粒级配，从而获得最佳性能。
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1.一种钢渣铁铝酸盐水泥，其特征在于，所述钢渣铁铝酸盐水泥包括如下重量百分比的原料：铁铝酸盐水泥熟料40％-75％，高碱性钢渣20％-40％，石膏5％-25％，纳米晶核剂0.1％-2％，石灰石0-20％，矿渣0-20％，粉煤灰0-20％，偏高岭土0-20％。
2.根据权利要求1所述一种钢渣铁铝酸盐水泥，其特征在于，所述高碱性钢渣中CaO与(SiO2+P2O5)重量比不小于2.2，金属铁重量含量不大于1％，MgO重量含量不大于10％。
3.根据权利要求1所述一种钢渣铁铝酸盐水泥，其特征在于，所述高碱性钢渣的平均粒径在5μm以下。
4.根据权利要求1所述一种钢渣铁铝酸盐水泥，其特征在于，所述纳米晶核剂包括纳米C-S-H、纳米SiO2、纳米Al2O3、纳米水镁石纤维中的至少一种。
5.根据权利要求4所述一种钢渣铁铝酸盐水泥，其特征在于，所述纳米晶核剂包括如下重量百分比的组分：纳米C-S-H 10％-50％、纳米SiO20-40％、纳米Al2O3 0-30％、纳米水镁石纤维10％-20％。
6.根据权利要求1所述一种钢渣铁铝酸盐
7.根据权利要求1所述一种钢渣铁铝酸盐水泥，其特征在于，所述石膏包括硬石膏、二水石膏、氟石膏中的至少一种。
8.根据权利要求1所述一种钢渣铁铝酸盐水泥，其特征在于，所述钢渣铁铝酸盐水泥还包括重量百分比为0-2％的添加剂，所述添加剂包括硼酸、葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钙、酒石酸、柠檬酸中的至少一种。
9.基于权利要求1至8任一项所述一种钢渣铁铝酸盐水泥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将按照重量百分比的铁铝酸盐水泥熟料，高碱性钢渣，石膏，纳米晶核，石灰石，矿渣，粉煤灰，偏高岭土的原料，粉磨混合，陈化，得到钢渣铁铝酸盐水泥。
10.根据权利要求9所述一种钢渣铁铝酸盐水泥的制备方法，其特征在于，所述钢渣铁铝酸盐水泥的比表面积为300m2/kg-600m2/kg。
...【技术特征摘要】
1.一种钢渣铁铝酸盐水泥，其特征在于，所述钢渣铁铝酸盐水泥包括如下重量百分比的原料：铁铝酸盐水泥熟料40％-75％，高碱性钢渣20％-40％，石膏5％-25％，纳米晶核剂0.1％-2％，石灰石0-20％，矿渣0-20％，粉煤灰0-20％，偏高岭土0-20％。
2.根据权利要求1所述一种钢渣铁铝酸盐水泥，其特征在于，所述高碱性钢渣中cao与(sio2+p2o5)重量比不小于2.2，金属铁重量含量不大于1％，mgo重量含量不大于10％。
3.根据权利要求1所述一种钢渣铁铝酸盐水泥，其特征在于，所述高碱性钢渣的平均粒径在5μm以下。
4.根据权利要求1所述一种钢渣铁铝酸盐水泥，其特征在于，所述纳米晶核剂包括纳米c-s-h、纳米sio2、纳米al2o3、纳米水镁石纤维中的至少一种。
5.根据权利要求4所述一种钢渣铁铝酸盐水泥，其特征在于，所述纳米晶核剂包括如下重量百分比的组分：纳米c-s-h 10％-50％、纳米sio20-40％、纳米a...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪智勇，何昌毓，齐冬有，张钰，陈文杰，
申请(专利权)人：建筑材料工业技术监督研究中心，
类型：发明
国别省市：
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