專利名稱：風(fēng)淬鋼渣細(xì)集料復(fù)合礦渣粉膠結(jié)材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑工程用膠結(jié)材，具體的說是一種風(fēng)淬鋼渣細(xì)集料復(fù)合礦渣粉 膠結(jié)材。
背景技術(shù)：
配制混凝土?xí)r通常以水泥作為膠結(jié)材，再配以砂子、碎石和水?dāng)嚢璩苫炷?。鋼?在配制混凝土中的應(yīng)用最常見于用鋼渣替代砂子配制混凝土，為進(jìn)一步提高其附加值，近 年來研究人員考慮將鋼渣應(yīng)用于膠結(jié)材中，公開的方法有兩種一種是將鋼渣微粉作為摻 和料加入水泥中，可以消除鋼渣水泥生產(chǎn)中易磨性差異問題，鋼渣通過磨細(xì)到一定細(xì)度，可 以最大程度地清除金屬鐵，通過超細(xì)粉磨使物料晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生重組，顆粒表面狀況發(fā)生變 化，表面能提高，機(jī)械激發(fā)鋼渣的活性，發(fā)揮水硬膠凝材料的特性。但其僅以摻和料形式與 水泥混合，不能完全替代水泥，且加入量少，膠結(jié)材仍以水泥為主，成本降低不明顯。另外， 普通鋼渣微粉需要將一定粒度的顆粒鋼渣烘干、磨細(xì)，且鋼渣與水泥比較易磨性差，反而會 造成生產(chǎn)成本大幅度增加。另一種是利用礦渣和鋼渣復(fù)合成膠結(jié)材以完全替代現(xiàn)有的水泥 膠材，如專利號01106474，2002年9月25日公開了一種由礦渣和鋼渣復(fù)合而成的膠結(jié)材， 復(fù)合礦渣微粉和鋼渣細(xì)集料兩種組份按重量比1 1 2組成，其中復(fù)合礦渣微粉(wt%) 由70 85的高爐礦渣、8 20的水泥熟料和7 11的石膏經(jīng)磨細(xì)組成，用于制備砂漿及 強(qiáng)度等級為C30以內(nèi)的混凝土。該技術(shù)方案中鋼渣細(xì)集料為“堆存時間在半年以內(nèi)，僅經(jīng)粒 化處理和磁選過篩，其自然配級的粒徑小于5mm的鋼渣”。該膠結(jié)材可完全替代水泥，由實(shí) 施例可知，該膠結(jié)材可完全替代水泥，由其實(shí)施例可知，配制的混凝土 3天和28天抗壓強(qiáng)度 最高可達(dá)34Mpa、57Mpa，抗折強(qiáng)度最高可達(dá)7. 2Mpa和9. 4Mpa。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種風(fēng)淬鋼渣細(xì)集料復(fù)合礦渣粉膠結(jié)材，在替代水泥膠結(jié)材 的同時，具有強(qiáng)度等級高、生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于配 制工作性良好的高強(qiáng)混凝土及對抗折強(qiáng)度要求較高的各種工程。本發(fā)明風(fēng)淬鋼渣細(xì)集料復(fù)合礦渣粉膠結(jié)材，由復(fù)合礦渣粉和風(fēng)淬鋼渣組成，復(fù)合 礦渣粉與風(fēng)淬鋼渣細(xì)集料的重量比為1 1 3，所述復(fù)合礦渣粉由重量百分比為組合料 8 35%和礦渣粉65 92%混合組成；其中，組合料由重量百分比為25 99%的石膏，以 及0 75%的硅酸鹽水泥熟料和0 5%外加劑中的至少一種經(jīng)磨細(xì)組成，三者合計總量 為100%，比表面積大于400m2/kg。所述復(fù)合礦渣粉與風(fēng)淬鋼渣細(xì)集料的重量比為1 3。所述復(fù)合礦渣粉由重量百分比為組合料20 30%和礦渣粉70 80%。所述組合料由重量百分比為99%的石膏和外加劑組成。風(fēng)淬鋼渣是利用高溫液態(tài)下鋼渣分子之間的引力較小，用高速氣流在空中將落下 的高溫液態(tài)鋼渣流股迅速擊碎為細(xì)小液滴，并隨氣流定向飛行，在飛行過程中迅速冷卻為
3半固態(tài)渣粒，然后分散落入水中，迅速冷卻至常溫的鋼渣，且粒徑小于4. 75mm的自然級配、 自然含水率的風(fēng)淬鋼渣。風(fēng)淬鋼渣細(xì)集料同普通的鋼渣細(xì)集料不同，該鋼渣的特點(diǎn)是高溫 液態(tài)鋼渣在風(fēng)淬作用下，形成均勻的圓球狀落入水中，其球形度明顯高于其它方法處理的 鋼渣，這種均勻的圓球形鋼渣冷卻均勻、迅速，形成以顆粒細(xì)小的硅酸二鈣和玻璃相為主的 均勻分布結(jié)構(gòu)，玻璃相呈網(wǎng)狀將硅酸二鈣顆粒包裹，少量的游離氧化鈣亦包裹在玻璃相中， 復(fù)合礦渣粉的配制針對于鋼渣性能特點(diǎn)，能夠使鋼渣和復(fù)合礦渣粉在水化反應(yīng)中生成的鈣 礬石和水化硅酸鈣交織緊密；同時球形的風(fēng)淬鋼渣配制混凝土具有良好的工作性，從而使 本發(fā)明膠結(jié)材適用于配制工作性良好的高強(qiáng)混凝土及對抗折強(qiáng)度要求較高的各種工程。在 鋼渣細(xì)集料+復(fù)合礦渣粉+水體系中，鋼渣和礦渣相互滲透，共同水化。在加水后的起始期， 風(fēng)淬鋼渣細(xì)集料中生成的Ca(OH)2和石膏迅速溶于水，同時激發(fā)礦渣，使礦渣的玻璃體結(jié)構(gòu) 解離，Ca^Al^Si^OH—1等離子進(jìn)入溶液中，急劇反應(yīng)生成水化硅酸鈣和鈣礬石，由于各種 離子的結(jié)合數(shù)量和狀態(tài)不同，可生成不同種類的水化硅酸鹽、水化硫鋁酸鹽，從晶體的微觀 結(jié)構(gòu)看，單純的某種水化礦物并不能獲得最高的強(qiáng)度，由兩種或幾種水化硅酸鈣和其他水 化礦物組成的多礦物膠凝物質(zhì)，其強(qiáng)度才是最高的，因?yàn)檫@樣可形成最致密的微晶結(jié)構(gòu)。本 發(fā)明膠結(jié)材正是這樣一種多礦物膠凝物質(zhì)。復(fù)合礦渣粉由組合料和礦渣粉組成，組合料中 的基本成份為石膏，根據(jù)需要還可以添加硅酸鹽水泥熟料或外加劑中的任一種，石膏溶于 水后可激發(fā)礦渣，使礦渣的玻璃體結(jié)構(gòu)解離，并參與反應(yīng)，生成水化硫鋁酸鹽水化產(chǎn)物，加 入量是根據(jù)參與水化反應(yīng)的需要量和膠結(jié)材的安定性要求確定。硅酸鹽水泥熟料主要是在 膠結(jié)材水化過程中起晶胚的作用，對膠結(jié)材早期強(qiáng)度的提高較為明顯，同時亦參與水化反 應(yīng)，加入量是根據(jù)鋼渣的不同狀態(tài)確定。外加劑主要是加速膠結(jié)材的水化反應(yīng)過程，提高結(jié) 晶致密度，可以是表面活性劑，如MF、NF、ΝΝ0, FDN、CRS等；也可以是納米級填充物，如硅灰 等；也可以是調(diào)節(jié)劑促進(jìn)膠結(jié)材漿體硬化，如氯化鈣等。加入量根據(jù)外加劑的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程確 定。優(yōu)選可采用石膏和外加劑的組合，而完全不添加硅酸鹽水泥熟料，從而可大幅降低生產(chǎn) 成本且不影響產(chǎn)品本身的各項性能。所述礦渣粉可以為高爐礦渣或采購礦渣應(yīng)符合GB/T 203用于水泥中的粒化高爐礦渣，礦渣粉應(yīng)符合GB/T 18046用于水泥和混凝土中的?；?爐礦渣粉。本發(fā)明的風(fēng)淬鋼渣細(xì)集料復(fù)合礦渣粉膠結(jié)材可加入砂子、碎石和水拌合成混凝 土 ；也可不加碎石，加入砂子和水拌合成高強(qiáng)度的細(xì)?；炷?通常稱為砂漿)，用于制造 薄壁構(gòu)件；也可加直接水拌合替代水泥砂漿。其加入量沒有特別要求，可參照現(xiàn)有水泥膠結(jié) 材的使用量。優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明特別選擇了風(fēng)淬鋼渣作為膠結(jié)材的重要組份，其粒徑與砂子相當(dāng)，呈圓 球狀，工作性好，不需經(jīng)任何后期加工和篩選，無堆存時間限制，配入加工好的復(fù)合礦渣粉 混合均勻便成為膠結(jié)材使用，生產(chǎn)工藝非常簡單，制備的膠結(jié)材具有良好的水化活性，水化 生成含水礦物膠凝物質(zhì)可生成不同種類的水化硅酸鹽、水化硫鋁酸鹽。本發(fā)明膠結(jié)材正是 這樣一種多礦物膠凝物質(zhì)，可完全替代水泥，摻入相應(yīng)的水、砂子、和/或石頭可配制高強(qiáng) 度的砂漿或混凝土，用作建筑膠結(jié)材是提高利用附加值的有效方法，可減少生產(chǎn)水泥所需 的大量能耗，它與環(huán)境治理、環(huán)境保護(hù)、消除渣害和促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)。2、成本低膠結(jié)材的組成是風(fēng)淬鋼渣細(xì)集料和復(fù)合礦渣粉，本發(fā)明膠結(jié)材配制的混凝土與水泥混凝土比較，其復(fù)合礦渣粉的價格低于水泥，鋼渣的價格低又于砂子，而且復(fù) 合礦渣粉在混凝土中的用量少于水泥(水泥在混凝土種單位價格最高)，相比之下減少了 原料成本的費(fèi)用。下面是配制C30混凝土的原材料組成和成本分析對比。(1)常規(guī)水泥混凝土根據(jù)建筑材料實(shí)用手冊配制C30混凝土，選用水泥強(qiáng)度等級為32. 5，其每立方米 混凝土原料組成為水泥黃砂碎石=394kg 620kg 1345kg原材料價格水泥260元/噸；黃砂30元/噸；碎石40元/噸。計算強(qiáng)度等級C30的水泥混凝土原材料成本價為174. 84元/M3。(2)本發(fā)明膠結(jié)材配制的混凝土確定本發(fā)明膠結(jié)材配制的混凝土容重為2.45t/M3，扣除每立方米土原材料比例 為復(fù)合礦渣微粉滾筒鋼渣細(xì)集料黃砂碎石=1 1.5 1.5 4.5即每立方米混凝土原材料重量組成為復(fù)合礦渣微粉滾筒鋼渣細(xì)集料黃砂碎石= 276kg 415kg 415kg 1244kg。原材料價格復(fù)合礦渣微粉230元/噸；滾筒鋼渣細(xì)集料10元/噸；黃砂30/噸；
碎石40/噸。計算強(qiáng)度等級C30的本發(fā)明膠結(jié)材配制的混凝土原材料成本價為129. 84元/M3。適當(dāng)調(diào)節(jié)強(qiáng)度等級為C30混凝土原料組成，其強(qiáng)度等級可提高到C35，即原料組成 為復(fù)合礦渣微粉滾筒鋼渣細(xì)集料黃砂碎石=1 1. 5 1. 5 4按以上條件計算，強(qiáng)度等級C35的發(fā)明膠結(jié)材配制的混凝土原材料成本價為 132. 03 元/M3。鋼渣細(xì)集料混凝土從強(qiáng)度等級C30提高到C35，在原材料變化中適當(dāng)減少了碎石 用量，相應(yīng)增加復(fù)合礦渣微粉和黃砂數(shù)量，其每立方米混凝土增加的原材料成本僅為2. 19 元，這是因?yàn)橄鄳?yīng)增大了價格最低的鋼渣用量。(3)原料成本價格比較由(1)、(2)可知，配制強(qiáng)度等級為C30的混凝土，常規(guī)水泥混凝土的原材料成本價 為174. 84元/M3，本發(fā)明膠結(jié)材配制的混凝土的原材料成本價為129. 84元/M3 ；配制強(qiáng)度等 級為C35本發(fā)明膠結(jié)材配制的混凝土原材料成本價為132. 03元/M3。從原料組成和成本分 析可見，配制強(qiáng)度等級為C30、C35混凝土，本發(fā)明膠結(jié)材配制的混凝土比常規(guī)水泥混凝土 每立方米的價格低42元以上。另外，提高膠結(jié)材配制混凝土的強(qiáng)度等級，主要是調(diào)節(jié)復(fù)合 礦渣粉和滾筒鋼渣細(xì)集料的摻量，其復(fù)合礦渣粉的單價低于水泥，單位立方米混凝土中的 用量也不超過水泥，鋼渣的單價又低于砂子。而使水泥時，提高混凝土強(qiáng)度需要提高水泥的 強(qiáng)度等級和增加水泥的用量，其成本大大提高。配制混凝土的強(qiáng)度越高，使用本法明膠結(jié)材 比使用水泥的配制混凝土的成本優(yōu)勢越大。3、由本發(fā)明膠結(jié)材配制的水泥砂漿，按水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法，膠砂強(qiáng)度符合硅酸鹽水泥62. 5強(qiáng)度等級指標(biāo)，且早期強(qiáng)度高，3天抗壓強(qiáng)度可達(dá)45以上，抗折強(qiáng)度十分突 出，3天抗折強(qiáng)度可達(dá)IOMPa以上，28天抗折強(qiáng)度可在15MPa以上。膠結(jié)材壓蒸安定性符合 水泥壓蒸安定性指標(biāo)。4、本發(fā)明膠結(jié)材不僅可以配制的C30的混凝土，還可以配制標(biāo)號更高的高強(qiáng)度混 凝土，配制的C70混凝土符合強(qiáng)度等級的技術(shù)指標(biāo)，其3天抗壓強(qiáng)度可達(dá)77. 9MPa以上，28 天抗壓強(qiáng)度可達(dá)91. 5MPa以上，60天、150天強(qiáng)度繼續(xù)增長。且混凝土施工性能良好，、擴(kuò)展 度、排空時間在靜停5小時后的對比指標(biāo)變化很小。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1稱取復(fù)合礦渣微粉和粒徑為0 4. 75mm自然含水風(fēng)淬鋼渣按重量比1 2均勻 混合配制成膠結(jié)材Al。其中，復(fù)合礦渣粉以重量百分比100%計算，組合料占25%、礦渣粉 75%。組合料(以重量百分比100%計算)為25%石膏和75%的硅酸鹽水泥熟料經(jīng)磨細(xì)組 成，比表面積大于400m2/kg。實(shí)施例2稱取復(fù)合礦渣微粉和粒徑為0 4. 75mm自然含水風(fēng)淬鋼渣按重量比1 1均勻 混合配制成膠結(jié)材A2。其中，復(fù)合礦渣粉以重量百分比100%計算，組合料占8%、礦渣粉 92%。組合料(以重量百分比100%計算)為60%石膏、35%硅酸鹽水泥熟料和5%的外加 劑MF經(jīng)磨細(xì)組成，比表面積大于400m2/kg。實(shí)施例3稱取復(fù)合礦渣微粉和粒徑為0 4. 75mm自然含水風(fēng)淬鋼渣按重量比1 3均勻 混合配制成膠結(jié)材A3。其中，復(fù)合礦渣粉以重量百分比100%計算，組合料占20%、礦渣粉 80%。組合料(以重量百分比100%計算)為99%石膏和的外加劑NNO經(jīng)磨細(xì)組成，比 表面積大于400m2/kg。實(shí)施例4稱取復(fù)合礦渣微粉和粒徑為0 4. 75mm自然含水風(fēng)淬鋼渣按重量比1 2均勻 混合配制成膠結(jié)材A4。其中，復(fù)合礦渣粉以重量百分比100%計算，組合料占35%、礦渣粉 65%。組合料(以重量百分比100%計算)為25%石膏、73%硅酸鹽水泥熟料和2%的外加 劑FDN經(jīng)磨細(xì)組成，比表面積大于400m2/kg。實(shí)施例5將1350g膠結(jié)材Al、675g ISO基準(zhǔn)砂，用水量按BG/T2419水泥膠砂流動度測定方 法選取流動度165士5mm范圍內(nèi)的用水量1600ml混合配制成水泥膠砂Bi，按水泥膠砂強(qiáng)度 檢驗(yàn)方法制備試體強(qiáng)度結(jié)果見表1。實(shí)施例6稱取復(fù)合礦渣粉394. 7kg/m3(礦渣粉293kg/m3、外加劑氯化鈣4. 7kg/m3、石膏 29kg/m3、硅酸鹽水泥熟料68kg/m3)、0 4. 75自然含水風(fēng)淬鋼渣600kg/m3，加入砂260kg/ m3、碎石1200kg/m3，用水量160kg/m3配制成混凝土 Cl，按普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法檢 驗(yàn)試體強(qiáng)度結(jié)果見表1。實(shí)施例7
稱取復(fù)合礦渣粉455. 4kg/m3(礦渣粉338kg/m3、外加劑NN05. 4kg/m3、石膏34kg/ m3、硅酸鹽水泥熟料78kg/m3)、0 4. 75mm自然含水風(fēng)淬鋼渣800kg/m3，加入碎石1200kg/ m3，用水量160kg/m3，配制混凝土 C2，按普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法檢驗(yàn)試體強(qiáng)度結(jié)果見 表1。上述原材料按混凝土要求拌勻后，測定坍落度265mm，擴(kuò)展度670mm，排空時間5 秒；靜停5小時后測定坍落度260mm，擴(kuò)展度650mm，排空時間7秒。可見該混凝土施工性能 良好，、擴(kuò)展度、排空時間在靜停5小時后的對比指標(biāo)變化很小。實(shí)施例8稱取復(fù)合礦渣粉559kg/m3(礦渣粉412. 5kg/m3、外加劑硅灰9kg/m3、石膏41kg/m3、 硅酸鹽水泥熟料96. 5kg/m3)、0 4. 75mm自然含水風(fēng)淬鋼渣800kg/m3，加入碎石1100kg/m3， 外加劑9. Okg/m3，用水量145kg/m3，配制混凝土 C3，按普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法檢驗(yàn)試 體強(qiáng)度結(jié)果見表1。膠結(jié)材壓蒸安定性實(shí)驗(yàn)稱取900g膠結(jié)材Al，用水量按GB1346的測試方法，選取以試錐下沉深度26士2mm 時的漿體加入的水量，制備膠結(jié)材砂漿D1，拌和過程按GB/T17671的規(guī)定進(jìn)行，試件制作和 測試按GB/T750水泥壓蒸安定性試驗(yàn)方法進(jìn)行，2條試件壓蒸膨脹率測定結(jié)果為0. 049%, 0. 042 %，平均0. 046 %，壓蒸安定性合格(GB/T750規(guī)定壓蒸膨脹率不大于0. 5 %為壓蒸安 定性合格)。表1水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果
權(quán)利要求
一種風(fēng)淬鋼渣細(xì)集料復(fù)合礦渣粉膠結(jié)材，其特征在于，由復(fù)合礦渣粉和風(fēng)淬鋼渣組成，復(fù)合礦渣粉與風(fēng)淬鋼渣細(xì)集料的重量比為1∶1～3，所述復(fù)合礦渣粉由重量百分比為組合料8～35％和礦渣粉65～92％混合組成；其中，組合料由重量百分比為25～99％的石膏，以及0～75％的硅酸鹽水泥熟料和0～5％外加劑中的至少一種經(jīng)磨細(xì)組成，三者合計總量為100％，比表面積大于400m2/kg。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)淬鋼渣細(xì)集料復(fù)合礦渣粉膠結(jié)材，其特征在于，所述復(fù)合礦 渣粉與風(fēng)淬鋼渣細(xì)集料的重量比為1 3。
3.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)淬鋼渣細(xì)集料復(fù)合礦渣粉膠結(jié)材，其特征在于，所述復(fù)合礦 渣粉由重量百分比為組合料20 30%和礦渣粉70 80%組成。
4.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)淬鋼渣細(xì)集料復(fù)合礦渣粉膠結(jié)材，其特征在于，所述組合料 由重量百分比為99%的石膏和外加劑組成。
5.如權(quán)利要求1-5任一項所述的風(fēng)淬鋼渣細(xì)集料復(fù)合礦渣粉膠結(jié)材，其特征在于，所 述外加劑為MF、NF、NNO、FDN、CRS中任一種的表面活性劑、納米級填充物硅灰或調(diào)節(jié)劑氯化 鈣中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)淬鋼渣細(xì)集料復(fù)合礦渣粉膠結(jié)材，解決了現(xiàn)有的鋼渣不能完全替代水泥生產(chǎn)膠結(jié)材，且生產(chǎn)成本高、只能配制低強(qiáng)度C30以內(nèi)混凝土的問題。本發(fā)明技術(shù)方案由復(fù)合礦渣粉和風(fēng)淬鋼渣組成，復(fù)合礦渣粉與風(fēng)淬鋼渣細(xì)集料的重量比為1∶1～3，所述復(fù)合礦渣粉由重量百分比為組合料8～35％和礦渣粉65～92％混合組成；其中，組合料由重量百分比為25～99％的石膏，以及0～75％的硅酸鹽水泥熟料和0～5％外加劑中的至少一種經(jīng)磨細(xì)組成。本發(fā)明膠結(jié)材在完全替代水泥膠結(jié)材的同時，具有強(qiáng)度等級高、生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于配制工作性良好的高強(qiáng)混凝土及對抗折強(qiáng)度要求較高的各種工程。
文檔編號C04B7/21GK101921077SQ201010263820
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者方宏輝, 朱書景, 李繼錚, 薛改鳳 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司