專利名稱：水泥基鋼渣耐磨材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑工程用水泥基耐磨材料，具體的說是一種水泥基鋼渣耐磨材料。
背景技術(shù)：
近年來研究人員考慮將鋼渣應(yīng)用于膠結(jié)材中，如利用礦渣和鋼渣復(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)合礦渣微粉復(fù)合礦渣粉和鋼渣細(xì)集料兩種組份按重量比1:1 2組成，其中復(fù)合礦渣微粉復(fù)合礦渣粉(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)?；幚砗痛胚x過篩，其自然配級的粒徑小于5_的鋼渣”。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. 2 Mpa和9. 4 Mpa0又如專利號CN201010263857. 4公開了一種滾筒鋼渣細(xì)集料復(fù)合礦渣粉膠結(jié)材，由復(fù)合礦渣粉和滾筒鋼渣組成，也具有優(yōu)異的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。隨著技術(shù)發(fā)展，客戶的要求也不斷變化和提高，在某些施工條件下，除了要求優(yōu)異的對抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度外，客戶對其耐磨性能和施工周期也有了高要求，而由于鋼渣自身的特點(diǎn)，其中含有一定量的游離氧化鈣和游離氧化鎂，遇水后反應(yīng)生成氫氧化鈣和氫氧化鎂，體積膨脹，因此鋼渣在水泥基的材料中，若直接與水泥混合且當(dāng)水泥添加量較大時會破壞制品結(jié)構(gòu)，影響使用質(zhì)量；但若減少水泥添加量，則會減緩混凝土的凝結(jié)速度，影響施工的周期。因此目前為止，有報導(dǎo)的摻入鋼渣的膠結(jié)材中，尚無有關(guān)耐磨性能方面的介紹。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種成本低、耐磨性和強(qiáng)度高、抗?jié)B透、耐久性好的水泥基鋼渣耐磨材料。技術(shù)方案由復(fù)合礦渣粉與顆粒鋼渣組成，復(fù)合礦渣粉顆粒鋼渣的質(zhì)量比為1:1 2，其中顆粒鋼渣是濕式球磨鋼渣磁選粒子鋼后的尾泥經(jīng)流水沖刷泥漿后余下的尾渣，其粒徑在3mm以下,其中O. 6mm 2. 36mm范圍的顆粒占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)98%以上；所述復(fù)合礦渣粉(合計質(zhì)量百分?jǐn)?shù)100%)包括磨細(xì)的質(zhì)量百分比40 75%的高爐水淬礦渣、15 50%的硅酸鹽水泥熟料、5 10%的石膏、以及O. 5 5%的外加劑，復(fù)合礦渣粉比表面積大于400m2/kg。復(fù)合礦渣粉顆粒鋼渣的質(zhì)量比為1:2。所述復(fù)合礦渣粉中硅酸鹽水泥熟料的添加量為30 50%。本發(fā)明中，發(fā)明人對各種鋼渣進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)作為濕式球磨磁選后余下的尾泥經(jīng)流水沖刷泥漿后余下的尾渣(包括少量的較細(xì)小的顆粒鋼渣)，雖有一部分游離氧化鈣和游離氧化鎂消解，但與普通鋼渣相比，本發(fā)明顆粒鋼渣中的游離氧化鈣和游離氧化鎂還含有其它雜質(zhì)(如鐵、錳的氧化物)，因而消解十分緩慢，雖然仍然存在繼續(xù)反應(yīng)膨脹的不穩(wěn)定因素，但通過與復(fù)合礦渣粉的混合使用，可以解決了鋼渣的穩(wěn)定性問題，同時提高了鋼渣耐磨材料的整體性和堅固性。復(fù)合礦渣粉中添加高爐水淬礦渣的原理是由鈣、硅、鋁、鎂氧化物為主要組成的玻璃體，在一定的條件下解離后，鈣、硅、鋁、鎂等離子進(jìn)入溶液中，并與鋼渣中游離狀態(tài)的氧化鈣(包括反應(yīng)生成的氫氧化鈣)、氧化鎂以及石膏組合，生成硅酸鹽水化物和硫鋁酸鹽水化物，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，其添加量為40 75%，過高會使完全的玻璃體被激發(fā)的程度低，生成水化物的反應(yīng)濃度亦較低，達(dá)不到所需材料性能的要求，過低會滿足不了鋼渣中游離狀態(tài)的氧化鈣、氧化鎂與礦渣組成硅酸鹽水化物的要求，導(dǎo)致水化物結(jié)構(gòu)的破壞，硅酸鹽水泥熟料的添加量為15 50%，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，通常情況下加入量不可過多，過多則會使水化反應(yīng)的液相堿度過高，不利于鋼渣表層的氧化鈣、氧化鎂溶出，因而直接影響水化結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題，而本發(fā)明中由于使用了所述的顆粒鋼渣，配制水泥基耐磨材料時，可以使硅酸鹽水泥熟料的添加量范圍得到擴(kuò)大，滿足了對于一些需要提高硅酸鹽水泥熟料用量的特珠施工條件要求。所述外加劑可以為表面活性劑、減水劑或硅灰中的至少一種，當(dāng)選擇的外加劑為固態(tài)時，可直接加入耐磨材料中磨細(xì)混合，也可磨細(xì)后在施工時另行加入，當(dāng)其為液態(tài)時，則最好在施工時再混入耐磨材料中。 本發(fā)明顆粒鋼渣不需破碎加工或分選，直接與復(fù)合礦渣粉按比例均勻混合，便制成水泥基鋼渣耐磨材料，可作為水泥膠結(jié)材加入砂子和石頭制成混凝土 ；也可將本發(fā)明水泥基耐磨材料均勻撒布在剛初凝的混凝土表面，并用機(jī)械提漿、抹平、抹光、收光及養(yǎng)護(hù)，用于混凝土地面要求耐磨性較高的工作環(huán)境，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。有益效果I)本發(fā)明顆粒鋼渣是濕式球磨磁選粒子鋼后的尾泥，經(jīng)流水沖刷泥漿后分離余下難以磨細(xì)的顆粒尾渣(不需破碎加工或分選)，與復(fù)合礦渣粉按按比例混合后作為水泥基耐磨材料，解決了鋼渣的穩(wěn)定性問題，同時提高了水泥基耐磨材料的整體性和堅固性。2)水泥基鋼渣耐磨材料可與水化基體相固結(jié)成整體，結(jié)構(gòu)密實(shí)，抗?jié)B透性好，可與混凝土地面一起施工，混凝土施工時，直接在初凝狀態(tài)的混凝土表面施工鋼洛耐磨材料，待混凝土達(dá)到工程規(guī)定的時間要求時，鋼渣耐磨材料也同時達(dá)到要求，而不另外增加時間，施工工期短，耐磨材料與混凝土結(jié)合牢固，地面的耐磨性和強(qiáng)度高，抗?jié)B透，耐久性好。測定鋼渣顆粒中心、鋼渣顆粒與基體相界面、基體相的顯微硬度，結(jié)果鋼渣顆粒中心>鋼渣顆粒與基體相界面>基體相。


圖1是施工26年后的摻有本發(fā)明水泥基鋼渣耐磨材料的混凝土路面層巖芯試樣。圖2 圖5是該混凝土水化結(jié)構(gòu)的電子探針分析，其中，圖2為鋼渣水化后呈現(xiàn)的絨絮狀表面狀態(tài)圖，“ ”部位可見水化反應(yīng)物絨
絮狀表面。圖3為圖2中“ Θ ”部位成份分析能普圖，標(biāo)明為鋼渣的組成；圖4為鋼渣中鐵、鎂、錳二價氧化物固溶體狀態(tài)圖，“ ”部位可見顆粒表面光潔；
圖5為圖4中“ Θ ”部位成份分析能普圖，標(biāo)明為鐵、鎂、錳二價氧化物固溶體的組成。圖6、圖7是該混凝土水化結(jié)構(gòu)的巖相分析圖，其中，圖6為鋼渣復(fù)合料混凝土水化結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖；圖7為小顆粒鋼渣水化產(chǎn)物和固溶體狀態(tài)圖，可見固溶體顆粒呈孤島狀態(tài)的處在水化產(chǎn)物中。圖8、圖9是采用本申請鋼渣耐磨材料路面(圖8)和普通水泥混凝土路面(圖9)兩年后的對比圖，兩者為同一道路區(qū)間，該道路為武漢鋼鐵集團(tuán)公司廠區(qū)內(nèi)特重交通路段。其中，圖8中鋼渣耐磨材料路面完好，邊沿、切縫清晰。
圖9是圖8同時施工的水泥混凝土路面已磨出石子。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例中顆粒鋼渣是濕式球磨鋼渣磁選粒子鋼后的尾泥，經(jīng)流水沖刷泥漿后余下的尾洛，其粒徑在3mm以下,其中O. 6mm 2. 36mm范圍的顆粒占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)98%以上。實(shí)施例1 :復(fù)合礦渣粉顆粒鋼渣的質(zhì)量比為1:2混合后配制得到耐磨材料Al，所述復(fù)合礦渣粉由磨細(xì)的質(zhì)量百分比75%的高爐水淬礦渣、15%的硅酸鹽水泥熟料、9%的石膏，以及1%的FDN - 800 (施工時加入)，復(fù)合礦渣粉比表面積大于400m2/kg。強(qiáng)度試件的制備稱取Al耐磨材料2000g，成型、養(yǎng)護(hù)、試驗(yàn)程序按水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法進(jìn)行，用水量的確定按GB/T2419水泥膠砂流動度測定方法選取流動度175±5mm范圍內(nèi)的用水量，強(qiáng)度結(jié)果見表I。實(shí)施例2 復(fù)合礦渣粉顆粒鋼渣的質(zhì)量比為1:1混合后配制得到耐磨材料A2，所述復(fù)合礦渣粉由磨細(xì)的質(zhì)量百分比40%的高爐水淬礦渣、50%的硅酸鹽水泥熟料、5%的石膏以及4%的硅灰，和1%的聚羧酸減水劑(施工時加入)，復(fù)合礦渣粉比表面積大于400m2/kg。強(qiáng)度試件的制備稱取A2耐磨材料2000g，成型、養(yǎng)護(hù)、試驗(yàn)程序按水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法進(jìn)行，用水量的確定按GB/T2419水泥膠砂流動度測定方法選取流動度175±5mm范圍內(nèi)的用水量，強(qiáng)度結(jié)果見表I。實(shí)施例3 復(fù)合礦渣粉顆粒鋼渣的質(zhì)量比為1:1混合后配制得到耐磨材料A3，所述復(fù)合礦渣粉由磨細(xì)的質(zhì)量百分比50%的高爐水淬礦渣、40%的硅酸鹽水泥熟料、9. 5%的石膏、以及O. 5%的FDN - 2000減水劑(施工時加入)，復(fù)合礦渣粉比表面積大于400m2/kg。強(qiáng)度試件的制備稱取A3耐磨材料2000g，成型、養(yǎng)護(hù)、試驗(yàn)程序按水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法進(jìn)行，用水量的確定按GB/T2419水泥膠砂流動度測定方法選取流動度175±5mm范圍內(nèi)的用水量，強(qiáng)度結(jié)果見表I。實(shí)施例4 復(fù)合礦渣粉顆粒鋼渣的質(zhì)量比為1:2混合后配制得到耐磨材料A4，所述復(fù)合礦渣粉由磨細(xì)的質(zhì)量百分比60%的高爐水淬礦渣、27%的硅酸鹽水泥熟料、10%的石膏以及2%的硅灰磨細(xì)制成，外加1% FDN — 3000減水劑(施工時加入)，復(fù)合礦渣粉比表面積大于400m2/kg。強(qiáng)度試件的制備稱取A4耐磨材料2000g，成型、養(yǎng)護(hù)、試驗(yàn)程序按水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法進(jìn)行，用水量的確定按GB/T2419水泥膠砂流動度測定方法選取流動度175±5mm范圍內(nèi)的用水量，強(qiáng)度結(jié)果見表I。實(shí)施例5稱取1255g耐磨材料Al，標(biāo)準(zhǔn)砂675 g，用水量的確定按GB/T2419水泥膠砂流動度測定方法選取流動度175±5mm范圍內(nèi)的用水量。試件的制備、試件的養(yǎng)護(hù)、試驗(yàn)程序，按水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法進(jìn)行，強(qiáng)度結(jié)果見表I。實(shí)施例6稱取1908g耐磨材料A2，用水量的確定按GB/T2419水泥膠砂流動度測定方法選取流動度175±5mm范圍內(nèi)的用水量。試件的制備、試件的養(yǎng)護(hù)、試驗(yàn)程序，按水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法進(jìn)行，強(qiáng)度結(jié)果見表I。
實(shí)施例7鋼洛混凝土配制稱取900g耐磨材料A3,砂子320kg/m3,碎石1220kg/m3,用水量140kg/m3 (鋼渣自然含水率未計入用水量)，按GB/T50081 — 2002方法檢驗(yàn)試體強(qiáng)度結(jié)果見表I。鋼渣混凝土配制實(shí)施例8鋼洛混凝土配制稱取1250g耐磨材料A4,碎石1200kg/m3,用水量130kg/m3 (鋼渣自然含水率未計入用水量)，按GB/T50081 - 2002方法檢驗(yàn)試體強(qiáng)度結(jié)果見表I。表I
項(xiàng)目抗折強(qiáng)度(MPa)抗壓強(qiáng)度 (MPa)3d28d3d28d實(shí)施例16.913.438.554.5實(shí)施例29. 716.751. 674. 3實(shí)施例310. 316. 849. 372. 6實(shí)施例47. 215. 246.467. 8實(shí)施例57. 711.446. 364. 3實(shí)施例67.512. 148.563.7實(shí)施例7/10. 3/74.5實(shí)施例8/8. 7/55. 6耐磨性能實(shí)驗(yàn)圖1是施工26年后的摻有本發(fā)明(實(shí)施例8)水泥基鋼渣耐磨材料的混凝土路面層巖芯試樣；圖2 圖5是(實(shí)施例8)
(應(yīng)指出該取樣采用的是哪個實(shí)施例的組份)施工26年后的鋼渣混凝土取樣電子探針分析，圖6、圖7是巖相分析，圖2中“ Θ ”部位是鋼渣顆粒，可見鋼渣水化后呈現(xiàn)的絨絮狀表面；圖3是鈣、鐵、鎂、錳二價氧化物的固溶體(R0相)分布在鋼渣顆粒中，RO相顆粒表面光潔，通常鋼渣中的RO相夾雜在硅酸二鈣之間，上述狀態(tài)可見，鋼渣顆粒經(jīng)26年的水化反應(yīng)后，包裹在RO相周邊的活性礦物部分已生成水化膠凝物質(zhì)，而RO相狀態(tài)穩(wěn)定，未見參與水化反應(yīng)。圖8、圖9是采用本申請鋼渣耐磨材料路面(圖8 )和普通水泥混凝土路面(圖9 )同期施工兩年后的對比圖，兩者為 同一道路區(qū)間，該道路為武漢鋼鐵集團(tuán)公司廠區(qū)內(nèi)特重交通路段。由圖8中可見鋼渣耐磨材料路面完好，邊沿、切縫清晰。而圖9中可見，同時施工的水泥混凝土路面已磨出石子。
權(quán)利要求
1.一種水泥基鋼渣耐磨材料，其特征在于，由復(fù)合礦渣粉與顆粒鋼渣組成，復(fù)合礦渣粉顆粒鋼渣的質(zhì)量比為1:1 2，其中顆粒鋼渣是濕式球磨鋼渣磁選粒子鋼后的尾泥，經(jīng)流水沖刷泥衆(zhòng)后余下的尾洛，其粒徑在3mm以下,其中O. 6mm 2. 36mm范圍的顆粒占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)98%以上；所述復(fù)合礦渣粉包括磨細(xì)的質(zhì)量百分比40 75%的高爐水淬礦渣、15 50%的硅酸鹽水泥熟料、5 10%的石膏以及O. 5 5%的外加劑，所述復(fù)合礦渣粉比表面積大于400m2/kg。
2.如權(quán)利要求1所述的水泥基鋼渣耐磨材料，其特征在于，復(fù)合礦渣粉顆粒鋼渣的質(zhì)量比為1:2。
3.如權(quán)利要求1或2所述的水泥基鋼渣耐磨材料，其特征在于，所述復(fù)合礦渣粉中硅酸鹽水泥熟料的添加量為30 50%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水泥基鋼渣耐磨材料，解決了現(xiàn)有摻有鋼渣的膠結(jié)材與水泥摻混易發(fā)生體積膨脹，影響使用，且耐磨性能有待進(jìn)一步提高的問題。水泥基鋼渣耐磨材料由復(fù)合礦渣粉與顆粒鋼渣組成，復(fù)合礦渣粉顆粒鋼渣的質(zhì)量比為11～2，其中顆粒鋼渣是濕式球磨鋼渣磁選粒子鋼后的尾泥，經(jīng)流水沖刷泥漿后余下的尾渣，其粒徑在3mm以下，其中0.6mm～2.36mm范圍的顆粒占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)98%以上；所述復(fù)合礦渣粉由磨細(xì)的質(zhì)量百分比40～75%的高爐水淬礦渣、15～50%的硅酸鹽水泥熟料、5～10%的石膏，以及0.5～5%的外加劑，復(fù)合礦渣粉比表面積大于400m2/kg。本發(fā)明成本低、耐磨性和強(qiáng)度高、抗?jié)B透、耐久性好。
文檔編號C04B7/21GK103011634SQ20121054449
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者方宏輝, 薛改鳳, 李繼錚, 盧麗君 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司