本發(fā)明涉及冶金環(huán)保技術領域，具體涉及一種高強度雙摻礦粉。
背景技術：
鋼渣是鋼鐵企業(yè)煉鋼時產生的一種工業(yè)廢渣，其數量一般為粗鋼產量的10～20％，產生量巨大。2006年全國鋼渣的產生量約為0.7億噸，且每年還在遞增，而據不完全統(tǒng)計鋼渣的綜合利用率只有10％，絕大部分鋼渣仍然棄置，鋼渣是鋼鐵企業(yè)最主要的工業(yè)廢渣，一般還含有10％左右的廢鋼和15％以上的氧化鐵成分，又富含豐富的Ca、Mg質成分的堿性氧化物化合礦物熟料，而且大部分呈渣包鐵、鐵包渣的固容化合物狀態(tài)，既難破又難磨，且由于水化慢、早期強度低、穩(wěn)定性差、易磨性差和全鐵含量較高等原因，要達到破碎分選和提純后再利用，既費工又費力，難于利用，鋼渣的大量堆存，給鋼鐵企業(yè)所在地的環(huán)境帶來了大量的揚塵污染，同時也大量占用了寶貴的土地資源，這在環(huán)境學中被稱為是資源的“雙重浪費”，這也成為制約鋼鐵企業(yè)可持續(xù)性發(fā)展的重要因素。如何有效的進行廢棄物的綜合利用，減少環(huán)境壓力，使其變廢為寶是循環(huán)經濟和可持續(xù)發(fā)展重要課題。
傳統(tǒng)的鋼渣處理方法普遍存在占地面積大、處理過程環(huán)境污染嚴重、設備消耗大等缺點，經過不斷摸索研究后，鋼渣大規(guī)模資源化的主要出路就是作為水泥原料和混凝土集料，配制混凝土時通常以水泥作為膠結材，再配以砂子、碎石和水攪拌成混凝土。鋼渣在配制混凝土中的應用最常見于用鋼渣替代砂子配制混凝土，為進一步提高其附加值，近年來研究人員考慮將鋼渣應用于膠結材中，公開的方法有：將鋼渣微粉作為摻合料加入水泥中，可以消除鋼渣水泥生產中易磨性差異問題，鋼渣通過磨細到一定細度，可以最大程度地清除金屬鐵，通過超細粉磨使物料晶體結構發(fā)生重組，顆粒表面狀況發(fā)生變化，表面能提高，機械激發(fā)鋼渣的活性，發(fā)揮水硬膠凝材料的特性。但其僅以摻合料形式與水泥混合，不能完全替代水泥，且加入量少，膠結材仍以水泥為主，成本降低不明顯，另外，鋼渣微粉需要將一定粒度的顆粒鋼渣烘干、磨細，且鋼渣與水泥比較易磨性差，反而會導致生產成本大幅度增加。
技術實現要素：
本發(fā)明意在提供高強度雙摻礦粉，以解決鋼渣難于利用堆積過多對環(huán)境造成影響的問題。
為達到上述目的，本發(fā)明的基礎技術方案如下：高強度雙摻礦粉，由重量百分比為50％～80％的鋼渣，20％～40％的高爐礦渣粉，0％～3％的石膏粉，0～17％的白渣組成，所述雙摻礦粉的性能和質量指標如下：密度為3.0～3.1g/cm3、含水率≤1％、游離CaO含量＜3％、流動度比≥97％、活性指數≥75％、比表面積≥400m2/kg、SO3含量≤4％、燒失量為1.5％～20％；
所述的礦渣粉符合GB/T18046—2008國家標準的市售礦渣粉，密度≥2.8g/cm3，比表面積≥400m2/kg，7天活性指數≥75％，28天活性指數≥95％，三氧化硫含量≤4.0％，氯離子含量≤0.06％；
所述的鋼渣為轉爐或電爐鋼渣，密度≥3.7g/cm3，比表面積≥400m2/kg，28天活性指數≥75％，三氧化硫含量≤4.0％，氯離子含量≤0.05％，堿度≥1.8；所述的白渣比表面積≥400m2/kg。
優(yōu)選方案一，作為基礎方案的一種改進，所述鋼渣粉碎成粒徑為4～20目的粉末。
優(yōu)選方案二，作為優(yōu)選方案一的一種改進，所述高爐礦渣粉的粒徑為20～50目。
優(yōu)選方案三，作為優(yōu)選方案二的一種改進，所述石膏為無水石膏，石膏粉的粒徑為100目。
優(yōu)選方案四，作為優(yōu)選方案三的一種改進，所述白渣粉碎成粒徑為60目的粉末。
優(yōu)選方案五，作為基礎方案的一種改進，采用如下步驟制備，
(1)在礦渣粉中添加鋼渣粉、白渣粉，在硅酸鉀和鋁酸鈉的混合溶液中，浸泡10天；
(2)浸泡后礦渣粉用粉末烘干機加熱至250±30℃進行烘干，烘干后與石膏充分混合；
(3)粗磨：將步驟(2)的礦渣粉在研磨機內研磨50～80min，研磨機內加入直徑為50mm和25mm的鋼球；
(4)篩選：選出比表面積大于400m2/kg的細粉，比表面積小于400m2/kg的粗粉返回繼續(xù)粉磨；
(5)細磨：選出比表面積大于400m2/kg的細粉用三環(huán)式輥壓磨進行細磨。
選用的鋼渣符合YB/T022技術要求，屬國家《資源綜合利用目錄2003修訂》上記載的冶煉鋼渣。
本發(fā)明提供的高強度雙摻礦粉作為混凝土礦物摻合材料，符合《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》(GB/T18046)的行業(yè)標準，能等量取代20～30％的水泥，可提高混凝土耐磨性、耐腐蝕性、后期強度、抗折強度，并可降低混凝土的水化熱。
鋼渣礦渣高強度雙摻礦粉提高混凝土耐磨性、耐腐蝕性、后期強度、抗折強度，并可降低混凝土的水化熱的主要機理是，所使用的鋼渣、高爐?；V渣均具有一定的水化活性，與水泥水化產物作用可發(fā)生二次水化反應，使骨料的水化產物與膠凝材料的水化產物形成致密的網狀搭接，導致原有骨料與膠凝材料的界面由于水化產物的相互連接而逐漸消失，形成無界面的整體，從而提高了混凝土的耐磨性，消除了原有混凝土骨料與膠凝材料的界面強度低，粘結能力差的缺陷。加之，礦物摻合料等量替代水泥后，使混凝土的抗凍性、抗?jié)B性得到提高，氯離子滲透系數降低，混凝土的耐久性、耐磨性得到提高。與此同時還可消耗大量的廢棄物，具有節(jié)省資源、降低成本、保護環(huán)境等綜合優(yōu)點，符合國家循環(huán)經濟和可持續(xù)發(fā)展的產業(yè)政策，將產生良好的經濟效益和社會效益。
利用高溫鋼渣自身余熱和礦相組成發(fā)生變化時產生的熱應力、化學應力、相變應力及外界機械破碎力，使鋼渣速冷、急碎，生成以硅酸三鈣和硅酸二鈣為主的顆粒狀成品渣，為粒徑小于4.75mm的自然級配、自然含水率的鋼渣細集料，鋼渣中結晶相主要為硅酸二鈣，其次為硅酸三鈣和方鎂石，粘結相為玻璃相，氧化鎂呈圓粒狀，固溶氧化鐵，粘結相主要為鐵質玻璃，呈網狀將硅酸二鈣和硅酸三鈣隔開，少量的游離氧化鈣亦包裹在玻璃相中，礦渣粉針對于鋼渣細集料的性能特點，能夠使鋼渣細集料和礦渣粉在水化反應中生成的硫鋁酸鹽水化物和水化硅酸鈣交織緊密；其膠結材抗折性能優(yōu)異，具有27MPa的活性指數，配制的混凝土強度高，氯離子滲透性低、抗凍融性能好、碳化性能(28d平均碳化深度0.3mm)良好，從而使本發(fā)明適用于配制高強混凝土砂漿及對抗折強度要求較高的各種建筑用加氣磚、發(fā)泡磚。在鋼渣細集料+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，鋼渣細集料中生成的Ca(OH)2和石膏迅速溶于水，同時激發(fā)高爐礦渣，使高爐礦渣的玻璃體結構解離，Ca2+、Al3+、Si4+、OH-1等離子進入溶液中，急劇反應生成水化硅酸鈣和鈣礬石，由于各種離子的結合數量和狀態(tài)不同，可生成不同種類的水化硅酸鹽、水化硫鋁酸鹽。從晶體的微觀結構看，單純的某種水化礦物并不能獲得最高的強度，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，其強度才是最高的，因為這樣可形成最致密的微晶結構。
本發(fā)明高強度雙摻礦粉正是這樣一種多礦物膠凝摻合材料，主要由鋼渣和高爐礦渣粉組成，兩者的結合其性能相互取長補短，能有效的提高混凝土后期強度，降低水化熱，減少坍落度損失，其對混凝土工作性能的提升比單純用高爐礦渣或鋼渣要高很多。根據需要還可以選擇添加少量石膏和白渣，石膏溶于水后可激發(fā)高爐礦渣，使高爐礦渣的玻璃體結構解離，并參與反應，生成水化硫鋁酸鹽水化產物，加入量是根據參與水化反應的需要量和膠結材的安定性要求確定。摻加一定量的白渣作為活性激發(fā)劑，利用鋼渣粉與高爐礦渣粉良好的復合效應，一方面礦粉可吸收鋼渣粉中過多游離氧化鈣而克服鋼渣粉可能存在的安定性問題，另一方面鋼渣粉水化生成的氫氧化鈣及堿性白渣又是良好的礦粉活性激發(fā)劑，從而配制一種復合微粉摻合料，能夠滿足GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》對于S95級礦粉的要求，對鋼渣的利用率大幅提高，促進鋼渣的資源化利用，減少了鋼渣的堆存，加大了鋼渣作為摻合料在混凝土應用上的使用占比，使混凝土生產成本明顯降低。
具體實施方式
下面通過具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明：
實施例一至實施例四中的高強度雙摻礦粉均采用下述方法制得：
選用符合GB/T18046—2008國家標準的市售礦渣粉，密度≥2.8g/cm3，比表面積≥400m2/kg，7天活性指數≥75％，28天活性指數≥95％，三氧化硫含量≤4.0％，氯離子含量≤0.06％；
選用轉爐鋼渣，密度≥3.7g/cm3，比表面積≥400m2/kg，28天活性指數≥75％，三氧化硫含量≤4.0％，氯離子含量≤0.05％，堿度≥1.8；
白渣采用電弧爐煉鋼的還原期操作中，碳粉和硅鐵粉為還原劑進行擴散脫氧時所形成的渣，主要成分為：CaO50％～60％；MgO5％～10％；Al2O33％～6％；SiO210％～20％；CaF23％～10％；CaS1％～3％；FeO＜0.5％及少Cr2O3和P2O5等氧化物，比表面積≥400m2/kg。
(1)在礦渣粉中添加鋼渣粉、白渣粉，在硅酸鉀和鋁酸鈉的混合溶液中，浸泡10天；
(2)浸泡后礦渣粉用粉末烘干機加熱至250℃進行烘干，烘干后與石膏充分混合；
(3)粗磨：將步驟(2)的礦渣粉在研磨機內研磨60min，研磨機內加入直徑為50mm和25mm的鋼球；
(4)篩選：選出比表面積大于400m2/kg的細粉，比表面積小于400m2/kg的粗粉返回繼續(xù)粉磨；
(5)細磨：選出比表面積大于400m2/kg的細粉用三環(huán)式輥壓磨進行細磨。
實施例一，高強度雙摻礦粉由重量百分比為50％的鋼渣，30％的高爐礦渣粉，3％的石膏粉，17％的白渣組成。
實施例二，高強度雙摻礦粉由重量百分比為64％的鋼渣，28％的高爐礦渣粉，4％的石膏粉，4％的白渣組成。
實施例三，高強度雙摻礦粉由重量百分比為70％的鋼渣，30％的高爐礦渣粉組成。
實施例四，高強度雙摻礦粉由重量百分比為76％的鋼渣，20％的高爐礦渣粉，1.5％的石膏粉，2.5％的白渣組成。
實施例五，高強度雙摻礦粉由重量百分比為80％的鋼渣，20％的高爐礦渣粉。
對比例，對比例以GB/T18046-2008中S95級礦粉限值為參照。
實施例一至實施例四與對比例的區(qū)別對比試驗結果見表1，其中按照GB/T1346進行壓蒸法安定性檢驗：
表1
從表1數據結果可知：采用本發(fā)明技術方案制作的高強度雙摻礦粉，壓蒸安定性合格，7天強度的活性指數參照GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》方法檢驗結果，均達到GB/T 18046-2008對于S95級礦粉的要求，克服了鋼渣粉大量摻入造成摻合料早期強度低的缺點；采用石膏和白渣混合作激發(fā)劑，降低了對鋼渣粉的比表面積要求，鋼渣粉的比表面積可降至400m2/kg，從而有利于降低能耗。
綜合利用礦渣粉、鋼渣粉，增加了鋼渣粉與礦渣的附加值，并利用鋼渣粉與高爐礦渣粉良好的復合效應，一方面礦渣粉可吸收鋼渣粉中過多的游離氧化鈣而克服鋼渣粉可能存在的安定性問題，另一方面鋼渣粉水化生成的氫氧化鈣及堿性白渣又是良好的礦粉活性激發(fā)劑。
利用本發(fā)明高強度雙摻礦粉配制混凝土試件，其抗?jié)B性能、抗碳化性能、氯離子電通量與S95級礦粉配制混凝土試件相似，耐磨性有明顯提高。
以上所述的僅是本發(fā)明的實施例，方案中公知的具體結構和/或特性等常識在此未作過多描述。應當指出，對于本領域的技術人員來說，在不脫離本發(fā)明結構的前提下，還可以作出若干變形和改進，這些也應該視為本發(fā)明的保護范圍，這些都不會影響本發(fā)明實施的效果和專利的實用性。本申請要求的保護范圍應當以其權利要求的內容為準，說明書中的具體實施方式等記載可以用于解釋權利要求的內容。