專利名稱：復(fù)合礦渣微粉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混凝土、砂漿膠結(jié)材，特別是能與鋼渣細(xì)集料組合作為混凝土、砂漿膠結(jié)材的復(fù)合礦渣微粉。
背景技術(shù)：
中國鋼鐵渣堆棄量約3億噸，占地3萬畝。2004年我國鋼鐵渣的產(chǎn)生量為1.17億噸，其中鋼渣的產(chǎn)生量為3819萬噸。近年來，水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法采用國際ISO法后，原來由鋼渣礦渣為主要原料生產(chǎn)的水泥，難以滿足新水泥強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的要求，這使得鋼渣礦渣的利用量減少，對(duì)鋼渣的綜合利用不利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題為提供一種復(fù)合礦渣微粉，它能與鋼渣細(xì)集料混合作為混凝土膠結(jié)材，為鋼渣的綜合利用創(chuàng)造條件。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是復(fù)合礦渣微粉，它的比表面積在350～850m2/kg；它為包括礦渣和組合料的組合物；組合物中礦渣和組合料的重量配比為礦渣65～92％、組合料8～35％；組合料包括石膏。
上述方案中，組合料還包括硅酸鹽水泥熟料，組合料中各組分的重量配比為硅酸鹽水泥熟料0～75％，石膏25～100％。
上述方案中，組合料還包括外加劑，組合料中各組分的重量配比為硅酸鹽水泥熟料0～75％，石膏25～100％，外加劑0～5％。
上述方案中，外加劑為表面活性劑、納米級(jí)填充物、激發(fā)劑中的一種或幾種的組合。
本發(fā)明復(fù)合礦渣微粉可與鋼渣細(xì)集料加水拌合成砂漿，也可摻入砂、石配制成混凝土使用，在鋼渣+本發(fā)明復(fù)合礦渣微粉+水體系中，鋼渣和礦渣可相互滲透，共同水化。
本發(fā)明復(fù)合礦渣微粉為鋼渣的綜合利用創(chuàng)造條件。


圖1為本發(fā)明復(fù)合礦渣微粉的生產(chǎn)流程2為鋼渣細(xì)集料的生產(chǎn)流程具體實(shí)施方式
本發(fā)明復(fù)合礦渣微粉實(shí)施例1～10，復(fù)合礦渣微粉的比表面積在350～850m2/kg。復(fù)合礦渣微粉為包括礦渣和組合料的組合物；組合物中礦渣和組合料的重量配比為礦渣65～92％、組合料8～35％(見表1)；組合料包括石膏、硅酸鹽水泥熟料、外加劑，組合料中各組分的重量配比為硅酸鹽水泥熟料0～75％，石膏25～100％，外加劑0～5％，配料組合見表2。
表1復(fù)合礦渣微粉中礦渣和組合料的重量配比

表2組合料中各組分的重量配比

上述實(shí)施例中，硅酸鹽水泥熟料可在膠結(jié)材水化過程中起晶胚的作用，同時(shí)激發(fā)礦渣玻璃結(jié)構(gòu)解體，促進(jìn)水化進(jìn)行，并自身參與反應(yīng)形成水化產(chǎn)物。熟料的主要礦物為C3S、C2S、C3A、C4AF等。
外加劑為表面活性劑、納米級(jí)填充物、激發(fā)劑中的一種或幾種的組合。實(shí)施例2的外加劑為表面活性劑(聚烷基丙烯基磺酸鹽系)。實(shí)施例4的外加劑為納米級(jí)填充物(硅灰)。實(shí)施例5、7、8的外加劑為表面活性劑、納米級(jí)填充物、激發(fā)劑的組合物。實(shí)施例10的外加劑為激發(fā)劑中(氫氧化鈉)。
表面活性劑不同活性劑溶液對(duì)不同物質(zhì)表面活性的吸附強(qiáng)度、潤濕程度、擴(kuò)散狀態(tài)等各有所異。表面活性劑的主要作用在于降低水的表面張力以及水與其它液體和固體之間的界面張力。當(dāng)表面活性劑加入溶液中以后，親水集團(tuán)就會(huì)指向極性液體，憎水基團(tuán)指向非極性液體、固體或氣體，產(chǎn)生定向吸附，組成單分子吸附膜，從而改變了液體、固體或氣體的表面受力情況以及它們的表面能，使液體、固體或氣體的表面張力及界面張力相應(yīng)得到了降低。這種作用的結(jié)果，對(duì)于兩種材料組合的鋼渣細(xì)集料復(fù)合礦渣微粉膠結(jié)材，效果更為明顯，當(dāng)鋼渣和礦渣浸漬在活性溶液中時(shí)，潤濕的性能相應(yīng)地決定于活性分子在界面上定向吸附的結(jié)果、定向狀態(tài)或吸附量。由于活性劑加到液體中，鋼渣和礦渣顆粒的表面得到了活性處理，其表面張力和界面張力降低，相互之間的激發(fā)和滲透加強(qiáng)，接觸更為緊密，促進(jìn)了水化反應(yīng)的進(jìn)行和C-S-H凝膠體、鈣礬石等生成。表面活性劑可為聚烷基丙烯基磺酸鹽系(如MF、NF、NNO、FDN等)、水溶性樹脂磺酸鹽系(如CRS、YJ-1等)的一種或兩種的組合。
納米級(jí)填充物(如硅灰等)膠結(jié)材(或水泥)凝膠的孔隙率是其自身的一種特性，在很大程度上與水灰比和水化進(jìn)展無關(guān)。這表示在水化過程中所生成的凝膠都具有相似的性質(zhì)，凝膠是混凝土中起膠結(jié)作用的物質(zhì)。根據(jù)混凝土組織結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，存在著膠空比與混凝土強(qiáng)度的關(guān)系。所謂膠空比，就是凝膠的體積對(duì)凝膠和毛細(xì)管孔腔兩者體積之和的比值。隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，凝膠的體積增加，而毛細(xì)管孔腔的體積則減小。納米級(jí)填充物主要功能在于堵塞毛細(xì)管通道，提高水化物的密實(shí)程度，增長(zhǎng)強(qiáng)度。
激發(fā)劑作為膠結(jié)材的快硬劑，它可為氫氧化鈉、氫氧化鉀、硫酸鈉、硫酸鉀、氯化鈣、氯化鈉、氯化鉀等中的一種或幾種的組合。
上述實(shí)施例的生產(chǎn)方法如圖1所示。
將上述復(fù)合礦渣微粉各實(shí)施例與鋼渣細(xì)集料加水混合，制成砂漿(見表3、表4)。
鋼渣中含廢鋼約7～12％，鋼渣細(xì)集料是鋼渣經(jīng)過磁選后的尾渣，即煉鋼廠排出的液態(tài)鋼渣，經(jīng)打水?；?、磁選、分級(jí)過篩等處理，最后取5mm以下的自然級(jí)配尾渣作為砂漿與混凝土的細(xì)集料，用于配制鋼渣細(xì)集料礦渣微粉膠結(jié)材。鋼渣細(xì)集料的生產(chǎn)流程如示意圖2。
處理后的鋼渣一般呈灰黑色，堅(jiān)硬密實(shí)，大塊鋼渣比重3.2～3.5t/m3，松散容重1.9t/m3左右；5mm以下的鋼渣表觀密度約2.85t/m3，松散容重1.05t/m3左右，自然含水率通常為6～16％。
表3鋼渣細(xì)集料復(fù)合礦渣微粉砂漿原料組成

注水灰比中，鋼渣集料的含水量未納入計(jì)量。
表4鋼渣細(xì)集料復(fù)合礦渣微粉砂漿性能

在鋼渣+復(fù)合礦渣微粉+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(xì)集料中生成的Ca(OH)2和石膏迅速溶于水，同時(shí)激發(fā)礦渣，使礦渣的玻璃體結(jié)構(gòu)解離，Ca2+、Al3+、Si4+、OH-1等離子進(jìn)入溶液中，急劇反應(yīng)生成C-S-H和鈣礬石；由于大部分水化物附著在顆粒表面上，阻止了礦渣與鋼渣的水化，有相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間水化放熱速度很小，反應(yīng)進(jìn)入誘導(dǎo)期，此階段時(shí)間里反應(yīng)幾乎停止；加速期在緩慢反應(yīng)經(jīng)歷一個(gè)階段(約11小時(shí))后，由于滲透壓的作用，水化薄膜破裂，反應(yīng)隨時(shí)間而增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)的速率較慢，達(dá)到高峰值時(shí)經(jīng)歷的時(shí)間(約30小時(shí))較長(zhǎng)；衰退期反應(yīng)開始下降，但下降的速率慢，一天后才下降峰值的20％。在這個(gè)體系，鋼渣中硅酸三鈣、硅酸二鈣水化生成水化二硅三鈣產(chǎn)生的Ca(OH)2和鋼渣中存在的Ca(OH)2是礦渣的激活劑，它促進(jìn)礦渣解體水化。
而礦渣的水化消耗一定量的Ca(OH)2，從而使鋼渣的表面Ca(OH)2溶解，暴露出新的表面加速了鋼渣的水化。鋼渣中少量的鐵鋁酸四鈣在氫氧化鈣飽和溶液中水化生成水化鋁酸鹽和水化鐵鋁酸鹽，這個(gè)反應(yīng)在石膏反應(yīng)完畢后完成。鋼渣和礦渣相互滲透、共同水化，生成C-S-H凝膠和鈣礬石。Ca(OH)2+石膏有顯著促進(jìn)高爐礦渣的水化作用，此體系中的水化生成物為C-S-H凝膠和鈣礬石。在轉(zhuǎn)爐鋼渣中添加石膏時(shí)，C2F與石膏反應(yīng)生成鈣礬石，具有較大的水化強(qiáng)度。因此，鋼渣細(xì)集料較好的強(qiáng)度發(fā)展，是鋼渣的礦物組成和復(fù)合礦渣微粉最佳組合的綜合反應(yīng)。
電鏡分析，1.5天的鋼渣顆粒表面有局部水化，生長(zhǎng)出零星的C-S-H，并生成一定數(shù)量的針狀鈣礬石。水化3天后，鋼渣顆粒表面生長(zhǎng)了一層薄薄的白色膠狀物，但與漿體凝結(jié)硬化的水泥石界面還很明顯。而水化7天后，鋼渣顆粒的表面和界面都變得很模糊，可知顆粒與基體相緊緊連在一起。在水泥混凝土中，水泥石和集料界面的粘結(jié)強(qiáng)度往往是普通混凝土中最薄弱的環(huán)節(jié)，其集料界面的強(qiáng)度低于基體相。測(cè)定水化7天的鋼渣細(xì)集料砂漿試樣的鋼渣顆粒中心、鋼渣顆粒界面及基體相的顯微硬度，測(cè)定結(jié)果依次為620.00kg/mm2、231.00kg/mm2、71.44kg/mm2，其界面比基體相高3倍多，即鋼渣顆粒中心＞鋼渣顆粒界面＞基體相。這表明鋼渣顆粒界面已水化，并與漿體牢固粘在一起。隨著鋼渣、礦渣的不斷水化，漿體的大孔逐漸減小，鋼渣與漿體結(jié)合也逐漸增強(qiáng)，整個(gè)結(jié)構(gòu)孔隙率變小，砂漿越來越密實(shí)。到了28天，已分不清鋼渣顆粒的輪廓，絨絮狀、纖維狀的C-S-H凝膠和針狀鈣礬石搭接連生、相互交織，并緊緊與鋼渣集料裹在一起，形成很致密的結(jié)構(gòu)。
鋼渣細(xì)集料復(fù)合礦渣微粉砂漿或混凝土，是鋼渣和礦渣及石膏調(diào)節(jié)料漿體凝結(jié)硬化，將骨料粘結(jié)而成的人工石，它的力學(xué)性能主要由各組分中主要礦物的性能和數(shù)量以及他們的配比所支配。礦渣是一種具有潛在活性的水硬性材料，而鋼渣則接近水泥熟料的組成。按表3中W50配料制備試樣，分別在水中養(yǎng)護(hù)3天、7天、28天，每一硬化期間，試樣均用無水乙醇處理，以便制止水化過程。經(jīng)掃描電鏡觀察，鋼渣砂漿3天可見針狀硫鋁酸鹽水化產(chǎn)物；7天試樣有大量鈣礬石和絨絮狀水化物共存，同時(shí)，還可見到棒狀和粒狀多邊形的硅酸鹽水化物；28天試樣基本上都是針狀鈣礬石和絨絮狀、纖維狀的C-S-H凝膠體，并搭接連生，相互交織。
權(quán)利要求
1.復(fù)合礦渣微粉，其特征在于它的比表面積在350～850m2/kg；它為包括礦渣和組合料的組合物；組合物中礦渣和組合料的重量配比為礦渣65～92％、組合料8～35％；組合料包括石膏。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合礦渣微粉，其特征在于組合料還包括硅酸鹽水泥熟料，組合料中各組分的重量配比為硅酸鹽水泥熟料0～75％，石膏25～100％。
3.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合礦渣微粉，其特征在于組合料還包括外加劑，組合料中各組分的重量配比為硅酸鹽水泥熟料0～75％，石膏25～100％，外加劑0～5％。
4.如權(quán)利要求3所述的復(fù)合礦渣微粉，其特征在于外加劑為表面活性劑、納米級(jí)填充物、激發(fā)劑中的一種或幾種的組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及復(fù)合礦渣微粉，它的比表面積在350～850m
文檔編號(hào)C04B24/16GK101041580SQ20071005163
公開日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2007年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月8日
發(fā)明者方宏輝, 韋進(jìn)寶, 楊智寬, 聶勇, 熊焰 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司