CN104529323A

CN104529323A - 一种用普通硅酸盐水泥制备全重矿渣集料的耐热混凝土

Info

Publication number: CN104529323A
Application number: CN201410744411.1A
Authority: CN
Inventors: 王爱红; 谭仝奎; 董旭荣; 张�浩; 郝思佳; 王旭雁
Original assignee: BAOTOU RESEARCH INSTITUTE OF METALLURGICAL CONSTRUCTION
Current assignee: BAOTOU RESEARCH INSTITUTE OF METALLURGICAL CONSTRUCTION
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2034-12-09
Also published as: CN104529323B

Abstract

本发明涉及一种耐火材料，尤其是涉及一种用普通硅酸盐水泥制备全重矿渣集料的耐热混凝土。本发明包括以下重量百分比组分：高炉重矿渣骨料：40-80%；普通硅酸盐水泥：10-20%；矿渣微粉：10-20%；粉煤灰：0-10%；二氧化硅微粉：0-10%；然后在上述原料中再加入三聚磷酸钠：0.01-0.03%、偏磷酸钠：0.01-0.03%。本发明利用冶金固废高炉炉重矿渣替代耐火材料做耐火骨料，胶凝材料采用矿渣粉和粉煤灰粉料冶金固废材料，结合剂用不耐高温的普通硅酸盐水泥，充分利用了现有的冶金渣资源，在水泥水化过程中形成硅酸盐和铝酸盐耐高温水合物，减少了氢氧化物不稳定物的产生，丰富了耐热混凝土原料的来源，降低了耐热混凝土的成本。

Description

一种用普通硅酸盐水泥制备全重矿渣集料的耐热混凝土

技术领域

本发明涉及一种耐火材料，尤其是涉及一种用普通硅酸盐水泥制备全重矿渣集料的耐热混凝土。

背景技术

一般耐热混凝土的组成材料包括耐火骨料（粗骨料和细骨料）、耐火粉料、掺合料、结合剂等，其中主要的耐火原材料骨料一般还是用性能稳定的耐火原材料，其耐热度均可达到1200℃以上，用于生产700℃以下的耐热混凝土，不仅严重浪费耐火材料原生资源，同时导致大材小用，得不偿失，本发明做出之前，现有耐热混凝土工程，都是按照传统工艺用耐火材料做耐热混凝土的粗细骨料，再利用耐高温水泥－高铝水泥和水按定量配合而成，但由于耐火原料要经过采矿石加工、运输、煅烧而成，其成本都较高炉重矿渣要高。

相关对比资料

1、复合高炉重矿渣耐热混凝土及其性能

该文献用于700耐热混凝土，其结合剂用矿渣水泥，高炉重矿渣为鞍钢产，其临界粒度与本发明不同，只有5mm，临界粒度越小，相对耐热稳定性越高，但导致其常温强度为22-33.6MPa，而700℃的残余强度指标也在50-66%。而该文献中提到的高炉重矿渣耐热混凝土的耐热度可达700-1200℃是不可能的，因高炉重矿渣是在高炉冶炼铁水的过程中产生的废渣于铁水之上，其冶炼生铁的温度范围为1200-1300℃，说明高炉重矿渣在1200℃即为液态形式，不可能具有所谓骨料的强度，用于耐热度达1200℃以下是不可行的。

2、矿渣集料混凝土耐热性的试验

该文献用于700℃以下的耐热混凝土，结合剂也是利用可以耐高温的矿渣水泥，集料选用的是马钢高炉矿渣，其烘干强度为31.4-33.8MPa，700℃残余强度为11.4-17.8MPa。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种耐热混凝土，该耐热混凝土全部采用包钢冶金固体废弃物，降低了生产成本，减少原生资源开采，同时也减少了高炉重矿渣在包钢的大量堆存占地问题，也减少了环境污染问题，还有也利用其他固体废渣解决了不耐高温的普硅水泥做耐热混凝土的结合剂；制得产品物理指标为体积密度110±5℃，24h为2.65-2.72g/cm³,常温7天养护后，于110℃烘干耐压强度为42.8-59MPa，700℃，保温3h，其高温残余强度达24.8-38MPa,占常温烘干耐压强度的53-68%；或600℃,保温3h，其高温残余强度达27.4-40MPa, 占常温烘干耐压强度的59-72%,线变化率在±1%之间。

本发明为解决上述提出的问题所采用解决方案为：

一种用普通硅酸盐水泥制备全重矿渣集料的耐热混凝土，其特性在于，包括以下重量百分比的组分：

高炉重矿渣骨料：40-80%；普通硅酸盐水泥：10-20%；矿渣微粉：10-20%；粉煤灰：0-10%；二氧化硅微粉：0-10%；然后按重量百分再加入三聚磷酸钠：0.01-0.03%；偏磷酸钠：0.01-0.03%。

本发明高炉重矿渣应具有稳定的结构，如并无石灰、硅酸盐和铁分解现象的发生，同时还要求其是自然缓慢冷却、拣选出其中的泡沫渣、杂质，经过磁选后的高炉重矿渣。

矿渣微粉要求符合标准GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的S75级别指标。

粉煤灰要求符合标准GB/T1496-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的二级以下，其烧失量不大于5%。

二氧化硅微粉符合标准GB/T21236-2007《电炉回收二氧化硅微粉》中的SF85级别。

普通硅酸盐水泥符合标准GB175-2007《通用硅酸盐水泥》中的P.O42.5级别。

进一步：所述高炉重矿渣骨料中，其中的CaO含量不得大于45%，临界粒径不得大于20mm，其集料强度－压碎值不大于16%。

进一步：将上述原料组分按要求指标，高炉重矿渣级配的骨料与矿渣微粉、粉煤灰、二氧化硅微粉的粉料混合物按6-7：3-4的重量比例混合均匀后，再按原料总重量的10-16%的比例加入普通硅酸盐水泥结合剂，并充分混合均匀，使用前再加水搅拌即可，因高炉重矿渣的空隙率较耐火材料大，其易吸水，为了保证混凝土的工作性能满足使用要求，需要适当延长搅拌时间，一方面为了保证混凝土的均质性；另一方面防止多孔隙的重矿渣混凝土产生返水现象，影响其后期性能的体现。

本发明制得产品物理指标为体积密度110±5℃，24h为2.65-2.72g/cm³,常温7天养护后，于110℃烘干耐压强度为42.8-59MPa，700℃，保温3h，其高温残余强度达24.8-38MPa,占常温烘干耐压强度的53-68%；或600℃,保温3h，其高温残余强度达27.4-40MPa, 占常温烘干耐压强度的59-72%,线变化率在±1%之间。

本发明与现有技术相比特点为：现有技术中的矿渣集料是鞍钢等产矿渣，结合剂用的是矿渣类耐高温水泥，而本发明是利用包钢高炉重矿渣做集料，利用不耐高温的普硅水泥及活性好、并且与水泥能形成耐高温矿相的冶金固废做掺合料来配制成耐高温胶结材，达到耐高温、强度高的效果，同时其研制的耐热混凝土其常温强度及高温残余强度都比相关文献的高。

本发明各项物理性能指标均比现行标准的指标值高很多，是一种具有普遍推广使用价值的新型炉用材料。本发明选料容易，配合比合理，制备工艺相对简单，能大幅度减少原材料成本，是一项不可多得的新材料，新技术、新领域。变废为宝，为广泛应用固废生产高附加值产品提供了广阔的利用前景。本发明适用于国民经济中需用耐热混凝土材料相应建筑工程的各领域中。

本发明是针对现有耐热混凝土用骨料的上述缺点，对耐热混凝土的主要原材料－耐火骨料进行了替换，而用包钢高炉冶炼产生的废渣高炉重矿渣正好满足700℃以下的耐热混凝土的各项性能要求，而且会产生较大的经济社会效益，与现有技术相比，本发明的优点是：全部利用冶金固废高炉炉重矿渣替代耐火材料做耐火骨料，而其胶凝材料全部采用矿渣粉和粉煤灰粉料等冶金固废材料，结合剂用不耐高温的普通硅酸盐水泥，充分利用了现有的冶金渣资源，在水泥水化过程中形成硅酸盐和铝酸盐等的耐高温水合物，减少了氢氧化物等不稳定物的产生，丰富了耐热混凝土原料的来源，降低了耐热混凝土的成本，解决了重矿渣难利用的难题，为重矿渣的利用开辟了新途径。

本发明首先是首次全部利用包钢产的固体废弃物高炉重矿渣做耐热混凝土的骨料；其二，是利用不耐高温的普硅水泥，掺加入一定量的不同矿物组成的冶金固废使其在水泥的水化过程中发生相应的反应，产生耐高温的矿物结构来改善其普硅水泥的不耐高温性，改变其矿物组成；其三，利用高炉冶炼产生的废渣－高炉重矿渣，替代砂石的不耐高温，同时替代原料成本高的耐火材料，生产出低成本高性能、高附加值，而且还解决了占用大量的堆存场地，污染环境，达不到应用的利用价值及利用效果，更好地使堆存的渣子有效地利用，使包钢冶金固体废弃物能够早日达到“零排放”。

具体实施方式

下面根据实施例加以具体说明。

实施例1：

骨料选取：

选取氧化钙含量38%，具有稳定的结构和强度-压碎值为13.8%的级配合理的高炉重矿渣粗细骨料。其中粒径5-20mm的39kg、粒径为0-5mm的26kg。

粉料的选取：

将符合标准要求的掺合料：矿渣微粉、粉煤灰和二氧化硅微粉按2.4：1.5：0.4的重量比进行配料，并进行预混至均匀。

混合料的制备：

将备好的粒径5-20mm的39kg、粒径为0-5mm的26kg先加入搅拌机中进行预混合至均匀，再加入18kg水泥和17kg掺合料混均，然后加入三聚磷酸钠和偏磷酸钠各14g和水16kg，搅拌2-3分钟，混合均匀为止，并且不产生泌水现象。

本发明制得产品物理指标为体积密度110±5℃，24h为2.68g/cm³, 常温7天养护后，于110℃烘干耐压强度为46.4MPa，700℃，保温3h，其高温残余强度达27MPa,占常温烘干耐压强度的58%；或600℃,保温3h，其高温残余强度达28.8MPa, 占常温烘干耐压强度的62%,线变化率为0.8%。

实施例2：

骨料选取：

选取氧化钙含量42%，具有稳定的结构和强度-压碎值不大于12%的级配合理的高炉重矿渣粗细骨料，其中粒径5-20mm的39kg、粒径为0-5mm的26kg。

粉料的选取：

将符合标准要求的粉煤灰、矿渣微粉和二氧化硅微粉按2.6：1.3：0.6的重量比进行配料，并进行预混至均匀。

混合料的制备：

将备好的粒径5-20mm的39kg、粒径为0-5mm的26kg先加入搅拌机中进行预混合至均匀，再加入15kg水泥和20kg掺合料混均，然后加入三聚磷酸钠和偏磷酸钠各14g和水16kg，搅拌2-3分钟，混合均匀为止，并且不产生泌水现象。

本发明制得产品物理指标为体积密度110±5℃，24h为2.66g/cm³, 常温7天养护后，于110℃烘干耐压强度为45MPa，700℃，保温3h，其高温残余强度达28.3MPa,占常温烘干耐压强度的63%；或600℃,保温3h，其高温残余强度达29.3MPa, 占常温烘干耐压强度的65%,线变化率为0.5%。

实施例3：

骨料选取：

选取氧化钙含量36%，具有稳定的结构和强度-压碎值不大于11.4%的级配合理的高炉重矿渣粗细骨料，其中粒径5-20mm的40.6kg、粒径为0-5mm的29.4kg。

粉料的选取：

将符合标准要求的粉煤灰、矿渣微粉和二氧化硅微粉按2.2：1.0：0.3的重量比进行配料，并进行预混至均匀。

混合料的制备：

将备好的粒径5-20mm的40.6kg、粒径为0-5mm的29.4kg先加入搅拌机中进行预混合至均匀，再加入12kg水泥和18kg掺合料混均，然后加入三聚磷酸钠和偏磷酸钠各14g和水16kg，搅拌2-3分钟，混合均匀为止，并且不产生泌水现象。

本发明制得产品物理指标为体积密度110±5℃，24h为2.66g/cm³, 常温7天养护后，于110℃烘干耐压强度为58.4MPa，700℃，保温3h，其高温残余强度达37.7MPa,占常温烘干耐压强度的65%；或600℃,保温3h，其高温残余强度达39.7MPa, 占常温烘干耐压强度的68%,线变化率为0.1%。

Claims

1.一种用普通硅酸盐水泥制备全重矿渣集料的耐热混凝土，其特性在于，包括以下重量百分比的组分：

高炉重矿渣骨料：40-80%；普通硅酸盐水泥：10-20%；矿渣微粉：10-20%；粉煤灰：0-10%；二氧化硅微粉：0-10%；然后在上述原料中再加入三聚磷酸钠：0.01-0.03%、偏磷酸钠：0.01-0.03%。

2.根据权利要求1所述的一种用普通硅酸盐水泥制备全重矿渣集料的耐热混凝土，其特性在于，所述高炉重矿渣骨料中CaO含量不得大于45%，临界粒径不得大于20mm，其集料强度－压碎值不大于16%。

3.根据权利要求1所述的一种用普通硅酸盐水泥制备全重矿渣集料的耐热混凝土的，其特性在于，将上述原料组分按要求指标，高炉重矿渣级配的骨料与普通硅酸盐水泥、矿渣微粉、粉煤灰、二氧化硅微粉的粉料混合物按6-7：3-4的重量比例混合均匀，其中加入的普通硅酸盐水泥结合剂占原料总重量的10-16%的比例，充分混合均匀为止，制得产品物理指标为体积密度110±5℃，24h为2.65-2.72g/cm³,常温7天养护后，于110℃烘干耐压强度为42.8-59MPa，700℃，保温3h，其高温残余强度达24.8-38MPa,占常温烘干耐压强度的53-68%；或600℃,保温3h，其高温残余强度达27.4-40MPa, 占常温烘干耐压强度的59-72%,线变化率在±1%之间。

4.根据权利要求1所述的一种用普通硅酸盐水泥制备全重矿渣集料的耐热混凝土，其特性在于，掺合料按重量比：矿渣微粉、粉煤灰、二氧化硅微粉为2-4：1-2：0.1-1。

5.根据权利要求1所述的一种用普通硅酸盐水泥制备全重矿渣集料的耐热混凝土，其特性在于，掺合料按重量比：矿渣微粉、粉煤灰、二氧化硅微粉为2.2-2.6：1-1.3：0.3-0.6。