CN107935419B - 一种改性钢渣水泥 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性钢渣水泥，属于建筑材料技术领域。本发明将钢渣粉碎，过筛，得钢渣粉末；将钢渣粉末与硫酸搅拌反应，冷冻、解冻循环，过滤，干燥，得预处理钢渣粉末；将高锰酸钾与预处理钢渣粉末球磨搅拌混合，高温煅烧，得煅烧钢渣粉末；将碳酸钙，铝粉与煅烧钢渣粉末球磨搅拌混合，燃烧反应，得改性钢渣粉末；将水泥，改性钢渣粉末，改性甘蔗渣，硅烷偶联剂，水加入混料机中，搅拌混合，即得改性钢渣水泥。本发明提供改性钢渣水泥的具有优异的早期强度，力学强度和安定性。

Description

一种改性钢渣水泥
技术领域
本发明公开了一种改性钢渣水泥，属于建筑材料技术领域。
背景技术
钢渣是钢铁工业主要废渣之一，是在炼钢过程中用石灰提取杂质而大量生成的固态废弃物，钢渣的排放量约占钢产量的10%～15%。大量钢渣的存放不仅占用土地，还对环境造成了污染。因此，对钢渣的有效处理及综合利用一直是人们关注的问题，目前对钢渣的利用途径主要有：用于废水治理；作为烧结矿原料和冶炼熔剂；作道路渣石和回填工程材料；替代石屑制作混凝土路面砖、混凝土空心砌块；生产钢渣水泥和作为混凝土的掺合料等。利用钢渣生产钢渣水泥是开发利用钢渣的有效途径之一。它不仅利用了工业废渣，变废为宝，解决环境污染问题，还可以减少水泥熟料用量节约资源和降低能源消耗、降低水泥生产成本。然而钢渣水泥与传统的硅酸盐水泥相比，熟料用量低，钢渣活性低造成该水泥标号偏低、凝结慢、早期强度低、安定性不良。
随着钢渣掺入量的增大，钢渣水泥试样各龄期力学强度呈逐渐降低趋势。造成该结果主要是由于钢渣中的的物相在形成过程中溶进较多的杂质且结晶较完善，使其与水泥孰料中的相同物相相比活性要低得多；同时随着钢渣掺入量的增大，水泥熟料的相对质量分数降低，胶凝性水化产物的生成量减少，导致硬化浆料体孔隙率较高，致密度较差，因而力学强度较低。
因此，如何改善传统钢渣水泥早期强度不高及力学强度不佳，安定性不良的缺点，以获取更高综合性能的钢渣水泥，是其推广与应用于更广阔的领域，满足工业生产需求亟待解决的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统钢渣水泥早期强度不高及力学强度不佳，安定性不良的缺点，提供了一种改性钢渣水泥。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种改性钢渣水泥，是由以下重量份数的原料组成：30～40份水泥，10～20份改性钢渣粉末，10～20份改性甘蔗渣，8～10份硅烷偶联剂，30～40份水；
所述改性钢渣的改性方法为：
（1）将钢渣粉碎，过筛，得钢渣粉末；
（2）将上述所得钢渣粉末与硫酸按质量比1：20～1：30搅拌反应，冷冻、解冻循环，过滤，干燥，得预处理钢渣粉末；
（3）将高锰酸钾与上述所得预处理钢渣粉末按质量比1：10～1：20球磨搅拌混合，高温煅烧，得煅烧钢渣粉末；
（4）按重量份数计，将5～6份碳酸钙，10～20份铝粉与30～40份煅烧钢渣粉末球磨搅拌混合，燃烧反应，得改性钢渣粉末。
所述水泥为硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥中的任意一种。
所述改性甘蔗渣的改性过程为：将甘蔗渣汽爆，得汽爆甘蔗渣；按重量份数计，将10～20份汽爆甘蔗渣，1～2沼液和20～30份水混合，发酵，过滤，干燥，得预处理甘蔗渣；将预处理甘蔗渣用含三甲基铝的氮气熏蒸，即得改性甘蔗渣；所述载有三甲基铝的氮气中三甲基铝的体积含量为5～8%。
所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。
（1）所述钢渣为转炉钢渣，平炉钢渣和电炉钢渣中的任意一种。
（3）所述高温煅烧温度为600～800℃。
本发明的有益效果是：
（1）本发明通过添加改性钢渣粉末，首先，钢渣粉末经酸浸，使得钢渣粉末中孔隙增多，再与高锰酸钾混合煅烧，增强钢渣粉末的活性，再与铝粉混合高温条件下，铝粉与钢渣粉末中氧化铁发生反应，生成氧化铝和铁，在水泥水化过程中，生成的氧化铝参与水泥水化，在水泥形成得三维网络的基础穿插形成三维网络，使改性钢渣粉末均匀分布于混凝土体系中，起到抑制改性钢渣粉末下沉，降低体系泌水，减少体系中孔隙通道的作用，同时，大量分布在体系中的三维网络可对毛细管产生很大的挤压力，使毛细管细化或消除，体系中孔隙率下降，致密度提高，因此体系的力学强度得到提升，而且，三维网络的穿插交联，使膨胀系数与混凝土基体的膨胀系数接近，水泥硬化过程中体积变化均匀，不会出现因体积的不均匀变化引起膨胀、裂缝或翘曲，使得体系的安定性得以提升，同时，钢渣粉末与高锰酸钾混合煅烧，增强钢渣粉末中的活性，在水泥水化过程中，改性钢渣粉末中活性基团与水泥中二氧化硅羟基形成稳定的化学键合，起到优良的桥接作用，提升体系的早期强度；
（2）本发明通过添加改性甘蔗渣，甘蔗渣经汽爆保留了体系中的活性组分，再经含三甲基铝氮气的熏蒸，三甲基铝与水发生反应生成氧化铝，氧化铝参与水泥的水化过程，一方面，使得氧化铝形成的三维网络紧密缠绕穿插在水泥水化过程中形成的三维网络中，进一步增强体系的力学强度，另一方面，因甘蔗渣中活性组分与水泥中的活性组分发生反应，甘蔗纤维可作为加强筋，使膨胀系数与混凝土基体的膨胀系数接近，水泥硬化过程中体积变化均匀，不会出现因体积的不均匀变化引起膨胀、裂缝或翘曲，使得体系的安定性得到进一步提升。
具体实施方式
将甘蔗渣置于汽爆罐中，于温度为180～220℃，压力为0.8～1.0MPa条件下，保压30～45s后，泄压出料，得汽爆甘蔗渣；按重量份数计，将10～20份汽爆甘蔗渣，1～2沼液和20～30份水置于发酵釜中，于转速为100～200r/min条件下，搅拌混合10～30min后，发酵2～3天，得发酵液，并将发酵液过滤，得滤饼，将滤饼置于真空冷冻干燥箱中干燥至含水率为8～10%，得预处理甘蔗渣；将预处理甘蔗渣置于流化床反应器，以100～200mL/min速率向流化床反应器中通入载有三甲基铝的氮气，持续通入10～30min，即得改性甘蔗渣；将钢渣置于球磨机中粉碎，随后过70～80目的筛，得钢渣粉末；将所得钢渣粉末与质量分数为8～10%的硫酸按质量比1：20～1：30置于烧杯中，于转速为300～400r/min条件下，搅拌反应，得反应混合液，将反应混合液置于冰箱中，于温度为-10～-20℃条件下，冷冻1～2h，得冷冻块，再将冷冻块置于70～80℃的热水中解冻，如此冷冻、解冻循环5～8次，得解冻混合液，随后将解冻混合液过滤，得滤渣，再将滤渣置于烘箱中干燥1～2h，得预处理钢渣粉末；将高锰酸钾与所得预处理钢渣粉末按质量比1：10～1：20置于混合球磨机中，于转速为300～400r/min条件下，球磨搅拌混合20～30min后，置于马弗炉中，于温度为600～800℃条件下，煅烧30～40min，得煅烧钢渣粉末；按重量份数计，将5～6份碳酸钙，10～20份铝粉与30～40份煅烧钢渣粉末置于混合球磨机中，于转速为400～500r/min条件下，球磨搅拌混合20～30min后，用镁条引燃反应，得改性钢渣，并将所得改性钢渣粉碎，得改性钢渣粉末；按重量份数计，将30～40份水泥，10～20份改性钢渣粉末，10～20份改性甘蔗渣，8～10份硅烷偶联剂，30～40份水加入混料机中，于转速为100～200r/min条件下，搅拌混合30～40min，即得改性钢渣水泥。所述载有三甲基铝的氮气中三甲基铝的体积含量为5～8%。所述水泥为硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥中的任意一种。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。所述钢渣为转炉钢渣，平炉钢渣和电炉钢渣中的任意一种。
实例1
将甘蔗渣置于汽爆罐中，于温度为220℃，压力为1.0MPa条件下，保压45s后，泄压出料，得汽爆甘蔗渣；按重量份数计，将20份汽爆甘蔗渣，2沼液和30份水置于发酵釜中，于转速为200r/min条件下，搅拌混合30min后，发酵3天，得发酵液，并将发酵液过滤，得滤饼，将滤饼置于真空冷冻干燥箱中干燥至含水率为10%，得预处理甘蔗渣；将预处理甘蔗渣置于流化床反应器，以200mL/min速率向流化床反应器中通入载有三甲基铝的氮气，持续通入30min，即得改性甘蔗渣；将钢渣置于球磨机中粉碎，随后过80目的筛，得钢渣粉末；将所得钢渣粉末与质量分数为10%的硫酸按质量比1：30置于烧杯中，于转速为400r/min条件下，搅拌反应，得反应混合液，将反应混合液置于冰箱中，于温度为-20℃条件下，冷冻2h，得冷冻块，再将冷冻块置于80℃的热水中解冻，如此冷冻、解冻循环8次，得解冻混合液，随后将解冻混合液过滤，得滤渣，再将滤渣置于烘箱中干燥2h，得预处理钢渣粉末；将高锰酸钾与所得预处理钢渣粉末按质量比1：20置于混合球磨机中，于转速为400r/min条件下，球磨搅拌混合30min后，置于马弗炉中，于温度为800℃条件下，煅烧40min，得煅烧钢渣粉末；按重量份数计，将6份碳酸钙，20份铝粉与40份煅烧钢渣粉末置于混合球磨机中，于转速为500r/min条件下，球磨搅拌混合30min后，用镁条引燃反应，得改性钢渣，并将所得改性钢渣粉碎，得改性钢渣粉末；按重量份数计，将40份水泥，20份改性钢渣粉末，20份改性甘蔗渣，10份硅烷偶联剂，40份水加入混料机中，于转速为200r/min条件下，搅拌混合40min，即得改性钢渣水泥。所述载有三甲基铝的氮气中三甲基铝的体积含量为8%。所述水泥为硅酸盐水泥。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。所述钢渣为转炉钢渣。
实例2
将甘蔗渣置于汽爆罐中，于温度为220℃，压力为1.0MPa条件下，保压45s后，泄压出料，得汽爆甘蔗渣；按重量份数计，将20份汽爆甘蔗渣，2沼液和30份水置于发酵釜中，于转速为200r/min条件下，搅拌混合30min后，发酵3天，得发酵液，并将发酵液过滤，得滤饼，将滤饼置于真空冷冻干燥箱中干燥至含水率为10%，得预处理甘蔗渣；将预处理甘蔗渣置于流化床反应器，以200mL/min速率向流化床反应器中通入载有三甲基铝的氮气，持续通入30min，即得改性甘蔗渣；将钢渣置于球磨机中粉碎，随后过80目的筛，得钢渣粉末；将所得钢渣粉末与质量分数为10%的硫酸按质量比1：30置于烧杯中，于转速为400r/min条件下，搅拌反应，得反应混合液，随后将反应混合液过滤，得滤渣，再将滤渣置于烘箱中干燥2h，得钢渣粉末；将高锰酸钾与所得预处理钢渣粉末按质量比1：20置于混合球磨机中，于转速为400r/min条件下，球磨搅拌混合30min后，置于马弗炉中，于温度为800℃条件下，煅烧40min，得煅烧钢渣粉末；按重量份数计，将6份碳酸钙，20份铝粉与40份煅烧钢渣粉末置于混合球磨机中，于转速为500r/min条件下，球磨搅拌混合30min后，用镁条引燃反应，得改性钢渣，并将所得改性钢渣粉碎，得钢渣粉末；按重量份数计，将40份水泥，20份钢渣粉末，20份改性甘蔗渣，10份硅烷偶联剂，40份水加入混料机中，于转速为200r/min条件下，搅拌混合40min，即得改性钢渣水泥。所述载有三甲基铝的氮气中三甲基铝的体积含量为8%。所述水泥为硅酸盐水泥。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。所述钢渣为转炉钢渣。
实例3
将钢渣置于球磨机中粉碎，随后过80目的筛，得钢渣粉末；将所得钢渣粉末与质量分数为10%的硫酸按质量比1：30置于烧杯中，于转速为400r/min条件下，搅拌反应，得反应混合液，将反应混合液置于冰箱中，于温度为-20℃条件下，冷冻2h，得冷冻块，再将冷冻块置于80℃的热水中解冻，如此冷冻、解冻循环8次，得解冻混合液，随后将解冻混合液过滤，得滤渣，再将滤渣置于烘箱中干燥2h，得预处理钢渣粉末；将高锰酸钾与所得预处理钢渣粉末按质量比1：20置于混合球磨机中，于转速为400r/min条件下，球磨搅拌混合30min后，置于马弗炉中，于温度为800℃条件下，煅烧40min，得煅烧钢渣粉末；按重量份数计，将6份碳酸钙，20份铝粉与40份煅烧钢渣粉末置于混合球磨机中，于转速为500r/min条件下，球磨搅拌混合30min后，用镁条引燃反应，得改性钢渣，并将所得改性钢渣粉碎，得改性钢渣粉末；按重量份数计，将40份水泥，20份改性钢渣粉末，10份硅烷偶联剂，40份水加入混料机中，于转速为200r/min条件下，搅拌混合40min，即得改性钢渣水泥。所述载有三甲基铝的氮气中三甲基铝的体积含量为8%。所述水泥为硅酸盐水泥。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。所述钢渣为转炉钢渣。
对比例：日照某建材有限公司生产的钢渣水泥。
将实例1至3所得的改性钢渣水泥及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
1.安定性：按照GB/T1346测定水泥试样的安定性；
2.力学性能：GB/T17671的规定，将干燥的样品在模具当中制成160mm×40mm×40mm的小立方，使用WDW-2000微机控制电子式万能材料试验机测试样品的抗折强度和抗压强度。
具体检测结果如表1所示：
表1
Figure 196174DEST_PATH_IMAGE001
由表1检测结果可知，本发明技术方案制备的改性钢渣水泥具有在提高其早期强度和力学性能的同时，其安定性也有所提高，在建筑材料行业的发展中具有广阔的前景。

Claims (5)

1.一种改性钢渣水泥，其特征在于：是由以下重量份数的原料组成：30～40份水泥，10～20份改性钢渣粉末，10～20份改性甘蔗渣，8～10份硅烷偶联剂，30～40份水；
所述改性钢渣的改性方法为：
（1）将钢渣粉碎，过筛，得钢渣粉末；
（2）将上述所得钢渣粉末与硫酸按质量比1：20～1：30搅拌反应，冷冻、解冻循环，过滤，干燥，得预处理钢渣粉末；
（3）将高锰酸钾与上述所得预处理钢渣粉末按质量比1：10～1：20球磨搅拌混合，高温煅烧，得煅烧钢渣粉末；
（4）按重量份数计，将5～6份碳酸钙，10～20份铝粉与30～40份煅烧钢渣粉末球磨搅拌混合，燃烧反应，得改性钢渣粉末；
所述改性甘蔗渣的改性过程为：将甘蔗渣汽爆，得汽爆甘蔗渣；按重量份数计，将10～20份汽爆甘蔗渣，1～2沼液和20～30份水混合，发酵，过滤，干燥，得预处理甘蔗渣；将预处理甘蔗渣用含三甲基铝的氮气熏蒸，即得改性甘蔗渣；所述载有三甲基铝的氮气中三甲基铝的体积含量为5～8%。
2.根据权利要求1所述一种改性钢渣水泥，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥中的任意一种。
3.根据权利要求1所述一种改性钢渣水泥，其特征在于：所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。
4.根据权利要求1所述一种改性钢渣水泥，其特征在于：（1）所述钢渣为转炉钢渣，平炉钢渣和电炉钢渣中的任意一种。
5.根据权利要求1所述一种改性钢渣水泥，其特征在于：（3）所述高温煅烧温度为600～800℃。
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