專利名稱：復合礦渣微粉的制作方法
技術領域：
本發明涉及混凝土、砂漿膠結材，特別是能與鋼渣細集料組合作為混凝土、砂漿膠結材的復合礦渣微粉。
背景技術：
中國鋼鐵渣堆棄量約3億噸，占地3萬畝。2004年我國鋼鐵渣的產生量為1.17億噸，其中鋼渣的產生量為3819萬噸。近年來，水泥膠砂強度檢驗方法采用國際ISO法后，原來由鋼渣礦渣為主要原料生產的水泥，難以滿足新水泥強度標準的要求，這使得鋼渣礦渣的利用量減少，對鋼渣的綜合利用不利。
發明內容
本發明解決的技術問題為提供一種復合礦渣微粉，它能與鋼渣細集料混合作為混凝土膠結材，為鋼渣的綜合利用創造條件。
本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是復合礦渣微粉，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、納米級填充物、激發劑中的一種或幾種的組合。
本發明復合礦渣微粉可與鋼渣細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+本發明復合礦渣微粉+水體系中，鋼渣和礦渣可相互滲透，共同水化。
本發明復合礦渣微粉為鋼渣的綜合利用創造條件。
圖1為本發明復合礦渣微粉的生產流程2為鋼渣細集料的生產流程具體實施方式
本發明復合礦渣微粉實施例1～10，復合礦渣微粉的比表面積在350～850m2/kg。復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
上述實施例中，硅酸鹽水泥熟料可在膠結材水化過程中起晶胚的作用，同時激發礦渣玻璃結構解體，促進水化進行，并自身參與反應形成水化產物。熟料的主要礦物為C3S、C2S、C3A、C4AF等。
外加劑為表面活性劑、納米級填充物、激發劑中的一種或幾種的組合。實施例2的外加劑為表面活性劑(聚烷基丙烯基磺酸鹽系)。實施例4的外加劑為納米級填充物(硅灰)。實施例5、7、8的外加劑為表面活性劑、納米級填充物、激發劑的組合物。實施例10的外加劑為激發劑中(氫氧化鈉)。
表面活性劑不同活性劑溶液對不同物質表面活性的吸附強度、潤濕程度、擴散狀態等各有所異。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。當表面活性劑加入溶液中以后，親水集團就會指向極性液體，憎水基團指向非極性液體、固體或氣體，產生定向吸附，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得到了降低。這種作用的結果，對于兩種材料組合的鋼渣細集料復合礦渣微粉膠結材，效果更為明顯，當鋼渣和礦渣浸漬在活性溶液中時，潤濕的性能相應地決定于活性分子在界面上定向吸附的結果、定向狀態或吸附量。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，相互之間的激發和滲透加強，接觸更為緊密，促進了水化反應的進行和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。
納米級填充物(如硅灰等)膠結材(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展無關。這表示在水化過程中所生成的凝膠都具有相似的性質，凝膠是混凝土中起膠結作用的物質。根據混凝土組織結構的特點，存在著膠空比與混凝土強度的關系。所謂膠空比，就是凝膠的體積對凝膠和毛細管孔腔兩者體積之和的比值。隨著水化反應的進行，凝膠的體積增加，而毛細管孔腔的體積則減小。納米級填充物主要功能在于堵塞毛細管通道，提高水化物的密實程度，增長強度。
激發劑作為膠結材的快硬劑，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。
上述實施例的生產方法如圖1所示。
將上述復合礦渣微粉各實施例與鋼渣細集料加水混合，制成砂漿(見表3、表4)。
鋼渣中含廢鋼約7～12％，鋼渣細集料是鋼渣經過磁選后的尾渣，即煉鋼廠排出的液態鋼渣，經打水粒化、磁選、分級過篩等處理，最后取5mm以下的自然級配尾渣作為砂漿與混凝土的細集料，用于配制鋼渣細集料礦渣微粉膠結材。鋼渣細集料的生產流程如示意圖2。
處理后的鋼渣一般呈灰黑色，堅硬密實，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鋼渣細集料復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量。
表4鋼渣細集料復合礦渣微粉砂漿性能
在鋼渣+復合礦渣微粉+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，鋼渣細集料中生成的Ca(OH)2和石膏迅速溶于水，同時激發礦渣，使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，有相當長一段時間水化放熱速度很小，反應進入誘導期，此階段時間里反應幾乎停止；加速期在緩慢反應經歷一個階段(約11小時)后，由于滲透壓的作用，水化薄膜破裂，反應隨時間而增長，但增長的速率較慢，達到高峰值時經歷的時間(約30小時)較長；衰退期反應開始下降，但下降的速率慢，一天后才下降峰值的20％。在這個體系，鋼渣中硅酸三鈣、硅酸二鈣水化生成水化二硅三鈣產生的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，這個反應在石膏反應完畢后完成。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。在轉爐鋼渣中添加石膏時，C2F與石膏反應生成鈣礬石，具有較大的水化強度。因此，鋼渣細集料較好的強度發展，是鋼渣的礦物組成和復合礦渣微粉最佳組合的綜合反應。
電鏡分析，1.5天的鋼渣顆粒表面有局部水化，生長出零星的C-S-H，并生成一定數量的針狀鈣礬石。水化3天后，鋼渣顆粒表面生長了一層薄薄的白色膠狀物，但與漿體凝結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強度往往是普通混凝土中最薄弱的環節，其集料界面的強度低于基體相。測定水化7天的鋼渣細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，測定結果依次為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，鋼渣與漿體結合也逐漸增強，整個結構孔隙率變小，砂漿越來越密實。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，形成很致密的結構。
鋼渣細集料復合礦渣微粉砂漿或混凝土，是鋼渣和礦渣及石膏調節料漿體凝結硬化，將骨料粘結而成的人工石，它的力學性能主要由各組分中主要礦物的性能和數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，分別在水中養護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。經掃描電鏡觀察，鋼渣砂漿3天可見針狀硫鋁酸鹽水化產物；7天試樣有大量鈣礬石和絨絮狀水化物共存，同時，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。
權利要求
1.復合礦渣微粉，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.根據權利要求1所述的復合礦渣微粉，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.如權利要求2所述的復合礦渣微粉，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.如權利要求3所述的復合礦渣微粉，其特征在于外加劑為表面活性劑、納米級填充物、激發劑中的一種或幾種的組合。
全文摘要
本發明涉及復合礦渣微粉，它的比表面積在350～850m
文檔編號C04B24/16GK101041580SQ20071005163
公開日2007年9月26日 申請日期2007年3月8日 優先權日2007年3月8日
發明者方宏輝, 韋進寶, 楊智寬, 聶勇, 熊焰 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司