一种制备活性钢粉及利用钢粉制备混凝土的方法

摘要

一种加工超细钢粉的方法以及循环利用钢粉制备混凝土的工艺。本发明采用高能球磨球磨钢渣，球磨后用筛分的方法去除铁屑等易磨性差的组分，得到比表面积2885～5846cm2/g、粒径约为0.09mm，百分含量在50％以上的钢粉。本发明是以机械力化学的原理处理钢渣，使得Ca(OH)2等物相发生转变，使钢粉的组分更有利于水化；本发明工艺简单，条件较为宽松，采用微波与化学方法激发活化钢粉，简单易行；本发明产品的表面积较大，粒度分布合理的钢粉，处理后的钢粉可以取代水泥10％～40％，在保持混凝土流动性的前提下，3天强度可以保持在20～30MPa，完全可以满足工程建设的需求。

说明书

技术领域

本发明涉及加工超细活性钢粉的方法以及利用钢粉制备混凝土的方法，属于无机非金属材料和环境工程以及矿物加工工程等学科交叉领域。

背景技术

钢渣是指钢铁工业大量排放的固体废渣。钢渣具有与普通硅酸盐水泥相类似的物相组成，具有一定的活性。这一类废渣由于具有潜在的活性，而且分布量大，在工业上有广泛应用的潜力，可以用作路基材料，钢渣水泥的原材料，高性能混凝土掺合料，填料等等，有着巨大的市场发展前景。从上个世纪九十年代开始，粉煤灰和矿渣在混凝土中得到了广泛应用。

目前对活性钢渣的研究主要包括：陈平等制备活性钢粉的方法，介绍了钢渣难破碎，难加工的特点(新型建筑材料，2005，11：67～68)；张高勤等研究了早强激发剂的问题(混凝土与水泥制品)，又如浙江大学博士后李东旭以及H.Savastano Jr.等研究了各种矿渣以及粉煤灰的活性激发剂(浙江大学博士后出站报告，Cement & Concrete Composites，2001，23：389～397)，目前钢渣的激发剂也主要是借鉴或者参考矿渣的激发剂。微波技术和无机非金属材料科学的交叉为传统无机材料的应用提供了技术支持，如世界著名大学美国麻省理工学院和英国剑桥大学的联合研究人员Christopher K.Y.Leung等利用微波加热技术养护混凝土显著的提高了混凝土的早期强度(Cement andConcrete Research，1997，27：463～472)，又如美国L.E.LAGOS等学者构建了微波处理混凝土的热传递模型(Int.J.Heat MassTransfer，1994，38：887～897)。只是这些有效的技术还没有嫁接应用于钢渣混凝土中。

发明内容

本发明的目的是提出一种以钢铁厂废渣为原料，制备超细活性钢粉及利用该钢粉制备混凝土的方法。

一种制备活性钢粉的方法，利用振动磨进行钢渣的粗碎，然后过孔径为0.9mm(20目)的筛网，得到粗粒钢渣，再将粗粒钢渣放入高能球磨机内，球的质量为2.48～142.21g，球料比为2～6∶1，球磨1～5h，得到钢渣粉体，然后过孔径为0.3mm(60目)或者0.2mm(80目)筛网筛除不易磨的铁渣等杂乱物质，得到有一定比表面积和粒度分布的钢粉；在钢粉中加入CaSO₄，Na₂SO₄和水玻璃，加入量为每100g钢渣粉体中添加5g～10g CaSO₄，4g～9gNa₂SO₄，5ml～15ml水玻璃，在搅拌器中搅拌30min～6h，或者利用200W～900W微波处理2min～30min，得超细活性钢粉，该超细活性钢粉可取代10～50％的水泥配制混凝土。

所述球磨机球磨介质单个优选49.35g，球径2.39cm，球磨时间优选3～5h，球料比优选5∶1。

一种利用超细活性钢粉制备混凝土的方法，混凝土配合比为混合水泥∶水∶砂∶卵石＝1∶0.36～0.38∶1.20∶2.17；混合水泥由活性钢粉与水泥组成，活性钢粉与水泥的比例为：0.10～0.50∶1。

砂料的基本物理特性如下：细度模数为2.5～2.7；表观密度为2550～2670kg/m³；堆积密度为1560～1660；含泥量为0.2～0.5％；泥块含量为0～0.3％，依据GB14684-2001的标准，含泥量和泥块含量合格，属于II区中砂。卵石的基本物理特性如下：最大尺寸≤37.5；含泥量0.2～0.3％；泥块含量0～0.2％；压碎指标平均为8％；表观密度为2620kg/m3；堆积密度为1590～1630kg/m3，依据GB14685-2001标准，经检验所用卵石的含泥量和泥块含量均合格，属于连续级配。采用的高效减水剂为聚羧酸盐系列。

本发明采用高能球磨的机械力作用活化钢渣，增大钢粉的比表面积，改变钢渣的原始物相分布，使活性钢粉的物相成分更加贴近水泥的成分，有利于在混凝土中的应用；采用微波加热和化学激发相结合的方法，对活性钢粉进行激活，显著的提高了钢渣混凝土的早强，降低混凝土的用水量；所制得的粒径在0.09mm左右(180目)活性钢粉的百分含量≥50％，钢粉粒度整体分布合理，比表面积超过3883cm²/g，利用钢粉作为掺合料取代水泥20％时，混凝土的3天和7天强度依然为23MPa和30MPa。本发明工艺过程简单，降低了电耗。

附图说明

图1：破碎后原始钢渣的粒度分布曲线；

图2：A和C两种钢球(球料比5/1)不同球磨时间磨细钢粉的比表面积变化曲线；

图3，4：A和C两种钢球不同球料比和不同钢球球磨后的粒度分布；

图5：球磨不同时间的钢粉的物相变化图(XRD)；

图6：不同钢粉掺合量的混凝土的3天和7天强度。

具体实施方式

实施例1：振动磨破碎后的钢渣(20目筛下料)，先随机称取5份均为1kg的钢渣，并测定其原始粒度分布。然后在高能球磨机中球磨1～5h，其中球料比为2/1～6/1，单个钢球质量分别为142.21g(A)和49.35g(C)，直径为3.32和2.39cm，得到钢粉。用60目标准筛筛分得到的钢粉，筛除大于60目的铁屑等大颗粒物料。取钢粉341g，17.05g CaSO₄，13.64gNa₂SO₄，34.1ml水玻璃，加入适量的水和0.7％的聚羧酸盐高效减水剂，得到流动性较好的混合物浆料，再搅拌3h之后，即得到活性钢粉浆料。取代10％和20％水泥用于配置混凝土再分别称取1.705，1.53kg(钢渣取代水泥10％)，1.395kg(取代20％)水泥(普通水泥，标号为32.5)，分别称取0.648kg，0.648kg(10％)，0.6kg(20％)水，2.086kg砂子，3.708kg卵石，混合上述物料，人工充分拌和后，得到混凝土。