钢铁风淬固废制复合微粉超细集料及其在混凝土中的应用

摘要

本发明公开了一种钢铁冶炼风淬固废制复合微粉超细集料及其在混凝土中的应用，通过将钢铁冶炼废渣制成含微粉的超细集料，作为混凝土的掺合料与细集料补充，采用立磨联用球磨方式制备得到的复合微粉超细集料，在研磨过程中加入分散促活剂应用于混凝土中有显著的强度与耐久性促进功能，在提升混凝土质量的基础上优化混凝土原材料成本。其加工技术简单、成本低，更可以直接降低混凝土生产成本。本发明将推动钢铁风淬渣的资源化、高值化以及规模化利用；其作为掺合料替代品和细骨料补充组分用于混凝土，节约资源、能源和减排CO2的效果突出，经济效益和改善环境效果十分显著。

权利要求

1.一种钢铁风淬固废制备复合微粉超细集料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将钢铁固废与活化剂混合得到混合物；

S2.采用立磨机研磨上述混合物，研磨时间为20‑45分钟，负压收集粒径在45微米以下的微粉，其它余料进入球磨机；

S3.将上述余料导入球磨机研磨，研磨时间为10‑30分钟，研磨时通入含30%‑60%二氧化碳的空气循环气氛，继续负压收集粒径在45微米以下的微粉，同时自动筛分球磨机内得到的细度模数为1.0‑2.2的超细集料；

S4.将立磨机和球磨机负压收集到的微粉按2%‑20%的比例加入上述超细集料，即得到复合微粉超细集料；

所述活化剂包括熟石灰、石英粉、粉末聚醚分散剂和聚乙烯吡咯烷酮，其所占钢铁固废比重分别为1% 5%、1% 10%、0.1% 1.5%、0.01% 0.1%。

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2.一种利用权利要求1所述的方法制备的复合微粉超细集料在混凝土中的应用，其特征在于：将使用权利要求1所述的钢铁风淬固废制备复合微粉超细集料的方法制备的复合微粉超细集料替代掺合料与部分细骨料，生产混凝土，所述复合微粉超细集料和硅酸盐水泥的重量比例在1:3到1:1之间。

说明书

钢铁风淬固废制复合微粉超细集料及其在混凝土中的应用

技术领域

[0001] 本发明属于混凝土新材料技术领域，具体涉及一种钢铁风淬固废制复合微粉超细集料及其在混凝土中的应用。

背景技术

[0002] 转炉炼钢是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程。由于转炉炼钢速度快，负
能炼钢，节约能源，故转炉炼钢成为当代炼钢的主流。转炉炼钢在推动着社会进步的同时也
产生了一系列的环境污染。转炉炼钢的过程中，每年都产生大量的炼钢转炉渣，这些炼钢转
炉渣成分复杂多变，含有的凝性矿物较少且活性较低，所含的氧化镁和氧化钙易引起安定
性不良，使得炼钢转炉渣的综合利用比较困难。数量巨大的炼钢转炉渣只有少量被利用，剩
余的大多数被堆积起来，不仅占用大量耕地，同时污染大气和水源，带来越来越多的环境问
题，转炉渣的资源化应用已成为如今亟待解决的问题。

[0003] 现有研究学者提出将风淬渣应用在建筑材料。但在混凝土或者砂浆中直接使用时，会与氧、二氧化碳以及水发生反应，反应生成的产物体积膨胀，硬化后的混凝土或者砂
浆因局部体积膨胀产生暴裂而导致结构破坏甚至失效，严重的会带来建筑或者路桥崩塌事
故。

[0004] 因此，开发新的钢铁冶炼风淬渣的绿色加工技术，优化微观形貌结构与成分特性，使其可以安全稳定地应用于基础建设中大宗使用的混凝土与砂浆中，既解决了大宗炼铁工
业固废的资源化处置问题，又为基础建设提供了所需的关键材料，是衔接上下游、促进环保
绿色发展战略的有益之举。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题在于：将钢铁废渣制备为复合微粉的超细集料，合理有效的应用在混凝土中，减少钢铁废渣对环境的污染。

[0006] 为解决钢铁废渣制备超细集料的技术问题，本发明提供如下技术方案：

[0007] 一种钢铁风淬固废制复合微粉超细集料，其制备方法包括以下步骤：

[0008] S1.将钢铁固废与活化剂混合得到混合物；钢铁固废需要经过促活和中和反应，消除钢铁固废中游离氧化镁和氧化钙对混凝土的影响。

[0009] S2.采用立磨机研磨上述混合物，研磨时间为20‑45分钟，负压收集粒径在45微米以下的微粉，其它余料进入球磨机；立磨机制出的余料微观结构包含较多尖锐表面，不便于
作为混凝土的细集料进行使用。

[0010] S3.将上述余料导入球磨机研磨，研磨时间为10‑30分钟，研磨时通入含30%‑60%二氧化碳的空气循环气氛，继续负压收集粒径在45微米以下的微粉，同时自动筛分球磨机内
得到的细度模数为1.0‑2.2的超细集料；球磨机可将立磨机研磨得到的余料进行圆整，同时
研磨过程获得更细的微粉，二氧化碳空气气氛用于辅助活化剂消除不安定的游离氧化镁和
氧化钙。

[0011] S4.将立磨机和球磨机负压收集到的微粉按2%‑20%的比例加入上述超细集料，即得到复合微粉超细集料。

[0012] 作为上述技术方案的进一步改进：

[0013] 所述活化剂包括熟石灰、石英粉、粉末聚醚分散剂和聚乙烯吡咯烷酮，其所占钢铁固废比重分别为1%～5%、1%～10%、0.1%～1.5%、0.01%～0.1%。活化剂合理激发钢铁废渣在
混凝土中应用时产生的胶结反应并抑制体积膨胀效应，有效的避免了对混凝土质量的影
响。

[0014] 为实现钢铁废渣合理有效的应用在混凝土中，减少钢铁废渣对环境的污染，本发明提供如下技术方案：一种钢铁风淬固废制复合微粉超细集料在混凝土中的应用，将上述
的钢铁风淬固废制复合微粉超细集料替代掺合料与补充部分细骨料，生产混凝土，所述超
细集料和硅酸盐水泥的重量比例在1：3到1：1之间。

[0015] 本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

[0016] 本发明通过将钢铁冶炼废渣制成含微粉的超细集料，作为混凝土的掺合料与细集料补充，采用立磨联用球磨方式制备得的复合微粉超细集料，在研磨过程中加入分散促活
剂的使用，在混凝土中有显著的强度与耐久性促进功能，在提升混凝土质量的基础上优化
混凝土原材料成本。其加工技术简单、成本低，更可以直接降低混凝土生产成本。本发明将
推动钢铁风淬渣的资源化、高值化以及规模化利用；其作为掺合料替代品和细骨料补充组
分用于混凝土，节约资源、能源和减排CO2的效果突出，经济效益和改善环境效果十分显著。

具体实施方式

[0017] 下面将结合本发明实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，
本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发
明保护的范围。

[0018] 本发明中各实施例的技术方案可进行组合，实施例中的技术特征亦可进行组合形成新的技术方案。

[0019] 实施例1

[0020] 本实施例的钢铁风淬固废制复合微粉超细集料，其制备方法包括以下步骤：

[0021] S1.将钢铁风淬渣预破碎至5mm以下的小颗粒与活化剂混合得到混合物；

[0022] S2.采用立磨机研磨上述混合物，研磨时间为25分钟，负压收集粒径在45微米以下的微粉，其它余料进入球磨机；

[0023] S3.将上述余料导入球磨机研磨，研磨时间为30分钟，研磨时通入含30%二氧化碳的空气循环气氛，继续负压收集粒径在45微米以下的微粉，同时自动筛分球磨机内得到的
细度模数为1.0的超细集料；

[0024] S4.将立磨机和球磨机负压收集到的微粉按10%的比例加入上述超细集料，即得到复合微粉超细集料。

[0025] 活化剂包括熟石灰、石英粉、粉末聚醚分散剂和聚乙烯吡咯烷酮，其所占钢铁固废比重分别为3%、1.5%、0.45%、0.03%。活化剂抑制钢铁废渣在混凝土中使用时产生反应，有效
的避免了对混凝土质量的影响。

[0026] 将所制备的复合微粉超细集料应用于每立方C30泵送混凝土生产，P.O.42.5水泥用265公斤，微粉集料450公斤，进行配置。所制得混凝土初始坍落度/扩展度为230/620mm，1
小时后坍落度/扩展度为220/590mm，包裹性好，比重2.40，7天抗压强度25.6MPa，28天抗压
强度36.5MPa，均满足设计要求。

[0027] 实施例2

[0028] 本实施例的钢铁风淬固废制复合微粉超细集料，其制备方法包括以下步骤：

[0029] S1.将钢铁风淬渣预破碎至5mm以下的小颗粒与活化剂混合得到混合物；

[0030] S2.采用立磨机研磨上述混合物，研磨时间为35分钟，负压收集粒径在45微米以下的微粉，其它余料进入球磨机；

[0031] S3.将上述余料导入球磨机研磨，研磨时间为20分钟，研磨时通入含45%二氧化碳的空气循环气氛，继续负压收集粒径在45微米以下的微粉，同时自动筛分球磨机内得到的
细度模数为1.6的超细集料；

[0032] S4.将立磨机和球磨机负压收集到的微粉按20%的比例加入上述超细集料，即得到复合微粉超细集料。

[0033] 活化剂包括熟石灰、石英粉、粉末聚醚分散剂和聚乙烯吡咯烷酮，其所占钢铁固废比重分别为2%、1%、0.3%、0.02%。活化剂抑制钢铁废渣在混凝土中使用时产生反应，有效的
避免了对混凝土质量的影响。

[0034] 将所制备的复合微粉超细集料应用于每立方C30泵送混凝土生产，P.O.42.5水泥用235公斤，微粉集料500公斤，混凝土初始坍落度/扩展度为245/650mm，1小时后坍落度/扩
展度为235/635mm，包裹性好，比重2.45，7天抗压强度27.8MPa，28天抗压强度39.7MPa，均满
足设计要求。

[0035] 实施例3

[0036] 本实施例的钢铁风淬固废制复合微粉超细集料，其制备方法包括以下步骤：

[0037] S1.将钢铁风淬渣预破碎至5mm以下的小颗粒与活化剂混合得到混合物；

[0038] S2.采用立磨机研磨上述混合物，研磨时间为20分钟，负压收集粒径在45微米以下的微粉，其它余料进入球磨机；

[0039] S3.将上述余料导入球磨机研磨，研磨时间为30分钟，研磨时通入含60%二氧化碳的空气循环气氛，继续负压收集粒径在45微米以下的微粉，同时自动筛分球磨机内得到的
细度模数为2.2的超细集料；

[0040] S4.将立磨机和球磨机负压收集到的微粉按15%的比例加入上述超细集料，即得到复合微粉超细集料。

[0041] 活化剂包括熟石灰、石英粉、粉末聚醚分散剂和聚乙烯吡咯烷酮，其所占钢铁固废比重分别为5%、10%、1.5%、0.1%。活化剂抑制钢铁废渣在混凝土中使用时产生反应，有效的
避免了对混凝土质量的影响。

[0042] 将所制备的复合微粉超细集料应用于每立方C30泵送混凝土生产，P.O.42.5水泥用275公斤，微粉集料350公斤，混凝土初始坍落度/扩展度为215/580mm，1小时后坍落度/扩
展度为205/560mm，包裹性好，比重2.39，7天抗压强度26.1MPa，28天抗压强度37.8MPa，均满
足设计要求。

[0043] 结论：上述实施例中所制得的3组混凝土的和易性与力学性能均满足标准C30级混凝土要求，方案可行。

[0044] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和
变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。