[發明專利]一種用石膏激發鋼渣和礦粉制備的摻合料及利用摻合料制備的高性能混凝土

在審

• 申請號: 201711085055.7
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107986643A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 歐陽東
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: C04B7/21
• 分類號: C04B7/21;C04B28/08
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明屬于建筑材料技術領域，更具體地，涉及一種用石膏激發鋼渣和礦粉制備的摻合料及利用摻合料制備的高性能混凝土。

背景技術

近年來，我國每年有近30億立方米的混凝土用于基礎設施建設和國家重點工程建設，為國民經濟增長和社會的進步發揮了重要作用。但與此同時，水泥混凝土行業的高速發展消耗了大量的資源能源，并排放出大量的溫室氣體，對環境造成了嚴重的污染。我國每年生產的混凝土所需的水泥需要燃燒標準煤近1.8億噸，直接產生的CO₂近9億噸，約占全世界CO₂排放量的10％。

同時，我國是重要的鋼鐵生產國，我國鋼產量已連續14年保持世界第一，并且遙遙領先于其他國家。隨著鋼鐵工業的快速發展，其固體廢棄物的排放量也快速增長。2010年，全國工業固體廢物產生量為240943.5萬噸，鋼鐵排放量為498.2萬噸。這些固體廢棄物如得不到有效地利用而長期堆積將會占用土地、淤塞河道、破壞環境并造成污染。鋼渣、礦渣與粉煤灰是我國鋼鐵工業主要工業廢棄物，其中礦渣與粉煤灰目前已在水泥與混凝土行業得到了大量有效的利用，礦渣的利用率達到90％以上，二級以上粉煤灰在水泥混凝土中的應用也已非常普遍。相比之下，鋼渣因其活性低、安定性問題導致其利用率一直較低。

目前，國內外關于粉煤灰和鋼渣、礦渣等礦物摻合料的活性激發方法主要有物理細磨、單摻激活劑和加鈣處理等。但是，鋼渣的活性激發效果和利用率仍需要進一步的提升。因此尋找合適的鋼渣和礦粉活性激發劑，使得鋼渣和礦粉摻合料的活性得到進一步的提升，在提高混凝土強度的同時提高鋼渣的摻和比例，對于減少水泥生產原料使用量、水泥生產能耗和水泥生產污染物排放量，增加鋼渣和礦粉附加值，滿足綠色低碳經濟的發展具有重大的應用價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用石膏激發礦粉和鋼渣制備的摻合料。通過采用石膏對鋼渣的激發作用，以及鋼渣和礦粉的協同作用和相互激發作用，使得鋼渣、礦粉和石膏制備的摻合料的活性得到較好的提升，由該摻合料替代部分水泥制備的混凝土具有較好的早期強度和后期強度。

本發明的另一目的在于提供所述摻合料在制備混凝土中的應用。

本發明的再一目的在于一種高性能混凝土。所述高性能混凝土添加了本發明所述摻合料，用以替代部分水泥制備混凝土；采用所述摻合料不僅克服了單摻鋼渣帶來的混凝土強度的降低，還增強了混凝土的工作性能、早期強度和后期強度。

本發明的上述目的是通過以下技術方案予以實現的：

一種用石膏激發鋼渣和礦粉制備的摻合料，所述摻合料由鋼渣、礦粉和石膏以重量比(8～10)：(20～22)：(1～3)混合組成。

鋼渣和礦粉相互激發活性的原理：將磨細鋼渣粉與礦粉復合，一方面所用鋼渣粉和礦粉的比表面積大于水泥，可以提供更優的顆粒級配，使得混凝土達到更加理想的密實狀態；另一方面礦粉可以降低鋼渣混摻膠凝材料的C/S比，使得水化產物中的硬硅鈣石生成量增加，表現為水泥石的強度提高，另外，礦粉中SiO₂和MgO、FeO等會生成具備較高的強度的水化產物。在相互協調方面，礦粉與鋼渣復合作為摻合料，一方面礦粉能吸收鋼渣中的游離氧化鈣而克服鋼渣可能存在的安定性不良問題，另一方面鋼渣中的游離氧化鈣及其水化產物氫氧化鈣同樣也可作為礦粉二次水化反應的激發劑，二者復合具有較高的實用價值。

石膏對鋼渣和礦粉的活性激發原理：雖然鋼渣和礦含有較多的CaO，但其形成的游離Ca⁺極少，而石膏能夠提供較多的游離Ca⁺，游離Ca⁺水化后再與鋼渣中的SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃等反應生成相應的水化產物，即水化硅酸鈣、水化鐵酸鈣、水化鋁酸鈣等等；此外，石膏所提供的SO₄-與鋼渣和礦粉中的C₃A、C₄AF可以反應生成鈣礬石。因為添加了合適比例的石膏，使得混合摻合料中的水化硅酸鈣、水化鐵酸鈣、水化鋁酸鈣等等及鈣礬石含量的增加，從而使得摻合料的活性提高，進而使用利用該摻合料制備的混凝土的早起強度和后期強度得以提高。

優選地，所述摻合料由鋼渣、礦粉和石膏以重量比9：21：2混合組成。