[發明專利]一種鋼渣輔助性膠凝材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110505789.6
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113072311B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 莫立武;劉朋
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C04B7/147
• 分類號: C04B7/147;C04B7/42
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐循文

一種鋼渣輔助性膠凝材料及其制備方法和應用，（1）將原狀鋼渣破碎、選鐵后置入磨機粉磨得到鋼渣顆粒；（2）取鋼渣顆粒置入攪拌預處理設備中，將鋼渣與外加劑溶液混合并攪拌均勻；（3）將預處理過的鋼渣顆粒置于磨機中粉磨，同時通入二氧化碳氣體，將鋼渣顆粒粉磨至一定粒度鋼渣微粉；（4）將鋼渣微粉置于攪拌反應設備中，在反應設備中通入二氧化碳氣體，即得安定化、活化的鋼渣輔助性膠凝材料。本發明快速消除游離CaO和部分游離MgO，從而解決鋼渣安定性不良的問題，并在很大程度上提升了鋼渣的膠凝活性，確保鋼渣輔助性膠凝材料摻入水泥或混凝土中安定性合格，促進鋼渣在水泥及混凝土等建筑材料中的應用。

技術領域

本發明屬于建筑材料的制備方法領域，具體涉及一種利用二氧化碳快速安定化、活化的鋼渣輔助性膠凝材料及其制備方法和應用。

背景技術

水泥生產消耗大量資源，同時排放大量二氧化碳。水泥工業是我國第三大二氧化碳排放體，碳排量約占全國工業碳總排量的14％。2020年我國水泥產量高達23.77億噸，約排放超13億噸的二氧化碳。水泥工業的碳減排關乎國家碳達峰、碳中和戰略目標的實現。為此，學術界和工業界提出并采取了學者各種節能減排的策略，如減少混凝土中水泥用量、減少水泥中熟料用量、減少水泥熟料生產過程中的碳排放、采用新型生物質燃料、碳捕集利用與儲存等。其中，利用更多的輔助性膠凝材料替代水泥中的熟料，以降低水泥中熟料含量是減少水泥工業碳排放的有效路徑之一。尤其是，將工業固體廢棄物作為輔助性膠凝材料替代水泥熟料的方法是十分有效，這不僅能消耗大量的固體廢棄物，還能極大地減少二氧化碳的排放，另外優質輔助性膠凝材料摻入水泥還可以改善水泥基材料的性能。但是，由于我國水泥生產量巨大，傳統的優質輔助性膠凝材料如礦渣、粉煤灰、硅灰等已逐漸稀缺，難以滿足低碳水泥生產的需求，亟需尋找新的輔助性膠凝材料。

鋼渣是鋼鐵工業的副產品，其排放量約占鋼鐵總產量的15-20％。我國每年鋼渣排放量高達1億多噸，累計堆存量超10億噸，利用率不足30％，占用耕地，污染環境，因此鋼鐵工業亟需環保資源化利用鋼渣的新技術。

鋼渣的化學組成與硅酸鹽水泥熟料相近，主要是CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO、Fe₂O₃及MnO和P₂O₅等，其礦物組成主要包括硅酸鈣(C₃S、α-C₂S、γ-C₂S、CS)、RO相以及少量鐵鋁酸鈣(C₄AF)、游離氧化鈣(f-CaO)和游離氧化鎂(f-MgO)等。考慮鋼渣的巨大排放量以及鋼渣的化學組成和物理特性，用于量大面廣的建筑材料是鋼渣大規模資源化利用的主要途徑。為此，國內外開展了大量的研究，主要包括：(1)用作路基填料。歐洲、美國、日本等發達地區和國家將鋼渣大量應用于路基填料，利用率較高。(2)用作混凝土粗、細骨料。已有研究將鋼渣部分取代天然砂石骨料制備混凝土，提高了混凝土的力學性能，但是，當鋼渣骨料取代量過大時，會因鋼渣中游離CaO和MgO水化膨脹而導致安定性不良。近年來，我國已陸續報道出因鋼渣砂石骨料所引起的混凝土安定不良、材料結構破壞的事故。(3)用作輔助性膠凝材料。由于礦粉、粉煤灰等優質輔助性膠凝材料日益緊缺，越來越多的研究將鋼渣粉磨成微粉，替代傳統優質輔助性膠凝材料用于混凝土。鋼渣中含有少量的C₃S、C₂S等具有一定水化膠凝性能的礦物，但其中低水化活性的礦相如γ-C₂S、RO相則較多，水化膠凝性能差。而且，鋼渣中所含的Fe、RO相等組分難磨，導致鋼渣易磨性差，粉磨能耗高于石灰石、粉煤灰、礦粉等。綜上所述，制約鋼渣用作輔助性膠凝材料的根本原因在于鋼渣的難磨性特性、低水化活性和潛在安定性不良隱患。

發明內容