[发明专利]含脱硫渣及钢渣之可控性低强度混凝土

说明书

本发明公开了含脱硫渣及钢渣之可控性低强度混凝土，由以下材料配比构成：脱硫渣20‑50％、粉煤灰5‑20％、水淬渣粉5‑30％、硅酸盐水泥0‑5％、电石渣0‑5％、钢渣尾渣0‑40％、铁尾矿0‑30％，其中，脱硫渣为主要的固废填充料与火山灰活性激发材料。本发明涉及营建材料技术领域，具体涉及含脱硫渣及钢渣之可控性低强度混凝土。降低亚硫酸钙、钙矾石和钢渣的不稳定性影响，提高使用相关原料之建材的安定性。CLSM本身的低强度特性，其塑性也降低了后期可能的膨胀破坏影响；充分利用固废本身的碱性、胶凝性质和骨料级配的致密填充，减少使用如水泥、砂石等材料，大幅降低成本；大量使用当地的工矿固废作为原料可将固废资源化，去化固废存量，减少其对环境的危害。

技术领域

本发明涉及营建材料技术领域，具体涉及含脱硫渣及钢渣之可控性低强度混凝土。

背景技术

过去钢厂烧结机的烟气脱硫都采用湿法脱硫，不仅设备占地面积大，还产生脱硫石膏固废及废水，运维成本高。近年来，越来越多钢厂烧结机烟气改采循环流化床干法或半干法脱硫，该法设备投资省，占地面积小，不产生废水。干粉吸收剂(氧化钙或氢氧化钙)与烟气中的硫分反应生成硫酸钙，但因脱硫的氧化反应不完全，脱硫的产物大部分以亚硫酸钙的形式存在脱硫渣中，硫酸钙只占一小部分。脱硫渣中同时还含有未完全反应的吸收剂氧化钙或氢氧化钙，及一部分的碳酸钙杂质。由于亚硫酸钙在常温环境中与空气和湿气会缓慢的转变为硫酸钙，致使体积膨胀，使得后续作为建材再利用产生困难。因此，目前干法脱硫渣多以掩埋处置，造成业主的困扰，也产生环境隐患。

干法脱硫渣是一种干态的粉末状混合物，平均粒径为20μm或更细，其堆积密度约700kg/m³，一般呈米黄色或灰白色，含铁量较高时，则略带棕红色。其主要的特点为高钙、高硫、强碱性、较高的自硬性、和较细的粒度。国内对于干法脱硫渣的应用尚处在起步阶段，对其综合利用尚存在疑虑。

可控性低强度混凝土(CLSM)其强度可根据工程需求进行配方调整。CLSM是一种可自流平的填充材料，一般作为道路垫层，地基垫层，大型管沟及矿坑回填材料使用。本技术开发所使用的固废材料主要来自河北唐山地区，种类包括干法脱硫渣、钢渣提铁后尾渣、铁尾矿、高炉水淬渣粉、和粉煤灰等。所使用的原料成分分析如表1-6所示。

发明内容

本发明要解决的技术难题有三：(1)脱硫渣中所含的亚硫酸钙可能后续会持续缓慢氧化成硫酸钙，造成产品的膨胀破坏；(2)产品固化后期，石膏与铝酸盐发生反应，生成钙矾石，可能造成产品的膨胀破坏；(3)钢渣中的游离氧化钙、游离氧化镁和铁水化后体积膨胀，可能造成产品的膨胀爆裂。

本发明针对以上三个问题，根据学理基础提出配方配制原则，再经过实验验证，有效消减了上述的潜在问题，使产品达到了该有的稳定性，同时也达到了资源再利用的目的。

本技术方案从两个方向着手来解决上述的技术难题，一是配方的设计，一是材料的预处理。由学理上说，亚硫酸钙在常温碱性环境中可维持稳定，本方案配方中，钢渣在反应过程中持续释放碱性物质，维持孔隙水的碱性，可使亚硫酸钙持续维持其化学稳定性。在配方中加入火山灰材料，可消耗产品中的氢氧化钙，抑制二水石膏的生成，阻断后期生成钙矾石的材料。加上火山灰反应所产生的C-S-H凝胶充填了颗粒间的微孔隙，阻隔了水渗透的孔隙管道，进一步抑制了产品固化后期钙矾石的生成发展，避免了膨胀破坏。钢渣的不稳定性问题，透过以下预处理方案来降低其破坏性。

(1)钢渣陈化处理：可选用掩埋时间较久的旧钢渣或自行进行陈化处理，其游离氧化钙镁的含量较低，安定性较高。

(2)采用细颗粒钢渣：由于钢渣中的游离氧化钙镁是不均匀分布的，大颗粒钢渣中容易有集中存在的游离氧化钙镁，其水化后的膨胀压力集中，容易造成混凝土的破坏。因此，使用颗粒较小的钢渣可避免游离氧化钙镁过度集中，减轻其膨胀破坏的威力。同时细颗粒钢渣在陈化过程中反应速率较快，其中所含的游离氧化钙镁较易被消解。