[发明专利]一种钢渣辅助性胶凝材料及其制备方法和应用

说明书

一种钢渣辅助性胶凝材料及其制备方法和应用，（1）将原状钢渣破碎、选铁后置入磨机粉磨得到钢渣颗粒；（2）取钢渣颗粒置入搅拌预处理设备中，将钢渣与外加剂溶液混合并搅拌均匀；（3）将预处理过的钢渣颗粒置于磨机中粉磨，同时通入二氧化碳气体，将钢渣颗粒粉磨至一定粒度钢渣微粉；（4）将钢渣微粉置于搅拌反应设备中，在反应设备中通入二氧化碳气体，即得安定化、活化的钢渣辅助性胶凝材料。本发明快速消除游离CaO和部分游离MgO，从而解决钢渣安定性不良的问题，并在很大程度上提升了钢渣的胶凝活性，确保钢渣辅助性胶凝材料掺入水泥或混凝土中安定性合格，促进钢渣在水泥及混凝土等建筑材料中的应用。

技术领域

本发明属于建筑材料的制备方法领域，具体涉及一种利用二氧化碳快速安定化、活化的钢渣辅助性胶凝材料及其制备方法和应用。

背景技术

水泥生产消耗大量资源，同时排放大量二氧化碳。水泥工业是我国第三大二氧化碳排放体，碳排量约占全国工业碳总排量的14％。2020年我国水泥产量高达23.77亿吨，约排放超13亿吨的二氧化碳。水泥工业的碳减排关乎国家碳达峰、碳中和战略目标的实现。为此，学术界和工业界提出并采取了学者各种节能减排的策略，如减少混凝土中水泥用量、减少水泥中熟料用量、减少水泥熟料生产过程中的碳排放、采用新型生物质燃料、碳捕集利用与储存等。其中，利用更多的辅助性胶凝材料替代水泥中的熟料，以降低水泥中熟料含量是减少水泥工业碳排放的有效路径之一。尤其是，将工业固体废弃物作为辅助性胶凝材料替代水泥熟料的方法是十分有效，这不仅能消耗大量的固体废弃物，还能极大地减少二氧化碳的排放，另外优质辅助性胶凝材料掺入水泥还可以改善水泥基材料的性能。但是，由于我国水泥生产量巨大，传统的优质辅助性胶凝材料如矿渣、粉煤灰、硅灰等已逐渐稀缺，难以满足低碳水泥生产的需求，亟需寻找新的辅助性胶凝材料。

钢渣是钢铁工业的副产品，其排放量约占钢铁总产量的15-20％。我国每年钢渣排放量高达1亿多吨，累计堆存量超10亿吨，利用率不足30％，占用耕地，污染环境，因此钢铁工业亟需环保资源化利用钢渣的新技术。

钢渣的化学组成与硅酸盐水泥熟料相近，主要是CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO、Fe₂O₃及MnO和P₂O₅等，其矿物组成主要包括硅酸钙(C₃S、α-C₂S、γ-C₂S、CS)、RO相以及少量铁铝酸钙(C₄AF)、游离氧化钙(f-CaO)和游离氧化镁(f-MgO)等。考虑钢渣的巨大排放量以及钢渣的化学组成和物理特性，用于量大面广的建筑材料是钢渣大规模资源化利用的主要途径。为此，国内外开展了大量的研究，主要包括：(1)用作路基填料。欧洲、美国、日本等发达地区和国家将钢渣大量应用于路基填料，利用率较高。(2)用作混凝土粗、细骨料。已有研究将钢渣部分取代天然砂石骨料制备混凝土，提高了混凝土的力学性能，但是，当钢渣骨料取代量过大时，会因钢渣中游离CaO和MgO水化膨胀而导致安定性不良。近年来，我国已陆续报道出因钢渣砂石骨料所引起的混凝土安定不良、材料结构破坏的事故。(3)用作辅助性胶凝材料。由于矿粉、粉煤灰等优质辅助性胶凝材料日益紧缺，越来越多的研究将钢渣粉磨成微粉，替代传统优质辅助性胶凝材料用于混凝土。钢渣中含有少量的C₃S、C₂S等具有一定水化胶凝性能的矿物，但其中低水化活性的矿相如γ-C₂S、RO相则较多，水化胶凝性能差。而且，钢渣中所含的Fe、RO相等组分难磨，导致钢渣易磨性差，粉磨能耗高于石灰石、粉煤灰、矿粉等。综上所述，制约钢渣用作辅助性胶凝材料的根本原因在于钢渣的难磨性特性、低水化活性和潜在安定性不良隐患。

发明内容