[发明专利]一种混凝土用降粘增强的球形镍渣材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种混凝土用降粘增强的球形镍渣材料的制备方法，包括以下步骤：1)用高压冷空气将熔融镍渣吹入空冷区进行冷却，熔融镍渣迅速冷却，形成球形细颗粒的形状；2)按粒径大小将球形镍渣分为三个等级，第一级为0‑0.3mm，第二级为0.3‑0.85mm，第三级为0‑4.75mm；3)将三个等级的球形镍渣分别与天然骨料硅质砂混合后形成混合骨料；4)将水、混合骨料与水泥混合后，得含球形镍渣混凝土材料。本发明利用雾化冷却工艺形成的球形镍渣来降低混凝土粘度增强力学性性能，该方法操作便捷，成本低廉，可大规模应用，另，利用球形SNS实现混凝土高流动度、高减水率、高强度增长，可行性极高。

技术领域

本发明属于废渣处理技术领域，特别是涉及一种混凝土用降粘增强的球形镍渣材料。

背景技术

如今，在快速工业化的进程中，粗钢的需求随着消耗的增加逐渐增加，2020年粗钢产量达到17.8亿吨，而中国的冶金产量在2017年已经达到世界冶金产量的49％。然而，在冶金生产过程中基于生产工艺的不同会产出不同类型的副产品—冶金废弃物，包括球形镍渣(SNS)。依据当前粗冶金的生产水平，2019年世界钢铁冶金废弃物产量估计在1.9亿至2.8亿吨之间。这种废弃物的大量产生带来了严重的环境问题，例如土壤和地下水的污染以及占用大量土地资源。此外，全球约25％-30％的冶金材料采用电弧炉生产，采用这种方式每生产一吨冶金产品就会产出约70公斤废渣。而由于原料和冷却工艺的不同，形成了风淬、水淬和高压急冷等多种类型的镍渣。如此巨量的冶金废渣需要合理筹划研究，进行经济有效的综合利用，否则简单地处理或直接排入到自然环境中，不仅严重污染环境，而且还会造成土地资源的浪费，因此合理处置冶金废渣成为当前亟需解决的问题。

但是如何合理利用冶金废渣存在诸多不得不考虑的因素，包括应用形式、颗粒级配、压碎值指标以及最重要的安定性。

冶金废渣在建筑建材中作为骨料的应用较普遍且消纳量较大，冶金废渣的生产工艺和冷却方式不同，因此应用方式也是多形式的：(1)直接取材，将风冷或水淬渣直接做为粗骨料应用。这种方式虽然极大降低了处置成本，但过于依赖冶金废渣本身的性质，容易出现强度不够以及开裂、膨胀的安定性问题。(2)包覆改良，将冶金渣进行加工，在其外表面包覆一层胶凝材料。这种方式形成的壳层结构有效提高了废渣骨料的强度。(3)破碎作细骨料，人造细骨料取代天然砂是有效处理环境问题的方式，但也存在安定性及级配不良的问题。(4)破碎粉磨再成球，加大处置成本，将废渣粉和其它胶凝材料以及激发剂进行配合比设计，通过成球造粒作为骨料使用，安定性问题能够得到很好的解决。(5)新型冷却工艺，近年来，人们提出了一种新的冷却工艺，省去了破碎的过程和成本即可获得SNS细集料，也是为数不多的废渣细集料应用方式。

随着我国工业化进程，现代化建筑的体量不断增大，超高强混凝土(UHPC)材料研究逐渐加强。由于UHPC具有优异的高强、高耐久性能，超高强度混凝土的使用可以大幅度降低建筑物自重，提高相同基础设计时建筑的高度；降低同样承载要求条件下梁板柱的结构构件的截面积，进而减少单位建筑面积的混凝土使用量；相应地增大有限建筑面积内的使用空间，节约大量的混凝土与钢材。由于其具有较高的耐久性能，可以使建筑物使用寿命得到极大地延长，使得其符合我国当今建筑材料发展的所要求得节材、节能的绿色经济技术政策，因此，成为了当今建筑材料绿色化技术需要发展的关键。虽然，UHPC经济技术优势较为明显，但是由于在生产制备UHPC中往往需要较高的胶凝材料用量、较低的水胶比以此来获得高致密性。其中UHPC高的超细粉体用量和极低水胶比，造成了主要包含减水剂在内的外加剂用量显著提高，浆体颗粒水膜层厚度减小以及间隙液外加剂残留增多，从而导致UHPC浆体粘度大且随着减水剂用量的增加逐渐增大，静置流动性损失快，不易泵送施工使用，收缩较大，开裂风险较大。因此低粘度超高强混凝土技术是混凝土技术发展的未来趋势。