[发明专利]以工业废气为气体发泡的大掺量钢渣泡沫混凝土及制备方法

说明书

本发明提供了一种以工业废气为气体发泡的大掺量钢渣泡沫混凝土，属于建材行业固废利用新材料领域。以工业废气为气体发泡的大掺量钢渣泡沫混凝土，由胶材、水、发泡剂和工业废气制成，所述胶材包括普通硅酸盐水泥、钢渣和脱硫石膏，其中钢渣占胶材重量的35％‑90％，所述发泡剂通过工业废气压缩制泡，所述工业废气为含有体积分数为5％‑95％的二氧化碳的废气。本发明充分利用钢渣特性，解决了钢渣利用率低的问题，降低了工业二氧化碳气体排放问题，固化了二氧化碳，降低了泡沫混凝土生产成本，提高了泡沫混凝土力学性能和耐久性能。

技术领域

本发明涉及建材行业固废利用新材料领域，尤其涉及一种以工业废气为气体发泡的大掺量钢渣泡沫混凝土制备方法。

背景技术

粗钢冶炼过程中排放大量的钢渣，排放量约占粗钢产量的8％～15％。很多发达国家钢渣利用在10多年前已经达到100％利用，而我国钢渣利用技术一直处在较低水平，目前我国钢渣累计堆存量超过18亿t，但综合利用率不足30％。大量钢渣处于堆存或填埋状态，浪费土地资源，且钢渣中含有重金属元素如铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr)和砷(As)等，经过长期的雨水冲刷、浸泡，可能会浸出，破坏生态环境。消纳钢渣最常见的方法是将其用作建材，主要包括：粉磨成微粉，用作水泥混合材料或混凝土掺合料；破碎并筛分，作为水泥或沥青混凝土的粗、细集料；直接用于路基填料。但钢渣易磨性差，粉磨后的钢渣粉活性不高，且含有大量游离的氧化钙(f-CaO)和氧化镁(f-MgO)，容易导致水泥基材料出现膨胀开裂等安定性不良问题，因此钢渣在水泥基材料中的资源化利用受到了极大限制。

之前关于钢渣的研究，大多针对普通混凝土，由于普通混凝土较为密实，随着水化的进行，游离的氧化钙(f-CaO)和氧化镁(f-MgO)在已经硬化的混凝土内部或者表面发生膨胀，导致混凝土开裂，剥落。2019年发生在湖南某小区的高层住宅梁板柱多处发生爆裂现象，根据专业检测结论，是混凝土中掺入钢渣作为骨料的结果，此次事件产生了巨大的经济损失，进一步证明钢渣用于普通混凝土是具有很大局限性。

将钢渣掺入非密实性、非结构承重性材料可以作为一个新思路，那么在建材行业中，泡沫混凝土作为新型多孔非承重材料显得尤为合适。

泡沫混凝土是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的轻质、保温、填充材料。随着交通建设强国和城市化的推进，泡沫混凝土在基坑填充、桥台背回填、路桥的改扩建、软土基换填、屋面楼面隔热找平等工程已经广泛应用，据不完全统计，2017年泡沫混凝土在全国应用已经达到4000万立方。若每立方消耗钢渣在300kg，可粗略计算出年消耗量为1200万t。

随着工业化的发展，气候变化是目前全球最重要、最紧迫的议题之一，中国作为负责任大国，自主提出力争2030年碳达峰、2060年碳中和的目标。近些年来，国家对水泥生产进行了管控，水泥价格只高不低，有些地区，从400元每吨涨到800多元每吨，粉煤灰和矿粉也随之水涨船高，来源紧缺，因此，以水泥为主材制备的建筑材料，成本急剧增大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种以工业废气为气体发泡的大掺量钢渣泡沫混凝土。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：以工业废气为气体发泡的大掺量钢渣泡沫混凝土，由胶材、水、发泡剂和工业废气制成，所述胶材包括普通硅酸盐水泥、钢渣和脱硫石膏，其中钢渣占胶材重量的35％-90％，所述工业废气为含有体积分数为5％-95％的二氧化碳的废气；

进一步地，所述发泡剂通过工业废气压缩制泡，气泡群密度为48-55kg/m³。

其中，工业废气可以选择任一种含有体积分数为5％-95％的二氧化碳的排放废气，例如：钢铁厂废气、水泥厂废气、炼油厂和石油化工厂废气等；通常工业废气中还含有达到大气污染物排放标准量的二氧化硫、二氧化氮或一氧化碳等气体。