一种改性煤矸石钢渣混凝土的制备方法

技术领域

本发明涉及改性煤矸石钢渣技术领域，具体为一种改性煤矸石钢渣混凝土的制备方法。

背景技术

煤矸石在自然界中分别以未自燃煤矸石(风化矸石)和自燃煤矸石两种形态存在，自燃矸石也称为过火矸，是指堆积在矸石山上经过自然后的煤矸石。这类矸石(渣)原岩以粉砂岩、泥岩与碳质泥岩居多，自燃后除去了矸石中的部分或全部碳，其烧失量较低，颜色与煤矸石原岩中的化学组成有关，具有一定的火山灰活性和化学活性。为重视固废资源化利用这一问题，国内外大量学者早已对煤矸石展开深度研究，从骨料的微观结构、物理力学性能、化学成分组成等各个方面认知煤矸石材料，并将煤矸石掺入混凝土当中，配制煤矸石混凝土。煤矸石的加入并不会阻碍混凝土内部化学反应，反而煤矸石的水化产物也是一种胶凝材料，与混凝土作用机理相似。

钢渣是炼钢时产生的废渣，其主要矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁铝酸钙以及其矿物的固溶体。美国及欧洲等发达国家对钢渣的利用率基本上达到了98％以上，他们将钢渣主要用于修路、农肥、内部循环重新利用。我国的钢渣利用率较低，其中少部分用于筑路建材，返回冶金重新利用，大部分主要用于混凝土掺合料。但由于钢渣的成分波动性比较大，游离氧化钙较多，胶凝性较低等原因，使其在混凝土掺合料方面的应用也受到很大的限制。

发明内容

为实现上述目的，本文考虑煤矸石作为硅质材与钙质材钢渣在化学成分上的互补及煤矸石热处理后产生的活性硅铝，提供以下技术方案：一种改性煤矸石钢渣混凝土的制备方法，煤矸石与钢渣共热处理，制备活性混合料。

准备工作如下：

步骤1：先将自燃煤矸石用鄂式破碎机进行破碎，后用球磨机研磨成自燃煤矸石粉；

步骤2：将自燃煤矸石粉与钢渣以4:6的比例混合，得到煤矸石矿渣混合料，采用SRJX箱式电阻炉对一部分混合料进行热处理；

步骤3：将热处理后和未热处理的混合料分别以替代率为10％、20％、30％替代水泥掺入混凝土中；

步骤4：将未热处理胶凝材料、砂、天然碎石、水和减水剂按450：660：1210：180：4.5的比例加入到混凝土搅拌机中，其中胶凝材料中混合料的替代率为10％、20％、30％，先将骨料、胶凝材料、砂放入混凝土搅拌机中搅拌2.5～3min，再将水、减水剂放入混凝土搅拌机中搅拌1.5～2min，得到未热处理自燃煤矸石粉钢渣混凝土；将热处理胶凝材料、砂、天然碎石、水和减水剂按450：660：1210：180：4.5的比例加入到混凝土搅拌机中，其中胶凝材料中混合料的替代率为10％、20％、30％，先将骨料、胶凝材料、砂放入混凝土搅拌机中搅拌2.5～3min，再将水、减水剂放入混凝土搅拌机中搅拌1.5～2min，得到热处理自燃煤矸石粉钢渣混凝土。

本发明改善了自燃煤矸石作为硅质材料和钙质材料钢渣化学成分的不足，以4：6配合混合共热处理后，出现了具有胶凝性的矿物，煤矸石高温煅烧的情况下也能分解出活性硅铝，获得了良好力学性能的材料，致使水泥强度增加，有利于煤矸石和钢渣利用率的发展。

本发明中实现了固废利用，钢渣、煤矸石的排放和堆放都会对环境、经济、社会带来一定的困扰。两种固体废弃物在共混热处理后既弥补钢渣中硅的不足，也弥补煤矸石中钙的不足。并在配制混凝土过程中发生反应，活性的氧化硅和氧化铝与水泥发生二次水化反应，减少氢氧化钙晶体的富集，增强了混凝土的强度，达到了工业废物回收利用的目的。

本发明解决了煤矸石、钢渣堆存带来的环境污染问题，实现了煤矸石、钢渣的规模化利用，为煤矸石资源化利用提供了新的途径，符合可持续发展的理念。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍：

图1为本发明的原材料示意图；

图2为本发明的制备流程图；

图3为本发明的力学试验图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

步骤1：先将自燃煤矸石用鄂式破碎机进行破碎，后用球磨机研磨成自燃煤矸石粉；

步骤2：将自燃煤矸石粉与钢渣以4:6的比例混合，得到煤矸石矿渣混合料；

步骤3：将未热处理胶凝材料、砂、天然碎石、水和减水剂按450：660：1210：180：4.5的比例加入到混凝土搅拌机中，其中胶凝材料中混合料的替代率为10％、20％、30％，先将骨料、胶凝材料、砂放入混凝土搅拌机中搅拌2.5～3min，再将水、减水剂放入混凝土搅拌机中搅拌1.5～2min，得到未热处理自燃煤矸石粉钢渣混凝土。

实施例2

步骤1：先将自燃煤矸石用鄂式破碎机进行破碎，后用球磨机研磨成自燃煤矸石粉；

步骤2：将自燃煤矸石粉与钢渣以4:6的比例混合，得到煤矸石矿渣混合料，对混合料进行共热处理；

步骤3：将热处理胶凝材料、砂、天然碎石、水和减水剂按450：660：1210：180：4.5的比例加入到混凝土搅拌机中，其中胶凝材料中混合料的替代率为10％、20％、30％，先将骨料、胶凝材料、砂放入混凝土搅拌机中搅拌2.5～3min，再将水、减水剂放入混凝土搅拌机中搅拌1.5～2min，得到热处理自燃煤矸石粉钢渣混凝土。

将实施例1-2所制混凝土参照GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》测试混凝土3d、7d28d的抗压强度和劈裂抗拉强度，记录数据如表1和表2。

表1不同混合料掺量混凝土抗压强度

表2不同混合料掺量混凝土劈裂抗拉强度