专利名称：风淬钢渣细集料复合矿渣粉胶结材的制作方法配制混凝土时通常以水泥作为胶结材，再配以砂子、碎石和水搅拌成混凝土。钢渣 在配制混凝土中的应用最常见于用钢渣替代砂子配制混凝土，为进一步提高其附加值，近 年来研究人员考虑将钢渣应用于胶结材中，公开的方法有两种一种是将钢渣微粉作为掺 和料加入水泥中，可以消除钢渣水泥生产中易磨性差异问题，钢渣通过磨细到一定细度，可 以最大程度地清除金属铁，通过超细粉磨使物料晶体结构发生重组，颗粒表面状况发生变 化，表面能提高，机械激发钢渣的活性，发挥水硬胶凝材料的特性。但其仅以掺和料形式与 水泥混合，不能完全替代水泥，且加入量少，胶结材仍以水泥为主，成本降低不明显。另外， 普通钢渣微粉需要将一定粒度的颗粒钢渣烘干、磨细，且钢渣与水泥比较易磨性差，反而会 造成生产成本大幅度增加。另一种是利用矿渣和钢渣复合成胶结材以完全替代现有的水泥 胶材，如专利号01106474，2002年9月25日公开了一种由矿渣和钢渣复合而成的胶结材， 复合矿渣微粉和钢渣细集料两种组份按重量比1 1 2组成，其中复合矿渣微粉(wt%) 由70 85的高炉矿渣、8 20的水泥熟料和7 11的石膏经磨细组成，用于制备砂浆及 强度等级为C30以内的混凝土。该技术方案中钢渣细集料为“堆存时间在半年以内，仅经粒 化处理和磁选过筛，其自然配级的粒径小于5mm的钢渣”。该胶结材可完全替代水泥，由实 施例可知，该胶结材可完全替代水泥，由其实施例可知，配制的混凝土 3天和28天抗压强度 最高可达34Mpa、57Mpa，抗折强度最高可达7. 2Mpa和9. 4Mpa。
本发明的目的是提供一种风淬钢渣细集料复合矿渣粉胶结材，在替代水泥胶结材 的同时，具有强度等级高、生产工艺简单、生产成本低、产品性能稳定的优点，特别适用于配 制工作性良好的高强混凝土及对抗折强度要求较高的各种工程。本发明风淬钢渣细集料复合矿渣粉胶结材，由复合矿渣粉和风淬钢渣组成，复合 矿渣粉与风淬钢渣细集料的重量比为1 1 3，所述复合矿渣粉由重量百分比为组合料 8 35%和矿渣粉65 92%混合组成；其中，组合料由重量百分比为25 99%的石膏，以 及0 75%的硅酸盐水泥熟料和0 5%外加剂中的至少一种经磨细组成，三者合计总量 为100%，比表面积大于400m2/kg。所述复合矿渣粉与风淬钢渣细集料的重量比为1 3。所述复合矿渣粉由重量百分比为组合料20 30%和矿渣粉70 80%。所述组合料由重量百分比为99%的石膏和外加剂组成。风淬钢渣是利用高温液态下钢渣分子之间的引力较小，用高速气流在空中将落下 的高温液态钢渣流股迅速击碎为细小液滴，并随气流定向飞行，在飞行过程中迅速冷却为3半固态渣粒，然后分散落入水中，迅速冷却至常温的钢渣，且粒径小于4. 75mm的自然级配、 自然含水率的风淬钢渣。风淬钢渣细集料同普通的钢渣细集料不同，该钢渣的特点是高温 液态钢渣在风淬作用下，形成均勻的圆球状落入水中，其球形度明显高于其它方法处理的 钢渣，这种均勻的圆球形钢渣冷却均勻、迅速，形成以颗粒细小的硅酸二钙和玻璃相为主的 均勻分布结构，玻璃相呈网状将硅酸二钙颗粒包裹，少量的游离氧化钙亦包裹在玻璃相中， 复合矿渣粉的配制针对于钢渣性能特点，能够使钢渣和复合矿渣粉在水化反应中生成的钙 矾石和水化硅酸钙交织紧密；同时球形的风淬钢渣配制混凝土具有良好的工作性，从而使 本发明胶结材适用于配制工作性良好的高强混凝土及对抗折强度要求较高的各种工程。在 钢渣细集料+复合矿渣粉+水体系中，钢渣和矿渣相互渗透，共同水化。在加水后的起始期， 风淬钢渣细集料中生成的Ca(OH)2和石膏迅速溶于水，同时激发矿渣，使矿渣的玻璃体结构 解离，Ca^Al^Si^OH—1等离子进入溶液中，急剧反应生成水化硅酸钙和钙矾石，由于各种 离子的结合数量和状态不同，可生成不同种类的水化硅酸盐、水化硫铝酸盐，从晶体的微观 结构看，单纯的某种水化矿物并不能获得最高的强度，由两种或几种水化硅酸钙和其他水 化矿物组成的多矿物胶凝物质，其强度才是最高的，因为这样可形成最致密的微晶结构。本 发明胶结材正是这样一种多矿物胶凝物质。复合矿渣粉由组合料和矿渣粉组成，组合料中 的基本成份为石膏，根据需要还可以添加硅酸盐水泥熟料或外加剂中的任一种，石膏溶于 水后可激发矿渣，使矿渣的玻璃体结构解离，并参与反应，生成水化硫铝酸盐水化产物，加 入量是根据参与水化反应的需要量和胶结材的安定性要求确定。硅酸盐水泥熟料主要是在 胶结材水化过程中起晶胚的作用，对胶结材早期强度的提高较为明显，同时亦参与水化反 应，加入量是根据钢渣的不同状态确定。外加剂主要是加速胶结材的水化反应过程，提高结 晶致密度，可以是表面活性剂，如MF、NF、ΝΝ0, FDN、CRS等；也可以是纳米级填充物，如硅灰 等；也可以是调节剂促进胶结材浆体硬化，如氯化钙等。加入量根据外加剂的标准规程确 定。优选可采用石膏和外加剂的组合，而完全不添加硅酸盐水泥熟料，从而可大幅降低生产 成本且不影响产品本身的各项性能。所述矿渣粉可以为高炉矿渣或采购矿渣应符合GB/T 203用于水泥中的粒化高炉矿渣，矿渣粉应符合GB/T 18046用于水泥和混凝土中的粒化高 炉矿渣粉。本发明的风淬钢渣细集料复合矿渣粉胶结材可加入砂子、碎石和水拌合成混凝 土 ；也可不加碎石，加入砂子和水拌合成高强度的细粒混凝土(通常称为砂浆)，用于制造 薄壁构件；也可加直接水拌合替代水泥砂浆。其加入量没有特别要求，可参照现有水泥胶结 材的使用量。优点1、本发明特别选择了风淬钢渣作为胶结材的重要组份，其粒径与砂子相当，呈圆 球状，工作性好，不需经任何后期加工和筛选，无堆存时间限制，配入加工好的复合矿渣粉 混合均勻便成为胶结材使用，生产工艺非常简单，制备的胶结材具有良好的水化活性，水化 生成含水矿物胶凝物质可生成不同种类的水化硅酸盐、水化硫铝酸盐。本发明胶结材正是 这样一种多矿物胶凝物质，可完全替代水泥，掺入相应的水、砂子、和/或石头可配制高强 度的砂浆或混凝土，用作建筑胶结材是提高利用附加值的有效方法，可减少生产水泥所需 的大量能耗，它与环境治理、环境保护、消除渣害和促进国民经济可持续发展密切相关。2、成本低胶结材的组成是风淬钢渣细集料和复合矿渣粉，本发明胶结材配制的混凝土与水泥混凝土比较，其复合矿渣粉的价格低于水泥，钢渣的价格低又于砂子，而且复 合矿渣粉在混凝土中的用量少于水泥(水泥在混凝土种单位价格最高)，相比之下减少了 原料成本的费用。下面是配制C30混凝土的原材料组成和成本分析对比。(1)常规水泥混凝土根据建筑材料实用手册配制C30混凝土，选用水泥强度等级为32. 5，其每立方米 混凝土原料组成为水泥黄砂碎石=394kg 620kg 1345kg原材料价格水泥260元/吨；黄砂30元/吨；碎石40元/吨。计算强度等级C30的水泥混凝土原材料成本价为174. 84元/M3。(2)本发明胶结材配制的混凝土确定本发明胶结材配制的混凝土容重为2.45t/M3，扣除每立方米土原材料比例 为复合矿渣微粉滚筒钢渣细集料黄砂碎石=1 1.5 1.5 4.5即每立方米混凝土原材料重量组成为复合矿渣微粉滚筒钢渣细集料黄砂碎石= 276kg 415kg 415kg 1244kg。原材料价格复合矿渣微粉230元/吨；滚筒钢渣细集料10元/吨；黄砂30/吨；碎石40/吨。计算强度等级C30的本发明胶结材配制的混凝土原材料成本价为129. 84元/M3。适当调节强度等级为C30混凝土原料组成，其强度等级可提高到C35，即原料组成 为复合矿渣微粉滚筒钢渣细集料黄砂碎石=1 1. 5 1. 5 4按以上条件计算，强度等级C35的发明胶结材配制的混凝土原材料成本价为 132. 03 元/M3。钢渣细集料混凝土从强度等级C30提高到C35，在原材料变化中适当减少了碎石 用量，相应增加复合矿渣微粉和黄砂数量，其每立方米混凝土增加的原材料成本仅为2. 19 元，这是因为相应增大了价格最低的钢渣用量。(3)原料成本价格比较由(1)、(2)可知，配制强度等级为C30的混凝土，常规水泥混凝土的原材料成本价 为174. 84元/M3，本发明胶结材配制的混凝土的原材料成本价为129. 84元/M3 ；配制强度等 级为C35本发明胶结材配制的混凝土原材料成本价为132. 03元/M3。从原料组成和成本分 析可见，配制强度等级为C30、C35混凝土，本发明胶结材配制的混凝土比常规水泥混凝土 每立方米的价格低42元以上。另外，提高胶结材配制混凝土的强度等级，主要是调节复合 矿渣粉和滚筒钢渣细集料的掺量，其复合矿渣粉的单价低于水泥，单位立方米混凝土中的 用量也不超过水泥，钢渣的单价又低于砂子。而使水泥时，提高混凝土强度需要提高水泥的 强度等级和增加水泥的用量，其成本大大提高。配制混凝土的强度越高，使用本法明胶结材 比使用水泥的配制混凝土的成本优势越大。3、由本发明胶结材配制的水泥砂浆，按水泥胶砂强度检验方法，胶砂强度符合硅酸盐水泥62. 5强度等级指标，且早期强度高，3天抗压强度可达45以上，抗折强度十分突 出，3天抗折强度可达IOMPa以上，28天抗折强度可在15MPa以上。胶结材压蒸安定性符合 水泥压蒸安定性指标。4、本发明胶结材不仅可以配制的C30的混凝土，还可以配制标号更高的高强度混 凝土，配制的C70混凝土符合强度等级的技术指标，其3天抗压强度可达77. 9MPa以上，28 天抗压强度可达91. 5MPa以上，60天、150天强度继续增长。且混凝土施工性能良好，、扩展 度、排空时间在静停5小时后的对比指标变化很小。称取复合矿渣粉455. 4kg/m3(矿渣粉338kg/m3、外加剂NN05. 4kg/m3、石膏34kg/ m3、硅酸盐水泥熟料78kg/m3)、0 4. 75mm自然含水风淬钢渣800kg/m3，加入碎石1200kg/ m3，用水量160kg/m3，配制混凝土 C2，按普通混凝土力学性能试验方法检验试体强度结果见 表1。上述原材料按混凝土要求拌勻后，测定坍落度265mm，扩展度670mm，排空时间5 秒；静停5小时后测定坍落度260mm，扩展度650mm，排空时间7秒。可见该混凝土施工性能 良好，、扩展度、排空时间在静停5小时后的对比指标变化很小。实施例8称取复合矿渣粉559kg/m3(矿渣粉412. 5kg/m3、外加剂硅灰9kg/m3、石膏41kg/m3、 硅酸盐水泥熟料96. 5kg/m3)、0 4. 75mm自然含水风淬钢渣800kg/m3，加入碎石1100kg/m3， 外加剂9. Okg/m3，用水量145kg/m3，配制混凝土 C3，按普通混凝土力学性能试验方法检验试 体强度结果见表1。胶结材压蒸安定性实验称取900g胶结材Al，用水量按GB1346的测试方法，选取以试锥下沉深度26士2mm 时的浆体加入的水量，制备胶结材砂浆D1，拌和过程按GB/T17671的规定进行，试件制作和 测试按GB/T750水泥压蒸安定性试验方法进行，2条试件压蒸膨胀率测定结果为0. 049%, 0. 042 %，平均0. 046 %，压蒸安定性合格(GB/T750规定压蒸膨胀率不大于0. 5 %为压蒸安 定性合格)。表1水泥胶砂强度检验结果

本发明涉及一种风淬钢渣细集料复合矿渣粉胶结材，解决了现有的钢渣不能完全替代水泥生产胶结材，且生产成本高、只能配制低强度C30以内混凝土的问题。本发明技术方案由复合矿渣粉和风淬钢渣组成，复合矿渣粉与风淬钢渣细集料的重量比为1∶1～3，所述复合矿渣粉由重量百分比为组合料8～35％和矿渣粉65～92％混合组成；其中，组合料由重量百分比为25～99％的石膏，以及0～75％的硅酸盐水泥熟料和0～5％外加剂中的至少一种经磨细组成。本发明胶结材在完全替代水泥胶结材的同时，具有强度等级高、生产工艺简单、生产成本低、产品性能稳定的优点，特别适用于配制工作性良好的高强混凝土及对抗折强度要求较高的各种工程。