[发明专利]一种用石膏激发钢渣和矿粉制备的掺合料及利用掺合料制备的高性能混凝土

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，更具体地，涉及一种用石膏激发钢渣和矿粉制备的掺合料及利用掺合料制备的高性能混凝土。

背景技术

近年来，我国每年有近30亿立方米的混凝土用于基础设施建设和国家重点工程建设，为国民经济增长和社会的进步发挥了重要作用。但与此同时，水泥混凝土行业的高速发展消耗了大量的资源能源，并排放出大量的温室气体，对环境造成了严重的污染。我国每年生产的混凝土所需的水泥需要燃烧标准煤近1.8亿吨，直接产生的CO₂近9亿吨，约占全世界CO₂排放量的10％。

同时，我国是重要的钢铁生产国，我国钢产量已连续14年保持世界第一，并且遥遥领先于其他国家。随着钢铁工业的快速发展，其固体废弃物的排放量也快速增长。2010年，全国工业固体废物产生量为240943.5万吨，钢铁排放量为498.2万吨。这些固体废弃物如得不到有效地利用而长期堆积将会占用土地、淤塞河道、破坏环境并造成污染。钢渣、矿渣与粉煤灰是我国钢铁工业主要工业废弃物，其中矿渣与粉煤灰目前已在水泥与混凝土行业得到了大量有效的利用，矿渣的利用率达到90％以上，二级以上粉煤灰在水泥混凝土中的应用也已非常普遍。相比之下，钢渣因其活性低、安定性问题导致其利用率一直较低。

目前，国内外关于粉煤灰和钢渣、矿渣等矿物掺合料的活性激发方法主要有物理细磨、单掺激活剂和加钙处理等。但是，钢渣的活性激发效果和利用率仍需要进一步的提升。因此寻找合适的钢渣和矿粉活性激发剂，使得钢渣和矿粉掺合料的活性得到进一步的提升，在提高混凝土强度的同时提高钢渣的掺和比例，对于减少水泥生产原料使用量、水泥生产能耗和水泥生产污染物排放量，增加钢渣和矿粉附加值，满足绿色低碳经济的发展具有重大的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用石膏激发矿粉和钢渣制备的掺合料。通过采用石膏对钢渣的激发作用，以及钢渣和矿粉的协同作用和相互激发作用，使得钢渣、矿粉和石膏制备的掺合料的活性得到较好的提升，由该掺合料替代部分水泥制备的混凝土具有较好的早期强度和后期强度。

本发明的另一目的在于提供所述掺合料在制备混凝土中的应用。

本发明的再一目的在于一种高性能混凝土。所述高性能混凝土添加了本发明所述掺合料，用以替代部分水泥制备混凝土；采用所述掺合料不仅克服了单掺钢渣带来的混凝土强度的降低，还增强了混凝土的工作性能、早期强度和后期强度。

本发明的上述目的是通过以下技术方案予以实现的：

一种用石膏激发钢渣和矿粉制备的掺合料，所述掺合料由钢渣、矿粉和石膏以重量比(8～10)：(20～22)：(1～3)混合组成。

钢渣和矿粉相互激发活性的原理：将磨细钢渣粉与矿粉复合，一方面所用钢渣粉和矿粉的比表面积大于水泥，可以提供更优的颗粒级配，使得混凝土达到更加理想的密实状态；另一方面矿粉可以降低钢渣混掺胶凝材料的C/S比，使得水化产物中的硬硅钙石生成量增加，表现为水泥石的强度提高，另外，矿粉中SiO₂和MgO、FeO等会生成具备较高的强度的水化产物。在相互协调方面，矿粉与钢渣复合作为掺合料，一方面矿粉能吸收钢渣中的游离氧化钙而克服钢渣可能存在的安定性不良问题，另一方面钢渣中的游离氧化钙及其水化产物氢氧化钙同样也可作为矿粉二次水化反应的激发剂，二者复合具有较高的实用价值。

石膏对钢渣和矿粉的活性激发原理：虽然钢渣和矿含有较多的CaO，但其形成的游离Ca⁺极少，而石膏能够提供较多的游离Ca⁺，游离Ca⁺水化后再与钢渣中的SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃等反应生成相应的水化产物，即水化硅酸钙、水化铁酸钙、水化铝酸钙等等；此外，石膏所提供的SO₄-与钢渣和矿粉中的C₃A、C₄AF可以反应生成钙矾石。因为添加了合适比例的石膏，使得混合掺合料中的水化硅酸钙、水化铁酸钙、水化铝酸钙等等及钙矾石含量的增加，从而使得掺合料的活性提高，进而使用利用该掺合料制备的混凝土的早起强度和后期强度得以提高。

优选地，所述掺合料由钢渣、矿粉和石膏以重量比9：21：2混合组成。