一种钢渣-页岩陶粒复合材料及其制备方法

本发明涉及建筑材料和固废利用，尤其涉及一种钢渣-页岩陶粒复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、钢渣是生产粗钢的工业固体废弃物，约占粗钢产量的10％～15％。我国作为全球最大的钢铁生产国，但钢渣综合利用率远低于发达国家。由于钢渣具有与水泥相似的硅酸三钙、硅酸二钙等水化活性矿物相，且具有良好的碳化活性，将其作为水泥替代品或混凝土辅助性胶凝材料将成为钢渣资源化利用的途径之一。但由于钢渣中主要成分c2s和c3s在缓慢冷却过程中结晶而成，导致钢渣的水化活性低，制约了其作为建筑材料的发展和应用。

2、基于目前的钢渣作为钢铁工业的主要固废之一，其再利用过程中存在水化反应缓慢、材料体系密度偏大以及隔热性能差等典型问题，有必要对此进行改进。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种解决传统钢渣基建筑材料在应用过程中面临的多重挑战的生产工艺。钢渣作为钢铁工业的主要固废之一，其再利用过程中存在水化反应缓慢、材料体系密度偏大以及隔热性能差等典型问题。为克服上述面临的多种挑战，本发明提出通过页岩陶粒的协同作用，开发一种钢渣-页岩陶粒复合材料及其制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、本发明提供了一种钢渣-页岩陶粒复合材料，包括以下原料：钢渣微粉、页岩陶粒、机制砂和水；

4、所述页岩陶粒的质量为机制砂质量的0.1％～100％。

5、优选的，所述水与钢渣微粉的质量比为(0.1～0.3):1；

6、所述机制砂与钢渣微粉的质量比为(1～3):1。

7、优选的，所述钢渣微粉包括以下质量分数的组分：氧化钙40％～50％、氧化镁4％～9％、二氧化硅17％～22％、氧化铝5％～10％、氧化铁12％～20％。

8、优选的，所述页岩陶粒包括以下质量分数的组分：氧化钙2％～5％、氧化镁0.5％～2％、二氧化硅60％～70％、氧化铝15％～25％、氧化铁5％～10％。

9、优选的，所述页岩陶粒氧化物的粒径小于等于5mm；

10、所述钢渣微粉的目数为80目～800目。

11、优选的，所述机制砂细度模量为2.8～2.9，级配类别为ⅰ类，级配区为2区。

12、第二方面，本发明还提供了一种所述的钢渣-页岩陶粒复合材料的制备方法，包括以下步骤：

13、s1、将钢渣微粉、页岩陶粒、机制砂和水混合后，得到钢渣-页岩陶粒复合浆体；

14、s2、将钢渣-页岩陶粒复合浆体，通过液压制砖机进行压制，得到成型的砌块；

15、s3、将成型的砌块，通过碳化反应釜进行加速碳化养护，然后进行水养护，得到钢渣-页岩陶粒复合材料。

16、优选的，压制的压力为6～10mpa，并保持压制时间不小于30s。

17、优选的，加速碳化养护条件为：co2压力为0.3～0.4mpa，co2体积浓度为90％～100％，温度为20℃-35℃，相对湿度为50％-70％，养护时间为0～8h。

18、优选的，水养护条件为：于温度为20℃～35℃的饱和氢氧化钙溶液中，养护0～28d。

19、本发明的一种钢渣-页岩陶粒复合材料及其制备方法，相对于现有技术具有以下有益效果：

20、本发明的钢渣-页岩陶粒复合材料，通过页岩陶粒的引入，实现了材料体系的轻质化设计，有效降低了结构自重；利用页岩陶粒优异的孔隙结构特征，显著提升了复合材料的保温隔热性能；与对照组钢渣-机制砂复合材料相比，钢渣-页岩陶粒复合材料导热系数能降低40％以上，表观密度能降低30％以上；在保证材料力学性能的前提下，采用碳化增强技术，优化了钢渣的水化过程。综合而言，本发明的钢渣-页岩陶粒复合材料的制备方法，不仅为钢渣的高值化利用提供了新途径，同时在建筑节能减排方面具有重要的实践意义。通过多功能协同设计，实现了材料性能的综合提升，为绿色建材的发展提供了具有参考价值的解决方案。

技术特征：

1.一种钢渣-页岩陶粒复合材料，其特征在于，包括以下原料：钢渣微粉、页岩陶粒、机制砂和水；

2.如权利要求1所述的钢渣-页岩陶粒复合材料，其特征在于，所述水与钢渣微粉的质量比为(0.1～0.3):1；

3.如权利要求1所述的钢渣-页岩陶粒复合材料，其特征在于，所述钢渣微粉包括以下质量分数的组分：氧化钙40％～50％、氧化镁4％～9％、二氧化硅17％～22％、氧化铝5％～10％、氧化铁12％～20％。

4.如权利要求1所述的钢渣-页岩陶粒复合材料，其特征在于，所述页岩陶粒包括以下质量分数的组分：氧化钙2％～5％、氧化镁0.5％～2％、二氧化硅60％～70％、氧化铝15％～25％、氧化铁5％～10％。

5.如权利要求1所述的钢渣-页岩陶粒复合材料，其特征在于，所述页岩陶粒氧化物的粒径小于等于5mm；

6.如权利要求1所述的钢渣-页岩陶粒复合材料，其特征在于，所述机制砂细度模量为2.8～2.9，级配类别为ⅰ类，级配区为2区。

7.一种如权利要求1～6任一所述的钢渣-页岩陶粒复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的钢渣-页岩陶粒复合材料的制备方法，其特征在于，压制的压力为6～10mpa，并保持压制时间不小于30s。

9.如权利要求7所述的钢渣-页岩陶粒复合材料的制备方法，其特征在于，加速碳化养护条件为：co2压力为0.3～0.4mpa，co2体积浓度为90％～100％，温度为20℃～35℃，相对湿度为50％～70％，养护时间为0～8h。

10.如权利要求7所述的钢渣-页岩陶粒复合材料的制备方法，其特征在于，水养护条件为：于温度为20℃～35℃的饱和氢氧化钙溶液中，养护0～28d。

技术总结
本发明提供了一种钢渣‑页岩陶粒复合材料及其制备方法。本发明通过页岩陶粒的引入，实现了材料体系的轻质化设计，有效降低了结构自重；利用页岩陶粒优异的孔隙结构特征，显著提升了复合材料的保温隔热性能；与对照组钢渣‑机制砂复合材料相比，钢渣‑页岩陶粒复合材料导热系数能降低40％以上，表观密度能降低30％以上；在保证材料力学性能的前提下，采用碳化增强技术，优化了钢渣的水化过程。综合而言，本发明的钢渣‑页岩陶粒复合材料的制备方法，不仅为钢渣的高值化利用提供了新途径，同时在建筑节能减排方面具有重要的实践意义。通过多功能协同设计，实现了材料性能的综合提升，为绿色建材的发展提供了具有参考价值的解决方案。

技术研发人员：刘剑辉,樊展霖,陈俊羽,陈正,李善武,杨骑,梁雨馨,樊一飞,李玉婷
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：
技术公布日：2025/2/17