一种集成物化反应的钢渣强化处理方法
阅读说明：本技术 一种集成物化反应的钢渣强化处理方法 (Steel slag strengthening treatment method integrating physicochemical reaction ) 是由 陈惠坤 黄山 刘凯 赵晨昊 牛冬瑜 田耀刚 耿九光 陈星宇 郭佳乐 于 2021-06-02 设计创作，主要内容包括：本发明属于钢渣处理技术领域,公开了一种集成物化反应的钢渣强化处理方法,包括以下步骤：步骤1,对钢渣进行预处理,将预处理后的钢渣冲洗干净并自然干燥至恒重,得到初步钢渣；步骤2,对所述初步钢渣进行一次烘干,随后放置在自来水中进行激冷处理,并冲洗干净后进行二次烘干至恒重,得到最终钢渣。该方法对钢渣游离氧化钙去除率高达98％以上,对钢渣不会产生二次破坏,且处理后的钢渣的吸水率下降到1.91％以下,体积稳定性好；且可以实现对钢渣废物的循环利用,缓解了建筑废弃物对自然环境造成的压力,将其作为绿色建筑材料推广应用,经济环保。(The invention belongs to the technical field of steel slag treatment, and discloses a steel slag strengthening treatment method integrating physicochemical reaction, which comprises the following steps: step 1, pretreating steel slag, washing the pretreated steel slag clean, and naturally drying the steel slag to constant weight to obtain primary steel slag; and 2, drying the primary steel slag for the first time, then placing the steel slag in tap water for chilling treatment, washing the steel slag clean, and drying the steel slag for the second time until the weight of the steel slag is constant to obtain the final steel slag. The method has the advantages that the removal rate of free calcium oxide of the steel slag is up to more than 98 percent, secondary damage to the steel slag is avoided, the water absorption of the treated steel slag is reduced to below 1.91 percent, and the volume stability is good; and the steel slag waste can be recycled, the pressure of the construction waste on the natural environment is relieved, and the steel slag waste is popularized and applied as a green building material, is economic and environment-friendly.)
技术领域
本发明涉及钢渣处理技术领域，具体涉及一种集成物化反应的钢渣强化处理方法。
背景技术
钢渣具有良好的棱角性、硬度高、刚度大的性质，而且具有优异的抗压性能和耐磨性能等物理力学性能，这使得将钢渣用于沥青混合料当中成为可能。但由于钢渣自身富含游离氧化钙(f-CaO)和游离氧化镁(f-MgO)，其吸水膨胀率较高，导致当钢渣用于沥青混合料中时，钢渣的吸水膨胀会降低混合料的体积稳定性，阻碍了钢渣广泛用于道路建设中。
现有对钢渣的强化处理技术主要集中在两个方面，一种是以去除钢渣游离氧化钙为目的方法，其中主要有热泼法、热闷法、滚筒法等，该方法存在经济性差、能耗高、易对钢渣造成二次损伤等问题；另外一种是以改善钢渣表面特性为目的得方法，主要采用化学剂对钢渣表面特性进行改善，进而提高钢渣性能，该方法存在处理设备复杂、对环境污染大、经济性差等问题，且该方法对钢渣提升效果有限。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种集成物化反应的钢渣强化处理方法，该方法对钢渣游离氧化钙去除率高达98％以上，对钢渣不会产生二次破坏，且处理后的钢渣的吸水率下降到1.91％以下，体积稳定性好；且可以实现对钢渣废物的循环利用，缓解了建筑废弃物对自然环境造成的压力，将其作为绿色建筑材料推广应用，经济环保。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
一种集成物化反应的钢渣强化处理方法，包括以下步骤：
步骤1，对钢渣进行预处理，将预处理后的钢渣冲洗干净并自然干燥至恒重，得到初步钢渣；
步骤2，对所述初步钢渣进行一次烘干，随后放置在自来水中进行激冷处理，并冲洗干净后进行二次烘干至恒重，得到最终钢渣。
优选的，步骤1中，所述钢渣是通过人工对钢渣块进行初步破碎，得到钢渣小块；之后再将所述钢渣小块放入颚式破碎机进行二次破碎所得。
优选的，步骤1中，所述钢渣的粒径大于9.5mm。
优选的，步骤1中，所述预处理包含酸处理、机械处理和热处理中至少一种。
进一步优选的，所述酸处理为：将钢渣在1～1.5Mol/L的浓盐酸溶液中浸泡0.5～1.5d。
进一步优选的，所述机械处理为：将钢渣在30～33r/min的磨耗机处理8～15次，并过9.5mm筛网。
进一步优选的，所述热处理为：将钢渣在400～500℃的烘箱中处理1.5～3.5h。
优选的，步骤2中，所述一次烘干的温度为700～800℃，一次烘干的时间为1～3h。
优选的，步骤2中，所述二次烘干的温度为100～110℃，二次烘干的时间为20～28h。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)本发明通过对钢渣预先处理，去除一部分的游离氧化钙，随后再在700℃～800℃高温环境下进一步去除深层游离氧化钙，该方法可以基本完全除去钢渣游离氧化钙，对游离氧化钙的去除率达98％以上，显著提升钢渣基本物理性能，钢渣吸水膨胀率下降，吸水率下降到1.91％以下。
2)与热泼法、热闷法、滚筒法等相比，本发明的钢渣强化处理方法降低钢渣吸水率效果明显，且不会对钢渣造成二次损伤；与单纯的化学处理法相比，该方法经济性好，且对环境友好。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
实施例1
一种集成物化反应的钢渣强化处理方法，包括以下步骤：
步骤1，对钢渣进行预处理，将预处理后的钢渣冲洗干净并自然干燥至恒重，得到初步钢渣；其中，钢渣是通过人工对钢渣块进行初步破碎，得到钢渣小块；之后再将钢渣小块放入颚式破碎机进行二次破碎所得。
预处理采用酸处理的方式，具体为：将钢渣用1.2Mol/L的浓盐酸溶液浸泡1d，之后用自来水冲洗钢渣并干燥至恒重。酸处理是钢渣中CaO、MgO等主要成分与盐酸溶液发生中和反应，可以将钢渣中的CaO、MgO溶解去除。
步骤2，将初步钢渣在750℃的烘箱中进行一次烘干2h，随后放置在自来水中进行激冷处理，冲洗干净后放于110℃的烘箱中进行二次烘干24h至恒重，得到最终钢渣。
采用上述所得的钢渣制备钢渣沥青混合料，具体为：将5kg钢渣(包含3-10mm粗钢渣和0-3mm细钢渣)与1kg沥青、4.1kg石料(包含10-15mm石灰岩、10-13mm石灰岩和5-10mm石灰岩)、0.9kg矿粉拌合，即得钢渣沥青混合料。其中，沥青采用道路用直馏70#沥青；钢渣沥青混合料中集料级配为10-15mm石灰岩：10-13mm石灰岩：5-10mm石灰岩：3-10mm粗钢渣：0-3mm细钢渣：矿粉＝12：7：22：20：30：9。
实施例2
一种集成物化反应的钢渣强化处理方法，包括以下步骤：
步骤1，对钢渣进行预处理，将预处理后的钢渣冲洗干净并自然干燥至恒重，得到初步钢渣；其中，钢渣是通过人工对钢渣块进行初步破碎，得到钢渣小块；之后再将钢渣小块放入颚式破碎机进行二次破碎所得。
预处理采用机械处理的方式，具体为：将钢渣在33r/min的洛杉矶磨耗机处理10次，过9.5mm筛，留粗钢渣。机械处理法是通过钢渣与洛杉矶磨耗机或钢渣自身之间相互撞击、磨削可以改善钢渣颗粒形状，从而达到强化钢渣表面目的。
步骤2，将初步钢渣在750℃的烘箱中进行一次烘干2h，随后放置在自来水中进行激冷处理，冲洗干净后放于110℃的烘箱中进行二次烘干24h至恒重，得到最终钢渣。
采用上述所得的钢渣制备钢渣沥青混合料，具体为：将5kg钢渣(包含3-10mm粗钢渣和0-3mm细钢渣)与1kg沥青、4.1kg石料(包含10-15mm石灰岩、10-13mm石灰岩和5-10mm石灰岩)、0.9kg矿粉拌合，即得钢渣沥青混合料。其中，沥青采用道路用直馏70#沥青；钢渣沥青混合料中集料级配为10-15mm石灰岩：10-13mm石灰岩：5-10mm石灰岩：3-10mm粗钢渣：0-3mm细钢渣：矿粉＝12：7：22：20：30：9。
实施例3
一种集成物化反应的钢渣强化处理方法，包括以下步骤：
步骤1，对钢渣进行预处理，将预处理后的钢渣冲洗干净并自然干燥至恒重，得到初步钢渣；其中，钢渣是通过人工对钢渣块进行初步破碎，得到钢渣小块；之后再将钢渣小块放入颚式破碎机进行二次破碎、筛分所得。
预处理采用热处理的方式，具体为：将钢渣在450℃的烘箱中处理2h，钢渣加热处理后，钢渣内的游离氧化钙得到去除。
步骤2，将初步钢渣在750℃的烘箱中进行一次烘干2h，随后放置在自来水中进行激冷处理，冲洗干净后放于110℃的烘箱中进行二次烘干24h至恒重，得到最终钢渣。
采用上述所得的钢渣制备钢渣沥青混合料，具体为：将5kg钢渣(包含3-10mm粗钢渣和0-3mm细钢渣)与1kg沥青、4.1kg石料(包含10-15mm石灰岩、10-13mm石灰岩和5-10mm石灰岩)、0.9kg矿粉拌合，即得钢渣沥青混合料。其中，沥青采用道路用直馏70#沥青；钢渣沥青混合料中集料级配为10-15mm石灰岩：10-13mm石灰岩：5-10mm石灰岩：3-10mm粗钢渣：0-3mm细钢渣：矿粉＝12：7：22：20：30：9。
实施例4
一种集成物化反应的钢渣强化处理方法，包括以下步骤：
步骤1，对钢渣进行预处理，将预处理后的钢渣冲洗干净并自然干燥至恒重，得到初步钢渣；其中，钢渣是通过人工对钢渣块进行初步破碎，得到钢渣小块；之后再将钢渣小块放入颚式破碎机进行二次破碎所得。
预处理采用酸处理的方式，具体为：将钢渣用1.5Mol/L的浓盐酸溶液浸泡0.5d，之后用自来水冲洗钢渣并干燥至恒重。
步骤2，将初步钢渣在780℃的烘箱中进行一次烘干1.8h，随后放置在自来水中进行激冷处理，冲洗干净后放于100℃的烘箱中进行二次烘干28h至恒重，得到最终钢渣。
实施例5
一种集成物化反应的钢渣强化处理方法，包括以下步骤：
步骤1，对钢渣进行预处理，将预处理后的钢渣冲洗干净并自然干燥至恒重，得到初步钢渣；其中，钢渣是通过人工对钢渣块进行初步破碎，得到钢渣小块；之后再将钢渣小块放入颚式破碎机进行二次破碎所得。
预处理采用机械处理的方式，具体为：将钢渣在30r/min的洛杉矶磨耗机处理12次，过9.5mm筛，留粗钢渣。
步骤2，将初步钢渣在800℃的烘箱中进行一次烘干1h，随后放置在自来水中进行激冷处理，冲洗干净后放于105℃的烘箱中进行二次烘干24h至恒重，得到最终钢渣。
试验
参考《钢渣处理工艺技术规范》中测试方法，检测本发明技术方案对钢渣性能的影响，对钢渣处理前后的基本性能进行对比分析，钢渣物理性能研究指标见于表1。
表1钢渣物理性能指标
由表1可知，实施例1-3所得的钢渣除表观密度略有下降，吸水率急剧下降到规范要求合格范围，其他各项物理力学参数没有太大变化，这说明本发明的钢渣强化处理方法只是改变了钢渣的吸水能力，并未对钢渣本身材料性质造成影响。
试验2
对实施例1-3所得的钢渣沥青混合料的高温性能、低温性能和水稳定性分别测试，结果见表2-5。其中，参考公路沥青路面施工技术规范(JTG F40—2004)采用沥青混合料车辙试验测试最终变形量、采用沥青混合料车辙试验测定动稳定度、采用沥青混合料低温弯曲试验测定最大弯拉应变、采用沥青混合料低温弯曲试验测定抗弯拉强度、采用沥青混合料低温弯曲试验测定弯曲劲度模数；按照规程T0716用50mm/min的加载速率进行冻融抗劈裂实验，得到试验的最大荷载和残留强度比；采用浸水马歇尔实验测试稳定度和残留稳定度。
表2钢渣沥青混合料高温性能指标
由表2可知，实施例1-3所得的钢渣沥青混合料的最终变形量相差不大，未处理钢渣沥青混合料的最终变形量最大，且经过本发明的钢渣强化处理后，所得的钢渣沥青混合料的最终变形量有所减小，但依然大于石料沥青混合料的最终变形量。
通过对比动稳定度值可以得出，实施例1-3所得的钢渣沥青混合料的动稳定度要远大于石料沥青混合料，而且通过本发明的钢渣强化处理后，钢渣沥青混合料的动稳定度值还有所提高；可见通过处理，处理钢渣沥青混合料的高温稳定性较未处理时有一定幅度的提高，同比增长了约12％以上，其抗车辙性能也更好；而且其动稳定度值远高于石料沥青混合料，约为石料沥青混合料的2.2倍。
表3钢渣沥青混合料低温性能指标
由表3可以直观地得出，五种混合料的最大弯拉应变基本相同，均趋于2100μm左右，这也符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中沥青混合料低温弯曲试验破坏应变应不小于2000μm的要求。也可以直观地得出，通过处理过程，使得处理后钢渣沥青混合料的抗弯拉强度和弯曲劲度模量相较于未处理钢渣沥青混合料均有了大幅度的提升，同比增长了约5％以上。说明，钢渣经过处理后用于沥青混合料可以有效地提高混合料的低温抗裂性能。同时可看出，酸处理+高温热处理的方式最优。
表4钢渣沥青混合料水稳定性能指标(冻融抗劈裂实验)
由表4可以看出，普通沥青混合料、未处理钢渣沥青混合料、实施例1-3所得的处理钢渣沥青混合料的冻融劈裂试验的残留强度比逐渐升高。实施例1-3所得的钢渣沥青混合料的残留强度比大于普通沥青混合料的残留强度比，说明处理后的钢渣沥青混合料的抗水侵害能力要强于普通沥青混合料。
实施例1-3处理钢渣沥青混合料的冻融劈裂试验的残留强度比大于未处理钢渣沥青混合料的残留强度比，说明处理钢渣沥青混合料的抗水侵害能力要强于未处理钢渣沥青混合料，进而说明本研究所用的处理方法有明显的处理效果，提高了沥青混合料的耐久性能。
表5钢渣沥青混合料水稳定性能指标(浸水马歇尔实验)
其中，表4和表5中，对照组为不浸水。
由表5可知，实施例1-3所得的处理钢渣沥青混合料的残留稳定度达到94.1％以上，远高于公路沥青路面施工技术规范(JTG F40—2004)要求的80％。实施例1-3所得的处理钢渣沥青混合料的残留稳定度大于未处理钢渣沥青混合料的残留稳定度，未处理钢渣沥青混合料的残留稳定度大于普通沥青混料的残留稳定度，说明本研究所用的处理方法对钢渣有明显的强化效果，提高了沥青混合料的水稳定性能。
虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
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