CN107399948A - 掺加铁尾矿砂的高强度混凝土及其制备和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了掺加铁尾矿砂的高强度混凝土及其制备和应用。本发明掺加铁尾矿砂的高强度混凝土，包括:水泥285kg‑291kg；粉煤灰89kg‑91kg；矿渣178kg‑182kg；硅灰41.5kg‑42.4kg；石子1149kg‑1173kg；铁尾矿砂403kg‑412kg；水154kg‑169kg；减水剂8.9‑9.1kg。本发明提供的掺加铁尾矿砂的高强度混凝土，工艺简单，使用的铁尾矿砂为矿场排放的废弃物，过筛后直接使用，通过调整混凝土自身结构，变废为宝，充分响应国家对应绿色施工的号召。解决我国目前铁尾矿堆存量大，利用率低的问题，同时改善城市及周边环境。掺加铁尾矿砂的高强度混凝土可以应用在基础设施建设、城镇化及棚户区改造工程中。

Description

掺加铁尾矿砂的高强度混凝土及其制备和应用
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，尤其涉及掺加铁尾矿砂的高强度混凝土及其制备和应用。
背景技术
尾矿是选矿后的废弃物，是工业固体废弃物的主要组成部分。我国矿产资源丰富，但是尾矿综合利用率低，铁尾矿堆积占用大量的土地资源，而且我国尾矿库的数量在不断增加。尾矿中含有较多的重金属离子，其渗入地下，将严重污染河流及地下水资源。
众所周知，建筑行业是能源消耗量较大的行业，混凝土更是建筑业不可或缺的主角，长久以来的施工方法都是向混凝土中添加河沙，河沙量非常有限。如果能使用尾矿替代河沙，一方面可以提高尾矿的综合利用率，将其变废为宝，另一方面可以调整混凝土自身结构，还可以减少河沙开挖量，在提升其附加价值的同时改善我们赖以生存的环境质量，可谓是一举三得，具有很高的研究价值和实用前景。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了掺加铁尾矿砂的高强度混凝土，通过掺加铁尾矿砂来调整混凝土自身结构，在提高混凝土强度同时解决我国目前尾矿堆存量大，利用率低的问题，同时改善城市及周边环境。
本发明的具体技术方案如下：掺加铁尾矿砂的高强度混凝土，包括:水泥285kg-291kg；粉煤灰89kg-91kg；矿渣178kg-182kg；硅灰41.5kg-42.4kg；石子1149kg-1173kg；铁尾矿砂403kg-412kg；水154kg-169kg；减水剂8.9-9.1kg。
进一步，所述水泥为普通硅酸盐水泥或者强度等级大于等于42.5 的硅酸盐水泥。
进一步，所述硅灰为二氧化硅含量大于等于90％的硅灰。
进一步，所述的铁尾矿砂为矿场排放的废弃物，经过过筛后制得。
进一步，所述的矿渣为S95级粒化高炉矿渣。
进一步，所述石子为5-15mm的天然碎石。
进一步，所述铁尾矿砂粒径为0.08mm-2.5mm。
进一步，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
本发明还提供一种掺加铁尾矿砂的高强度混凝土的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，水泥、粉煤灰、矿渣、硅灰按配合比称量，倒入搅拌机内进行搅拌，使其均匀混合；
步骤二，将称量好的减水剂与水混合，搅拌均匀；
步骤三，将步骤二制作好的混合液加入搅拌机，搅拌120s-150s；
步骤四，将石子加入搅拌机内继续搅拌90s-120s，直到搅拌均匀，所述铁尾矿高强混凝土制作完成。
本发明所提供的掺加铁尾矿砂的高强度混凝土在基础设施建设、城镇化及棚户区改造工程中的应用。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明掺加铁尾矿砂的高强度混凝土用铁尾矿完全代替砂子，得以节省砂石资源，保护生态环境，变废为宝，提高产品附加值，制备一种新型绿色环保的高强混凝土。
(2)本发明中的铁尾矿砂为矿场排放的废弃物，经过过筛后制得，直接使用，不再通过机器磨细，减少二次能源消耗。
(3)制备掺加铁尾矿砂的高强度混凝土时加入了硅灰，主要是利用了硅灰的火山灰效应，大幅提高混凝土的强度，耐久性和抗渗性。
(4)本发明掺加铁尾矿砂的高强度混凝土，大量消耗了废弃物铁尾矿，为我国正蓬勃发展的建筑行业提供了一种环保、节能的绿色混凝土，满足基础设施建设、城镇化及棚户区改造工程的需要，具有显著的经济效益和环境效益。铁尾矿在建筑材料中的综合应用可实现铁尾矿的减量化、无害化、资源化，是矿山企业节能减排的有效途径，实现资源的二次利用，符合可持续发展、循环经济的国策，利用尾矿制备新建材有良好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
本发明提出了掺加铁尾矿砂的高强度混凝土及其制备和应用，混凝土强度等级在C80以上，主要原材料为铁尾矿，以解决我国目前尾矿存量大，利用价值低，影响城市及周边环境问题。
本发明提出了一种掺加铁尾矿砂的高强度混凝土及其制备，既能缓解我国目前尾矿存量大、利用价值低的问题，又能通过在混凝土中添加铁尾矿来调整混凝土自身结构，提高混凝土的抗压抗渗能力，还能降低对河沙的采挖量。
一种掺加铁尾矿砂的高强度混凝土，每立方米所述混凝土中各组分用量如下:
水泥285kg-291kg(所述水泥为普通硅酸盐P·O42.5水泥或者强度等级大于等于42.5的硅酸盐水泥)；
粉煤灰89kg-91kg；
矿渣178kg-182kg(所述的矿渣为S95级粒化高炉矿渣)；
硅灰41.5kg-42.4kg(所述硅灰为二氧化硅含量大于等于90％的硅灰)；
石子1149kg-1173kg(所述石子为5-15mm的天然碎石)；
铁尾矿砂403kg-412kg(所述的铁尾矿砂为张家口某矿场排放的废弃物，经过过筛后制得,粒径为0.08mm-2.5mm)；
水154kg-169kg；
减水剂8.9-9.1kg(所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂)。
掺加铁尾矿砂的高强度混凝土反应机理：本发明中采用的是多元胶凝体系。制备混凝土时的水泥、硅灰、粉煤灰和矿渣构成胶凝材料 (组分和比例详见表4)。本发明中胶凝材料为水泥、粉煤灰、矿渣、硅灰的混合物，各组分比例为水泥：粉煤灰：矿渣：硅灰＝1：0.313： 0.625：0.146，水胶比为0.26。或者水泥：粉煤灰：矿渣：硅灰＝1： 0.316：0.147：0.632。或者水泥：粉煤灰：矿渣：硅灰＝1：0.309： 0.144：0.619。
硅灰粒径小,在拌合过程中硅灰发生水化反应，生成硅酸钙凝胶，将铁尾矿粉和铁尾矿砂等原料凝聚为一体，并且硅灰的火山灰效应反应剧烈，对于提高混凝土的强度起到重要作用。粉煤灰能更好的填充铁尾矿之间的空隙，提高混凝土的密实度，有利于提高混凝土的整体耐久性和抗渗性，而且可以在混凝土中发生二次水化反应，提高混凝土的后期强度。矿渣的活性高，化学组成丰富，具有一定的活性，在碱性条件很容易就可以与水发生水化反应，出现硬化，从而产生强度。
本发明一种掺加铁尾矿砂的高强度混凝土的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将水泥、粉煤灰、矿渣、硅灰按配合比称量，倒入搅拌机内进行搅拌，使其均匀混合(组分用量见表1)；
步骤二，将称量好的减水剂与水混合，搅拌均匀；
步骤三，将步骤二制作好的混合液加入搅拌机，搅拌120s-150s；
步骤四，将石子加入搅拌机内继续搅拌90s-120s，直到搅拌均匀，所述铁尾矿高强混凝土制作完成。
本发明的实施例中所用到的各别组分详细信息说明，如下：
表1 铁尾矿砂的化学成分(质量百分数％)
SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO 烧失量
42.3 11.6 19.3 8.6 9.4 1.1
表1为本发明制备掺加铁尾矿砂的高强度混凝土所使用到的铁尾矿砂主要化学成分。
表2 高效减水剂的主要指标(质量百分数％)
氯离子 硫酸钠 碱含量 甲醛 含气量 泌水率比
0.025 2.30 1.4 0.007 2.9 0
表2为本发明制备掺加铁尾矿砂的高强度混凝土所使用到的高效减水剂的各项指标。所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为 25％，掺量为胶凝材料重量的1.5％。
表3 实施例和对比例组分及其用量(单位：kg)
水泥 粉煤灰 矿渣 硅灰 石子 尾矿砂 河沙 水 减水剂
实施例1 288 90 180 42 1162 408 0 156 9
实施例2 285 90 180 42 1170 403 0 161 8.95
实施例3 291 90 180 42 1149 412 0 168 9.05
对照例1 288 90 180 42 1162 326 81.6 156 9
对照例2 288 90 180 42 1162 240 168 156 9
表3为本发明的三个实施例和两个对照例的具体组分和用量。
表4 实施例和对照例各组分比
表4为本发明的三个实施例和两个对照例的各组分比。
将实施例和对比例均制备成100mm×100mm×100mm试块，自然养护28d后，根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002 及《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009 中试验规定，进行混凝土抗压强度试验、抗冻性、抗渗试验以及抗碳化试验及混凝土中钢筋锈蚀试验，试验结果如表5所示。
表5 实施例和对照例性能参数
表5为三个实施例和两个对照例的性能参数，可以看出掺加铁尾矿砂的高强度混凝土试块的抗拉、抗压强度远高于对照例。铁尾矿高强混凝土试块的抗压强度均高于80MPa，25次冻融循环抗压强度损失率远低于对照例，实施例1、2和3的28d碳化深度均小于两个对照例。
由此清楚说明本发明制备的铁尾矿砂的高强度混凝土强度比一般混凝土试块强度要高，且具有较好的耐久性。本发明所提供的掺加铁尾矿砂的高强度混凝土可以广泛的应用于基础设施建设、城镇化及棚户区改造工程中去。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.掺加铁尾矿砂的高强度混凝土，其特征在于，包括:水泥285kg-291kg；粉煤灰89kg-91kg；矿渣178kg-182kg；硅灰41.5kg-42.4kg；石子1149kg-1173kg；铁尾矿砂403kg-412kg；水154kg-169kg；减水剂8.9-9.1kg。
2.如权利要求1所述的掺加铁尾矿砂的高强度混凝土，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥或者强度等级大于等于42.5的硅酸盐水泥。
3.如权利要求1所述的掺加铁尾矿砂的高强度混凝土，其特征在于，所述硅灰为二氧化硅含量大于等于90％的硅灰。
4.如权利要求1所述的掺加铁尾矿砂的高强度混凝土，其特征在于，所述的铁尾矿砂为矿场排放的废弃物，经过过筛后制得。
5.如权利要求1所述的掺加铁尾矿砂的高强度混凝土，其特征在于，所述的矿渣为S95级粒化高炉矿渣。
6.如权利要求1所述的掺加铁尾矿砂的高强度混凝土，其特征在于，所述石子为5-15mm的天然碎石。
7.如权利要求1所述的掺加铁尾矿砂的高强度混凝土，其特征在于，所述铁尾矿砂粒径为0.08mm-2.5mm。
8.如权利要求1所述的掺加铁尾矿砂的高强度混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
9.一种如权利要求1所述的掺加铁尾矿砂的高强度混凝土的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，将水泥、粉煤灰、矿渣、硅灰按配合比称量，倒入搅拌机内进行搅拌，使其均匀混合；
步骤二，将称量好的减水剂与水混合，搅拌均匀；
步骤三，将步骤二制作好的混合液加入搅拌机，搅拌120s-150s；
步骤四，将石子加入搅拌机内继续搅拌90s-120s，直到搅拌均匀，所述铁尾矿高强混凝土制作完成。
10.一种如权利要求1所述的掺加铁尾矿砂的高强度混凝土在基础设施建设、城镇化及棚户区改造工程中的应用。
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