CN115159912A - 一种高掺量低硅铁尾矿轻质泡沫混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高掺量低硅铁尾矿轻质泡沫混凝土及其制备方法，高掺量低硅铁尾矿轻质泡沫混凝土包括以下按质量份数计的各组分：水泥45～50份、铁尾矿砂50～55份、水35～60份、发泡剂3.5～7.0份、稳泡剂0.25～0.5份、聚丙烯纤维0.2～0.45份、憎水剂0.20～0.50份，其中水泥+铁尾矿砂共计100份。经过干混、湿混、发泡、倒入模具、脱模养护等步骤，制备出干密度A05～A07等级，抗压强度为0.8～2.0MPa的轻质泡沫混凝土，符合标准。本发明在满足行业标准的前提下，降低了水泥用量，减少了建筑温室气体排放量，低碳环保，为低硅铁尾矿的利用提供了有效途径。
Description
技术领域
本发明涉及轻质泡沫混凝土，具体地指一种高掺量低硅铁尾矿轻质泡沫混凝土及其制备方法。
背景技术
随着泡沫混凝土生产和应用的不断发展，各种各样的泡沫混凝土层出不穷，人们对泡沫混凝土的要求也越来越高，越来越多地关注到泡沫混凝土的热力学性能，既希望泡沫混凝土产品质量轻，又要求具有更高的承重能力和抗冲击能力。
使用铁尾矿来制备泡沫混凝土已有部分研究，例如CN 106966653A公开了一种大掺量铁尾矿粉憎水泡沫混凝土及其制备方法，其铁尾矿掺量在30～40％，且泡沫混凝土干密度在750～850kg/m3；CN 112777987A公开了一种铁尾矿泡沫混凝土及其制备方法，其铁尾矿掺量在40～60％，得到泡沫混凝土干密度在700～900kg/m3；CN111039610B公开了一种用铁尾矿和加气混凝土废料制备泡沫混凝土的方法，其铁尾矿掺量在20～35％，得到泡沫混凝土干密度在794～815kg/m3；而针对更高掺量和更低干密度的铁尾矿泡沫混凝土的制备研究还未见有报道。
湖北省鄂州市某铁尾矿属于低硅铁尾矿，以低硬度和易风化易泥化矿物为主，利用难度较大。若能利用高掺量的铁尾矿作为骨料制备干密度更小、抗压强度更大的泡沫混凝土，则可为该类型铁尾矿的综合利用开辟新的途径。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种低硅铁尾矿掺量高、密度低、抗压强度大的泡沫混凝土及其制备方法。
本发明的技术方案为：一种高掺量低硅铁尾矿轻质泡沫混凝土，其特征在于，包括以下按质量份数计的各组分：
其中水泥+铁尾矿砂共计100份，
所述铁尾矿砂D50粒径为30～40μm，所述铁尾矿砂包括以下按质量百分数计的成分：SiO2 25.68％～27.30％，Al2O3 7.59％～10.73％，CaO 20.32％～26.62％，Fe2O38.76％～15.40％，Na2O 0.66％～0.84％，K2O 2.03％～3.49％，MgO 5.60％～8.19％，余量为其他物质，各成分质量百分数之和为100％。
优选的，所述铁尾矿砂包括以下质量百分数计的成分：SiO2 26.24％，Al2O310.17％，CaO 25.94％，Fe2O3 15.40％，Na2O 0.84％，K2O 2.98％，MgO 7.32％，余量为其他物质，各成分质量百分数之和为100％。
优选的，包括以下按质量份数计的各组分：
优选的，所述发泡剂为质量浓度为30％的H2O2水溶液。铁尾矿粉成分中Cu、Fe作为H2O2发泡时的激发剂。
优选的，所述水泥为P.O 42.5水泥。本发明主要利用其水化反应增加混凝土粘结强度。
优选的，所述聚丙烯纤维为长度为5mm～9mm。
优选的，所述憎水剂为硬脂酸钙。
优选的，所述高掺量低硅铁尾矿轻质泡沫混凝土的干密度为400～700kg/m3，抗压强度为0.8～2.0MPa。
本发明所述稳泡剂为深圳某建材化工有限公司生产的混凝土稳泡剂。
本发明还提一种以上任一所述的高掺量低硅铁尾矿轻质泡沫混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)、将水泥、铁尾矿砂、聚丙烯纤维、憎水剂及稳泡剂混配形成干物料并搅拌；
(2)、加水到步骤(1)所得产物中搅拌；
(3)、将发泡剂加入步骤(2)所得产物搅拌，进行发泡；
(4)、搅拌达到要求后倒入模具，常温养护24h，脱模，放入温度20±1℃、湿度95％的恒温恒湿养护箱养护。
本发明的有益效果如下：
1.本发明中铁尾矿砂在建筑材料中的综合应用是铁尾矿粉减量化、无害化、资源化应用，是实现矿山企业节能减排的有效途径，有良好的经济效益和社会效益。
2.本发明利用了铁尾矿制备建材，节约资源，减少环境污染，尤其在所述泡沫混凝土中大掺量掺杂了固体废弃物铁尾矿粉，可高达55％，变废为宝，提高了铁尾矿的利用价值。
3.本发明一定程度上解决了低硅铁尾矿的利用难题。铁尾矿利用率一直较低，特别是低硅铁尾矿利用难度较高。本发明对于低硅铁尾矿的利用提供了一条新途径。
4.本发明利用铁尾矿制备的泡沫混凝土干密度较低。大部分研究利用铁尾矿制备的泡沫混凝土干密度在700～800kg/m3或以上，抗压强度满足标准中的1.2～3.0MPa，密度等级有差别，抗压强度差异非常大。本发明所制备的铁尾矿泡沫混凝土干密度为400～700kg/m3，产品比前人研究制得的铁尾矿泡沫混凝土产品密度低几个等级且符合国家标准中密度和抗压之间的关系，抗压强度为0.8～2.0MPa，具有一定优越性，对铁尾矿粉泡沫混凝土大面积的推广应用具有重要的意义。
5.本发明利用低硅铁尾矿粉制作泡沫混凝土既为铁尾矿的大量利用提供了可行的方向，又提供了一种性能优异的新型节能保温建筑材料。通过加入外加剂，使其具良好的憎水性能，弥补了一般发泡材料吸水的缺陷，改善了建筑物的防水防潮性能，对铁尾矿粉发泡混凝土大面积的推广应用具有重要意义。
6.本发明中铁尾矿泡沫混凝土中含Fe、Cu元素，可直接在湿料中添加H2O2进行自激发发泡，无需另用打泡机制泡，无需添加MnO2等激发剂激发发泡反应，节约了成本，减少环境污染。
附图说明
图1为本发明轻质泡沫混凝土制备流程图；
图2为本发明实物产品图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
本实施例以JG/T266-2011《泡沫混凝土》为标准，区分泡沫混凝土干密度等级。
本实施例中制得的泡沫混凝土干密度为A05级。
这种高掺量低硅铁尾矿轻质泡沫混凝土中各原料用量如下。
本实施例中所述水泥采用P.O 42.5水泥。
本实施例中所述铁尾矿为低硅铁尾矿砂，D50粒径为39.55μm，成分含量为：SiO2含量26.24％，Al2O3含量10.17％，CaO含量25.94％，Fe2O3含量15.40％，Na2O含量0.84％，K2O含量2.98％，MgO含量7.32％，余量为其他物质，各成分质量百分数之和为100％。
本实施例中所述发泡剂为质量分数30％的H2O2溶液。
本实施例中所述铁尾矿粉成分中Cu、Fe作为H2O2发泡时的激发剂。
本实施例中所述稳泡剂为某建材化工有限公司生产的混凝土稳泡剂。
本实施例中所述聚丙烯纤维为长度6mm的聚丙烯纤维。
本实施例中所述憎水剂为硬脂酸钙。
如图1所示，本实施例提供了一种高掺量低硅铁尾矿制备轻质泡沫混凝土的方法，该方法包括如下步骤：
(1)、将水泥、铁尾矿砂、聚丙烯纤维、硬脂酸钙及稳泡剂混配形成干物料并搅拌；
(2)、加水到步骤(1)所得产物中搅拌；
(3)、将发泡剂加入步骤(2)所得产物搅拌，进行发泡；
(4)、发泡达到要求后倒入模具，常温养护24h，脱模，放入温度20±1℃、湿度95％的恒温恒湿养护箱养护。
对本实施例高掺量低硅铁尾矿制备的轻质泡沫混凝土做了抗压、吸水性、导热系数试验，根据JG/T266-2011《泡沫混凝土》中相关规程，由多组100mm×100mm×100mm试件测得，密度等级为A05级，所述铁尾矿泡沫混凝土的28d测得的干密度为497.9kg/m3，抗压强度平均为0.95MPa，导热系数为0.1163W/(m·K)。
实施例2
本实施例中，本实施例以JG/T266-2011《泡沫混凝土》为标准，区分泡沫混凝土干密度等级。
本实施例中制得的泡沫混凝土干密度为A06级。
这种高掺量低硅铁尾矿轻质泡沫混凝土中各原料用量如下。
本实施例中所述水泥采用P.O 42.5水泥。
本实施例中所述铁尾矿为低硅铁尾矿砂，D50粒径为39.55μm，成分含量为：SiO2含量26.24％，Al2O3含量10.17％，CaO含量25.94％，Fe2O3含量15.40％，Na2O含量0.84％，K2O含量2.98％，MgO含量7.32％，余量为其他物质，各成分质量百分数之和为100％。
本实施例中所述发泡剂为质量分数30％的H2O2溶液。
本实施例中所述铁尾矿粉成分中Cu、Fe作为H2O2发泡时的激发剂。
本实施例中所述稳泡剂为深圳某建材化工有限公司生产的混凝土稳泡剂。
本实施例中所述聚丙烯纤维为长度6mm的聚丙烯纤维。
本实施例中所述憎水剂为硬脂酸钙。
本实施例提供了一种高掺量低硅铁尾矿制备轻质泡沫混凝土的方法，该方法包括如下步骤：
(1)、将水泥、铁尾矿砂、聚丙烯纤维、硬脂酸钙及稳泡剂混配形成干物料并搅拌；
(2)、加水到步骤(1)所得产物中搅拌；
(3)、将发泡剂加入步骤(2)所得产物搅拌，进行发泡；
(4)、发泡达到要求后倒入模具，常温养护24h，脱模，放入温度20±1℃、湿度95％的恒温恒湿养护箱养护。
对本实施例高掺量低硅铁尾矿制备的轻质泡沫混凝土做了抗压、吸水性、导热系数试验，根据JG/T266-2011《泡沫混凝土》中相关规程，由多组100mm×100mm×100mm试件测得，密度等级为A06级，所述铁尾矿泡沫混凝土的28d测得的干密度为600.09kg/m3，抗压强度平均为1.08MPa，导热系数为0.1338W/(m·K)。
实施例3
本实施例中，本实施例以JG/T266-2011《泡沫混凝土》为标准，区分泡沫混凝土干密度等级。
本实施例中制得的泡沫混凝土干密度为A07级。
这种高掺量低硅铁尾矿轻质泡沫混凝土中各原料用量如下。
本实施例中所述水泥采用P.O 42.5水泥。
本实施例中所述铁尾矿为低硅铁尾矿砂，D50粒径为39.55μm，成分含量为：SiO2含量26.24％，Al2O3含量10.17％，CaO含量25.94％，Fe2O3含量15.40％，Na2O含量0.84％，K2O含量2.98％，MgO含量7.32％，余量为其他物质，各成分质量百分数之和为100％。
本实施例中所述发泡剂为质量分数30％的H2O2溶液。
本实施例中所述铁尾矿粉成分中Cu、Fe作为H2O2发泡时的激发剂。
本实施例中所述稳泡剂为深圳某建材化工有限公司生产的混凝土稳泡剂。
本实施例中所述聚丙烯纤维为长度6mm的聚丙烯纤维。
本实施例中所述憎水剂为硬脂酸钙。
本实施例提供了一种高掺量低硅铁尾矿制备轻质泡沫混凝土的方法，该方法包括如下步骤：
(1)、将水泥、铁尾矿砂、聚丙烯纤维、硬脂酸钙及稳泡剂混配形成干物料并搅拌；
(2)、加水到步骤(1)所得产物中搅拌；
(3)、将发泡剂加入步骤(2)所得产物搅拌，进行发泡；
(4)、发泡达到要求后倒入模具，常温养护24h，脱模，放入温度20±1℃、湿度95％的恒温恒湿养护箱养护。
对本实施例高掺量低硅铁尾矿制备的轻质泡沫混凝土做了抗压、吸水性、导热系数试验，根据JG/T266-2011《泡沫混凝土》中相关规程，由多组100mm×100mm×100mm试件测得，密度等级为A07级，所述铁尾矿泡沫混凝土的28d测得的干密度为679.33kg/m3，抗压强度平均为1.25MPa，导热系数为0.1474W/(m·K)。
实施例4
本实施例中，本实施例以JG/T266-2011《泡沫混凝土》为标准，区分泡沫混凝土干密度等级。
本实施例中制得的泡沫混凝土干密度为A07级。
这种高掺量低硅铁尾矿轻质泡沫混凝土中各原料用量如下。
本实施例中所述发泡剂为质量分数30％的H2O2溶液。
本实施例中所述铁尾矿为低硅铁尾矿砂，D50粒径为39.55μm，成分含量为：SiO2含量26.24％，Al2O3含量10.17％，CaO含量25.94％，Fe2O3含量15.40％，Na2O含量0.84％，K2O含量2.98％，MgO含量7.32％，余量为其他物质，各成分质量百分数之和为100％。
本实施例中所述发泡剂为30％H2O2。
本实施例中所述铁尾矿粉成分中Cu、Fe作为H2O2发泡时的激发剂。
本实施例中所述稳泡剂为深圳某建材化工有限公司生产的混凝土稳泡剂。
本实施例中所述聚丙烯纤维为长度6mm的聚丙烯纤维。
本实施例中所述憎水剂为硬脂酸钙。
本实施例提供了一种高掺量低硅铁尾矿制备轻质泡沫混凝土的方法，该方法包括如下步骤：
(1)、将水泥、铁尾矿砂、聚丙烯纤维、硬脂酸钙及稳泡剂混配形成干物料并搅拌；
(2)、加水到步骤(1)所得产物中搅拌；
(3)、将发泡剂加入步骤(2)所得产物搅拌，进行发泡；
(4)、发泡达到要求后倒入模具，常温养护24h，脱模，放入温度20±1℃、湿度95％的恒温恒湿养护箱养护。
对本实施例高掺量低硅铁尾矿制备的轻质泡沫混凝土做了抗压、吸水性、导热系数试验，根据JG/T266-2011《泡沫混凝土》中相关规程，由多组100mm×100mm×100mm试件测得，密度等级为A07级，所述铁尾矿泡沫混凝土的28d测得的干密度为685.28kg/m3，抗压强度平均为1.21MPa，导热系数为0.1661W/(m·K)。
对比例1
本对比例中，本实施例以JG/T266-2011《泡沫混凝土》为标准，区分泡沫混凝土干密度等级。
本对比例中制得的泡沫混凝土干密度为A04级。
对比例1轻质泡沫混凝土中各原料用量如下。
本对比例中所述水泥采用P.O 42.5水泥。
本对比例中所述铁尾矿为低硅铁尾矿砂，D50粒径为39.55μm，成分含量为：SiO2含量26.24％，Al2O3含量10.17％，CaO含量25.94％，Fe2O3含量15.40％，Na2O含量0.84％，K2O含量2.98％，MgO含量7.32％，余量为其他物质，各成分质量百分数之和为100％。
本对比例中所述发泡剂为30％H2O2。
本对比例中所述铁尾矿粉成分中Cu、Fe作为H2O2发泡时的激发剂。
本对比例中所述稳泡剂为深圳某建材化工有限公司生产的混凝土稳泡剂。
本对比例中所述聚丙烯纤维为长度8mm的聚丙烯纤维。
本对比例中所述憎水剂为硬脂酸钙。
本对比例提供一种轻质泡沫混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)、将水泥、铁尾矿砂、聚丙烯纤维、硬脂酸钙及稳泡剂混配形成干物料并搅拌；
(2)、加水到步骤(1)所得产物中搅拌；
(3)、将发泡剂加入步骤(2)所得产物搅拌，进行发泡；
(4)、发泡达到要求后倒入模具，常温养护24h，脱模，放入温度20±1℃、湿度95％的恒温恒湿养护箱养护。
对本对比例制得的轻质泡沫混凝土做了抗压、吸水性、导热系数试验，根据JG/T266-2011《泡沫混凝土》中相关规程，由多组100mm×100mm×100mm试件测得，密度等级为A04级，所述铁尾矿泡沫混凝土的28d测得的干密度为394.75kg/m3，抗压强度平均为0.44MPa(抗压强度不满足干密度对应的标准)，导热系数为0.1187W/(m·K)。
对比例2
本对比例中，以JG/T266-2011《泡沫混凝土》为标准，区分泡沫混凝土干密度等级。
本对比例中制得的泡沫混凝土干密度为A08级。
对比例2各原料用量如下。
本对比例中所述水泥采用P.O 42.5水泥。
本对比例中所述铁尾矿为低硅铁尾矿砂，D50粒径为39.55μm，成分含量为：SiO2含量26.24％，Al2O3含量10.17％，CaO含量25.94％，Fe2O3含量15.40％，Na2O含量0.84％，K2O含量2.98％，MgO含量7.32％，余量为其他物质，各成分质量百分数之和为100％。
本对比例中所述发泡剂为30％H2O2。
本对比例中所述铁尾矿粉成分中Cu、Fe作为H2O2发泡时的激发剂。
本对比例中所述稳泡剂为深圳某建材化工有限公司生产的混凝土稳泡剂。
本对比例中所述聚丙烯纤维为长度5mm的聚丙烯纤维。
本对比例中所述憎水剂为硬脂酸钙。
本对比例提供了一种轻质泡沫混凝土的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)、将水泥、铁尾矿砂、聚丙烯纤维、硬脂酸钙及稳泡剂混配形成干物料并搅拌；
(2)、加水到步骤(1)所得产物中搅拌；
(3)、将发泡剂加入步骤(2)所得产物搅拌，进行发泡；
(4)、发泡达到要求后倒入模具，常温养护24h，脱模，放入温度20±1℃、湿度95％的恒温恒湿养护箱养护。
对本对比例高掺量低硅铁尾矿制备的轻质泡沫混凝土做了抗压、吸水性、导热系数试验，根据JG/T266-2011《泡沫混凝土》中相关规程，由多组100mm×100mm×100mm试件测得，密度等级为A08级，所述铁尾矿泡沫混凝土的28d测得的干密度为754.9kg/m3，抗压强度平均为1.04MPa(抗压强度不满足干密度对应的标准)，导热系数为0.2062W/(m·K)。
实施例1-4和对比例1-2的产品配比和参数如下表1所示。
表1
实施例1制得的轻质泡沫混凝土产品如图2所示，由表1可以看出，本发明实施例1～4中制得的泡沫混凝土均符合标准JG/T266-2011《泡沫混凝土》中相关规程，其中低硅铁尾矿掺量较高，干密度较轻，节约资源，减少环境污染，变废为宝，提高了铁尾矿的利用价值。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种高掺量低硅铁尾矿轻质泡沫混凝土，其特征在于，包括以下按质量份数计的各组分：
水泥 45～50份、
铁尾矿砂 50～55份、
水 35～60份、
发泡剂 3.5～7.0份、
稳泡剂 0.25～0.5份、
聚丙烯纤维 0.2～0.45份、
憎水剂 0.20～0.50份，
其中水泥+铁尾矿砂共计100份，
所述铁尾矿砂D50粒径为30～40μm，所述铁尾矿砂包括以下按质量百分数计的成分：SiO2 25.68％～27.30％，Al2O3 7.59％～10.73％，CaO 20.32％～26.62％，Fe2O3 8.76％～15.40％，Na2O 0.66％～0.84％，K2O 2.03％～3.49％，MgO 5.60％～8.19％，余量为其他物质，各成分质量百分数之和为100％。
2.如权利要求1所述的高掺量低硅铁尾矿轻质泡沫混凝土，其特征在于，所述铁尾矿砂包括以下质量百分数计的成分：SiO226.24％，Al2O3 10.17％，CaO 25.94％，Fe2O3 15.40％，Na2O 0.84％，K2O 2.98％，MgO 7.32％，余量为其他物质，各成分质量百分数之和为100％。
3.如权利要求1所述的高掺量低硅铁尾矿轻质泡沫混凝土，其特征在于，包括以下按质量份数计的各组分：
水泥 45份、
铁尾矿砂 55份、
水 45份、
发泡剂 6份、
稳泡剂 0.25份、
聚丙烯纤维 0.3份、
憎水剂 0.35份。
4.如权利要求1所述的高掺量低硅铁尾矿轻质泡沫混凝土，其特征在于，所述发泡剂为质量浓度为30％的H2O2水溶液。
5.如权利要求1所述的高掺量低硅铁尾矿轻质泡沫混凝土，其特征在于，所述水泥为P.O 42.5水泥。
6.如权利要求1所述的高掺量低硅铁尾矿轻质泡沫混凝土，其特征在于，所述聚丙烯纤维为长度为5mm～9mm。
7.如权利要求1所述的高掺量低硅铁尾矿轻质泡沫混凝土，其特征在于，所述憎水剂为硬脂酸钙。
8.如权利要求1所述的高掺量低硅铁尾矿轻质泡沫混凝土，其特征在于，所述高掺量低硅铁尾矿轻质泡沫混凝土的28天干密度为400～700kg/m3，抗压强度为0.8～2.0MPa。
9.一种如权利要求1-8中任一所述的高掺量低硅铁尾矿轻质泡沫混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)、将水泥、铁尾矿砂、聚丙烯纤维、憎水剂及稳泡剂混配形成干物料并搅拌；
(2)、加水到步骤(1)所得产物中搅拌；
(3)、将发泡剂加入步骤(2)所得产物搅拌，进行发泡；
(4)、发泡达到要求后倒入模具，常温养护24h，脱模，放入温度20±1℃、湿度95％的恒温恒湿养护箱养护。
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| CN117361975A (zh) * | 2023-10-10 | 2024-01-09 | 石家庄铁道大学 | 高掺量铁尾矿砂超高延性混凝土及其制备方法 |
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| CN104402348A (zh) * | 2014-10-23 | 2015-03-11 | 天元建设集团有限公司 | 铁尾矿粉泡沫混凝土及其制备方法 |
| CN106966653A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-07-21 | 河北建筑工程学院 | 一种大掺量铁尾矿粉憎水泡沫混凝土及其制备方法 |
| CN109734369A (zh) * | 2019-03-13 | 2019-05-10 | 浙江工业大学 | 一种以铁尾矿为原料常温常压制备的泡沫加气混凝土砌块及其制备方法 |
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