CN102658596B - 一种利用粉煤灰和铁尾矿制备高强混凝土材料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用粉煤灰和铁尾矿制备高强混凝土材料的方法，属于资源综合利用领域。材料的配料组成为：磁铁石英岩型铁尾矿50%～60%，粉煤灰16%～20%，高炉水淬矿渣10.4%～13%，水泥熟料10.4%～13%，脱硫石膏3.2%～4%。然后外加占胶凝材料2干基质量0.3%～1.4%的高效减水剂和占胶凝材料2干基质量20%～23%的水。本发明克服了传统尾矿综合利用产品附加值低的缺点，解决了铁尾矿集中产出和受产品与市场之间运距限制的难题。相对于普通硅酸盐水泥来说该体系胶凝材料中水泥熟料所占比例降低50%以上，而粉煤灰、矿渣和脱硫石膏的比例大幅度提高，能大幅度节省水泥熟料，从而减排CO2，并能利用大量的固体废弃物。

Description

一种利用粉煤灰和铁尾矿制备高强混凝土材料的方法
技术领域：
本发明属于资源综合利用领域，提供了一种利用粉煤灰和铁尾矿制备高强混凝土材料的方法。
背景技术：
随着中国钢铁产业的迅猛发展，尾矿的排放量逐年增加。我国尾矿累积堆存120亿t以上，年产出量达到13亿t，占全世界尾矿产出量的50%以上，而尾矿的综合利用率只有14%，绝大多数尾矿尚未被综合利用。大量堆存的尾矿不仅占用土地、浪费资源，污染环境，而且具有严重的安全隐患。目前，我国尾矿的再利用主要有尾矿提取有价元素，尾矿制作建筑材料和尾矿作为充填材料等方面，利用价值和经济效益远未得到充分发挥。
发明专利CN101182141A《一种利用铁尾矿制备高强结构材料的方法》公开了一种以铁尾矿为主要原料制备胶凝材料和以铁尾矿为细骨料制备细骨料混凝土的高强结构材料方法。其特征在于：对铁尾矿进行超细粉磨使其比表面积达到700m2/kg以上，再加入一定量的高炉水淬矿渣粉共同替代部分水泥作为胶凝材料，再将此种含有超细铁尾矿粉的胶凝材料与粗粒铁尾矿按一定比例配制成细骨料混凝土，通过高温蒸养或蒸压养护得到抗压强度达到100MPa以上的高强结构材料。该技术虽然能够消纳铁尾矿和节约天然砂石资源，但是工艺流程中需要铁尾矿具有很高的比表面积，这就造成了生产过程中粉磨能耗过高，不利于节能减排和降低成本；另外工艺流程还规定需要蒸汽常压养护或蒸压养护，也造成了生产条件要求苛刻，基建和维护成本过高。因此利用该专利中的高强结构材料代替目前大量应用的C60-C80混凝土构件在生产成本上不具竞争力。
发明专利C04B 28/18《采用铁尾矿和高钙粉煤灰渣生产砌筑水泥的方法》和发明专利CN101671146A《铁尾矿混凝土》能够利用固体废弃物制备出水泥或者混凝土，降低水泥和天然砂石的用量，但是以上两种专利不能制备出抗压强度超过80MPa的高强混凝土预制件和抗压强度超过100MPa的超高强混凝土预制件，因此其产品附加值低，不适合远距离运输，也就无法解决尾矿集中产出量大，综合利用受到限制的难题。
发明内容：
本发明旨在解决因铁尾矿超细粉磨和混凝土蒸压养护而造成的成本过高等技术难题，同时还能够提高尾矿产品附加值，使综合利用受产品与市场运距限制的问题得以缓解。通过掺入粉煤灰，并与矿渣、脱硫石膏和少量水泥熟料进行粒级与活性的双重协同优化，配制成复合胶凝材料，然后通过与作为细骨料的原始粒级磁铁石英岩型铁尾矿进行边界反应与材料力学协同，低成本制备出强度达到100MPa以上的超高强混凝土结构材料。
本发明利用粉煤灰和铁尾矿制备抗压强度超过80MPa的高强混凝土预制件和抗压强度超过100MPa的超高强混凝土材料，以实现大比例消纳粉煤灰和铁尾矿、降低能源消耗和降低CO2排放的目的。
一种利用粉煤灰和铁尾矿制备高强混凝土材料的方法，具体步骤如下：
1、采用梯级混磨工艺，即前一阶段粉磨的出料作为后一阶段粉磨的部分原料：即首先将高炉水淬矿渣磨细至比表面积250m2/kg～350m2/kg，然后将此种磨细后的高炉水淬矿渣与水泥熟料、脱硫石膏混合在一起，其中三种物料质量百分比为磨细高炉水淬矿渣粉40%～45%、水泥熟料40%～45%、脱硫石膏10%～20%，最后将混合好的三种物料磨至比表面积550m2/kg～650m2/kg，得到胶凝材料1。
2、将质量百分比为55%～65%的胶凝材料1与35%～45%的原状粉煤灰混合，得到制备尾矿高强混凝土结构材料的专用胶凝材料2。
3、将质量百分比为40%～50%的胶凝材料2与50%～60%的作为细骨料的原始粒级磁铁石英岩型铁尾矿混合得到无粗骨料的混凝土干基混合料。然后外加占胶凝材料2干基质量0.3%～1.4%的高效减水剂和占胶凝材料2干基质量20%～23%的水，搅拌均匀后浇注到模具中振动成型，经常温湿养护或标准养护后得到一种以粉煤灰和铁尾矿为主要原料制备的高强混凝土结构材料。
4、所述高强混凝土结构材料的配料组成质量百分比为：磁铁石英岩型铁尾矿50%～60%，粉煤灰16%～20%，矿渣10.4%～13%，水泥熟料10.4%～13%，脱硫石膏3.2%～4%。然后外加占胶凝材料2干基质量0.3%～1.4%的高效减水剂和占胶凝材料2干基质量20%～23%的水。制成的细骨料混凝土试件标准养护28天抗折强度16.8MPa～20.6MPa，28天抗压强度92.7MPa～100.1MPa。
本发明的优点或积极效果：
（1）由于粉煤灰比磨细铁尾矿具有更高的火山灰活性，把磨细铁尾矿用粉煤灰取代，可以解决粉磨能耗过高和养护条件相对苛刻的难题，并且能够实现常温养护条件下低成本制备出28天抗压强度达到100MPa以上的高强混凝土材料，能产生较好的经济效益。（2）相对于普通硅酸盐水泥来说该体系胶凝材料中水泥熟料所占比例降低50%以上，而粉煤灰、矿渣和脱硫石膏的比例大幅度提高。一方面这种胶凝材料体系可以大幅度节省水泥熟料，从而减排CO2，并能利用大量的固体废弃物。另一方面相对于尾矿生产C60以下的混凝土，本发明由于可以低成本生产抗压强度在80MPa以上的高强混凝土预制件和抗压强度在100MPa以上的超高强混凝土预制件，可以克服传统尾矿综合利用产品附加值低的缺点，解决铁尾矿集中产出和受产品与市场之间运距限制的难题。
具体实施方式：
实施例1：
步骤1、采用梯级混磨工艺，即前一阶段粉磨的出料作为后一阶段粉磨的部分原料。首先将高炉水淬矿渣磨细至比表面积350m2/kg，再将质量百分比为45%的磨细矿渣粉、45%的水泥熟料、10%的脱硫石膏混磨至比表面积580m2/kg，得到胶凝材料1。
步骤2、将质量百分比为60%的胶凝材料1与40%的原状粉煤灰混合，得到制备尾矿高强混凝土结构材料的专用胶凝材料2。
步骤3、将质量百分比为50%的胶凝材料2与50%的作为细骨料的原始粒级磁铁石英岩型铁尾矿混合得到无粗骨料的混凝土干基混合料。然后外加占胶凝材料2干基质量1%的UNF-5萘系高效减水剂和占胶凝材料2干基质量23%的水，拌匀后在模具内浇注，振动成型，标准养护24h后脱模，放在水中湿养，分别测试3天、7天和28天的抗折强度与抗压强度，铁尾矿高强混凝土材料的强度性能如下表所示： 
表1  实施例1所得产品强度性能
Figure 2012101773900100002DEST_PATH_IMAGE002
实施例2：
步骤1、采用梯级混磨工艺，即前一阶段粉磨的出料作为后一阶段粉磨的部分原料。首先将高炉水淬矿渣磨细至比表面积350m2/kg，再将质量百分比为40%的磨细矿渣粉、40%的水泥熟料、20%的脱硫石膏混磨至比表面积600m2/kg，得到胶凝材料1。
步骤2、将质量百分比为65%的胶凝材料1与35%的原状粉煤灰混合，得到制备尾矿高强混凝土结构材料的专用胶凝材料2。
步骤3、将质量百分比为40%的胶凝材料2与60%的作为细骨料的原始粒级磁铁石英岩型铁尾矿混合得到无粗骨料的混凝土干基混合料。然后外加占胶凝材料2干基质量0.3%的聚羧酸高效减水剂和占胶凝材料2干基质量23%的水，拌匀后在模具内浇注，振动成型，标准养护24h后脱模，放在水中湿养，分别测试3天、7天和28天的抗折强度与抗压强度，铁尾矿高强混凝土材料的强度性能如下表所示：
表2  实施例2所得产品强度性能
Figure 2012101773900100002DEST_PATH_IMAGE004
实施例3：
步骤1、采用梯级混磨工艺，即前一阶段粉磨的出料作为后一阶段粉磨的部分原料。首先将高炉水淬矿渣磨细至比表面积300m2/kg，再将质量百分比为43%的磨细矿渣粉、43%的水泥熟料、14%的脱硫石膏混磨至比表面积610m2/kg，得到胶凝材料1。
步骤2、将质量百分比为55%的胶凝材料1与45%的原状粉煤灰混合，得到制备尾矿高强混凝土结构材料的专用胶凝材料2。
步骤3、将质量百分比为45%的胶凝材料2与55%的作为细骨料的原始粒级磁铁石英岩型铁尾矿混合得到无粗骨料的混凝土干基混合料。然后外加占胶凝材料2干基质量1.2%的UNF-5萘系高效减水剂和占胶凝材料2干基质量23%的水，拌匀后在模具内浇注，振动成型，标准养护24h后脱模，放在水中湿养，分别测试3天、7天和28天的抗折强度与抗压强度，铁尾矿高强混凝土材料的强度性能如下表所示：
表3  实施例3所得产品强度性能
Figure 2012101773900100002DEST_PATH_IMAGE006
实施例4：
步骤1、采用梯级混磨工艺，即前一阶段粉磨的出料作为后一阶段粉磨的部分原料。首先将高炉水淬矿渣磨细至比表面积310 m2/kg，再将质量百分比为45%的磨细矿渣粉、45%的水泥熟料、10%的脱硫石膏混磨至比表面积650m2/kg，得到胶凝材料1。
步骤2、将质量百分比为65%的胶凝材料1与35%的原状粉煤灰混合，得到制备尾矿高强混凝土结构材料的专用胶凝材料2。
步骤3、将质量百分比为50%的胶凝材料2与50%的作为细骨料的原始粒级磁铁石英岩型铁尾矿混合得到无粗骨料的混凝土干基混合料。然后外加占胶凝材料2干基质量1.2%的UNF-5萘系高效减水剂和占胶凝材料2干基质量21%的水，拌匀后在模具内浇注，振动成型，标准养护24h后脱模，放在水中湿养，分别测试3天、7天和28天的抗折强度与抗压强度，铁尾矿高强混凝土材料的强度性能如下表所示：
表4  实施例4所得产品强度性能
Figure 2012101773900100002DEST_PATH_IMAGE008

Claims (1)

1. 一种利用粉煤灰和铁尾矿制备高强混凝土材料的方法，其特征是具体步骤如下：
（1）采用梯级混磨工艺，即前一阶段粉磨的出料作为后一阶段粉磨的部分原料：即首先将高炉水淬矿渣磨细至比表面积250m2/kg～350m2/kg，然后将此种磨细后的高炉水淬矿渣与水泥熟料、脱硫石膏混合在一起，其中三种物料质量百分比为磨细高炉水淬矿渣粉40%～45%、水泥熟料40%～45%、脱硫石膏10%～20%，最后将混合好的三种物料磨至比表面积550m2/kg～650m2/kg，得到胶凝材料1；
（2）将质量百分比为55%～65%的胶凝材料1与35%～45%的原状粉煤灰混合，得到制备尾矿高强混凝土结构材料的专用胶凝材料2；
（3）将质量百分比为40%～50%的胶凝材料2与50%～60%的作为细骨料的原始粒级磁铁石英岩型铁尾矿混合得到无粗骨料的混凝土干基混合料；然后外加占胶凝材料2干基质量0.3%～1.4%的高效减水剂和占胶凝材料2干基质量20%～23%的水，搅拌均匀后浇注到模具中振动成型，经常温湿养护或标准养护后得到一种以粉煤灰和铁尾矿为主要原料制备的高强混凝土结构材料。
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