CN105645895A - 一种镍铁渣超高强混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种镍铁渣超高强混凝土及其制备方法，每立方镍铁渣超高强混凝土中各组分用量分别为胶凝材料550-700kg，粗骨料900-1000kg，细骨料800-900kg，聚羧酸系高效减水剂8-20kg和水160-170kg；所述的胶凝材料中各组分及其质量分数为：P.O？52.5硅酸盐水泥50-60％，矿粉15-20％，硅灰5％和镍铁渣超细粉20-30％。本发明以镍铁渣作为粗、细骨料和矿物掺合料分别替代天然的石子、砂子和部分水泥；另外，镍铁渣具有很好的减水作用，可以大大改善混凝土的和易性，坍落度明显增大；本发明制备的镍铁渣超高强混凝土的28天抗压强度可达110Mpa以上，远高于非镍铁渣混凝土。
Description
技术领域
本发明涉及一种镍铁渣超高强混凝土及其制备方法，属于有色冶金废渣资源综合利用技术领域。
背景技术
镍铁渣是以红土矿为主要原料的炼钢厂在生产镍铁合金（主要用于生产不锈钢）过程中排出的炉渣。我国每年产生铁合金渣约1000万吨，并且每年还以约800万吨的速度继续增加，而随着全球工业化的快速发展，不锈钢承载着重工业发展的脚步需求量日益增大，自然，作为不锈钢生产原料，镍铁合金所带来的大量炉渣的处理问题引起了全社会的广泛关注，镍铁合金矿热炉渣在国际上主要用于在沿海地区填海造地，如果镍铁合金工厂深处内陆，其大量堆存将占用越来越多的土地，日益成为阻碍工厂发展和镍铁新工艺推广应用的主要问题。因此，尽早寻求经济合理的技术途径，正确处置和综合利用镍铁合金矿热炉渣，不仅对保持不锈钢行业及镍行业的持续健康发展和新技术的推广应用具有重要的战略意义，而且对于环境压力的缓解和可持续型经济的发展也具有十分积极的现实意义。
超高强混凝土配制的难点：水泥用量大，成本高，水泥水化率低，充当微集料，资源浪费；水灰比低，混凝土流动性差，甚至无法浇注成型；高效减水剂存在饱和点，超过饱和点再提高掺量，不但不能增大流动性，而且成本大幅提高。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供的一种镍铁渣超高强混凝土，所述的镍铁渣超高强混凝土包括胶凝材料，粗骨料，细骨料，水和聚羧酸系高效减水剂；每立方镍铁渣超高强混凝土中各组分用量分别为胶凝材料550-700kg，粗骨料900-1000kg，细骨料800-900kg，聚羧酸系高效减水剂8-20kg和水160-170kg；
所述的胶凝材料中各组分及其质量分数为：PO52.5硅酸盐水泥50-60％，矿粉15-20％，硅灰5％和镍铁渣超细粉20-30％。
所述的粗骨料为粒径5~20mm的镍铁渣。
所述的细骨料为粒径0.075-5mm，细度模数2.5-3.0的镍铁渣。
所述的镍铁渣超细粉为比表面积在400-500m2/kg，其中粒径小于30μm的超细粉占用量的90%以上。
所述的矿粉由粒化高炉矿渣经磁选除铁处理后粉磨，使其达到比表面积≥500m2/kg的粒化高炉矿渣微粉。
所述的一种镍铁渣超高强混凝土的制备方法，按如下方法制备：
按比例称量：PO52.5硅酸盐水泥，矿粉，硅灰和镍铁渣超细粉，放入混合机中，经机械搅拌混合均匀，制得胶凝材料；
再按比例称量：胶凝材料，粗骨料，细骨料，聚羧酸系高效减水剂和水，根据普通混凝土的制备方法进行搅拌，即制得镍铁渣超高强混凝土。
所述的矿粉为符合GB/T18046-2008标准规定的粒化高炉矿渣微粉，由粒化高炉矿渣经磁选除铁处理后粉磨，使其达到比表面积≥500m2/kg的粒化高炉矿渣微粉。
本发明的有益效果为：
1)骨料颗粒坚硬，明显提高混凝土的力学强度
本发明镍铁渣骨料颗粒坚硬，力学强度远高于碎石和天然河砂，压碎值很低，非常适合用作超高强混凝土的粗细骨料；
2）明显改善混凝土和易性
镍铁渣颗粒致密，表面呈玻璃金属光泽，有一定的憎水性，镍铁渣超细粉矿物掺合料和镍铁渣粗细骨料都能大大增加混凝土的流动性，且在使用高效减水剂情况下，混凝土的黏聚性和保水性良好。混凝土拌合物在极低的水灰比条件下仍然具有很好的工作性；
3）高强早强、高替代率
以镍铁渣超细粉为主的矿物掺合料对水泥的替代率可达到50%。和传统高强混凝土相比，其早期、后期强度得到较大提高，3d、28d强度分别可达80MPa、110MPa以上。利用镍铁粉和镍铁渣能够配制出工作性极佳、力学性能优异的超高强混凝土；
4）广泛的适应性
随着经济的发展，土地资源的紧张，高层以及超高层建筑越来越多，对超高强混凝土的需求也日益增大，镍铁渣超高强混凝土的28d强度能达到110MPa以上，完全符合超高强混凝土的要求；
5）无毒副作用
本产品无毒、无臭、不燃，对钢筋无锈蚀作用。与优质混凝土材料（水泥、粗细骨料、外加剂）复合应用可大幅度提高混凝土抗化学腐蚀性，增强耐久性；
6）无安定性不良问题
镍铁合金渣中MgO含量较大，但经过蒸压试验和X射线衍射分析证实，镍铁渣中的MgO以辉石和铁镁橄榄石的矿物形式存在，游离态的MgO含量极低，不会造成混凝土体积安定性不良，可以在混凝土中安全使用；
7）显著的经济效益、环境效益和社会效益
采用工业废弃物镍铁合金渣等为主要原料，不仅可以减缓水泥制造对石灰石原材料的过快消耗，而且可以变废为宝，逐步消除废弃镍铁合金渣、矿渣带来的种种环境污染问题，按拌制每立方混凝土替代50%的水泥计算，可节约成本80元，所产生的经济效益、环境效益和社会效益将无法估量。
本发明优点：
本发明通过一定的工艺将工业废弃物镍铁合金渣破碎和粉磨，作为粗、细骨料和矿物掺合料分别替代天然的石子、砂子和部分水泥，大大提高了工业废弃物镍铁渣在水泥和混凝土中的掺量，配制出工作性极佳、力学性能优异的超高强混凝土。镍铁渣超细粉大量替代水泥而应用于混凝土拌合料的制作，能够减缓水泥制造对石灰石原材料的过快消耗，变废为宝，逐步消除废弃镍铁渣带来的种种环境污染问题，提高工业废弃物利用率、保护环境、降低混凝土拌制过程中的水泥用量，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。
本发明的特点：
镍铁渣结构致密、坚实，表面光滑，有玻璃光泽，呈憎水性，在拌制混凝土时有非常好的减水效果，在超低水灰比的条件下，仍有一定的流动性，使混凝土成型密实。
骨料与水泥浆体间的界面过渡区是混凝土的薄弱环节，镍铁渣有一定的火山灰活性，可以和胶凝材料建立很好的化学粘结，大幅提高混凝土的强度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
各原料组成及其质量百分比如下：胶凝材料为P.O52.5硅酸盐水泥50％（掺量348kg/m3）；矿粉15％（掺量104kg/m3）；硅灰5%（35kg/m3）；镍铁渣超细粉30％（掺量209kg/m3）；细骨料为破碎过4.75mm筛镍铁砂（掺量867kg/m3）；粗骨料为5~20mm的级配镍铁渣（掺量951kg/m3）；水（掺量163kg/m3）；聚羧酸高效减水剂（掺量20kg/m3）。
制备方法包括：破碎、筛分、粉磨工艺、称量配料及混合工艺，具体方法过程如下：
（1）破碎、筛分、粉磨工艺：将镍铁渣破碎至最大粒径小于20mm，过筛分类。粒径5~20mm的直接作为粗骨料使用；粒径0.075-5mm范围的直接作为细骨料使用，测定其细度模数为2.84，级配良好；粒径小于0.075mm的经球磨机磨成超细镍铁渣细粉，作为胶凝材料部分替代水泥使用，粉磨30分钟测其比表面积为465m2/kg。
（2）称量配料及混合工艺：按上述原料配方进行称量配料，先将四种胶凝材料组分预先放入混合机中经机械搅拌混合均匀制得镍铁渣超高强混凝土胶凝材料，然后按照普通混凝土的制备方法进行配料、搅拌，即制得制备镍铁渣超高强混凝土拌合物。
本实施例制备的镍铁渣超高强混凝土，其和易性，流动性和抗压强度试验结果见表1。
实施例2
各原料组成及其质量百分比如下：胶凝材料为P.O52.5硅酸盐水泥60％（掺量418kg/m3）；矿粉15％（掺量104kg/m3）；硅灰5%（35kg/m3）；镍铁渣超细粉20％（掺量139kg/m3）；细骨料为破碎过4.75mm筛镍铁砂（掺量867kg/m3）；粗骨料为5~20mm的级配镍铁渣（掺量951kg/m3）；水（掺量163kg/m3）；聚羧酸高效减水剂（掺量20kg/m3）。
其它同实施例1，本实施例制备的镍铁渣超高强混凝土，其和易性，流动性和抗压强度试验结果见表1。
实施例3
各原料组成及其质量百分比如下：胶凝材料为P.O52.5硅酸盐水泥55％（掺量383kg/m3）；矿粉20％（掺量139kg/m3）；硅灰5%（35kg/m3）；镍铁渣超细粉20％（掺量139kg/m3）；细骨料为破碎过4.75mm筛镍铁砂（掺量867kg/m3）；粗骨料为5~20mm的级配镍铁渣（掺量951kg/m3）；水（掺量163kg/m3）；聚羧酸高效减水剂（掺量20kg/m3）。
其它同实施例1，本实施例制备的镍铁渣超高强混凝土，其和易性，流动性和抗压强度试验结果见表1。
对照组
同时用天然碎石、河砂和水泥配制混凝土作为对照。对照组的各原料组成及其质量百分比如下：胶凝材料为P.O52.5硅酸盐水泥80％（掺量557kg/m3）；矿粉15％（掺量104kg/m3）；硅灰5%（35kg/m3）；细骨料为级配良好、细度模数2.73的天然河砂（掺量867kg/m3）；粗骨料为5~20mm级配良好的碎石（掺量951kg/m3）；水（掺量163kg/m3）；聚羧酸高效减水剂（掺量20kg/m3）。本实施例制备的非镍铁渣混凝土，其和易性，流动性和抗压强度试验结果见表1。
本发明实施例1-3和对照组分别按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》和GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行各组混凝土的和易性，流动性和抗压强度试验。
表1超高强混凝土的流动性及抗压强度值
由表1可以看出，镍铁渣超高强混凝土的工作性和抗压强度均明显优于非镍铁渣混凝土。
Claims (6)
1.一种镍铁渣超高强混凝土，其特征在于：所述的镍铁渣超高强混凝土包括胶凝材料，粗骨料，细骨料，聚羧酸系高效减水剂和水；每立方镍铁渣超高强混凝土中各组分用量分别为胶凝材料550-700kg，粗骨料900-1000kg，细骨料800-900kg，聚羧酸系高效减水剂8-20kg和水160-170kg；
所述的胶凝材料中各组分及其质量分数为：PO52.5硅酸盐水泥50-60％，矿粉15-20％，硅灰5％和镍铁渣超细粉20-30％。
2.根据权利要求1所述的一种镍铁渣超高强混凝土，其特征在于：所述的粗骨料为粒径5~20mm的镍铁渣。
3.根据权利要求1所述的一种镍铁渣超高强混凝土，其特征在于：所述的细骨料为粒径0.075-5mm，细度模数2.5-3.0的镍铁渣。
4.根据权利要求1所述的一种镍铁渣超高强混凝土，其特征在于：所述的镍铁渣超细粉为比表面积在400-500m2/kg，其中粒径小于30μm的超细粉占用量的90%以上。
5.根据权利要求1所述的一种镍铁渣超高强混凝土，其特征在于：所述的矿粉由粒化高炉矿渣经磁选除铁处理后粉磨，使其达到比表面积≥500m2/kg的粒化高炉矿渣微粉。
6.一种如权利要求1所述的一种镍铁渣超高强混凝土的制备方法，其特征在于：按如下方法制备：
按比例称量：PO52.5硅酸盐水泥，矿粉，硅灰和镍铁渣超细粉，放入混合机中，经机械搅拌混合均匀，制得胶凝材料；
再按比例称量：胶凝材料，粗骨料，细骨料，聚羧酸系高效减水剂和水，根据普通混凝土的制备方法进行搅拌，即制得镍铁渣超高强混凝土。
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