CN101838128B - 绿色环保水泥基复合材料 - Google Patents
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Abstract
一种绿色环保水泥基复合材料，具体涉及尾砂在制备绿色环保、高性能水泥基复合材料方面的应用，其重量配合比为：水泥16.8％～25.2％，工业废渣16.8％～25.2％，高效外加剂0.7％～1.0％，普通河砂20.2％～30.2％，尾砂20.2％～30.3％，超细镀铜钢纤维2.6％～6.7％，其余为水。在标准养护条件下，制备出抗压强度120MPa～200MPa以上，抗折强度20MPa～60MPa的超高性能水泥基材料，本发明大大降低了材料成本，减低了水泥熟料的用量，有益于环境保护，同时利用了尾砂取代部分河砂做细集料，利用了尾砂的颗粒填充效应和增强效应。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域或基础工程建设领域，具体涉及尾砂在制备绿色环保、高性能水泥基复合材料方面的应用，为尾砂的综合而高效利用开辟了方向，其制备的高性能水泥基复合材料主要用于建筑工程、铁路、公路、桥梁等土木工程材料领域。
背景技术
1993年法国Bouygues公司以Pierre Richard为首的研究小组研制成功一种新型超高性能混凝土：Reactive Powder Concrete，它由细砂、水泥、石英粉、硅灰、高效减水剂、微钢纤维组成，硬化过程中采用预压和热养护工艺，提高密实性、改善微结构和提高强度。Bouygues公司发展了RPC200及RPC800两种配比。1998年8月在加拿大Sherbrooke市召开了HPC和RPC国际会议，专家对RPC的评估为完全可以与金属材料媲美，与高分子材料抗衡的跨世纪新材料。RPC虽然因其卓越的性能而得到青睐，但是由于其采用的超细粉体材料价格昂贵、要经过超磨细而导致能耗大，国外微细金属纤维价格高，从而性价比低，不仅RPC800、RPC400难以在工程中推广应用，即使RPC200在工程中大规模应用也十分艰难。
据不完全统计，我国尾砂排放量0.8～1亿吨/年，尾砂占全国固体废料的1/3左右，但尾砂综合利用率仅为8.2％左右，这些尾砂存在大气中，不仅占用农田，特别还会造成严重的环境污染，尾砂排入河道、沟谷、低地，污染水土大气，破坏环境，乃至造成灾害，成为社会可持续发展的严重威胁。
因此，在目前提倡绿色环保、节能减排、低碳生活的国际大环境下，如何利用尾砂研制并生产出低成本、低能耗、绿色环保的高性能水泥基复合材料，具有重要的现实意义和的巨大的实际应用价值。
发明内容：
技术问题：本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足和缺陷，并利用尾砂作为增强填充料，提供一种绿色环保、强度高的水泥基复合材料，并为尾砂的综合利用开拓方向。
技术方案：本发明的绿色环保、强度高的水泥基复合材料，是由六大组分组成，其重量配合比为：
水泥 16.8％～25.2％
工业废渣 16.8％～25.2％
高效外加剂 0.7％～1.0％
普通河砂 20.2％～30.2％
尾砂 20.2％～30.3％
超细镀铜钢纤维 2.6％～6.7％
其余为水。
1、水泥：水泥是强度等级52.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
2、工业废渣：是由超细粉煤灰、磨细矿粉、硅灰中两种或三种组成的胶凝材料体系。
其中，超细粉煤灰要求需水量比≤95％，烧失量≤5％，比表面积≥500m2/kg；磨细矿粉要求比表面积≥500m2/kg；硅灰要求SiO2含量≥90％，比表面积≥20000m2/kg。
3、高效外加剂：减水率≥35％的聚羧酸外加剂，固含量≥28％。
4、普通河砂：要求最大粒径3mm，连续级配。
5、尾砂：铁矿尾砂或铜矿尾砂，要求最大粒径≤0.8mm，体积平均粒径为150～350μm，连续级配。
6、超细镀铜钢纤维：国产平直型镀铜钢纤维，直径d≤0.2mm、长度l≤15mm。
7、水：普通自来水
8、本发明提出的绿色环保、强度高的水泥基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)按按配方比例称取所需的水泥、工业废渣、普通河砂、尾砂、钢纤维，干搅拌1-2分钟，使其混合均匀；(2)按配方比例称取高效外加剂和水，将其在容器中混合均匀；(3)将水剂缓慢大加入到混合均匀的干料中，在搅拌机中搅拌2-3分钟，使其搅拌成大流动性的浆体；(4)将浆体浇入钢模，进行振动成型；(5)1天后拆模，将试件进行标准养护。
有益效果：本发明利用我国资源丰富的工业废渣(粉煤灰、矿渣、硅灰)大掺量取代水泥，同时利用尾砂部分取代普通河砂作填充细集料，同时使用减水率35％以上的高效外加剂及国产的超细镀铜钢纤维，通过矿物掺和料、化学外加剂、钢纤维及其多元复合技术的有效和高效利用，大大促进了混凝土材料组成与结构的优化，诸组分间扬其长、避其短、优势叠加与成份互补，同时尾砂的掺入填充了普通河砂之间的空隙，使得结构更加致密，充分发挥了骨架增强作用，在简单成型工艺及标准养护条件下，成功制备出了抗压强度在120MPa～200MPa，抗折强度20MPa～60MPa的高与超高性能水泥基复合材料。
本发明与同类技术相比具有如下特点：(1)性价比高。本发明所用的原材料取材广泛，价格低廉。(2)绿色环保、节能减排。本发明所用的工业废渣为发电厂、炼铁厂等工业副产品，尾砂为提炼铜、铁等金属后的废弃物，本发明利用了这些材料制备高性能水泥基复合材料，不仅保护了生态环境，而且为尾砂的综合利用开拓了方向。(3)施工方便。本发明采用通普通纤维混凝土相同的成型工艺及标准养护工艺，并未增加任何辅助设备或工序，而且制备的水泥基复合材料流动性好，在实际工程的复杂结构中也能得到广泛应用。
具体实施方式
绿色环保、强度高、韧性好、阻裂能力强的水泥基复合材料是由水泥、工业废渣、高效外加剂、普通河砂、尾砂、超细镀铜钢纤维和水按一定比例混合均匀而成，根据应用需要，通过调整配方，可愿意获得所需要的性能。
结合本发明内容提供以下实施实施例：
以下按重量百分比计：
实施例1：
水泥 16.8％
工业废渣 25.2％
高效外加剂 0.8％
普通河砂 25.2％
尾砂 25.2％
超细镀铜钢纤维 2.7％
其中，工业废渣是由50％的硅灰和50％的粉煤灰组成，拌合水量为水泥与工业废渣总质量的17％，采用标准养护。上述组分按前述工艺制备得到的高性能水泥基复合材料，测得其力学性能如下：
抗压强度(90d)135.8MPa，抗折强度(90d)20.3MPa。
以下按重量百分比计：
实施例2：
水泥 21％
工业废渣 21％
高效外加剂 0.8％
普通河砂 22.7％
尾砂 27.7％
超细镀铜钢纤维 5.4％
其中，工业废渣是由33.3％的硅灰和66.7％的粉煤灰组成，拌合水量为水泥与工业废渣总质量的17％，采用标准养护。上述组分按前述工艺制备得到的高性能水泥基复合材料，测得其力学性能如下：
抗压强度(90d)155.6，抗折强度(90d)35.4MPa。
以下按重量百分比计：
实施例3：
水泥 25.2％
工业废渣 16.8％
高效外加剂 0.8％
普通河砂 25.2％
尾砂 25.2％
超细镀铜钢纤维 5.4％
其中，工业废渣是由40％的硅灰和60％的粉煤灰组成，拌合水量为水泥与工业废渣总质量的17％，采用标准养护。上述组分按前述工艺制备得到的高性能水泥基复合材料，测得其力学性能如下：
抗压强度(90d)162.4，抗着强度(90d)38.6MPa。
以下按重量百分比计：
实施例4：
水泥 25.2％
工业废渣 16.8％
高效外加剂 1％
普通河砂 30.2％
尾砂 20.2％
超细镀铜钢纤维 6.7％
其中，工业废渣是由20％的硅灰、40％的粉煤灰和40％的矿粉组成，拌合水量为水泥与工业废渣总质量的16％，采用标准养护。上述组分按前述工艺制备得到的高性能水泥基复合材料，测得其力学性能如下：
抗压强度(90d)207.6MPa，抗着强度55.7MPa。
以下按重量百分比计：
实施例5：
水泥 21％
工业废渣 21％
高效外加剂 0.8％
普通河砂 25.2％
尾砂 25.2％
超细镀铜钢纤维 6.7％
其中，工业废渣是由20％的硅灰、40％的粉煤灰和40％的矿粉组成，拌合水量为水泥与工业废渣总质量的18％，采用标准养护。上述组分按前述工艺制备得到的高性能水泥基复合材料，测得其力学性能如下：
抗压强度(90d)173.4MPa，抗着强度42.7MPa。
Claims (1)
1.一种绿色环保水泥基复合材料，其特征在于，该材料的重量比为：
其余为水；
所述水泥是强度等级52.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；
所述工业废渣是I级粉煤灰、磨细矿粉、硅灰中两种或三种组成的胶凝材料体系；
所述高效外加剂是减水率大于35％的聚羧酸系外加剂；
所述河砂是最大粒径3mm的普通河砂；
所述尾砂是铁矿尾砂或铜矿尾砂；
所述超细镀铜钢纤维是直径d≤0.2mm、长度1≤15mm的超细平直型镀铜钢纤维。
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