CN102320803B - 一种铁矿尾矿自密实混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁矿尾矿自密实混凝土及其制备方法，它是粗集料、细集料、水泥、胶凝材料、外加剂加水制备而成，其中：粗集料38.00%～46.00%，采用5～20mm级配碎石；细集料23.00%～37.00%，采用铁矿尾矿与机制砂或天然砂制成的混合砂，混合砂满足Ⅱ区中砂的技术要求，其中铁矿尾矿与机制砂或天然砂的质量之比为3：7～7：3为佳；胶凝材料15.00%～24.00%，采用水泥、粉煤灰、磨细矿渣粉三种的混合物；水胶比0.30～0.50；外加剂0.30%～0.48%，采用减水剂、增粘剂的混合物；所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，增粘剂采用纤维素、酰胺类聚合物。本发明不仅减少了开采天然砂对生态环境的破坏，而且减少了铁矿尾矿本身对环境的破坏，变废为宝，实现资源二次利用，采用铁矿尾矿还可以大大降低混凝土成本，具有显著的社会效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，尤其是涉及一种利用工业固体废物铁矿尾矿、粉煤灰等为原料制备的自密实混凝土。
背景技术
矿产资源是人类社会赖以生存的重要自然资源，矿产资源的开发与利用为社会进步提供了巨大动力，同时也丢弃了大量的废石和尾矿等矿产废弃物；矿产废弃物的持续增长所带来的环境污染压力已成为影响我国建设循环经济社会、实现可持续发展战略目标的棘手难题，急需研究和解决。
我国是个矿业大国，但大多数矿山资源的品位较低，在选矿流程中排出大量的尾矿，随着矿产资源利用程度的提高，矿石的可开采品位相应降低，尾矿产生量也在增加。据统计，2000年以后，我国矿山每年尾矿产生量达到6亿吨以上，按此推算，现有尾矿的总堆存量约在80亿吨左右。这些尾矿不仅要侵占大量的土地，污染矿区与周边地区的环境，形成安全隐患，而且每年还需要投入大量资金维护尾矿库的正常运行。因此，开展尾矿循环利用和减排的工作，使之变废为宝，化害为利，可有效缓解资源和环境得双重压力，可谓一举多得。
尾矿作为矿山废弃物是一个相对的概念，是一种潜在的二次资源。换言之，尾矿具有二次资源与环境污染双重特性。随着科学技术的进步，矿山废弃物成为资源的观念逐渐被人们接受，资源的二次利用日益被人们所重视。铁矿尾矿现在的主要利用途径是生产建筑中砂。建筑中砂生产过程是将铁矿尾矿中的粗颗粒筛选出来作为建筑中砂，然后将剩下的细颗粒再排放到尾矿库中，由于铁矿尾矿粒径大部分在1mm以下，符合建筑中砂范围的粗颗粒很少，大部分铁矿尾矿仍然要排放到尾矿库中存放。另外，生产空心砌块、彩色陶粒、琉璃瓦等产品国内虽有成熟技术，但由于生产过程需要烧结或高温、高压养护，能耗较高，广泛推广远远不够。目前，我国铁矿尾矿利用率不到10%；如果把铁矿尾矿利用与大规模的自密实混凝土生产结合起来，直接利用或与机制砂、天然砂混合制成混合砂，可以实现铁矿尾矿逐步消纳、有效降低库存量的目标，既解决了铁矿尾矿的综合利用问题，又解决了建设用砂资源问题，则是一举两得的好事。
自密实混凝土、高性能混凝土技术就是为了适应建筑业的飞速发展而提出来的，它不但可解决混凝土施工难度，而且还可以消除人为因素而造成的混凝土工程质量事故，同时也大大降低了工人的劳动强度，改善了劳动环境，加快了工程进度，大大提高了工程质量，为解决配筯过密、薄壁、形状复杂、振捣困难等施工带来了福音。有些结构物钢筋密集、断面狭窄；有的待浇筑混凝土处于已有结构的下方，难以用传统方法有效浇筑，这些结构混凝土常常不易得到完全捣实而形成缺陷，应用自密实混凝土可以很好地解决这一问题。此外，应用自密实混凝土还有许多优点，如：加快施工速度、节省劳动力、提高混凝土质量、减少噪音污染、降低综合造价等。
近20 年来，由于自密实混凝土的优越性，自密实混凝土的研究与应用实践在世界范围内广泛展开。但把铁矿尾矿应用到自密实混凝土中，国内尚无报导，中国发明专利申请200910184993“一种铁矿尾矿预拌混凝土及其制备方法”所公开的技术是用铁矿尾矿代替天然中砂配制Ｃ１０～Ｃ４０预拌混凝土，没有涉及到在自密实混凝土中的应用技术，而且本发明不仅可以用铁矿尾矿代替天然中砂，还可以和机制砂、天然砂制成混合砂应用到自密实混凝土中，所以本明的实施具有明显的创新意识和竞争意识。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术中存在的上述问题，而提供一种尾矿利用率高、可以大大降低混凝土成本的铁矿尾矿自密实混凝土，以实现大量消耗铁矿尾矿和降低混凝土造价的双重目的。
为实现本发明的上述目的，本发明一种铁矿尾矿自密实混凝土采用以下技术方案实现。
本发明一种铁矿尾矿自密实混凝土是粗集料、细集料、胶凝材料、外加剂加水制备而成，单方混凝土中各组分质量含量范围为：
粗集料：38.00%～46.00%，采用5～20mm级配碎石；
细集料: 23.00%～37.00%，采用铁矿尾矿与机制砂或天然砂制成的混合砂，混合砂满足Ⅱ区中砂的技术要求；其中铁矿尾矿与机制砂或天然砂的质量之比为3：7～7：3为佳；
胶凝材料：15.00%～24.00%，采用水泥、粉煤灰、磨细矿渣粉三种的混合物，其中水泥占胶凝材料总质量的50%～65％，以51%～55％为宜，以51%～53％为佳；
外加剂：0.30%～0.48%，采用减水剂、增粘剂的混合物，其中减水剂占外加剂总质量的60%～90%。所述的减水剂优先选择聚羧酸系高性能减水剂，增粘剂采用纤维素、酰胺类聚合物，用于增加混凝土拌合物粘度，提高抗离析性能；
其余为水，水胶比为0.30～0.50。
所述的粗集料也可以采用5～10mm 碎石、10～20mm 碎石两种碎石混合组成，二者的质量之比为1/3～1/20，以1/5～1/10为优。
所述的聚羧酸减水剂采取先消后引的工艺，通常引入混凝土的含气量宜控制在 3%～4%之间。
本发明铁矿尾矿自密实混凝土的制备方法是：
1.对铁矿尾矿原材料进行化学成份分析、物理试验和放射性等指标进行检测，性能指标应符合国标GB/T14684-2001《建筑用砂》、建材行业标准 JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》和GB6566-2001《建筑材料放射性核素限量》中的各项指标要求。
2．配合比设计中采用铁矿尾矿与机制砂或天然砂制成混合砂组成细集料，应使混合砂满足Ⅱ区中砂的技术要求；采用5～10mm 碎石、10～20mm 碎石两种碎石组成粗集料，应用最大容重理论确定粗集料的各组分最佳组成。
3．选用聚羧酸系高性能减水剂为主的复合型多功能外加剂，其中减水剂优先选择聚羧酸系高性能减水剂，聚羧酸减水剂采取先消后引的工艺，通常引入混凝土的含气量宜控制在 3%～4%之间；增粘剂采用纤维素、酰胺类聚合物，用于增加混凝土拌合物粘度，提高抗离析性能；
4．通过掺加优质的矿物掺合料和多级配的铁矿尾矿、机制砂或天然砂、二级配碎石来调节混凝土塑性粘度等流变性能,同时优化浆固比,改善混凝土和易性,提高混凝土粘聚性能和填充性能。
5．通过选用优质的水泥、粉煤灰、磨细矿渣粉等胶凝材料，采取铁矿尾矿、机制砂或天然砂、 5～20mm级配碎石合理搭配优化组合，选用聚羧酸系高性能减水剂为主的复合型多功能外加剂降低用水量，降低胶凝材料用量，从而增加粗细集料用量，增加自密实混凝土的体积稳定性和耐久性能。
6．检测自密实混凝土工作性能主要包括流动性、抗离析性和填充性。每种性能均可采用坍落扩展度试验、V 漏斗试验（或 T500 试验）和 U 型箱试验等方法检测。经过试配试验和调整，使配制的自密实混凝土工作性能和配合比设计符合标准 CECS203:2006《自密实混凝土应用技术规程》中的要求。、
7．检测自密实混凝土的力学性能。力学性能试验方法按照 GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行试验，检测指标要求满足设计强度要求。
8．检测自密实混凝土长期性能和耐久性能试验，包括碳化试验、抗氯离子渗透试验、抗冻试验、收缩试验和碱-骨料反应试验等长期耐久性能试验，保证各项基本性能指标满足混凝土耐久性的检验评定标准。
本发明一种铁矿尾矿自密实混凝土及其制备方法采用以上技术方案后，其优点或积极效果为：
1．开发利用铁矿尾矿不仅减少了开采天然砂对生态环境的破坏，而且减少了铁矿尾矿本身对环境的破坏，变废为宝，实现资源二次利用，完全符合可持续发展、实现循环经济的基本国策，具有显著的社会效益。
2．开发利用铁矿尾矿还可以大大降低混凝土成本，产生可观的经济效益。
3．按国家对资源综合利用的税收政策，使用采矿废石、选矿尾矿达到30%的企业，还可以享受免收增值税的优惠政策，效益更加明显。
具体实施方式
为进一步描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明一种铁矿尾矿自密实混凝土及其制备方法作进一步的描述。
实施例1—4：
表1列示了本发明铁矿尾矿自密实混凝土单方中各组分含量。
表2列示了本发明铁矿尾矿自密实混凝土工作性能试验数据。
表3列示了本发明铁矿尾矿自密实混凝土抗压强度试验数据。
按照以上配合比进行自密实混凝土基本性能试验，包括抗快速碳化性能、氯离子渗透系数、库仑电量试验、快速冻融性能、干缩变形性能等长期耐久性能试验，各项性能指标完全可以满足混凝土长期耐久性能的基本技术要求。
表4列示了实施例5—实施例10制备的铁矿尾矿自密实混凝土单方中各组分含量。
经检测，实施例5—实施例10的各项性能指标满足标准 CECS203:2006《自密实混凝土应用技术规程》中的技术指标要求。
Claims (1)
1.一种铁矿尾矿自密实混凝土，其特征在于：它是粗集料、细集料、胶凝材料、外加剂加水制备而成，单方混凝土中各组分质量含量范围为：
粗集料：38.00%～46.00%，采用5～10mm 碎石、10～20mm 碎石两种碎石混合组成，二者的质量之比为1/5～1/10；
细集料:23.00%～37.00%，采用铁矿尾矿与机制砂或天然砂制成的混合砂，混合砂满足Ⅱ区中砂的技术要求；所述的细集料中铁矿尾矿与机制砂或天然砂的质量之比为3：7～7：3
胶凝材料：胶凝材料15.00%～24.00%，采用水泥、粉煤灰、磨细矿渣粉三种的混合物，其中水泥占胶凝材料总质量的51%～53％；
外加剂： 0.30%～0.48%，采用减水剂、增粘剂的混合物，其中减水剂占外加剂总质量的60%～90%；所述的减水剂采用聚羧酸系高性能减水剂，增粘剂采用纤维素、酰胺类聚合物；
加水量控制为水胶比在0.30～0.44范围；所述的聚羧酸减水剂采取先消后引的工艺，引入混凝土的含气量控制在 3%～4%之间。
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