CN102617060A - 一种高岭土尾矿复合粉及在预拌混凝土中的应用 - Google Patents

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邓元臣
胡佩伟
庄启斌
李晓鸣
朱永杰
傅梁杰
唐爱东
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Abstract

本发明提供一种高岭土尾矿复合粉及在预拌混凝土中的应用，该粉体包括下述组分：高岭土尾矿、氧化钙、无水硫酸钙、水玻璃或氢氧化钠中的至少一种按一定质量配料并通过机械细磨而成。其在预拌混凝土中的应用，是在混凝土中添加占混凝土质量2.4～4.5％的高岭土尾矿复合粉；该粉体完全可替代粉煤灰来配制普通混凝土用于施工，且拌合物具有更好的保水性与黏聚性，不影响混凝土的力学及耐久性能。本发明组分配比合理、可替代F类粉煤灰，配制满足混凝土强度、和易性、耐久性要求。适用于水电大坝、道路、港口码头、公用/民用建筑等工程中的混凝土配制，解决了粉煤灰地区供需不平衡的问题，制造成本低，环境友好，具有显著的经济和社会效益。

Description

一种高岭土尾矿复合粉及在预拌混凝土中的应用
技术领域
本发明公开了一种高岭土尾矿复合粉及在预拌混凝土中的应用，主要涉及一种可替代粉煤灰用作水泥或混凝土掺和料的高岭土尾矿复合粉体，属于矿物资源加工及应用技术领域。
背景技术
粉煤灰是煤粉经过燃烧后，从锅炉烟气中排放出的细灰状残留物，是一种人工火山灰质物质，工业“三废”之一。目前，其主要应用于混凝土的配制中，具有改善混凝土强度、干缩性、节约水泥、降低成本等作用。国外把CaO含量超过10％的粉煤灰称为C类灰，低于10％的粉煤灰称为F类灰。C类灰本身具有一定的水硬性，可作水泥混合材，F类灰常作混凝土掺和料，它比C类灰使用时的水化热要低。根据不同的技术要求，这两类粉煤灰又分别有国标I级、II级和III级之分。
近年来，我国能源工业稳步发展，发电能力年增长率为7.3％，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，到2010年达到近4亿t。虽然资源总量很大，但资源分布不均衡，利用受地域限制，有些地区粉煤灰堆存压力大且污染环境，亟待充分利用，有些地区则粉煤灰资源匮乏，使用成本很高；另外，随着粉煤灰综合利用技术的不断发展，其在生产粉煤灰水泥、粉煤灰砖/硅酸盐砌块等其他建筑材料、农业肥料和土壤改良剂、回收工业原料、环境材料、高分子材料等领域的用量也不断增加，以上因素使我国粉煤灰市场供求关系更不平衡。以广西为例，广西是水泥生产大省，根据国家有关规定，必须掺入40％以上的废物才算资源综合利用产品，才能享受退税政策。因此，各水泥厂都在抢电厂的粉煤灰，粉煤灰成为紧俏货，供不应求。此外，企业生产成本受到运输半径的制约，如果电厂位于运输半径100公里之内，使用它的粉煤灰是最划算的；但如果超过200公里，运输成本高，生产就会亏损。
目前，无论是生产销售粉煤灰还是利用粉煤灰作原料生产其他建材产品，均没有相关增值税优惠政策；在缺少火力发电厂的地区，粉煤灰资源也就匮乏。因此，为了节约水泥、降低混凝土成本，改善混凝土性能，平衡地区发展，寻找可替代粉煤灰的新型粉体具有极大的经济和社会意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种组分配比合理、可替代F类粉煤灰，配制满足混凝土强度、和易性、耐久性要求的高岭土尾矿复合粉及在预拌混凝土中的应用。
一种高岭土尾矿复合粉，包括下述组分按质量百分比组成：
Figure BDA0000147910970000021
本发明一种高岭土尾矿复合粉中，所述高岭土尾矿由下述组分按质量百分比组成：
Figure BDA0000147910970000022
本发明一种高岭土尾矿复合粉中，所述CaO选用生石灰或消石灰中的至少一种获得。
本发明一种高岭土尾矿复合粉中，所述高岭土尾矿含水率≤1％。
本发明一种高岭土尾矿复合粉中，所述无水硫酸钙选自煅烧硬石膏或天然硬石膏中的至少一种。
本发明一种高岭土尾矿复合粉中，所述复合粉的细度大于45μm的量≤10％，比表面积500～600m2/Kg，含水率≤1％。
本发明一种高岭土尾矿复合粉在预拌混凝土中的应用，是在混凝土中添加占混凝土质量2.4～4.5％的高岭土尾矿复合粉；所述混凝土的组分按重量百分比为：
Figure BDA0000147910970000023
Figure BDA0000147910970000031
本发明一种高岭土尾矿复合粉在预拌混凝土中的应用中，所述普通水泥为硅酸盐水泥。
本发明一种高岭土尾矿复合粉在预拌混凝土中的应用中，所述砂石由中砂与碎石组成，所述中砂与碎石的质量比为：1∶(1.2-1.4)；所述中砂的细度模数为2.8；所述碎石的粒度为5～31.5mm。
本发明一种高岭土尾矿复合粉在预拌混凝土中的应用中，所述减水剂为缓凝型聚羧酸高效减水剂，减水率＞25％。
本发明由于采用上述组分配比，通过生石灰或消石灰以及煅烧硬石膏或天然硬石膏，提高尾矿的含钙量，使得到的高岭土尾矿复合粉水硬性提高，实现替代水煤灰的目的。本发明与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：
(1)本发明的粉体可完全替代粉煤灰配制混凝土，为粉煤灰资源匮乏地区提供了另一种可供选择的新型粉体，可减少水泥用量，降低工程造价；
(2)本发明的粉体配制的混凝土能够达到普通混凝土的施工及强度要求，混凝土的耐久性能、抗渗性及增强抗酸、碱腐蚀性均达到技术要求；
(3)本发明所用主要原料为高岭土矿山选矿尾矿，属于固体废弃物综合利用，复合粉体加工简单、成本低廉，具有显著的经济和社会效益。
综上所述，本发明组分配比合理、可替代F类粉煤灰，配制满足混凝土强度、和易性、耐久性要求。适用于水电大坝、道路、港口码头、公用/民用建筑等工程中的混凝土配制，解决了粉煤灰地区供需不平衡的问题，制造成本低，环境友好，具有显著的经济和社会效益。
具体实施方式
以下实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，还可以作出各种变换和变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。
实施例1：
采用国内某地高岭土尾矿作为主要原料，化学成分按重量百分比为：
  成分   SiO2   Al2O3   Fe2O3   CaO   MgO   K2O+Na2O   其他
  含量   83.34   10.05   0.35   0.15   0.08   2.23   3.80
按如下质量百分比称取混合料：
(1)高岭土尾矿(含水率＜1％)        91％
(2)生石灰        7.0％(按CaO含量)
(3)天然硬石膏    1.25％
(4)氢氧化钠      0.75％
将该混合物通过普通球磨机研磨得到高岭土尾矿复合粉，其细度400目筛余量为13.6wt％、比表面积为550m2/kg、含水率＜1％。
将得到的高岭土尾矿复合粉按混凝土质量的2.4％添加到预拌混凝土中；所述混凝土的组分按重量百分比为：
Figure BDA0000147910970000041
表1为采用本实施例制备的高岭土尾矿复合粉添加到预拌混凝土中与现有技术采用粉煤灰作为掺和料配制的预拌混凝土的施工及力学性能结果。
表2为预拌混凝土中添加本实施例制备的高岭土尾矿复合粉后，预拌混凝土的耐久性评定结果。
表1
Figure BDA0000147910970000042
从表1的结果可以看出：实施例制备的高岭土尾矿复合粉添加到预拌混凝土后，混凝土的力学性能整体趋向增强。从该指标来看，完全可替代F类II级粉煤灰来配制混凝土，其使用还能改善混凝土拌合物的保水性与黏聚性。
表2
Figure BDA0000147910970000051
表2混凝土耐久性能检验结果，系统评价了掺复合粉体后混凝土的抗氯离子渗透性能(电通量)、抗碳化性能、早期抗裂性能、抗水渗透性能(渗水高度)、混凝土中钢筋锈蚀、抗硫酸盐侵蚀性能、收缩率等指标，从表中的评定结果可判定样品状态无异常。
实施例2
将实施例1中得到的高岭土尾矿复合粉按混凝土质量的4.38％添加到预拌混凝土中；所述混凝土的组分按重量百分比为：
Figure BDA0000147910970000052
表3为采用本实施例制备的高岭土尾矿复合粉添加到预拌混凝土中与现有技术采用粉煤灰作为掺和料配制的预拌混凝土的施工及力学性能结果。
表3
Figure BDA0000147910970000062
从表3的结果可以看出：实施例制备的高岭土尾矿复合粉添加到预拌混凝土后，混凝土的力学性能整体趋向增强。从该指标来看，完全可替代F类II级粉煤灰来配制混凝土，其使用还能改善混凝土拌合物的保水性与黏聚性。
实施例3
将实施例1中得到的高岭土尾矿复合粉按混凝土质量的2.55％添加到预拌混凝土中；所述混凝土的组分按重量百分比为：
Figure BDA0000147910970000063
表4为采用本实施例制备的高岭土尾矿复合粉添加到预拌混凝土中与现有技术采用粉煤灰作为掺和料配制的预拌混凝土的施工及力学性能结果。
表4
Figure BDA0000147910970000071
从表4的结果可以看出：实施例制备的高岭土尾矿复合粉添加到预拌混凝土后，混凝土的力学性能整体趋向增强。从该指标来看，完全可替代F类II级粉煤灰来配制混凝土，其使用还能改善混凝土拌合物的保水性与黏聚性。
实施例4
表5为普通42.5硅酸水泥A与用30wt％实施例1制备的高岭土尾矿复合粉等量取代普通42.5硅酸水泥后的复合水泥B的性能对比，从表中可看出两者的标准稠度用水量没有变化，检测得出复合粉体需水量比为100％。另外，初凝和终凝时间均符合常用水泥产品的指标要求，安定性合格。掺入30wt％复合粉体后的复合水泥B的胶砂28天抗压强度与基准样A的比为75.8％，结果说明该粉体用于混凝土配制是可行的。
表5中，A-普通42.5硅酸水泥；B-70wt％普通42.5硅酸水泥+30wt％高岭土尾矿复合粉。
表5
Figure BDA0000147910970000072

Claims (9)

1.一种高岭土尾矿复合粉，包括下述组分按质量百分比组成：
Figure FDA0000147910960000011
2.根据权利要求1所述的一种高岭土尾矿复合粉，所述高岭土尾矿由下述组分按质量百分比组成：
Figure FDA0000147910960000012
。
3.根据权利要求2所述的一种高岭土尾矿复合粉，其特征在于：所述CaO选用生石灰或消石灰中的至少一种获得。
4.根据权利要求3所述的一种高岭土尾矿复合粉，其特征在于：所述高岭土尾矿含水率≤1％。
5.根据权利要求4所述的一种高岭土尾矿复合粉，其特征在于：所述无水硫酸钙选自煅烧硬石膏或天然硬石膏中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的一种高岭土尾矿复合粉，其特征在于：所述复合粉的细度大于45μm的量≤10％，比表面积500～600m2/Kg，含水率≤1％。
一种高岭土尾矿复合粉在预拌混凝土中的应用，是在混凝土中添加占混凝土质量2.4～4.5％的高岭土尾矿复合粉；所述混凝土的组分按重量百分比为：
Figure FDA0000147910960000021
7.根据权利要求6所述的一种高岭土尾矿复合粉在预拌混凝土中的应用中，其特征在于：所述普通水泥为硅酸盐水泥。
8.根据权利要求7所述的一种高岭土尾矿复合粉在预拌混凝土中的应用中，其特征在于：所述砂石由中砂与碎石组成，所述中砂与碎石的质量比为：1∶(1.2-1.4)；所述中砂的细度模数为2.8；所述碎石的粒度为5～31.5mm。
9.根据权利要求8所述的一种高岭土尾矿复合粉在预拌混凝土中的应用中，其特征在于：所述减水剂为缓凝型聚羧酸高效减水剂，减水率＞25％。 
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