CN102765889A

CN102765889A - 一种含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土的制备方法

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Publication number: CN102765889A
Application number: CN2012102389424A
Authority: CN
Inventors: 倪文; 陈杏婕; 刘佳; 吴辉; 汤畅
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2032-07-11
Also published as: CN102765889B

Abstract

一种含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土的制备方法，属于资源综合利用领域。材料的配料组成为：采矿废石35%-55%，选矿尾矿20%～30%，粉煤灰8%～16%，矿渣6.4%～10%，水泥熟料5.3%～10%，脱硫石膏2.2%～3%。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21%～35%的水。制成的含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土试件标准养护28天抗折强度8MPa～10MPa，28天抗压强度70MPa～90MPa。与现有生产高强混凝土的技术相比，粗细骨料100%采用固体废弃物，水泥熟料所占比例降低30%以上，而粉煤灰、矿渣和脱硫石膏等固体废弃物比例大幅度提高，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

一种含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土的制备方法

技术领域：

本发明属于资源综合利用领域，涉及一种含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土的制备方法。

背景技术：

随着中国冶金工业的迅猛发展，尾矿和废石的排放量逐年增加。中国尾矿累积堆存120亿t以上，年产出量达到15亿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16%。露天开采的矿山剥采比一般为3:1，因此每年的废石产生量是尾矿的3-5倍。绝大多数尾矿和废石尚未被综合利用。大量堆存的尾矿和废石不仅占用土地、浪费资源，污染环境，而且具有严重的安全隐患。而我国每年都在消耗100亿吨以上的天然砂石来生产各种混凝土。因此发展用更多尾矿、废石代替天然砂石生产混凝土并创造经济价值的新技术越来越受到重视。

夏根华等发明了一种工业尾矿硅酸盐水泥（专利公开号：CN 1616372），该发明将经过处理的钙镁质尾矿与水泥熟料、石膏进行混合、粉磨制备成硅酸盐水泥。仍然属于传统高钙体系硅酸盐水泥的一种制造方法。河北中科环保有限公司发明了金属尾矿（矽卡岩尾矿）生产水泥或水泥制品的方法（专利公开号：CN 1621378）。是一种在水泥中加入10~35%的金属尾矿（矽卡岩尾矿）作为混合材，生产水泥及部分代替水泥生产制品的方法，但仍延续了传统高钙体系水泥的基本制造工艺。北京蓝资凝石科技有限公司等发明的一种预处理的尾矿、以该预处理的尾矿为主要原料制备的凝石胶凝材料及其制备方法（专利公开号：CN 1887764）。该发明能够大比例使用尾矿（可达70%以上），少掺（30%以下）或不掺水泥熟料，其采用热液蚀变的原理先对尾矿进行预处理。张卫党发明了一种高性能水泥与高性能混凝土及其制造方法（专利公开号：CN 1896024）。该高性能水泥是由工业废渣（包括水淬高炉矿渣、钢渣、炉渣等）、激活剂、功能调节剂和性能调节剂制备而成。该发明只是利用了少量的工业废渣，其技术路线仍然沿用了传统硅酸盐水泥的技术路线。发明专利 CN1065851《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。

但是以上专利均没有涉及同时利用采矿废石、选矿尾矿和粉煤灰、脱硫石膏、矿渣等多种固体废弃物，并充分利用多重粒级优化和不同固体废弃物之间的相互激发、相互补偿、相互协同来进一步提高混凝土的性能、提高固废利用率、降低成本和减排CO₂。不能在常温制备出抗压强度超过80MPa的高强混凝土预制件，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高强结构材料的方法。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。

发明内容：

本发明利用采矿废石、选矿尾矿、粉煤灰、脱硫石膏、矿渣和少量水泥熟料制备抗压强度超过70MPa的高强混凝土预制件，以实现大比例消纳采矿废石、选矿尾矿、粉煤灰、脱硫石膏等固体废弃物，降低能源消耗和降低CO₂排放的目的。

一种含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土的制备方法。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300m²/kg～400m²/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35%～50%、水泥熟料35%～45%、脱硫石膏10%～20%，最后将混合好的三种物料磨至比表面600m²/kg～700m²/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Ⅰ级粉煤灰混合，得到制备含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土的用胶凝材料2。

3、将质量百分比为25%～35%的胶凝材料2与20%～30%作为细骨料的选矿尾矿及35%-55%作为混凝土粗骨料的采矿废石混合，得到含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土干基混合料。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21%～35%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含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土预制件。

4、所述一种含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土的配料组成质量百分比为：采矿废石35%-55%，选矿尾矿20%～30%，粉煤灰8%～16%，矿渣6.4%～10%，水泥熟料5.3%～10%，脱硫石膏2.2%～3%。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21%～35%的水。制成的含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土试件标准养护28天抗折强度8MPa～10MPa，28天抗压强度70MPa～90MPa。

本发明的优点或积极效果：

（1）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30%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。

（2）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70MPa～90MPa的高强混凝土预制件，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：

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45%、水泥熟料40%、脱硫石膏15%，最后将混合好的三种物料磨至比表面600m²/kg，得到胶凝材料1。

2、将质量百分比为65%的胶凝材料1与35%的Ⅰ级粉煤灰混合，得到制备含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土的专用胶凝材料2。

3、将质量百分比为25%的胶凝材料2与30%作为细骨料的选矿尾矿及45%作为粗骨料的采矿废石混合，得到含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土干基混合料。然后外加占胶凝材料2干基质量0.3% 聚羧酸减水剂和占胶凝材料2干基质量28%的水，搅拌均匀后浇注到模具中振动成型，经标准养护后得到一种含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土预制件。

4、所述一种含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土的配料组成质量百分比为：采矿废石45%，选矿尾矿30%，粉煤灰8.8%，矿渣7.3%，水泥熟料6.5%，脱硫石膏2.4%。然后外加占胶凝材料2干基质量0.3聚羧酸减水剂和占胶凝材料2干基质量28%的水。制成的含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土试件标准养护28天抗折抗压强度见表1。

表1 实施例1含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土试件强度性能

实施例2：

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：首先将高炉水淬矿渣磨细至比表面积400m²/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50%、水泥熟料35%、脱硫石膏15%，最后将混合好的三种物料磨至比表面650m²/kg，得到胶凝材料1。

2、将质量百分比为55%的胶凝材料1与45%的Ⅰ级粉煤灰混合，得到制备含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土的用胶凝材料2。

3、将质量百分比为35%的胶凝材料2与25%作为细骨料的选矿尾矿及40%作为粗骨料的采矿废石混合得到含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土干基混合料。然后外加占胶凝材料2干基质量0.35%的聚羧酸减水剂和占胶凝材料2干基质量23%的水，搅拌均匀后浇注到模具中振动成型，经准养护后得到一种含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土预制件。

4、所述一种含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土的配料组成质量百分比为：采矿废石40%，选矿尾矿25%，粉煤灰15.8%，矿渣9.6%，水泥熟料6.7%，脱硫石膏2.9%。然后外加占胶凝材料2干基质量0.35聚羧酸减水剂和占胶凝材料2干基质量23%的水。制成的含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土试件标准养护28天抗折抗压强度见表2。

表2 实施例2含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土试件强度性能

Figure 2012102389424100002DEST_PATH_IMAGE004

实施例3：

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380m²/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50%、水泥熟料35%、脱硫石膏15%，最后将混合好的三种物料磨至比表面620m²/kg，得到胶凝材料1。

3、将质量百分比为30%的胶凝材料2与25%的作为细骨料的选矿尾矿及45%作为粗骨料的采矿废石混合，得到含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土干基混合料。然后外加占胶凝材料2干基质量1%萘系高效减水剂和占胶凝材料2干基质量25%的水，搅拌均匀后浇注到模具中振动成型，经准养护后得到一种含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土预制件。

4、所述一种含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土的配料组成质量百分比为：采矿废石45%，选矿尾矿25%，粉煤灰13.5%，矿渣8.2%，水泥熟料5.8%，脱硫石膏2.5%。然后外加占胶凝材料2干基质量1%萘系高效减水剂和占胶凝材料2干基质量25%的水。制成的含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土试件标准养护28天抗折抗压强度见表3。

表3 实施例3含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土试件强度性能

Figure 2012102389424100002DEST_PATH_IMAGE006

实施例4：

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380m²/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50%、水泥熟料35%、脱硫石膏15%，最后将混合好的三种物料磨至比表面660m²/kg，得到胶凝材料1。

2、将质量百分比为60%的胶凝材料1与40%的Ⅰ级粉煤灰混合，得到制备含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土的用胶凝材料2。

3、将质量百分比为25%的胶凝材料2与30%作为细骨料的选矿尾矿及45%作为粗骨料的采矿废石混合，得到含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土干基混合料。然后外加占胶凝材料2干基质量1.1%萘系高效减水剂和占胶凝材料2干基质量28%的水，搅拌均匀后浇注到模具中振动成型，经准养护后得到一种含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土预制件。

4、所述一种含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土的配料组成质量百分比为：采矿废石45%，选矿尾矿30%，粉煤灰10.0%，矿渣7.5%，水泥熟料5.3%，脱硫石膏2.2%。然后外加占胶凝材料2干基质量1%萘系高效减水剂和占胶凝材料2干基质量28%的水。制成的含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土试件标准养护28天抗折抗压强度见表4。

表4 实施例4含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土试件强度性能

Claims

1. 一种含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土的制备方法，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：首先将高炉水淬矿渣磨细至比表面积300m²/kg～400m²/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35%～50%、水泥熟料35%～45%、脱硫石膏10%～20%，最后将混合好的三种物料磨至比表面600m²/kg～700m²/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Ⅰ级粉煤灰混合，得到制备含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土的专用胶凝材料2；

（3）将质量百分比为25%～35%的胶凝材料2与20%～30%作为细骨料的选矿尾矿及35%-55%作为混凝土粗骨料的采矿废石混合，得到含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土干基混合料；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21%～35%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含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土预制件。

2.如权利要求1所述一种含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土的制备方法，其特征在于，该含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土的配料组成质量百分比为：采矿废石35%-55%，选矿尾矿20%～30%，粉煤灰8%～16%，矿渣6.4%～10%，水泥熟料5.3%～10%，脱硫石膏2.2%～3%；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21%～35%的水。