CN105601206A - 一种铁矿废石自密实混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铁矿废石自密实混凝土，所述混凝土由铁矿废石、水泥、砂、掺合料、水和外加剂经过混合搅拌制备而成，所述铁矿废石是铁矿石开采下的不含矿的围岩和夹石，经机械破碎、筛选成粒径5~20mm连续级配的碎石，所述外加剂为聚羧酸系高效减水剂、引气剂和增粘剂复合而成的复合型外加剂，所述掺合料为粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、石粉中的任一种或两种以上的复合料，所述砂采用Ⅱ区天然中砂或混合中砂。本发明提供的铁矿废石开发利用铁矿废石不仅降低了天然铁矿石的开采量和开采能耗，而且减少了铁矿废石本身对环境的破坏，具有显著的社会效益，另外开发利用铁矿废石可以大大降低混凝土的生产成本，产生较大的经济效益。

Description

一种铁矿废石自密实混凝土
技术领域
本发明属于铁矿废石资源综合利用领域，具体涉及一种铁矿废石作为粗集料制备的自密实混凝土。
背景技术
国内地区矿山资源丰富，矿山开采为同内的经济建设提供了大量的矿产能源，同时矿山开采遗留下的尾矿、废石也是逐年递增，这些矿山固体废弃物主要包括铁矿废石、石灰石废石、铁尾矿、煤矸石和黄金尾矿五种固体废弃物，这些废弃物不仅占压大量土地、污染土壤和水体，还会引发地质灾害，是国内城市发展的一个巨大隐患，矿山泥石流的形成与发生主要是因山区矿产资源开发过程中废石弃土不合理堆排造成的。我国对于矿山的废弃物治理及利用，近年刚开始重视，但是较之其它废弃物重视程度要低得多，尤其是废石。因此，政府高度关注矿山废弃物综合利用工作，并把尾矿、废石的综合利用列为一项重点工作。
通过近年的不断努力，国内矿山固体废弃物综合利用取得了较大的进展，特别是将石灰石废石和铁矿废石破碎筛分后用作预拌混凝土、沥青混合料等建筑材料的粗骨料，这些技术已在国内某些地区得到大规模应用。铁矿废石的回收利用是矿山实现尾矿资源化、无害化的发展方向。开发利用铁尾矿不仅可以使矿产资源得到充分利用，解决环境污染问题，还可以使企业实现可持续发展、产生可观的经济效益。
近年来，已有废石整体加工利用为各种产品，如用作混凝土粗骨料、铁路道渣、水泥原料、铸石生产原料、生产矿物棉的原料、冶炼熔剂、地下深部开采矿山采空区的充填料和耐火粘土等，近期本发明人采用废弃材料铁尾矿、机制砂组成混合砂替代天然砂配制混凝土、以铁尾矿泥为原料配制陶粒轻质混凝土的技术，但国内尚无将铁矿废石作为粗集料制备自密实混凝土的报道。申请号200910070563.7，名称“铁尾矿混凝土”的发明专利提供了一种铁尾矿混凝土，该铁尾矿混凝土的成份有水泥、选矿废石与碎屑、掺合料及混凝土用泵送剂，该发明是将选矿废石用于普通混凝土中，而非本发明用于自密实混凝土中，配合比也完全不同。申请号201110267513.5，名称“一种铁矿尾矿自密实混凝土及其制备方法”的发明专利中采用铁矿尾矿与机制砂或天然砂制成的混合砂制备自密实混凝土，将铁尾矿作为细集料制备混凝土，而非本发明将铁矿废石作为粗集料制备自密实混凝土，与本发明有本质的区别。
发明内容
本发明的目的是提供一种铁矿废石自密实混凝土，采用铁矿废石作为粗集料，与砂、水泥和掺合料合理搭配构成的胶凝材料体系再加上外加剂，通过调整混凝土体系空隙率和拌合物粘度配制自密实混凝土。
本发明采用的技术方案为：
一种铁矿废石自密实混凝土，所述混凝土由以下质量百分比组分物质经过混合搅拌制备而成：
铁矿废石42%～46%，
水泥8.5%～11.5%，
砂25%～37%，
掺合料3.5%～10.5%，
水6.6%～7.8%，
外加剂0.2%～0.5%。
所述铁矿废石是铁矿石开采下的不含矿的围岩和夹石，经机械破碎、筛选成粒径5~20mm连续级配的碎石，碎石含泥量≤1.0%,泥块含量≤0.2%，针片状颗粒总含量≤5.0，吸水率≤1.0%，压碎指标≤15%，硫化物及硫酸盐含量≤0.5%，碱集料反应膨胀率≤0.2%，内、外照射指数≤1.0。
所述外加剂为聚羧酸系高效减水剂、引气剂和增粘剂复合而成的复合型外加剂，其中聚羧酸系高效减水剂减水率≥20%，增粘剂采用纤维素或酰胺类聚合物。
所述掺合料为粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、石粉中的任一种或两种以上的复合料。
所述砂采用Ⅱ区天然中砂或混合中砂，砂率36%~47%。
所述水泥优选42.5级硅酸盐水泥。
所述砂、水泥与掺合料共同构成混凝土中的胶凝材料，胶凝材料与混凝土的质量体积比280～520kg/m3，水与混凝土的质量体积比为156～185kg/m3，水和胶凝材料质量比为0.30～0.66：1。
所述胶凝材料与混凝土的质量体积比优选400～500kg/m3。
本发明的有益效果：
（1）开发利用铁矿废石不仅减少了开采天然铁矿石对生态环境的破坏，降低天然铁矿石的开采量和开采能耗，而且减少了铁矿废石本身对环境的破坏，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）开发利用铁矿废石可以大大降低混凝土的生产成本，产生较大的经济效益。
（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，可以享受免收增值税的优惠政策，增加企业的经济效益。
具体实施方式：
以下结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例
一种铁矿废石自密实混凝土，所述混凝土由表1的质量份数组分物质经过混合搅拌制备而成：
表1自密实混凝土基准配合比（份）
编号 水胶比 水 水泥 粉煤灰 矿渣粉 砂率 铁矿废石 外加剂（与水泥与掺合料质量之和的百分比）
C20SCC 0.60 185 220 40 50 45 1020 1.9%
C30SCC 0.48 180 240 65 70 42 1050 2.0%
C40SCC 0.41 175 250 80 95 39 1070 2.2%
C50SCC 0.33 165 270 120 105 37 1080 2.3%
所述铁矿废石是铁矿石开采下的不含矿的围岩和夹石，经机械破碎、筛选成粒径5~20mm连续级配的碎石，碎石含泥量≤1.0%,泥块含量≤0.2%，针片状颗粒总含量≤5.0，吸水率≤1.0%，压碎指标≤15%，硫化物及硫酸盐含量≤0.5%，碱集料反应膨胀率≤0.2%，内、外照射指数≤1.0。
所述外加剂为聚羧酸系高效减水剂、引气剂和增粘剂复合而成的复合型外加剂，其中聚羧酸系高效减水剂减水率≥20%，增粘剂采用纤维素或酰胺类聚合物。
所述掺合料为粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、石粉中的任一种或两种以上的复合料。
所述砂采用Ⅱ区天然中砂或混合中砂，砂率36%~47%。
所述水泥优选42.5级硅酸盐水泥。
本发明各组分的配合比设计思路：
自密实混凝土要求高流动性和高抗离析性能，实现高流动性主要依靠减水剂对混凝土颗粒体系的表面活性作用，通常通过高效减水剂即可实现；对于高流动性的混凝土的高抗离析性能，则要求混凝土拌合物具有足够的粘度，粗、细集料与各粒级粉体材料、水分子组成结合紧密的稳定体系，一般要求在混凝土流动过程中粗集料能被砂浆挟裹移动到最外边缘处，当混凝土拌合物堆积到一定高度，粗骨料不能下沉，出现离析泌水等和易性不良的状态。
在配制表1的自密实混凝土过程中主要采取以下措施：
（1）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；根据季节和气温情况，辅以适量的保塑剂和缓凝剂。
（2）通过掺加优质的矿物掺合料和多级配铁矿废石、混合砂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。
（3）增加砂率可以增加混凝土拌合物粘聚性能，但是可能会对混凝土力学性能产生比例影响，因此采取5～20mm铁矿废石、Ⅱ区混合中砂合理搭配优化组合，实现尽可能低的砂率配制自密实混凝土。
（4）通过选用优质的粉煤灰、磨细矿渣粉、磨细石粉等搭配组合，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。
混凝土试配及调整：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。经过大量试配试验和调整，对表1配制的自密实混凝土最佳工作性能测试见表2。
表2自密实混凝土工作性能试验数据
根据相关测试方法对表1配制的自密实混凝土抗压强度性能进行测试，结果如表3所示。
表3自密实混凝土抗压强度试验数据

Claims (8)

1.一种铁矿废石自密实混凝土，其特征在于，所述混凝土由以下质量百分比组分物质经过混合搅拌制备而成：
铁矿废石42%～46%，
水泥8.5%～11.5%，
砂25%～37%，
掺合料3.5%～10.5%，
水6.6%～7.8%，
外加剂0.2%～0.5%。
2.根据权利要求1所述的一种铁矿废石自密实混凝土，其特征在于，所述铁矿废石是铁矿石开采下的不含矿的围岩和夹石，经机械破碎、筛选成粒径5~20mm连续级配的碎石，碎石含泥量≤1.0%,泥块含量≤0.2%，针片状颗粒总含量≤5.0，吸水率≤1.0%，压碎指标≤15%，硫化物及硫酸盐含量≤0.5%，碱集料反应膨胀率≤0.2%，内、外照射指数≤1.0。
3.根据权利要求1所述的一种铁矿废石自密实混凝土，其特征在于，所述外加剂为聚羧酸系高效减水剂、引气剂和增粘剂复合而成的复合型外加剂，其中聚羧酸系高效减水剂减水率≥20%，增粘剂采用纤维素或酰胺类聚合物。
4.根据权利要求1所述的一种铁矿废石自密实混凝土，其特征在于，所述掺合料为粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、石粉中的任一种或两种以上的复合料。
5.根据权利要求1所述的一种铁矿废石自密实混凝土，其特征在于，所述砂采用Ⅱ区天然中砂或混合中砂，砂率36%~47%。
6.根据权利要求1所述的一种铁矿废石自密实混凝土，其特征在于，所述水泥优选42.5级硅酸盐水泥。
7.根据权利要求1所述的一种铁矿废石自密实混凝土，其特征在于，所述砂、水泥与掺合料共同构成混凝土中的胶凝材料，胶凝材料与混凝土的质量体积比280～520kg/m3，水与混凝土的质量体积比为156～185kg/m3，水和胶凝材料质量比为0.30～0.66：1。
8.根据权利要求7所述的一种铁矿废石自密实混凝土，其特征在于，所述胶凝材料与混凝土的质量体积比优选400～500kg/m3。
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