CN107473660A - 一种高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块及其制备和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块及其制备和应用。本发明的高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块每立方米所述混凝土中各组分用量如下：水泥260kg～380kg；粉煤灰85kg～95kg；硅灰30kg～40kg；铁尾矿粉0kg～112kg；铁尾矿砂670kg～690kg；硫磺21.8～22.2kg；石子995kg～1005kg；水160～170kg；减水剂4.8～5.1kg。本发明工艺简单，使用的铁尾矿砂与铁尾矿粉均为矿场排放的废弃物，过筛后直接使用，变废为宝，充分响应国家对应绿色施工的号召。铁尾矿砂与铁尾矿粉的填充作用提高了混凝土的密实度，对混凝土进行渗硫处理，改善了混凝土孔隙率。双重作用下极大提高了恶劣环境下混凝土构件的耐久性。极大限度地抵抗外界恶劣环境对构筑物的侵蚀，延长了建筑物的使用寿命。

Description

一种高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块及其制备和应用
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块及其制备和应用。
背景技术
当前建筑物结构形式多种多样，由于民用及公共建筑物使用环境较好，日常保养比较到位，基本都能在设计使用年限内保证建筑的可靠性；而工厂设施、能源设施等使用过程中内部不稳定的因素较多，混凝土的强度远不能满足工业建筑的需求，使用30年左右的建筑结构就会出现表面剥落和开裂的问题，说明此类混凝土耐久性较差。
尾矿是选矿后的废弃物，是工业固体废弃物的主要组成部分。但是现阶段我国尾矿综合利用率低，其堆积占用大量的土地资源，而且我国尾矿库的数量在不断增加。尾矿中含有较多的重金属离子，其渗入地下，将严重污染河流及地下水资源。而且很多尾矿库超期使用，甚至违规操作，使尾矿库存在极大安全隐患，对周边地区人民财产和生命安全造成严重威胁。
综上，如何能利用废弃物铁尾矿制备出高强度混凝土砌块是一个非常有价值的研究方向。因为制备出的高强度混凝土砌块一方面可以解决工业废弃物污染环境、处理费用高昂、占地面积大的问题，另一方面，可以将现有的混凝土砌块抗压强度进一步提高，使建筑物具备抗氯离子侵蚀和抗冻的能力，满足恶劣环境下对建筑物高耐久性的要求，最终达到延长建筑物的使用年限、提高建筑设施的使用安全性的目的。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块，通过调整混凝土砌块自身结构，提高混凝土砌块的抗压强度、抗氯离子侵蚀能力和抗冻性能，同时缓解我国尾矿堆存量大，利用价值低，影响城市及周边环境的问题。
本发明的具体技术方案如下：
一种高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块，每立方米所述混凝土中各组分用量如下：
水泥260kg～380kg；
粉煤灰85kg～95kg；
硅灰30kg～40kg；
铁尾矿粉0kg～112kg；
铁尾矿砂670kg～690kg；
硫磺21.8～22.2kg；
石子995kg～1005kg；
水160～170kg；
减水剂4.8～5.1kg。
进一步，所述铁尾矿粉的粒径为0.01mm～0.3mm。
进一步，铁尾矿砂粒径为0.3mm～2.5mm。
进一步，所述石子为5～10mm的天然碎石。
进一步，减水剂为聚羧酸高效减水剂，其掺量为胶凝材料重量的1％，其中胶凝材料为水泥、尾矿粉、粉煤灰、硅灰的混合物，水胶比为0.33。
进一步，所述水泥为普通硅酸盐水泥或者强度等级大于等于42.5的硅酸盐水泥；所述硅灰为二氧化硅含量大于等于90％的硅灰；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。
本发明一方面提供一种高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，水泥、粉煤灰、硅灰、铁尾矿粉、铁尾矿砂按配合比称量，倒入搅拌机内进行搅拌，使其均匀混合；
步骤二，将称量好的减水剂与水混合，搅拌均匀；
步骤三，将步骤二制作好的混合液加入搅拌机，搅拌120s～150s；
步骤四，将石子加入搅拌机内继续搅拌90s～120s，直到搅拌均匀；
步骤五，混凝土制备完成之后，装入试模，在振动台震动成型并将其放入20℃±3℃、相对湿度为90％以上养护室养护24小时，拆模后的砌块立即放入标准养护室中养护28天；
步骤六，在烘干箱内烘干砌块；
步骤七，采用常压法进行渗硫处理；
步骤八，待硫磺充分冷却，擦拭砌块表面，高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块制备完成。
进一步，所述步骤六的具体操作方法是：
a，将砌块放入烘干箱，温度设置在105℃预热半小时；
b，将烘干箱温度升至300℃，继续烘干4小时；
c，关闭烘干箱，静置1小时后再将砌块取出，等待渗硫处理。
进一步，所述步骤七的具体操作方法是：
a，将称量好的硫磺放入铁质容器内，用电炉加热至硫磺融化成透明液体；
b，不间断加热，硫磺变成黑色粘稠液体时，将砌块浸入硫磺中；
c，砌块在硫磺中处理时间2～3小时后，渗硫处理操作完成，将砌块取出。
本发明另一方面提供高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块在强酸、强碱土壤，临海建筑物中的应用。
本发明的有益效果在于：
1，本发明中所提供的高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块使用铁尾矿砂代替传统的砂子，同时加入铁尾矿粉，一方面将不同粒径的工业废弃物铁尾矿均利用起来，增加了使用量，提高铁尾矿利用率；另一方面，铁尾矿粉粒径小于铁尾矿砂，能够很好的起到填充作用，提高铁尾矿混凝土密实度，改善混凝土耐久性。
2，铁尾矿砂与铁尾矿粉均为矿场排放的废弃物，过筛后直接使用，不需要机器磨细，减少二次能源消耗，变废为宝，降低了生产成本。
3，本发明中所提供的高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块经过了渗硫处理，渗硫处理改善了混凝土砌块的孔隙率。双重作用下极大提高了恶劣环境下混凝土砌块的耐久性。极大限度地抵抗外界恶劣环境对构筑物的侵蚀，具有显著的经济效益和环境效益。
4，制备高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块时加入了硅灰，主要是利用了硅灰的火山灰效应，大幅提高混凝土砌块的强度，耐久性和抗渗性。
具体实施方式
本发明提出了一种高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块及其制备和应用，既能缓解我国目前尾矿存量大、利用价值低的问题，又能通过在混凝土中添加铁尾矿并对其进行渗硫处理来调整砌块自身结构，提高混凝土砌块的抗压强度、抗氯离子侵蚀能力和抗冻性能。
本发明一种高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块，每立方米所述混凝土中各组分用量如下：
水泥260kg～380kg(为普通硅酸盐水泥或者强度等级大于等于42.5的硅酸盐水泥)；
粉煤灰85kg～95kg(粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰)；
硅灰30kg～40kg(二氧化硅含量大于等于90％的硅灰)；
铁尾矿粉0kg～112kg(粒径为0.01mm～0.3mm)；
铁尾矿砂670kg～690kg(粒径为0.3mm～2.5mm)；
硫磺21.8～22.2kg(升华硫，淡黄色粉末状)；
石子995kg～1005kg(5～10mm的天然碎石)；
水160～170kg；
减水剂4.8～5.1kg(减水剂为聚羧酸高效减水剂)。
高强度混凝土砌块的形成机理：本发明中采用的是多元胶凝体系。制备混凝土砌块时的水泥、硅灰和粉煤灰构成胶凝材料。硅灰粒径小,在拌合过程中硅灰发生水化反应，生成硅酸钙凝胶，将铁尾矿粉和铁尾矿砂等原料凝聚为一体，并且硅灰的火山灰效应反应剧烈，对于提高混凝土砌块的强度起到重要作用。粉煤灰能更好的填充铁尾矿之间的空隙，提高混凝土砌块的密实度，有利于提高混凝土砌块的耐久性和抗渗性，而且可以在混凝土中发生二次水化反应，提高混凝土砌块的后期强度。
高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，水泥、粉煤灰、硅灰、铁尾矿粉、铁尾矿砂按配合比称量，倒入搅拌机内进行搅拌，使其均匀混合；
步骤二，将称量好的减水剂与水混合，搅拌均匀；
步骤三，将步骤二制作好的混合液加入搅拌机，搅拌120s～150s；
步骤四，将石子加入搅拌机内继续搅拌90s～120s，直到搅拌均匀；
步骤五，混凝土制备完成之后，装入试模，在振动台震动成型并将其放入20℃±3℃、相对湿度为90％以上养护室养护24小时，拆模后的砌块立即放入标准养护室中养护28天；
步骤六，在烘干箱内烘干砌块，具体操作方法是：
a，将砌块放入烘干箱，温度设置在105℃预热半小时；
b，将烘干箱温度升至300℃，继续烘干4小时；
c，关闭烘干箱，静置1小时后再将砌块取出，等待渗硫处理。
步骤七，采用常压法进行渗硫处理，具体操作方法是：
a，将称量好的硫磺放入铁质容器内，用电炉加热至硫磺融化成透明液体；
b，不间断加热，硫磺变成黑色粘稠液体时，将砌块浸入硫磺中；
c，砌块在硫磺中处理时间2～3小时后，渗硫处理操作完成，将砌块取出。
步骤八，待硫磺充分冷却，擦拭砌块表面，高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块制备完成。
本发明所制得的砌块尺寸为190mm*190mm*390mm或190mm*190mm*490mm。
本发明的实施例中所用到的各别组分详细信息说明，如下：
表1铁尾矿粉的化学成分(质量百分数％)
SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO 烧失量
44.2 7.5 5.2 22.1 9.5 7.3
表2铁尾矿砂的化学成分(质量百分数％)
SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO 烧失量
42.3 11.6 19.3 8.6 9.4 1.1
表1、2为本发明制备渗硫混凝土砌块所使用到铁尾矿粉和铁尾矿砂主要化学成分。
表3硫磺的主要性能参数
表3为本发明中渗硫处理混凝土砌块所使用到的硫磺的主要性能参数。
表4减水剂的主要指标(质量百分数％)
氯离子 硫酸钠 碱含量 甲醛 含气量 泌水率比
0.025 2.30 1.4 0.007 2.9 0
表4为本发明制备渗硫混凝土砌块所使用到减水剂的主要指标。
表5实施例和对照例的各组分含量(单位：kg)
表5为实施例和对照例的各组分含量，可以看出对照例1中未添加硅灰，对照例2中未使用硫磺。
表6实施例和对照例各组分比
自然养护28d后，根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002及《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009中试验规定，进行了高强度渗硫铁尾矿混凝土试块抗压强度与劈裂抗拉强度试验、抗渗试验、抗冻性试验及混凝土中钢筋锈蚀试验，试验结果如下表所示。
表7实施例和对照例性能参数
表7为实施例和对照例性能参数，可以看出将渗硫铁尾矿混凝土制备成100mm×100mm×100mm的试块后，试块强度远高于对照例1和2。渗硫铁尾矿混凝土试块的抗压强度均高于61MPa，25次冻融循环抗压强度损失率远低于对照例1和2，实施例1和2的28d钢筋锈蚀失重率均为零且抗拉强度较高。说明本发明制备的渗硫铁尾矿混凝土试块强度比一般混凝土试块强度要高，且具有较好的耐久性，因此，依此法制备的渗硫铁尾矿混凝土砌块性能优越可以在强酸、强碱土壤，临海建筑物中的应用，使建筑物具备抗氯离子侵蚀和抗冻的能力，满足恶劣环境下对建筑物高耐久性的要求，最终达到延长建筑物的使用年限、提高建筑设施的使用安全性的目的。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块，其特征在于，每立方米所述混凝土中各组分用量如下：
水泥260kg～380kg；
粉煤灰85kg～95kg；
硅灰30kg～40kg；
铁尾矿粉0kg～112kg；
铁尾矿砂670kg～690kg；
硫磺21.8～22.2kg；
石子995kg～1005kg；
水160～170kg；
减水剂4.8～5.1kg。
2.如权利要求1所述的高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块，其特征在于，所述铁尾矿粉的粒径为0.01mm～0.3mm。
3.如权利要求1所述的高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块，其特征在于，铁尾矿砂粒径为0.3mm～2.5mm。
4.如权利要求1所述的高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块，其特征在于，所述石子为5～10mm的天然碎石。
5.如权利要求1所述的高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块，其特征在于，减水剂为聚羧酸高效减水剂，其掺量为胶凝材料重量的1％，其中胶凝材料为水泥、尾矿粉、粉煤灰、硅灰的混合物，水胶比为0.33。
6.如权利要求1所述的高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥或者强度等级大于等于42.5的硅酸盐水泥；所述硅灰为二氧化硅含量大于等于90％的硅灰；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。
7.一种如权利要求1所述的高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，水泥、粉煤灰、硅灰、铁尾矿粉、铁尾矿砂按配合比称量，倒入搅拌机内进行搅拌，使其均匀混合；
步骤二，将称量好的减水剂与水混合，搅拌均匀；
步骤三，将步骤二制作好的混合液加入搅拌机，搅拌120s～150s；
步骤四，将石子加入搅拌机内继续搅拌90s～120s，直到搅拌均匀；
步骤五，混凝土制备完成之后，装入试模，在振动台震动成型并将其放入20℃±3℃、相对湿度为90％以上养护室养护24小时，拆模后的砌块立即放入标准养护室中养护28天；
步骤六，在烘干箱内烘干砌块；
步骤七，采用常压法进行渗硫处理；
步骤八，待硫磺充分冷却，擦拭砌块表面，高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块制备完成。
8.如权利要求7所述的高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块的制备方法，其特征在于，所述步骤六的具体操作方法是：
a,将砌块放入烘干箱，温度设置在105℃预热半小时；
b,将烘干箱温度升至300℃，继续烘干4小时；
c,关闭烘干箱，静置1小时后再将砌块取出，等待渗硫处理。
9.如权利要求7所述的高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块的制备方法，其特征在于，所述步骤七的具体操作方法是：
a,将称量好的硫磺放入铁质容器内，用电炉加热至硫磺融化成透明液体；
b,不间断加热，硫磺变成黑色粘稠液体时，将砌块浸入硫磺中；
c,砌块在硫磺中处理时间2～3小时后，渗硫处理操作完成，将砌块取出。
10.如权利要求1所述的高强度渗硫铁尾矿混凝土砌块在强酸、强碱土壤，临海建筑物中的应用。
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