CN108191319A - 一种铁尾矿砂混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种铁尾矿砂混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑混凝土领域,尤其涉及一种铁尾矿砂混凝土及其制备方法,该混凝土由以下重量份数的原料制成:尾矿球20‑40份,尾矿粉10‑20份,水泥5‑15份,水2‑6份;所述尾矿球由以下重量份数的原料制成:水泥8‑12份,尾矿粉36‑48份,水17.6‑24份,减水剂1.6‑2.4份,胶粉0.24‑0.36份。该制备方法包括尾矿球的制备和混凝土的制备,而提供一种铁尾矿砂混凝土及其制备方法,该混凝土强度高,满足建筑用混凝土的要求,同时该混凝土利用铁尾矿砂为原料,将废弃物重新利用,减少尾矿对环境的污染,该制备方法简单,得到的混凝土强度高,以尾矿球为骨料,且得到的混凝土的强度大于骨料强度,并从微观学角度对混凝土进行研究,实用性强。

Description

一种铁尾矿砂混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑混凝土领域,尤其涉及一种铁尾矿砂混凝土及其制备方法。
背景技术
铁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。铁尾矿对环境的影响非常大,中国经过多年的高速GDP发展,但由于是粗放式的发展,带来了一系列问题:尾矿堆积遍地,容易造成溃坝,威胁当地居民的生命安全;尾矿堆积遍地,容易被洪水带入河道,轻则淤积河道,重则造成水体污染;尾矿堆积遍地,容易大风扬尘,污染空气,造成土壤污染,污染农作物,镉大米事件等,因此,铁尾矿对环境的污染非常大,且铁尾矿的量较大,处理较困难,从而造成尾矿堆积遍地。
混凝土作为建筑常用的材料,用量大,强度要求高,通常采用水泥、开山炸石得来的石子、天然的或开山炸石得来的机制砂配制而成,然而现有的混凝土成本较高,且不能将废弃物有效重新利用,开山炸石得到的石子和砂量有限,因此将铁尾矿有效制备混凝土是控制铁尾矿污染的有效途径。
发明内容
本发明的目的在于克服现有铁尾矿污染较大、处理困难以及混凝土成本较高等缺陷,而提供一种铁尾矿砂混凝土及其制备方法,该混凝土强度高,满足建筑用混凝土的要求,同时该混凝土利用铁尾矿砂为原料,将废弃物重新利用,减少尾矿对环境的污染,该制备方法简单,得到的混凝土强度高,以尾矿球为骨料,且得到的混凝土的强度大于骨料强度,并从微观学角度对混凝土进行研究,实用性强。
本发明的技术方案是这样实现的:一种铁尾矿砂混凝土,由以下重量份数的原料制成:尾矿球20-40份,尾矿粉10-20份,水泥5-15份,水2-6份;所述尾矿球由以下重量份数的原料制成:水泥8-12份,尾矿粉36-48份,水17.6-24份,减水剂1.6-2.4份,胶粉0.24-0.36份。
优选的,由以下重量份数的原料制成:尾矿球30份,尾矿粉15份,水泥10份,水4份;所述尾矿球由以下重量份数的原料制成:水泥10份,尾矿粉40份,水20份,减水剂2份,胶粉0.3份。
优选的,减水剂为聚羧酸。
一种铁尾矿砂混凝土的制备方法,包括以下步骤:
A、尾矿球的制备
A1:原料称取
按以下重量份数称取原料:水泥8-12份,尾矿粉36-48份,水17.6-24份,减水剂1.6-2.4份,胶粉0.24-0.36份;
A2:混料滚动
将步骤A1称取的水泥和尾矿粉进行干拌混合,混合均匀后加入水进行湿拌,搅拌均匀后加入减水剂和胶粉,再用离心滚筒滚动搅拌,在滚筒过程中逐渐形成大小不一的球体,20-40min后将球体倒出进行筛分,筛分后的球体直径为5-40mm,将筛分后的球体进行堆放备用,即得尾矿球,球体强度不小于30mpa;
B:混凝土的制备
B1:原料称取
按以下重量份数称取原料:尾矿球20-40份,尾矿粉10-20份,水泥5-15份,水2-6份,所述尾矿球为步骤A2中得到的尾矿球;
B2:混料
将步骤B1中称取的原料进行混合搅拌,搅拌均匀后进行保湿养护即得混凝土;混凝土的强度不小于45mpa。
优选的,所述步骤B2中的混凝土以尾矿球为骨料。
优选的,所述尾矿粉的粒度为200目,所述尾矿粉通过对矿石进行研磨制成。
优选的,离心滚筒的转速为10-60r/min。
本发明具有以下有益效果:本发明公开了一种铁尾矿砂混凝土及其制备方法,该混凝土强度高,能够达到45mpa,以尾矿球、尾矿粉、水泥和水为原料,不仅大量消除掉尾矿,使废弃物有效得到回收处理,减少尾矿对环境的污染;该制备方法包括尾矿球的制备和混凝土的制备,并以尾矿球为骨料,制备出的混凝土的强度大于骨料强度,混凝土内部,在骨料的和水泥浆体接触的边界,属相相同,没有过渡区的存在,不会发生泌水现象,即没有薄弱环节的存在,使混凝土的强度较高,实用性强。
附图说明
图1为现有混凝土界面过渡区的扫描电镜照片和示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。
实施例1:一种铁尾矿砂混凝土,由以下重量的原料制成:尾矿球20kg,尾矿粉10kg,水泥5kg,水2 kg;尾矿球由以下重量的原料制成:水泥8kg,尾矿粉36kg,水17.6kg,聚羧酸1.6kg,胶粉0.24kg。
一种铁尾矿砂混凝土的制备方法,包括以下步骤:
A、尾矿球的制备
A1:原料称取
按以下重量份数称取原料:水泥8kg,尾矿粉36kg,水17.6kg,聚羧酸1.6kg,胶粉0.24kg;其中尾矿粉的粒度为200目,通过矿石研磨制得;
A2:混料滚动
将步骤A1称取的水泥和尾矿粉进行干拌混合,混合搅拌转速为15r/min,搅拌时间为20分钟,混合均匀后加入水进行湿拌,湿拌搅拌转速为50r/min,搅拌20min,搅拌均匀后加入减水剂和胶粉,再用离心滚筒滚动搅拌,离心滚筒的转速为10r/min,在滚筒过程中逐渐形成大小不一的球体,20min后将球体倒出进行筛分,筛分后的球体直径为5mm,将筛分后的球体进行堆放备用,即得尾矿球,球体强度不小于30mpa;
B:混凝土的制备
B1:原料称取
按以下重量称取原料:尾矿球20kg,尾矿粉10kg,水泥5kg,水2 kg,尾矿球为步骤A2中得到的尾矿球,其中尾矿粉的粒度为200目,通过矿石研磨制得;
B2:混料
将步骤B1中称取的原料进行混合搅拌,搅拌均匀后进行保湿养护即得以尾矿球为骨料的混凝土;混凝土的强度不小于45mpa。
实施例2:一种铁尾矿砂混凝土,由以下重量的原料制成:尾矿球40kg,尾矿粉20kg,水泥15kg,水6 kg;尾矿球由以下重量的原料制成:水泥12kg,尾矿粉48kg,水24kg,减水剂2.4kg,胶粉0. 36kg。
一种铁尾矿砂混凝土的制备方法,包括以下步骤:
A、尾矿球的制备
A1:原料称取
按以下重量份数称取原料:水泥12kg,尾矿粉48kg,水24kg,减水剂2.4kg,胶粉0.36kg;其中尾矿粉的粒度为200目,通过矿石研磨制得;
A2:混料滚动
将步骤A1称取的水泥和尾矿粉进行干拌混合混合搅拌转速为15r/min,搅拌时间为20分钟,混合均匀后加入水进行湿拌,湿拌搅拌转速为50r/min,搅拌20min,搅拌均匀后加入减水剂和胶粉,再用离心滚筒滚动搅拌,离心滚筒的转速为20r/min,在滚筒过程中逐渐形成大小不一的球体,40min后将球体倒出进行筛分,筛分后的球体直径为10mm,将筛分后的球体进行堆放备用,即得尾矿球,球体强度不小于30mpa;
B:混凝土的制备
B1:原料称取
按以下重量称取原料:尾矿球40kg,尾矿粉20kg,水泥15kg,水6 kg,尾矿球为步骤A2中得到的尾矿球;其中尾矿粉的粒度为200目,通过矿石研磨制得;
B2:混料
将步骤B1中称取的原料进行混合搅拌,搅拌均匀后进行保湿养护即得以尾矿球为骨料的混凝土;混凝土的强度不小于45mpa。
实施例3:一种铁尾矿砂混凝土,由以下重量的原料制成:尾矿球40kg,尾矿粉20kg,水泥15kg,水6 kg;尾矿球由以下重量的原料制成:水泥12kg,尾矿粉48kg,水24kg,聚羧酸2.4kg,胶粉0. 36kg。
一种铁尾矿砂混凝土的制备方法,包括以下步骤:
A、尾矿球的制备
A1:原料称取
按以下重量份数称取原料:水泥12kg,尾矿粉48kg,水24kg,减水剂2.4kg、胶粉0.36kg;其中尾矿粉的粒度为200目,通过矿石研磨制得;
A2:混料滚动
将步骤A1称取的水泥和尾矿粉进行干拌混合,搅拌时间为20分钟,混合均匀后加入水进行湿拌,湿拌搅拌转速为50r/min,搅拌20min,搅拌均匀后加入减水剂和胶粉,再用离心滚筒滚动搅拌,离心滚筒的转速为30r/min,在滚筒过程中逐渐形成大小不一的球体,400min后将球体倒出进行筛分,筛分后的球体直径为20mm,将筛分后的球体进行堆放备用,即得尾矿球,球体强度不小于30mpa;
B:混凝土的制备
B1:原料称取
按以下重量称取原料:尾矿球40kg,尾矿粉20kg,水泥15kg,水6 kg,尾矿球为步骤A2中得到的尾矿球;其中尾矿粉的粒度为200目,通过矿石研磨制得;
B2:混料
将步骤B1中称取的原料进行混合搅拌,搅拌转速为50r/min,搅拌20min,搅拌均匀后进行保湿养护即得以尾矿球为骨料的混凝土;混凝土的强度不小于45mpa。
实施例4:一种铁尾矿砂混凝土,由以下重量的原料制成:尾矿球30kg,尾矿粉15kg,水泥10kg,水4kg;尾矿球由以下重量的原料制成:水泥10kg,尾矿粉40kg,水20kg,减水剂2kg,胶粉0. 3kg。
一种铁尾矿砂混凝土的制备方法,包括以下步骤:
A、尾矿球的制备
A1:原料称取
按以下重量份数称取原料:水泥10kg,尾矿粉40kg,水20kg,减水剂2kg,胶粉0. 3kg;其中尾矿粉的粒度为200目,通过矿石研磨制得;
A2:混料滚动
将步骤A1称取的水泥和尾矿粉进行干拌混合,搅拌时间为20分钟,混合均匀后加入水进行湿拌,湿拌搅拌转速为50r/min,搅拌20min,搅拌均匀后加入减水剂和胶粉,再用离心滚筒滚动搅拌,离心滚筒的转速为60r/min,在滚筒过程中逐渐形成大小不一的球体,30min后将球体倒出进行筛分,筛分后的球体直径为40mm,将筛分后的球体进行堆放备用,即得尾矿球,球体强度不小于30mpa;
B:混凝土的制备
B1:原料称取
按以下重量称取原料:尾矿球30kg,尾矿粉15kg,水泥10kg,水4kg,尾矿球为步骤A2中得到的尾矿球;其中尾矿粉的粒度为200目,通过矿石研磨制得;
B2:混料
将步骤B1中称取的原料进行混合搅拌,搅拌转速为50r/min,搅拌20min,搅拌均匀后进行保湿养护即得以尾矿球为骨料的混凝土;混凝土的强度不小于45mpa。
以上实施例中,实施例4为最佳实施例。
现有混凝土的宏观和微观分析:
通常,依据GB/T 14685-2011《建设用卵石、碎石》标准规定,岩石的抗压强度,在水饱和状态下,其抗压强度火成岩应不小于80mpa,变质岩不应小于60mpa,水成岩不应小于30mpa。
然而用这样的石子配成的混凝土的强度却远远低于其中的骨料的强度,究其原因,从混凝土断面观测,可以看到两个容易区分开来的相:一个是具有不同大小和形状的骨料颗粒,一个是由大量不同的水化产物组成的起胶结作用的水化水泥浆体。因此,从宏观上看,混凝土可被视为由骨料颗粒分散在水泥浆基体之中所组成的两相材料。
从微观来看,混凝土的微观结构当然是复杂的。很显然,混凝土微观结构中的两个相彼此之间不是均匀分布的,每个相本身也不是均质的。例如,硬化水泥浆体中某些区域看上去像骨料一样致密,而另一些区域则很多孔。此外,如果几个水泥用量相同而用水量不同的混凝土试件在不同的龄期进行测试,通常可以看到,水化水泥浆体中毛细孔隙的体积随着水灰比的减小或龄期的增长而降低。对于已充分水化的水泥浆体,在模拟材料的行为时,固相和孔隙的不均匀性可以大致忽略。然而,对于存在于混凝土中的水化水泥浆体,微观结构的研究表明这种不均匀性不能忽略。在骨料存在的情况下,处在大颗粒骨料邻位的水化水泥浆体的微观结构通常与系统中浆体或砂浆本体的显微结构有很大不同。事实上,只有将水泥浆体与骨料的界面看作混凝土微观结构的第三相,混凝土在应力作用下的许多行为表现才能得到解释。
由此,混凝土微观结构的独特性可以概括如下:首先,粗骨料邻位的小区域存在界面过渡区。界面过渡区为环绕粗骨料周边的一层薄壳,通常厚度为1O~50µm,一般比混凝土中的两个主要相,即骨料和水泥浆体本体都要薄弱。因此,界面过渡区对混凝土力学行为的影响远大于其尺寸所反映的影响。第二,三相中的每一相本身也具有多相性。例如,每一颗骨料都可能含有几种矿物,还有微裂缝和孔隙。类似地,不同种类和数量的固相、孔隙及微裂缝不均匀地分布在水化水泥浆体和界面过渡区内。这些在后面还会阐述。第三,不同于其他工程材料,混凝土的微观结构并不是其材料的固有特征,这是因为其微观结构中的两个组分,即水化水泥浆体和界面过渡区是随着时间、环境湿度和温度变化而变化的。
混凝土微观结构的高度不均匀性和其动态特性,使得对预测工程材料行为往往很有用的微观结构与性能关系的理论模型,对混凝土这种材料而言并没有太多实用价值。然而,下面所阐述的一系列有关混凝土三相微观结构重要特征的知识,对理解和控制混凝土这种复合材料的性能是很有必要的。
由于实验上的困难,有关混凝土界面过渡区的信息很少。但是,可以从混凝土浇筑时起过渡区一连串的发展,了解其一些微观结构特性。
首先,新捣实的混凝土中,大颗粒骨料周围形成水膜,这导致大颗粒骨料周边的水灰比要高于远离的部位(即砂浆本体)。
随后,如同水泥浆本体,由硫酸钙和铝酸钙分解产生的钙、硫酸根、氢氧根以及铝酸根离子,结合生成钙钒石和氢氧化钙。由于高水灰比,这些粗骨料周边的结晶产物为较粗大的晶体,因而形成比水泥浆或砂浆本体更多孔隙的骨架结构。板状的氢氧化钙晶体往往形成择优取向层,例如,C轴与骨料的表面垂直相交。
最后,随着水化的发展,结晶差的C-S-H和二次生成的较小的钙钒石、氢氧化钙晶体开始填充在大的钙矾石和氢氧化钙晶体构成的骨架间隙里。这有助于提高过渡区的密实度并提高其强度。
如图1所示为现有混凝土界面过渡区的扫描电镜照片和示意图。(a)界面过渡区中氢氧化钙晶体的扫描电镜照;(b)混凝土中界面过渡区和水泥浆本体的示意图。
在早期特别是发生显著的内部泌水时,界面过渡区中孔的体积和尺寸比水泥浆或砂浆本体大。氢氧化钙和钙矶石等品体的尺寸和数量在界面过渡区中也较大。裂缝易于在垂直C轴的方向产生。这些作用导致混凝土中过渡区的强度比水泥浆本体低。
和水化水泥浆体里一样,水化产物和骨料颗粒之间的粘结力也来源于范德华力。因此,过渡区中任一点的强度取决于其中孔的体积和尺寸。即使是低水灰比混凝土,在早起,过渡区中孔的体积和尺寸也要比砂浆本体孔的体积和尺寸大,因此,其强度相对较弱。然而,随着龄期的增长。过渡区的强度可以等于甚至大于砂浆本体的强度。这是因为,水泥浆体和骨料间缓慢的化学反应在过渡区的孔隙中形成了新的结品产物-骨料为硅质时生成了水化硅酸钙,骨料为石灰石时则生成了水化碳铝酸盐。这此反应对强度有所贡献,因为它们会减小过渡区中氢氧化钙的含量。大块的氢氧化钙晶体粘结能力较差,不仅因为其表面积小,相应的范德华引力弱,而且因为其形成取向结构的趋势而成为优先劈裂的位置。这就是常规混凝土强度普遍低于骨料的强度的原因,主要是应为混凝土中存在过渡区,这是强度最薄弱的相。
本发明混凝土的微观结构分析:
而用尾矿粉制成的混凝土,为何尾矿球的强度低,而配成的尾矿混凝土的强度高,原因是该尾矿球骨料表面粗糙,有一定的吸水性,就是该混凝土内部,在骨料的和水泥浆体接触的边界,属相相同,没有过渡区的存在,不会发生泌水现象,即没有薄弱环节的存在,因此配制成的混凝土强度高于骨料的强度。
结论:该发明配制的混凝土,全部采用废弃的尾矿砂,可以大大把多年堆积的尾矿废弃物消耗掉,制成的球型骨料,可用做普通混凝土和透水混凝土的骨料,代替天然的石子和砂子,对环境保护,具有重大意义。

Claims (4)

1.一种铁尾矿砂混凝土,其特征在于:由以下重量份数的原料制成:尾矿球20-40份,尾矿粉10-20份,水泥5-15份,水2-6份;所述尾矿球由以下重量份数的原料制成:水泥8-12份,尾矿粉36-48份,水17.6-24份,减水剂1.6-2.4份,胶粉0.24-0.36份。
2.根据权利要求1所述的一种铁尾矿砂混凝土,其特征在于:由以下重量份数的原料制成:尾矿球30份,尾矿粉15份,水泥10份,水4份;所述尾矿球由以下重量份数的原料制成:水泥10份,尾矿粉40份,水20份,减水剂2份,胶粉0.3份。
3.一种制备如权利要求1所述的一种铁尾矿砂混凝土的方法,其特征在于:包括以下步骤:
A、尾矿球的制备
A1:原料称取
按以下重量份数称取原料:水泥8-12份,尾矿粉36-48份,水17.6-24份,减水剂1.6-2.4份,胶粉0.24-0.36份;
A2:混料滚动
将步骤A1称取的水泥和尾矿粉进行干拌混合,混合均匀后加入水进行湿拌,搅拌均匀后加入减水剂和胶粉,再用离心滚筒滚动搅拌,在滚筒过程中逐渐形成大小不一的球体,20-40min后将球体倒出进行筛分,筛分后的球体直径为5-40mm,将筛分后的球体进行堆放备用,即得尾矿球,球体强度不小于30mpa;
B:混凝土的制备
B1:原料称取
按以下重量份数称取原料:尾矿球20-40份,尾矿粉10-20份,水泥5-15份,水2-6份,所述尾矿球为步骤A2中得到的尾矿球;
B2:混料
将步骤B1中称取的原料进行混合搅拌,搅拌均匀后进行保湿养护即得混凝土;混凝土的强度不小于45mpa。
4.根据权利要求3所述的一种铁尾矿砂混凝土的制备方法,其特征在于:所述步骤B2中的混凝土以尾矿球为骨料。
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