CN108484023B - 大掺量采选矿粉末砂浆制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大掺量采选矿粉末砂浆制备方法，其包括以下步骤：步骤一，粉末预处理工艺：晾干、原材料分析、筛分、筛选；步骤二，将粉末与天然砂混掺，调整混合后集料级配，对集料的细度模数进行控制；步骤三，将控制好级配的一半混掺集料放入装有搅拌器的容器；步骤四，对所得浆体进行初始稠度、保水率调整控制；步骤五，砂浆施工以及养护。本发明使用大掺量粉末和改性高效稠化粉双掺有利于提高砂浆保水率和抗冻性能，砂浆抗压强度、拉伸粘结强度、长龄期干燥收缩值、耐水性能与基准基本持平，具有良好体积稳定性。

Description

大掺量采选矿粉末砂浆制备方法

技术领域

本发明涉及一种制备方法，特别是涉及一种大掺量采选矿粉末砂浆制备方法。

背景技术

据统计，在建筑工程中，25％～40％的水泥是用于配制M2.5-M15的建筑砂浆。水泥工业消耗大量的资源和能源并带来环境污染，因此充分利用工业固废以实现建筑砂浆生产的生态化和高性能化，已成为我国砂浆工业发展的重中之重。预拌砂浆是目前大宗利用的建筑材料，随着我国建设规模越来越大，砂浆用量及砂的耗用量也极其惊人。2003年我国预拌砂浆总产能不足250万吨，2012年我国预拌砂浆总产量已达4000万吨，其中普通砂浆产量已经突破2200万吨，行业发展势头强劲。然而受自然资源的限制，天然砂越来越无法满足日益增长的砂浆用量需求。同时过量地开采天然砂源，对自然环境所造成的压力也日益增加。使用废弃资源部分或全部替代河砂已经成为国内外建材行业的一种趋势。

粉末是采石场破碎岩石生产碎石时产生的细颗粒废料，也称为采矿选矿废渣(以下简称粉末)。据统计其排放量为碎石产量的20％～30％左右，与天然砂相比经济性较好。采石场堆积的大量粉末不仅占用土地，还会带来严重的环境污染，粉末的推广使用既给使用单位带来经济效益，给采石场减少环境污染，也减少了不合格的河砂进入建筑市场，有利于提高建筑工程质量，并通过市场降低对河砂的需求量以避免滥采滥挖，保护航道。此外，粉末代砂还可减少占预拌干粉砂浆生产大部分能耗的烘砂能耗，减少碳排放。因此粉末的使用不仅顺应我国建设资源节约型、环境友好型社会的总体要求，还可以解决天然砂资源短缺的问题，具有一定的经济及社会效益。

基于此，国家税务总局印发关于《资源综合利用产品和劳务增值税优惠目录》的通知(财税〔2015〕78号)，将粉末列入免税产品之一，鼓励粉末的应用。但是研究发现，粉末通常含有一定数量(含量因地域和制备方法的不同而异)的石粉(粒径小于0.15mm)。与天然砂相比，粉末具有质地坚硬、级配不连续及有尖锐棱角等特点。筛分结果表明，粉末粒径分布(级配曲线)相比天然集料比较差，通常含泥量高，0.15mm或0.075mm以下细粉颗粒比例超出标准《建设用砂》GB/T 14684的技术规定。而制备方法的不同使得粉末的各项物理性能指标变化范围较大，如细度模数、表观密度、堆积密度和孔隙率等。未经预处理直接使用会引起砂浆体积稳定性变差、粘结强度降低，砂浆抗冻融性变差等问题。因此，干粉砂浆中粉末代替天然砂比例需要控制在20％以下，制约了粉末在干粉砂浆中的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大掺量采选矿粉末砂浆制备方法，其使用粉末和改性高效稠化粉双掺有利于提高砂浆保水率和抗冻性能，砂浆抗压强度、拉伸粘结强度、长龄期干燥收缩值与基准基本持平。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种大掺量采选矿粉末砂浆制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤一，粉末预处理工艺：晾干、原材料分析、筛分、筛选；

步骤二，将粉末与天然砂混掺，调整混后集料级配，对集料的细度模数进行控制；

步骤三，将控制好级配的一半混掺集料放入装有搅拌器的容器，将水泥、高效稠化粉、II级粉煤灰混合胶凝材料加入集料中，搅拌均匀，再加入另一半混掺集料，加入合适用水量，搅拌均和得到浆体；

步骤四，对所得浆体进行初始稠度、保水率测试，调节高效稠化粉掺量直到指标满足要求；

步骤五，砂浆施工以及养护。

优选地，所述步骤一包括以下步骤：将粉末晾干后，通过4.75mm筛，对粉末进行含泥量、化学及矿物成分分析，含泥量控制在5％以下；用激光粒度仪检测颗粒尺寸分布，平均粒径小于2.36mm；对粉末的针片状含量进行测试；同时对粉末进行筛分析，控制0.15mm颗粒含量在20％以下，针片状含量应小于10％。

优选地，所述步骤二用粉末取代80％～90％的天然砂形成混掺集料，调整混掺集料级配，对集料的细度模数进行控制，粉末与河砂混掺后集料的细度模数宜在2.0～2.9之间。

优选地，所述步骤四将新拌砂浆浆体放入砂浆流动度测试锥模中，进行新拌砂浆浆体的初始稠度检测，控制样品砂浆在一定的初始稠度；将新拌砂浆浆体测试保水率，控制样品砂浆满足保水率要求。

优选地，所述步骤五中，将砂浆浆体浇筑到40mm×40mm×160mm收缩模具和70.7mm×70.7mm×70.7mm试模中，试模的外面应覆盖，在温度25℃，湿度55-65％的室内放置24小时；一天后将试样从70.7mm×70.7mm×70.7mm试模移除，试样被放置在温度为20℃，湿度为90±5％的养护室继续养护到规定的龄期；七天后将试样从40mm×40mm×160mm试模移除，测试初始长度，随后在温度20±2℃，湿度为65％±5％的养护室进行养护直到测试龄期。

本发明的积极进步效果在于：

(1)与普通干混砂浆相比，使用粉末和改性高效稠化粉双掺有利于提高砂浆保水率和抗冻性能，砂浆抗压强度、拉伸粘结强度、长龄期干燥收缩值与基准基本持平。

(2)使用粉末和改性高效稠化粉双掺取代80％～90％的天然砂，每生产一吨具有良好体积稳定性的大掺量粉末砂浆，可节约原材料费用32元以上(2017年天然砂价格大涨，长三角地区价格大于100元/吨，粉末约60元/吨)。每年生产此种粉末砂浆400万吨计算(不到目前全国总产量的十分之一)，可节约原材料成本近1.28亿。

(3)采用本制备方法将粉末用于普通砂浆，可减少采选矿场的环境污染。同时减少了不合格的河砂进入建筑市场，有利于提高建筑工程质量，并通过市场降低对河砂的需求量以避免滥采滥挖，保护航道。

(4)预拌干粉砂浆生产的大部分能耗来源于烘砂能耗，粉末代砂还可减少占减少碳排放。因此粉末的使用不仅顺应我国建设资源节约型、环境友好型社会的总体要求，还可以解决天然砂资源短缺的问题。

具体实施方式

下面给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

本发明大掺量采选矿粉末砂浆制备方法包括以下步骤：

步骤一，粉末预处理工艺：晾干、原材料分析、筛分、筛选；

步骤二，将粉末与天然砂混掺，调整混后集料级配，对集料的细度模数进行控制；

步骤三，将控制好级配的一半混掺集料放入装有搅拌器的容器，将水泥、高效稠化粉、II级粉煤灰混合胶凝材料加入集料中，搅拌均匀，再加入另一半混掺集料，加入合适用水量，搅拌均和得到浆体；

步骤四，对所得浆体进行初始稠度、保水率测试，调节高效稠化粉掺量直到指标满足要求；步骤五，砂浆施工以及养护。

步骤一中，所述的粉末预处理工艺具体包括以下步骤：将粉末晾干后，通过4.75mm筛，对粉末进行含泥量、化学及矿物成分分析，含泥量控制在5％以下；用激光粒度仪检测颗粒尺寸分布，平均粒径小于2.36mm；对粉末的针片状含量进行测试；同时对粉末进行筛分析，控制0.15mm颗粒含量在20％以下，针片状含量应小于10％。

步骤二中，用粉末取代80％～90％的天然砂形成混掺集料，调节混掺集料级配，对集料的细度模数进行控制，粉末与河砂混掺后集料的细度模数宜在2.0～2.9之间。

步骤三中，将控制好级配的一半混掺集料放入装有搅拌器的容器，将水泥、高效稠化粉、II级粉煤灰混合胶凝材料加入集料中，搅拌均匀，再加入另一半混掺集料，加入合适用水量，搅拌均和得到浆体；具体步骤为：将砂：胶凝材料：拌和水以(0.6～2)：(7:9)：(1.3～1.6)质量比混合形成砂浆，并将砂浆中加入高效稠化粉，用量为砂浆固体用量的1.5％～2.5％。

步骤四中，将新拌砂浆浆体放入砂浆流动度测试锥模中，进行新拌砂浆浆体的初始稠度检测，控制样品砂浆在一定的初始稠度；将新拌砂浆浆体测试保水率，控制样品砂浆满足保水率要求。

步骤五中，将砂浆浆体浇筑到40mm×40mm×160mm收缩模具和70.7mm×70.7mm×70.7mm试模中，试模的外面应覆盖，在温度25℃，湿度55-65％的室内放置24小时；一天后将试样从70.7mm×70.7mm×70.7mm试模移除，试样被放置在温度为20℃，湿度为90±5％的养护室继续养护到规定的龄期；七天后将试样从40mm×40mm×160mm试模移除，测试初始长度，随后在温度20±2℃，湿度为65％±5％的养护室进行养护直到测试龄期。在规定龄期里对硬化粉末砂浆的抗压强度、抗折强度、抗冻性、干燥收缩值、14d粘结强度值、软化系数进行测定。

以M10强度等级抹灰砂浆为例，使用上海浦东水泥厂的42.5P.O水泥，上海石洞口II级粉煤灰。细骨料为天然河砂，粉末为上海泖宇新型建材有限公司提供。高效稠化粉为上海市建筑科学研究院生产，拌合用水为饮用水。

实测粉末性能如表1所示。粉末0.15mm颗粒以下含量24％，筛分并控制颗粒含量在20％以下，含泥量控制在5％以下。

表1所选粉末基本性能表

筛孔尺寸(mm)	累计筛余(％)
		4.75	0
2.36	7.4
		1.18	28.4
0.6	50.0
		0.3	67.2
0.15	75.8
		0.075	83.0
底	97.7
		细度模数	2.3
松散堆积密度，kg/m3	1600
		表观密度，kg/m3	2700
空隙率，％	41
		针片状颗粒，％	6.0(4.75mm～2.36mm，针状居多)
<0.15mm颗粒含量,％	24.2
		<0.075mm颗粒含量,％	17.0
含泥量,％	7％

将粉末与天然砂混掺，调整混后集料级配，对集料的细度模数进行控制，不同粉末掺量时集料级配情况和细度模数如表2所示，控制其细度模数为2.0～2.9之间。从粉末掺入对集料级配的影响结果看：(1)有助于提高集料中2.36mm～1.18mm颗粒含量，增加幅度在10％左右；(2)0.3mm～0.15mm颗粒含量有较大减少，比例在12％左右；(3)0.075mm以下颗粒有大幅度增加，比例在15％左右。呈现两头增多中间减少的规律。

表2混掺集料颗粒级配表

四个实施案例的粉末砂浆配合比如表3所示，制备成粉末砂浆，实施案例1为不掺加粉末的配合比，实施案例2为粉末掺量100％代替天然砂的砂浆配合比。以实例3、4作为优选方案(分别粉末代砂掺量为90％、80％)。

表3粉末砂浆配合比表(kg/m³)

将200～220kg水泥、120～125kg粉煤灰、35kg改性高效稠化粉、0～1400kg河砂、0～1400kg粉末放入搅拌器中以30转/分钟搅拌速度混10分钟。然后将290～350kg拌和水在1分钟内加入搅拌器中继续搅拌5分钟。为避免砂浆浆体在容器底部层积，需使用铁铲对砂浆浆体进行人工搅拌1-2次，最后将砂浆浆体在60转/分钟的搅拌速度下加速拌合2分钟。

取少量新拌粉末砂浆浆体放入流动度测试锥模中进行砂浆初始稠度和保水率检测。然后将部分新拌粉末砂浆浆体浇筑到40mm×40mm×160mm三联模中制备15块试样，进行7d、14d、28d、56d、90d干燥收缩值；浇筑到5个70.7mm×70.7mm×70.7mm试模中制备9块试样，检测7d、28d抗压强度、抗折强度、冻融后抗压强度、烘干后抗压强度、泡水72h后的抗压强度；使用40*40模具制备10个试样测试14d粘结强度。之后将测试强度的粉末砂浆试模的用湿布覆盖，放置在室内(温度25℃，湿度55-65％)24小时后，试样被从试模移除并放置在温度为20±2℃，湿度为90±5％的养护室进行养护直到测试龄期。测试收缩值的试模在温度为20±2℃，湿度为90±5％的养护室养护至7天龄期后再拆模测试初始收缩值，随后在温度20±2℃，湿度为65％±5％的养护室进行养护直到测试龄期。在相同条件下，制备相同数量的不同掺量粉末的砂浆，进行对比实验。

可知加入试验中粉末等量取代河砂时，一方面其大颗粒含量会增加，能够减少砂浆用水量；另一方面，粉末中0.15mm以下颗粒增多，能够增加砂浆用水量，因此粉末对砂浆用水量的影响是上述两个因素共同作用的结果。试验中粉末对砂浆用水量的最终影响是大幅增加用水量，分析认为，该粉末对砂浆用水量的影响因素主要是细粉含量，用水量的增加会降低砂浆强度，加重粉末砂浆因失水导致的干缩降低其体积稳定性，需严格控制细粉含量，经试验研究表明应控制在20％以下。

采用天然河砂制备的基准砂浆保水率为89.3％，当粉末取代率为80％时，砂浆保水率提高至94％。在80％～100％粉末取代率范围内，砂浆保水率基本持平，保持在94.5％～95.6％。分析认为，粉末中0.15mm以下细粉料，在一定程度上改善了砂浆拌合物整体的密实性和粘性，提升了砂浆整体的过滤阻隔效应，进而阻碍水分流失，对干混砂浆的保水率有正面作用。分析认为影响抗压强度的主要因素在于加入粉末后水灰比的变化。随着粉末掺量增加抗压强度较基准未加粉末的砂浆有所下降。分析认为掺入粉末后使得用水量增大，进而使14d拉伸粘结强度较基准未加粉末的砂浆下降。但满足本发明要求的原材料控制下配制大掺量粉末砂浆均符合标准规定，满足粉刷工程对砂浆拉伸粘结强度的要求。粉末掺入后，砂浆干燥收缩值均增加，且随着粉末掺量提高而增加，粉末砂浆的干燥收缩值和其掺量呈正相关，原因是粉末中细粉量增加引起砂浆用水量变大，水分随时间蒸发和吸收时，砂浆内部产生毛细孔收缩应力，产生收缩；对于强度等级越高的抹灰砂浆，其粉末掺量不宜过高，应加强复验试验，使其控制在较低的合理水平，以降低抹灰层开裂风险，实验研究结果表明配合高效稠化粉双掺时宜控制粉末掺量不高于90％，掺100％粉末代替天然砂时质量损失率和强度损失率都过高。作为水硬性水泥基材料，粉末与高效稠化粉双掺的大掺量粉末砂浆的耐水性和抗冻性都比较好。

以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种大掺量采选矿粉末砂浆制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤一，粉末预处理工艺：晾干、原材料分析、筛分、筛选；

步骤二，将粉末与天然砂混掺，调节混后集料级配，对集料的细度模数进行控制；

步骤三，将控制好级配的一半混掺集料放入装有搅拌器的容器，将水泥、高效稠化粉、II级粉煤灰混合胶凝材料加入集料中，搅拌均匀，再加入另一半混掺集料，加入合适用水量，搅拌均和得到浆体；

步骤四，对所得浆体进行初始稠度、保水率测试，调整配方至合格；

步骤五，砂浆施工以及养护；

所述步骤一包括以下步骤：将粉末晾干后，通过4.75mm筛，对粉末进行含泥量、化学及矿物成分分析，含泥量控制在5％以下；用激光粒度仪检测颗粒尺寸分布，平均粒径小于2.36mm；对粉末的针片状含量进行测试；同时对粉末进行筛分析，控制0.15mm颗粒含量在20％以下，针片状含量应小于10％；

所述步骤二用粉末取代80％～90％的天然砂形成混掺集料，调整混掺集料级配，对集料的细度模数进行控制，粉末与河砂混掺后集料的细度模数宜在2.0～2.9之间；

所述步骤四将新拌砂浆浆体放入砂浆流动度测试锥模中，进行新拌砂浆浆体的初始稠度检测，控制样品砂浆在一定的初始稠度；将新拌砂浆浆体测试保水率，控制样品砂浆满足保水率要求；

所述步骤五中，将砂浆浆体浇筑到40mm×40mm×160mm收缩模具和70.7mm×70.7mm×70.7mm试模中，试模的外面应覆盖，在温度25℃，湿度55-65％的室内放置24小时；一天后将试样从70.7mm×70.7mm×70.7mm试模移除，试样被放置在温度为20℃，湿度为90±5％的养护室继续养护到规定的龄期；七天后将试样从40mm×40mm×160mm试模移除，测试初始长度，随后在温度20±2℃，湿度为65％±5％的养护室进行养护直到测试龄期。