CN110482991A - 一种蛇纹石提镁尾渣在混凝土领域中的应用及混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种蛇纹石提镁尾渣在混凝土领域中的应用及混凝土，属于混凝土领域。本发明将蛇纹石提镁尾渣用于制备混凝土，使得蛇纹石提镁尾渣得到完全利用，实现了资源的再利用。本发明还提供了一种混凝土，使用蛇纹石提镁尾渣，效果与水泥熟料基混凝土性能相当，可提高混凝土的强度，完全可以替代水泥使用，同时蛇纹石提镁尾渣使混凝土不易产生裂缝；减水剂使混凝土具有较好的施工流动性，便于施工；脱硫石膏可有效地降低混凝土的凝固时间，加快施工速度，同时，还可增加混凝土的耐久性能，上述各组分相互配合、协同作用，使本发明提供的混凝土具有非常优异的强度、耐久性、流动性和不易裂缝的性能，适于广泛推广应用。

Description

一种蛇纹石提镁尾渣在混凝土领域中的应用及混凝土
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，尤其涉及一种蛇纹石提镁尾渣在混凝土领域中的应用及混凝土。
背景技术
我国有大量蛇纹岩，达到千亿吨级别，是生产金属镁的好原料，并且，我国还有大量的红土镍矿，其脉石矿物为蛇纹石型，也是炼镁好原料。因此，将这些蛇纹岩和红土镍矿用来提炼金属镁后会产生大量尾渣。目前这些尾渣还有没有很好的处理方法，不利于资源的回收利用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种蛇纹石提镁尾渣在混凝土领域中的应用及混凝土。本发明将蛇纹石提镁尾渣用于制备混凝土，使得蛇纹石提镁尾渣得到完全利用。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种蛇纹石提镁尾渣在混凝土领域中的应用。
本发明还提供了一种混凝土，每立方米所述混凝土包括以下质量的组分：胶凝材料500kg、骨料1865kg、减水剂2～3kg和水135～140kg，所述胶凝材料包括蛇纹石提镁尾渣和脱硫石膏，所述骨料包括废石和铁矿细砂。
优选地，所述蛇纹石提镁尾渣和脱硫石膏的质量比为400～440:60～100。
优选地，所述混凝土的水胶比为0.27～0.28。
优选地，所述胶凝材料的比表面积为580～600m3/kg。
优选地，所述脱硫石膏的比表面积为600～640m3/kg。
优选地，所述废石和铁矿细砂的质量比为1119～1212:653～746。
优选地，所述废石的粒度为4.75～26.5mm。
优选地，所述铁矿细砂的粒度为0.088～4.75mm。
优选地，所述骨料的砂率为0.35～0.40。
本发明提供了一种蛇纹石提镁尾渣在混凝土领域中的应用，将蛇纹石提镁尾渣用于制备混凝土，使得蛇纹石提镁尾渣得到完全利用，实现了资源的再利用。
本发明还提供了一种混凝土，每立方米所述混凝土包括以下质量的组分：胶凝材料500kg、骨料1865kg、减水剂2～3kg和水135～140kg，所述胶凝材料包括蛇纹石提镁尾渣和脱硫石膏，所述骨料包括废石和铁矿细砂。本发明中，使用蛇纹石提镁尾渣，效果与水泥熟料基混凝土性能相当，可提高混凝土的强度，完全可以替代水泥使用，同时蛇纹石提镁尾渣使混凝土不易产生裂缝；减水剂使混凝土具有较好的施工流动性，便于施工；脱硫石膏可有效地降低混凝土的凝固时间，加快施工速度，同时，还可增加混凝土的耐久性能，上述各组分相互配合、协同作用，使本发明提供的混凝土具有非常优异的强度、耐久性、流动性和不易裂缝的性能，适于广泛推广应用。在本发明中，蛇纹石提镁尾渣、脱硫石膏、骨料、减水剂和水的协同作用还能降低混凝土收缩、碳化率和氯离子侵蚀，原因如下：(1)在水化反应后期，蛇纹石提镁尾渣与脱硫石膏协同水化反应，促使体系中有更多的水化产物生成，混凝土的内部孔隙越来越少，强度越来越高，体积稳定性也就相应的提高；(2)在水化反应过程中，在脱硫石膏的激发作用下，蛇纹石提镁尾渣和脱硫石膏发生协同水化反应，使得体系中水化硅酸凝胶不断生成，另一方面，胶凝材料中具有较多的微米及亚微米级的粒子，未反应的颗粒能够将胶凝体系的孔隙填充，进而提高混凝土结构的密实性，降低孔隙率，促进了抗氯离子渗透性能的提高，且空气中的二氧化碳等酸性气体难以通过毛细孔进入到混凝土结构内部，只能与混凝土表层发生微弱的化学反应，反应程度较小，碳化深度也相应较小，所以本发明提供的混凝土长期暴露在空气中，碳化作用影响不大。实施例的数据表明，本发明提供的混凝土坍塌度为185～20mm，3d、7d和28d抗压强度分别达到10.28MPa％，56.98MPa和70.47MPa。
具体实施方式
本发明提供了一种蛇纹石提镁尾渣在混凝土领域中的应用。
在本发明中，所述蛇纹石提镁尾渣优选按照CN107523700A中公开的真空热还原含镍蛇纹石矿制备副产品的方法制得，所述蛇纹石提镁尾渣即为副产品。在本发明中，所述蛇纹石提镁尾渣主要物相为12CaO·7Al2O3(s)、2CaO·SiO2(s)和CaO(s)·SiO2(s)。
本发明还提供了一种混凝土，每立方米所述混凝土包括以下质量的组分：胶凝材料500kg、骨料1865kg、减水剂2～3kg和水135～140kg，所述胶凝材料包括蛇纹石提镁尾渣和脱硫石膏，所述骨料包括废石和铁矿细砂。
在本发明中，所述蛇纹石提镁尾渣和脱硫石膏的质量比优选为400～440:60～100，更优选为400:100、430:70或440:60。在本发明中，所述蛇纹石提镁尾渣优选与上述方案一致，在此不再赘述。在本发明中，所述混凝土的水胶比优选为0.27～0.28，更优选为0.275。
在本发明中，所述胶凝材料的比表面积优选为580～600m3/kg。在本发明中，所述胶凝材料使用前优选经20～30℃养护，更优选为25℃。
在本发明中，所述脱硫石膏的比表面积优选为600～640m3/kg。本发明对所述脱硫石膏的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
在本发明中，所述废石和铁矿细砂的质量比优选为1119～1212:653～746，更优选为1119:746、1212:653或1156:709。
在本发明中，所述废石的粒度优选为4.75～26.5mm。
在本发明中，所述铁矿细砂的粒度优选为0.088～4.75mm。
在本发明中，所述骨料的砂率优选为0.35～0.40，更优选为0.38。
在本发明中，所述减水剂的减水率优选为20～30％，所述减水剂优选为木质素磺酸盐减水剂、萘磺酸盐减水剂、密胺系减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂、脂肪酸系高效减水剂、粉末聚羧酸酯减水剂、干酪素和聚羧酸系高性能减水剂中的一种或多种，当所述减水剂优选为混合物时，本发明对所述混合物中各减水剂的种类和用量没有特殊的限定，采用任意比例的混合物均可。
在本发明中，所述水优选为138kg。
本发明对所述混凝土的制备方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备方法制得即可。
为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的蛇纹石提镁尾渣在混凝土领域中的应用及混凝土进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
本发明实施例中使用的蛇纹石提镁尾渣的制备方法如下：
开采得到块状蛇纹矿石，最大块度30厘米。蛇纹石矿石中主要矿石矿物为蛇纹石，并含少量橄榄石和铬尖晶石，金属矿物包括磁铁矿、赤铁矿、铬铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿。化学成分如表1。
表1蛇纹矿石化学成分
MgO Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> FeO Mn SiO<sub>2</sub> Ni
35.54 0.64 3.36 5.23 1.47 0.048 37.17 0.22
Cr Co P S K<sub>2</sub>O Na<sub>2</sub>O TFe H<sub>2</sub>O
0.12 0.015 0.0022 0.0009 0.055 0.097 4.80 0.48
建设年处理2万吨蛇纹石生产金属镁1200吨生产线，具体生产工艺为：首先通过PE400×600颚式破碎机对蛇纹石、石灰进行破碎至约5厘米，然后用在Φ1.5×5.7型球磨机中按配料比加入磨好的蛇纹石、石灰、硅铝合金粉(硅铝合金粉的化学成分为Al29～35wt％，Si40～45wt％，Fe10～20wt％，硅铝铁合金用内蒙突泉煤矸石碳热还原法制备，磨成-120目)和萤石粉(化学试剂级，CaF2，纯度98％，-80目)进行混料细磨至120目，蛇纹石50％，添加剂石灰(化学级，98纯度，-80目)量40％，硅铝合金及催化剂萤石粉总量的10％。磨好的混合料进入GF520干粉压球机压球，长径3厘米，短径2厘米。干球进入真空连续生产感应加热镁还原炉，抽真空10Pa，加热功率1000kW，温度1200℃，每炉保温4小时。真空条件下加料和出渣，炉内保持真空状态和恒温加热状态。该镁还原炉有两个镁结晶器，定期轮换(3组)出粗镁。从炉中排除的混合渣呈块状，经过对辊破碎机破碎至微米级，进入干式磁选机，磁场强度8000～12000高斯，得到镍铁合金粒，最后得到的尾渣，即蛇纹石提镁尾渣的化学分析如表2所示。
表2蛇纹石提镁尾渣化学成分
序号 CaO Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> SiO<sub>2</sub> MgO
1 65.73 2.12 7.61 18.46 6.08
2 61.69 13.45 4.39 17.44 3.03
3 61.47 2.04 8.83 20.29 5.47
从尾渣的X衍射分析结果可以看出，尾渣主要为2CaO·SiO2和少量12CaO·7Al2O3组成。
实施例1
用序号2的尾渣作为原料，先制造胶凝材料，测试比表面积为590m3/kg，脱硫石膏为620m3/kg。
按照胶凝材料在混凝主中比例为500kg/m3，水胶比为0.27，采用25℃湿热养护。按照尾渣与脱硫石膏400:100(千克)比例混合均匀，再加上骨料(废石1212千克和铁矿细砂653千克)1865千克，砂率0.35，加水135千克，2.0千克木质素磺酸盐减水剂，减水率可达20％，细铁砂粒度范围0.088～4.75mm，废石粒度在4.75～26.5mm。
经过搅拌机搅拌后，迅速按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(标准号GB/T50080-2002)测试混凝土的坍落度,然后浇筑在100mm×100mm×100mm试模中，振动成型，制备出高性能混凝土试样，采用标准养护制度(25℃±1),相对湿度不低于95％)，24小时拆模，继续养护3d、7d、28d。按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(标准号GB/T50081-2002)测试制备的混凝土抗压强度。
测试结果：坍塌度190mm，3d、7d和28d抗压强度分别达到9.3MPa％,57.88MPa和68.47MPa。
混凝土收缩28天龄期时的收缩率仅为0.0254％，表明自收缩率较低；碳化率28天龄期的碳化深度为6.5mm，属于T-IV级别，表明蛇纹石提镁尾渣基混凝土具有很好的抗碳化性能；蛇纹石提镁尾渣基混凝土抗氯离子渗透性能(RCM法)测试结果为0.386×10-12m2/s，达到RCM-V级别。电通量法测试的混凝土的6h内通过的电量为95C，表明混凝土具有很好的抗氯离子渗透性能。
实施例2
用序号1的尾渣作为原料，先制造胶凝材料，测试比表面积为600m3/kg，脱硫石膏为600m3/kg。
按照胶凝材料在混凝主中比例为500kg/m3，水胶比为0.28，采用20℃湿热养护。按照尾渣与脱硫石膏440:60(千克)比例混合均匀，再加上骨料(废石1119千克和铁矿细砂746千克)1865千克，砂率0.40，加水140千克，2.0千克聚羧酸系列PC高效减水剂，减水率可达25％，细铁砂粒度范围0.088～4.75mm，废石粒度在4.75～26.5mm。
经过搅拌机搅拌后，迅速按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(标准号GB/T50080-2002)测试混凝土的坍落度,然后浇筑在100mm×100mm×100mm试模中，振动成型，制备出高性能混凝土试样，采用标准养护制度(20℃±1),相对湿度不低于95％)，24小时拆模，继续养护3d、7d、28d。按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(标准号GB/T50081-2002)测试制备的混凝土抗压强度。
测试结果：坍塌度185mm，3d、7d和28d抗压强度分别达到8.8MPa％,53.45MPa和60.47MPa。
混凝土收缩28天龄期时的收缩率仅为0.0321％；碳化率28天龄期的碳化深度为7.5mm，属于T-IV级别；蛇纹石提镁尾渣基混凝土抗氯离子渗透性能(RCM法)测试结果为0.486×10-12m2/s，达到RCM-V级别。电通量法测试的混凝土的6h内通过的电量为103C。
实施例3
用序号3的尾渣作为原料，先制造胶凝材料，测试比表面积为580m3/kg，脱硫石膏为640m3/kg。
按照胶凝材料在混凝主中比例为500kg/m3，水胶比为0.275，采用30℃湿热养护。按照尾渣与脱硫石膏430:70(千克)比例混合均匀，再加上骨料(废石1156千克和铁矿细砂709千克)1865千克，砂率0.38，加水138千克，2千克萘磺酸盐减水剂，减水率可达30％，细铁砂粒度范围0.088～4.75mm,废石粒度在4.75～26.5mm。
经过搅拌机搅拌后，迅速按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(标准号GB/T50080-2002)测试混凝土的坍落度,然后浇筑在100mm×100mm×100mm试模中，振动成型，制备出高性能混凝土试样，采用标准养护制度(30℃±1),相对湿度不低于95％)，24小时拆模，继续养护3d、7d和28d。按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(标准号GB/T50081-2002)测试制备的混凝土抗压强度。
测试结果：坍塌度200mm，3d、7d和28d抗压强度分别达到10.3MPa％,56.88MPa和71.47MPa。
混凝土收缩28天龄期时的收缩率仅为0.0221％；碳化率28天龄期的碳化深度为5.5mm，属于T-IV级别；蛇纹石提镁尾渣基混凝土抗氯离子渗透性能(RCM法)测试结果为0.286×10-12m2/s，达到RCM-V级别。电通量法测试的混凝土的6h内通过的电量为89C。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种蛇纹石提镁尾渣在混凝土领域中的应用。
2.一种混凝土，其特征在于，每立方米所述混凝土包括以下质量的组分：胶凝材料500kg、骨料1865kg、减水剂2～3kg和水135～140kg，所述胶凝材料包括蛇纹石提镁尾渣和脱硫石膏，所述骨料包括废石和铁矿细砂。
3.根据权利要求2所述的混凝土，其特征在于，所述蛇纹石提镁尾渣和脱硫石膏的质量比为400～440:60～100。
4.根据权利要求2或3所述的混凝土，其特征在于，所述混凝土的水胶比为0.27～0.28。
5.根据权利要求2所述的混凝土，其特征在于，所述胶凝材料的比表面积为580～600m3/kg。
6.根据权利要求2或5所述的混凝土，其特征在于，所述脱硫石膏的比表面积为600～640m3/kg。
7.根据权利要求2所述的混凝土，其特征在于，所述废石和铁矿细砂的质量比为1119～1212:653～746。
8.根据权利要求2或7所述的混凝土，其特征在于，所述废石的粒度为4.75～26.5mm。
9.根据权利要求2或7所述的混凝土，其特征在于，所述铁矿细砂的粒度为0.088～4.75mm。
10.根据权利要求2或7所述的混凝土，其特征在于，所述骨料的砂率为0.35～0.40。
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