CN111484291A - 单粒级配镍渣砂自密实混凝土 - Google Patents

单粒级配镍渣砂自密实混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明单粒级配镍渣砂自密实混凝土，其原料组成包括，以重量份数计，天然骨料，850‑950重量份；镍渣砂，0‑308重量份；河砂，462‑770重量份；水泥，450‑500重量份；减水剂，1‑3重量份；水，190‑210重量份；其中，且镍渣砂为颗粒尺寸2.36mm‑4.75mm单粒级配镍渣砂。本发明利用碱激发消除安定性问题，制备镍渣细骨料自密实混凝土，不但有效坚决了环境污染问题，还解决了我国天然河砂稀缺的问题，具有较强经济效益。

Description

单粒级配镍渣砂自密实混凝土
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种单粒级配镍渣砂自密实混 凝土，更具体的是涉及一种采用碱激发后的镍渣砂为单粒级配细骨料取代部 分天然河砂制备自密实混凝土。
背景技术
砂在混凝土中主要起骨架作用，对混凝土的工作性能、力学性能和耐久 性能等有较强影响。当前，我国大部分工程使用的是天然河砂，但是随着各 地环保要求越来越高，限制开采越来越严重，河砂的价格不断上涨，甚至个 别工程违规采用海砂。总体来看，我国天然啥匮乏的现状短时间难以改善， 因此，迫切需要研究新的河砂替代物。
镍是一种具有战略意义的有色金属，广泛应用于军工国防工业，同时镍 也是生产不锈钢的必要成分。然而，镍矿石的含镍量很低，即使选矿后的精 品矿也仅能达到6％-12％，冶炼后的产渣量达到原材料质量的80％-90％，目 前我国每年新增的镍渣达到3000万吨，已发展成为矿渣、钢渣、赤泥之后第 四大冶炼工业废渣。由于镍渣的处理难度高，安定性差，仅有8％应用于制 备镍渣混凝土，其余大部分只能堆存或者填埋，不仅浪费资源，还严重污染 环境，已成为镍铁冶炼的主要障碍。
自密实混凝土是一种新型高性能混凝土，具有较高的流动性，施工时不 需要振捣就能充满模板，尤其适用于钢筋密集区混凝土的浇筑，极大提高了 施工效率，并保证了混凝土的浇筑质量。
目前已有的镍渣混凝土都是将镍渣磨细制备镍渣粉替代水泥，但镍渣粉 活性远低于水泥，会影响砂浆的强度；由于镍渣硬度高，粉磨需要大量电量， 成本较高；并且由于含有部分游离氧化钙和氧化镁，安定性不能得到保证， 存在着安定性不良的问题。
发明内容
本发明单粒级配镍渣砂自密实混凝土将镍渣简单筛分后获得2.36～4.75mm 的单粒级配镍渣砂，利用碱激发消除安定性问题，制备镍渣细骨料自密实混凝 土，不但有效坚决了环境污染问题，还解决了我国天然河砂稀缺的问题，具有 较强经济效益。
本发明公开的单粒级配镍渣砂自密实混凝土，其原料组成包括，以重量份 数计，
天然骨料，850-950重量份；
镍渣砂，0-308重量份；
河砂，462-770重量份；
水泥，450-500重量份；
减水剂，1-3重量份；
水，190-210重量份；
其中，且镍渣砂为颗粒尺寸2.36mm-4.75mm单粒级配镍渣砂。
本发明公开的单粒级配镍渣砂自密实混凝土的一种改进，镍渣砂为经过碱 激发剂处理的。
本发明公开的单粒级配镍渣砂自密实混凝土的一种改进，碱激发剂为KOH 或NaOH。
本发明公开的单粒级配镍渣砂自密实混凝土的一种改进，碱激发剂对镍渣 砂的处理时碱激发剂的用量为占镍渣砂总质量4-6％。
本发明公开的单粒级配镍渣砂自密实混凝土的一种改进，减水剂为聚羧酸 高效减水剂。
本发明公开的单粒级配镍渣砂自密实混凝土的一种改进，原料中还包括 100-150重量份的粉煤灰。
本发明公开的单粒级配镍渣砂自密实混凝土的一种改进，天然骨料为 5～20mm连续粒级的碎石。
本发明公开的单粒级配镍渣砂自密实混凝土的一种改进，镍渣砂的用量不 超过河砂与镍渣砂总质量的40％。
本发明公开的单粒级配镍渣砂自密实混凝土的一种改进，镍渣砂为高炉镍 渣经破碎筛分后得到。
单粒级配粗骨料：将镍渣经过破碎和筛分，连续经过4.75mm和2.36mm圆 孔筛，筛除粒径小于2.36mm和大于4.75mm的颗粒，制备2.36mm-4.75mm单 粒级配镍渣砂。而常规的连续级配镍渣细骨料，需要经过多次破碎、筛分、称 重混合，工艺复杂、效率低、可操作性差。
活性和安定性：镍渣中还有方解石和(Ca2CO3)、镁铝尖晶石(MgAl2O4) 和硅酸镁等矿物，具有较好的潜在活性；但同时含有游离的氧化钙和氧化镁， 若不加处置，后期易膨胀造成安定性问题。本专利通过选用KOH和NaOH作为 碱激发剂(镍渣砂质量的6％)，充分激发镍渣砂的活性，提高混凝土强度的同 时，消除了镍渣安定性不良的问题。
膨胀混凝土是具有一定膨胀性能的高性能混凝土，一般仅用于后浇带、钢 管混凝土、桥梁伸缩缝和装配式建筑的连接部位，这些结构有个统一特点：钢 筋密集，不易振捣，尤其是钢管混凝土中一旦振捣很容易引起结构失稳。因此 考虑到镍渣膨胀混凝土的施工和使用，提出了镍渣自密实混凝土。
粗骨料和细骨料在混凝土中惰性不反应，仅起骨架作用，因此需要大小合 理地组合才能保证混凝土的性能，同时，GB/T14684-2011《建设用砂》规定了 连续级配细骨料的上下限；GB/T 4685-2011《建设用卵石、碎石》规定了粗骨料 的上下限，理论上不满足连续级配规定的粗细骨料是不能用的，这一点很多专 利都没有认真考虑，一旦使用非连续级配，就需要测试详细测试力学性能和工 作性能，只有全部性能满足之后才能用，而一般的专利都只测了7天或28天强 度。本专利中的镍渣硬度高，很难磨细，而且如果想配置连续级配的话，需要 反复磨细，过7-9次筛，再称重按照比例进行混合，极大浪费电量和人工。因此， 本专利提出了单粒级配，只需要磨一次，过两次筛，利用碱激发技术和自密实 技术使得镍渣不但起骨架作用，而具备胶结性，和水泥浆体结合在一起，避免 了非连续级配对性能的产生的不利影响，并详细验证了安定性、工作性能和7d、 28d、90d强度等。
本申请方案的特点在于除了利用碱激发镍渣，还考虑生产成本提出了“单 粒级配”技术，并考虑施工提出了“自密实”技术。通过“碱激发镍渣—单粒 级配—自密实”高效组合的“超叠加”效应，从而提出了这里的镍渣砂综合利 用的成套技术。
具体实施方式
以下将结合各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限 制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、 或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
以下实施方案的实施，在非特指的情形下，均以如下原料一为例进行举 例，而不作为对本发明方案的特别的限定，所有原料满足本行业的执行标准 即可。
原材料一
水泥：P·O42.5普通硅酸盐水泥，表观密度为3.12g/cm3。
粉煤灰：1级粉煤灰，表观密度2.06g/cm3。
河砂:细度模数为2.37的中砂，表观密度为2.66g/cm3，堆积密度为 1.47g/cm3，含水率为0.45％。
天然粗骨料：5～20mm连续粒级的碎石，表观密度为2.78g/cm3，堆积密 度为1.36g/cm3，吸水率为0.44％。
镍渣：高炉镍渣，化学成分见表1。
外加剂：聚羧酸高效减水剂。
水：自来水。
表1镍渣主要化学成分(％)
CaO MgO Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> SiO<sub>2</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> SO<sub>3</sub> K<sub>2</sub>O Na<sub>2</sub>O Loss Total
32.14 12.62 17.48 26.86 3.64 2.47 0.42 0.62 1.60 97.85
包括而不限于下述实施例方案中安定性试验的试验方法为：
将40mm*40mm*160mm的试模放在振动台上，将新拌的镍渣混凝土倒 入模具中，振捣至无气泡逸出，放入养护室24h后拆模，测量其初始长度L0， 然后将试件放入沸煮箱内煮沸3h，再放入2MPa的蒸压釜内蒸养3h，测其长 度L1，试样的压蒸膨胀率为
Figure BDA0002463450930000051
式中：L为试件的有效长度，130mm。
对比例组一
表100混凝土配合比
Figure BDA0002463450930000052
1.安定性试验：
1)结果
表200镍渣混凝土安定性
编号 1 2 3 4
膨胀率/％ 0.012 0.015 0.014 0.013
外观 表面完好 表面完好 表面完好 表面完好
结果 合格 合格 合格 合格
编号 5 6 7 8
膨胀率/％ 0.223 0.256 0.332 0.426
外观 表面弯曲 表面弯曲 开裂 开裂
结果 不合格 不合格 不合格 不合格
2.工作性能试验
表300不同镍渣砂取代率下新拌混凝土工作性能测试结果
Figure BDA0002463450930000061
3.抗压强度
表400不同镍渣砂取代率下新拌混凝土抗压强度
Figure BDA0002463450930000062
Figure BDA0002463450930000071
实施例组一
表101混凝土配合比
Figure BDA0002463450930000072
1.安定性试验：
1)结果
表102镍渣混凝土安定性
编号 1 2 3 4
膨胀率/％ 0.073 0.089 0.096 0.124
外观 表面完好 表面完好 表面完好 表面完好
结果 合格 合格 合格 合格
从表中可以发现，随着镍渣砂掺量的增大，膨胀率逐渐增大，但始终在 合格范围内，安定性良好。
2.工作性能试验
表103不同镍渣砂取代率下新拌混凝土工作性能测试结果
Figure BDA0002463450930000081
不同镍渣砂掺量下新拌混凝土坍落扩展度的等级为SF2级，T500时间 的等级为VS1级，间隙通过性的等级为PA1和PA2，抗离析性的等级为SR2 级。满足规范中对自密实混凝土工作性能的相关条件。
3.抗压强度
表104不同镍渣砂取代率下新拌混凝土抗压强度
Figure BDA0002463450930000082
由于镍渣具有潜在活性，在碱性激发剂的作用下，可发生水化反应生产 具有胶凝性产物，提高了混凝土的强度，28天强度大于普通混凝土。
实施例组二
表201混凝土配合比
Figure BDA0002463450930000083
Figure BDA0002463450930000091
1.安定性试验：
1)结果
表202镍渣混凝土安定性
编号 0 1 2 3 4
膨胀率/％ 0.006 0.082 0.093 0.099 0.132
外观 表面完好 表面完好 表面完好 表面完好 表面完好
结果 合格 合格 合格 合格 合格
从表中可以发现，随着镍渣砂掺量的增大，膨胀率逐渐增大，但始终在 合格范围内，安定性良好。
2.工作性能试验
表203不同镍渣砂取代率下新拌混凝土工作性能测试结果
Figure BDA0002463450930000092
不同镍渣砂掺量下新拌混凝土坍落扩展度的等级为SF2级，T500时间 的等级为VS1级，间隙通过性的等级为PA1和PA2，抗离析性的等级为SR2 级。满足规范中对自密实混凝土工作性能的相关条件。
3.抗压强度
表204不同镍渣砂取代率下新拌混凝土抗压强度
Figure BDA0002463450930000101
由于镍渣具有潜在活性，在碱性激发剂的作用下，可发生水化反应生产 具有胶凝性产物，提高了混凝土的强度，28天强度大于普通混凝土。
实施例组三
表301混凝土配合比
Figure BDA0002463450930000102
1.安定性试验：
1)结果
表302镍渣混凝土安定性
Figure BDA0002463450930000103
Figure BDA0002463450930000111
从表中可以发现，随着镍渣砂掺量的增大，膨胀率逐渐增大，但始终在 合格范围内，安定性良好。
2.工作性能试验
表303不同镍渣砂取代率下新拌混凝土工作性能测试结果
Figure BDA0002463450930000112
不同镍渣砂掺量下新拌混凝土坍落扩展度的等级为SF2级，T500时间 的等级为VS1级，间隙通过性的等级为PA1和PA2，抗离析性的等级为SR2 级。满足规范中对自密实混凝土工作性能的相关条件。
3.抗压强度
表304不同镍渣砂取代率下新拌混凝土抗压强度
Figure BDA0002463450930000113
由于镍渣具有潜在活性，在碱性激发剂的作用下，可发生水化反应生产 具有胶凝性产物，提高了混凝土的强度，28天强度大于普通混凝土。
实施例组四
表401混凝土配合比
Figure BDA0002463450930000121
1.安定性试验：
1)结果
表402镍渣混凝土安定性
编号 1 2 3 4
膨胀率/％ 0.073 0.099 0.106 0.129
外观 表面良好 表面良好 表面良好 表面良好
结果 合格 合格 合格 合格
从表中可以发现，随着镍渣砂掺量的增大，膨胀率逐渐增大，但始终在 合格范围内，安定性良好。
2.工作性能试验
表403不同镍渣砂取代率下新拌混凝土工作性能测试结果
Figure BDA0002463450930000122
Figure BDA0002463450930000131
不同镍渣砂掺量下新拌混凝土坍落扩展度的等级为SF2级，T500时间 的等级为VS1级，间隙通过性的等级为PA1和PA2，抗离析性的等级为SR2 级。满足规范中对自密实混凝土工作性能的相关条件。
3.抗压强度
表404不同镍渣砂取代率下新拌混凝土抗压强度
Figure BDA0002463450930000132
由于镍渣具有潜在活性，在碱性激发剂的作用下，可发生水化反应生产 具有胶凝性产物，提高了混凝土的强度，28天强度大于普通混凝土。
实施例组五
表501混凝土配合比
Figure BDA0002463450930000133
1.安定性试验：
1)结果
表502镍渣混凝土安定性
编号 1 2 3 4
膨胀率/％ 0.088 0.089 0.099 0.135
外观 表面良好 表面良好 表面良好 表面良好
结果 合格 合格 合格 合格
从表中可以发现，随着镍渣砂掺量的增大，膨胀率逐渐增大，但始终在 合格范围内，安定性良好。
2.工作性能试验
表503不同镍渣砂取代率下新拌混凝土工作性能测试结果
Figure BDA0002463450930000141
不同镍渣砂掺量下新拌混凝土坍落扩展度的等级为SF2级，T500时间 的等级为VS1级，间隙通过性的等级为PA1和PA2，抗离析性的等级为SR2 级。满足规范中对自密实混凝土工作性能的相关条件。
3.抗压强度
表504不同镍渣砂取代率下新拌混凝土抗压强度
Figure BDA0002463450930000142
Figure BDA0002463450930000151
由于镍渣具有潜在活性，在碱性激发剂的作用下，可发生水化反应生产 具有胶凝性产物，提高了混凝土的强度，28天强度大于普通混凝土。
在包括而不限于上述实施例中，对于混凝土原料中减水剂以及水用量， 限定在如下范围内即可满足本方案的要求：减水剂，1-3重量份；水，190-210 重量份。在具体地应用时，是实际用水量的配比而适应性地调节减水剂的用 量，以满足混凝土产品的需求，比如在上述实施例中，选择用水量为210重 量份时，可以选择减水剂为3重量份，也可以为2重量份，在相应的范围内 无特别的要求和限定，仅需考虑实际的需求。当然在应用过程中，还可以通 过附加水的形式来调节总水量，而实现对整体应用要求的满足，附加水的用 量调整范围为13-19重量份，如选择用水量为210重量份、减水剂为3重量 份时，附加水根据需要可以添加19重量份或者13重量份或者不添加。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节， 而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实 现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且 是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨 在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施 例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见， 本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以 经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.单粒级配镍渣砂自密实混凝土，其原料组成包括，以重量份数计，
天然骨料，850-950重量份；
镍渣砂，0-308重量份；
河砂，462-770重量份；
水泥，450-500重量份；
减水剂，1-3重量份；
水，190-210重量份；
其中，且镍渣砂为颗粒尺寸2.36mm-4.75mm单粒级配镍渣砂。
2.根据权利要求1所述的单粒级配镍渣砂自密实混凝土，其特征在于，所述镍渣砂为经过碱激发剂处理的。
3.根据权利要求2所述的单粒级配镍渣砂自密实混凝土，其特征在于，所述碱激发剂为KOH或NaOH。
4.根据权利要求1-3任一所述的单粒级配镍渣砂自密实混凝土，其特征在于，所述碱激发剂对镍渣砂的处理时碱激发剂的用量为占镍渣砂总质量4-6％。
5.根据权利要求1所述的单粒级配镍渣砂自密实混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
6.根据权利要求1所述的单粒级配镍渣砂自密实混凝土，其特征在于，所述原料中还包括100-150重量份的粉煤灰。
7.根据权利要求1所述的单粒级配镍渣砂自密实混凝土，其特征在于，所述天然骨料为5～20mm连续粒级的碎石。
8.根据权利要求1所述的单粒级配镍渣砂自密实混凝土，其特征在于，所述镍渣砂的用量不超过河砂与镍渣砂总质量的40％。
9.根据权利要求1所述的单粒级配镍渣砂自密实混凝土，其特征在于，所述镍渣砂为高炉镍渣经破碎筛分后得到。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112645657A (zh) * 2020-12-28 2021-04-13 湖北工业大学 一种多级处理镍渣制备的装配式混凝土及其应用
CN113831041A (zh) * 2021-10-09 2021-12-24 苏州中材建设有限公司 一种混凝土用降粘增强的球形镍渣材料的制备方法

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