CN111574168A

CN111574168A - 一种硅锰水淬渣混凝土

Info

Publication number: CN111574168A
Application number: CN202010559927.4A
Authority: CN
Inventors: 罗百福; 冯勤勤; 李�诚; 张伟; 王东
Original assignee: Xiangtan University
Current assignee: Xiangtan University
Priority date: 2020-06-18
Filing date: 2020-06-18
Publication date: 2020-08-25

Abstract

本发明对硅锰水淬渣进行了物理处理和化学改性，综合利用激发剂、石英尾渣、砂、石等组分，优势互补。本发明利用硅锰水淬渣中含较高的玻璃体、潜在水硬性和火山灰活性，通过石灰和纯碱混合的激，发剂激发活性，在水泥二次反应中生成活性物质，使材料强度得以提升。硅锰水淬渣部分代替水泥，减少水泥使用，其胶凝效果固化重金属绿色环保，填补颗粒间空隙，密实度高。本发明中石英尾渣的二氧化硅含量较高，促进硅酸盐水化反应，实现自然资源二次利用，部分替代砂放射性低，制作成本缩减。本发明制得的混凝土力学性能较基准混凝土有一定提升，具有良好的抗渗性、抗冻性、抗干缩性、耐久性等，可广泛用于工程中。

Description

一种硅锰水淬渣混凝土

技术领域

本发明属于土木工程中的建筑材料混凝土制备技术领域，具体涉及一种硅锰水淬渣。

背景技术

硅锰合金作为一种产量大、利用广泛的合金，生产1t硅锰合金会产生1.2-1.3倍硅锰渣。硅锰渣中含大量的CaO、Al₂O₃、SiO₂、MnO₂等物质，其结构疏松多孔，内含很多不规则非晶体。试验测出硅锰渣中铬、锌、硼等含量较高，还包含镉、铅等元素，将其堆放至土地，易产生富集现象，超过国家标准，这种工业副产品所含的重金属不仅对土地和环境造成污染，更有害于人类身体健康。由于如今硅锰水淬渣产生量过多，人们将其运用于混凝土可减小工艺制作复杂性，也不失为一种实现固体废弃物资源多样性、变废为宝的好方法，从根本上保护了生态系统。研究发现掺入硅锰渣替代水泥量小于15%时，较基准混凝土其力学性能、抗渗性能、干缩性能等变化很微小。而替代40%，力学性能是有所提升的，抗冻抗渗等性能都比较优越，是一种活性比较好的掺合料。

粉煤灰是我国固体废弃物堆积量中占很大的比重，达到了20亿吨以上，其堆积和外排造成土地资源减少和环境污染。其内部成分中含残碳、微珠等，不仅可以降低水化热还可以减少混凝土的开裂。由此可见将其作为一种二次资源，对提高经济效益、减少环境污染有很好的现实意义。

石英尾渣是一种高硅的工业废弃物，每年石英尾渣的排量为1000多万吨，大量采用废物堆积的方式解决问题，易使自然资源得不到合理利用且污染环境，同时硅砂资源匮乏，而石英尾砂放射性低，制成建筑材料是能满足要求的。

CN108218264A公开了一种以“石灰+碳酸钠”为激发剂的单组份碱激发胶凝材料，其是以石灰和碳酸钠按摩尔比1:1配制作为激发剂，火山灰活性材料作为被激发对象，将其干拌混合制得。该胶凝材料的抗压强度为P.O 42.5水泥的1.2～1.3倍，且其直接加水即可使用，拌合初期碱性低，凝结时间适中，具有良好的工程应用前景，本发明同样采用石灰和纯碱作激发剂，石灰量作适当调整，更利于激发硅锰水淬渣活性和水泥水化反应，制得的混凝土强度耐久性好。

发明内容

本发明目的在于合理运用硅锰水淬渣和石英尾渣制成力学性能优越、耐久性抗渗性强价格低廉的环保绿色混凝土。为了实现上述目的，本发明提供了一种硅锰水淬混凝土：

一种硅锰水淬渣混凝土，其特征在于：各组分和用量包括：胶凝材料、激发剂、砂、石、石英尾砂、减水剂和水。所述胶凝材料用量为513-601kg/m³,水胶比为0.26-0.3，所述石材料用量为900-1102kg/m³，所述减水剂为胶凝材料的2.6%-3.1%，所述石英尾渣为砂的15%-25%，所述砂可根据质量及比例关系求得，所述激发剂材料用量为330-340kg/m³。

其中，上述一种硅锰水淬渣混凝土中，所述胶凝材料包含水泥、粉煤灰和硅锰水淬渣，硅锰水淬渣为水泥的30%-35%，粉煤灰含量为所述胶凝材料的12%-15%。

其中，上述一种硅锰水淬渣混凝土中，所述激发剂由摩尔比为2:1的石灰和纯碱混合而成。

其中，上述一种硅锰水淬渣混凝土中，所述石为5-20mm，表观密度为2.65g/cm³，石为连续级配，含泥量0.68%。

其中，上述一种硅锰水淬渣混凝土中，所述砂为中砂，级配良好，表观密度为2.58g/cm³。

其中，上述一种硅锰水淬渣混凝土中，所述硅锰水淬渣呈颗粒状，疏松多孔，需经过预处理。对硅锰水淬渣预处理过程包括：首先烘干硅锰水淬渣，采用球磨机磨细，筛分后得到超细粉末，比表面积在4800cm³/g左右，粒径良好。

其中，上述一种硅锰水淬渣混凝土中，所述粉煤灰密度为2.39g/cm³。

其中，上述一种硅锰水淬渣混凝土中，所述石英尾渣研磨后用方孔筛筛分，比表面积为2770cm³/g。

其中，上述一种硅锰水淬渣混凝土中，所述减水剂为密胺系减水剂。

一种硅锰水淬渣混凝土的制备方法，其特征在于，将胶凝材料和激发剂混合搅拌60s后加入砂、石、石英尾渣搅拌120s，最后加入搅拌均匀的水和减水剂混合物继续搅拌120s。

本发明的特点及有益效果：

硅锰水淬渣中含有较高的玻璃体，同时含有少量C₂S等矿物，具有一定的潜在水硬性和火山灰活性，其内在活性超过矿粉，可通过激发剂的激发作用，使其活性得以发挥。因其能在特定情况下发生水化反应，本发明将硅锰水淬渣部分代替水泥，减少水泥使用，废物利用降低成本，强度较高。而未参与水化反应的硅锰水淬渣可以填补水泥净浆，使大孔减小，小孔增加，使混凝土在各种具有腐蚀的环境如海水中具有很好的抗腐蚀性，其粒径亦与水泥粒径分布互相补充，粒径分布良好，使水泥紧密堆积，混凝土性能较好。

由石灰和纯碱制得的激发剂和水反应产生氢氧化钠和碳酸钙，具强碱特性的氢氧化钠可激发硅锰水淬渣的内在活性，同时碳酸钙本身强度高，其晶粒还可以提高混凝土的密实度。此外，激发剂中的石灰，在水化反应早期可加快水泥水化过程，在后期也会产生一定的贡献，促使碳铝酸盐形成，提高混凝土的强度和耐久性。

粉煤灰采用Ⅱ级使混凝土具有很好的粘聚性，需水量较少的粉煤灰还可以改善混凝土的工作性能，满足混凝土的水灰比要求，提高其流动性，减少水泥用量和水化热，减少混凝土的收缩带来的影响，还能对石英尾砂的活性有一定帮助，促进化学反应。而粉煤灰和高效的减水剂共同作用，还减少单位用水量，降低资金投入，使混凝土各项耐久性指标满足相关要求。

石英尾渣中的硅成分含量还可促进硅酸盐水化反应，主要成分为石英，浸出毒性检测出的重金属不会产生较大危害，使自然资源二次利用，将其部分替代砂，节省了解决污染的成本。较大限度利用石英尾渣，为混凝土生产提供一种新品种。石英尾渣与氧化钙反应生成水化硅酸钙之后，未参与反应的石英尾渣颗粒还能在混凝土的气泡内部作骨架和集料。

本发明制得的混凝土是一种资源化、减量化、环保混凝土，可广泛用于生产及工程中。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属本发明保护的范围。

一种硅锰水淬渣混凝土，各组分包括胶凝材料、激发剂、砂、石、石英尾渣、减水剂和水。所用材料性能满足实验要求，主要如下：

a粉煤灰，采用二级粉煤灰，主要成分见表1：

表1 Ⅱ级粉煤灰主要化学成分

化学成分	CaO	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	MgO	SO<sub>3</sub>	R<sub>2</sub>O
								含量（%）	3.22	59.18	21.73	9.36	1.56	0.15	0.48

b硅锰水淬渣，主要含量见表2：

表2 硅锰水淬渣主要化学成分

化学成分	CaO	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	K<sub>2</sub>O	MgO	SO<sub>3</sub>	MnO
								含量（%）	42.98	36.45	5.23	0.45	5.49	0.41	8.99

c砂，中砂，级配良好，表观密度为2.58g/cm³。

d石，5-20mm，表观密度为2.65g/cm³，石为连续级配，含泥量0.68%。

e减水剂，为密胺系减水剂，以三聚氰胺、甲醛、氨基磺酸为主要原料。

f激发剂，石灰和纯碱按摩尔比为2:1混合制得，石灰可为熟石灰、生石灰互掺或熟石灰或石灰石粉。

g石英尾渣，利用萤石矿石尾渣，主要含量见表3：

化学成分	SiO2	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	Loss	K<sub>2</sub>O	Na<sub>2</sub>O
									含量（%）	92.37	0.89	0.17	0.89	0.58	0.59	0.13	0.44

实施例1：

对硅锰水淬渣预处理过程包括：首先烘干硅锰水淬渣，采用球磨机磨细，筛分后得到超细粉末，比表面积在4900cm³/g，粒径在1-6μm。

石英尾渣研磨过程如下：1.研磨转速为700r/min研磨40min；2.研磨转速为1500r/min研磨20min；3.筛分石英尾渣。

激发剂制备：将石灰和纯碱按摩尔比为2:1的比例制成338kg/m³激发剂。

一种硅锰水淬渣混凝土制备过程：

1）将粉煤灰71.5kg/m³、硅锰水淬渣143.55kg/m³、水泥334.95kg/m³（即胶凝材料550kg/m）和激发剂338kg/m³混合搅拌60s；

2）将连续级配的石951kg/m³、中砂620kg/m³、石英尾砂128.3kg/m³加入到已搅拌均匀的胶凝材料中，搅拌120s；

3）将148.5kg/m³的水和15.95kg/m³的减水剂混合物加入到搅拌机中，最后搅拌120s，制成一种硅锰水淬渣混凝土。

采用分层浇筑，每层控制在45cm左右，由上到下，从低到高浇筑，振捣则从中间到边缘，均匀振捣，保证混凝土密实度减少裂缝产生。10h后，进行养护。养护过程采用表面覆盖塑料薄膜或干湿草袋，为保证湿润和减少裂缝产生，需洒水养护。

实施例2：

对硅锰水淬渣预处理过程包括：首先烘干硅锰水淬渣，采用球磨机磨细，筛分后得到超细粉末，比表面积在5000cm³/g，粒径在1-8μm。

石英尾渣研磨过程如下：1.研磨转速为800r/min研磨40min；2.研磨转速为1400r/min研磨20min；3.筛分石英尾渣。

激发剂制备：将石灰和纯碱按摩尔比为2:1的比例制成339.4kg/m³激发剂。

一种硅锰水淬渣混凝土制备过程：

1）将粉煤灰81.2kg/m³、硅锰水淬渣159.62kg/m³、水泥339.18kg/m³（即胶凝材料580kg/m）和339.4kg/m³的激发剂混合搅拌60s；

2）将连续级配的石1021kg/m³、中砂630kg/m³、石英尾砂151.1kg/m³加入到已搅拌均匀的胶凝材料中，搅拌120s；

3）将168.2kg/m³的水和162.4kg/m³的减水剂混合物加入到搅拌机中，最后搅拌120s，制成一种硅锰水淬渣混凝土。

采用分层浇筑，每层控制在50cm左右，由上到下，从低到高浇筑，振捣则从中间到边缘，均匀振捣，保证混凝土密实度减少裂缝产生。9h后，进行养护。养护过程采用表面覆盖塑料薄膜或干湿草袋，为保证湿润和减少裂缝产生，需洒水养护。

实施例3：

对硅锰水淬渣预处理过程包括：首先烘干硅锰水淬渣，采用球磨机磨细，筛分后得到超细粉末，比表面积在4800cm³/g，粒径在1-6μm。

石英尾渣研磨过程如下：1.研磨转速为900r/min研磨50min；2.研磨转速为1400r/min研磨20min；3.筛分石英尾渣。

激发剂制备：将石灰和纯碱按摩尔比为2:1的比例制成337.5kg/m³激发剂。

一种硅锰水淬渣混凝土制备过程：

1）将粉煤灰70.8kg/m³、硅锰水淬渣169.59kg/m³、水泥319.23kg/m³（即胶凝材料590kg/m）和337.5kg/m³的激发剂混合搅拌60s；

2）将连续级配的石1001kg/m³、中砂670kg/m³、石英尾砂127.3kg/m³加入到已搅拌均匀的胶凝材料中，搅拌120s；

3）将165.2kg/m³的水和16.52kg/m³的减水剂混合物加入到搅拌机中，最后搅拌120s，制成一种硅锰水淬渣混凝土。

采用分层浇筑，每层控制在50cm左右，由上到下，从低到高浇筑，振捣则从中间到边缘，均匀振捣，保证混凝土密实度减少裂缝产生。浇筑入模具中9h后，进行养护。养护过程表面蓄水养护，通过均匀放水有效保证混凝土表面湿润。

Claims

1.一种硅锰水淬渣混凝土，其特征在于：各组分和用量包括：胶凝材料、激发剂、砂、石、石英尾砂、减水剂和水。

2.所述胶凝材料用量为513-601kg/m³,水胶比为0.26-0.3，所述石材料用量为900-1102kg/m³，所述减水剂为胶凝材料的2.6%-3.1%，所述石英尾渣为砂的15%-25%，所述砂可根据质量及比例关系求得，所述激发剂材料用量为330-340kg/m³。

3.根据权利要求1所述的一种硅锰水淬渣混凝土，其特征在于，所述胶凝材料包含水泥、粉煤灰和硅锰水淬渣，硅锰水淬渣为水泥的30%-35%，粉煤灰含量为所述胶凝材料的12%-15%，所述硅锰水淬渣需经过预处理。

4.根据权利要求书1所述的一种硅锰水淬渣混凝土，其特征在于，所述激发剂由石灰和纯碱混合制得。

5.根据权利要求1所述的一种硅锰水淬渣混凝土，其特征在于，所述石为5-20mm，表观密度为2.65g/cm³，石为连续级配。

6.根据权利要求1所述的一种硅锰水淬渣混凝土，其特征在于，所述砂为中砂，级配良好，表观密度为2.58g/cm³。

7.根据权利要求1所述的一种硅锰水淬渣混凝土，其特征在于，所述石英尾渣需经过预处理。

8.一种如权利要求1-6任一一项所述的一种硅锰水淬渣混凝土的制备方法，其特征在于，将胶凝材料和激发剂混合搅拌60s后加入砂、石、石英尾渣搅拌120s，最后加入搅拌均匀的水和减水剂混合物继续搅拌120s。