CN111732382A - 利用尾矿砂制成的补偿收缩型超高性能混凝土及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及利用尾矿砂制成的补偿收缩型超高性能混凝土及制备方法。本发明提供一种利用尾矿砂制成的补偿收缩型超高性能混凝土及制备方法，包括以下重量份的组分：尾矿砂400～1200份、尾矿砂粉100～300份、水泥500～800份、硅灰100～200份、细骨料0～800份、钢纤维120～200份、外加剂8～12份、水160～190份。本发明结合尾矿砂的化学成分和坚硬性特点，并根据最紧密堆积理论，将尾矿砂粉作为粉料使用，形成新的超高性能混凝土材料组成体系，不仅实现了废弃资源的充分利用，同时弥补了超高性能混凝土的收缩和提高了超高性能混凝土的强度，拓宽了超高性能混凝土的原材料来源。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及利用尾矿砂制成的补偿收缩型超高性能混凝土及制备方法。
背景技术
以超高性能混凝土(UHPC)为代表的广泛适应性超高耐久、超高强度、超高韧性的水泥基结构材料快速发展，基于服役环境考虑的高耐久水泥基结构材料与修复材料研究得到高度重视和广泛的研究。超高性能混凝土的这些优势，使其在各种特种混凝土结构中得到了越来越多的关注和研究，特别是在严酷环境、长期重荷载和大跨度结构等中的应用和研究，为超高性能混凝土的发展和应用奠定了非常扎实的基础。
超高性能混凝土的设计理论主要依托于最紧密堆积理论(DSP)，最紧密堆积材料由70％～80％水泥、20％～30％平均粒径比水泥小1～2个数量级的超细材料、高效减水剂和水组成，应用颗粒学原理，按照紧密堆积理论模型，通过合理的颗粒堆积使材料达到最紧密堆积状态，颗粒之间通过化学反应结合而得到均匀密实的高密实材料。最大堆积密度理论是优化从微观到宏观的全系列颗粒粒径分布，提高密实度或降低空隙率，因此适用于各种混凝土所有固体颗粒(从骨料到硅灰)的粒径分布优化。此外，再加入钢纤维，在最紧密堆积的前提下，能够显著的提升超高性能混凝土的韧性。
目前，全国各地固废泛滥成灾，全国各地均有不同种类的大量的固废急需大量的回收利用，将固废材料进行资源化是目前建材行业研究的重点方向之一，也是国家政策的主导方向之一。结合超高性能混凝土的最紧密堆积设计理论特点，将固废材料进行合理的分级、筛分和磨细等，应用在超高性能混凝土中，即可以当做一种潜在的活性矿物掺合料，也可当做一种高坚硬性的惰性填料和补偿收缩材料，不仅能够消耗大量的固废，同时也能在一定程度上改善超高性能混凝土的收缩问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种补偿超高性能混凝土收缩和利用固废的利用尾矿砂制成的补偿收缩型超高性能混凝土及制备方法。
本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：利用尾矿砂制成的补偿收缩型超高性能混凝土，包括以下重量份的组分：尾矿砂400～1200份、尾矿砂粉100～300份、水泥500～800份、硅灰100～200份、细骨料0～800份、钢纤维120～200份、外加剂8～12份、水160～190份。
本发明中，尾矿砂为钒钛磁铁尾矿砂，金属氧化物含量大于等于50％，MgO含量大于等于10％，粒径0.15mm～4.75mm；所述尾矿砂粉为钒钛磁铁尾矿砂细粉，金属氧化物含量大于等于50％，MgO含量大于等于10％，粒径小于0.15mm。
本发明中，水泥和硅灰组成了超高性能混凝土的胶凝材料体系，本发明中各胶凝材料组分的比例按照最紧密堆积理论进行设计，采用最小用水量试验方法确定各胶凝材料组分比例，从而达到最紧密堆积状态。
本发明中，尾矿砂含有15％左右的氧化镁组分和35％左右的其他金属氧化物，氧化镁在混凝土中由于吸水会产生一定的膨胀效果，在超高性能混凝土中，利用其吸水膨胀的特性以及其他金属氧化物的稳定性对超高性能混凝土的收缩进行补偿，从而限制超高性能混凝土的收缩。
本发明中，水泥为52.5R级普通硅酸盐水泥或42.5R级普通硅酸盐水泥。
本发明中，硅灰的比表面积大于等于15000m2/kg，SiO2含量大于等于85％。
本发明中，细骨料为机制砂或天然河砂，粒径0.15mm～4.75mm。
本发明中，使用河砂作为细集料，将河砂中的4.75mm粒径以上部分及0.15mm粒径以下部分筛除，能够在保证工作性能的基础上大幅度的降低外加剂的用量，缩短超高性能混凝土的凝结时间，同时天然河砂的粒径分布所呈现的孔隙能够很好的被胶凝材料填充，实现更好的紧密堆积，从而实现更高的强度。
本发明中，钢纤维的直径为小于等于0.2mm，长度为8～20mm，抗拉强度大于等于2580MPa。
本发明中，所述外加剂为聚羧酸系高效减水剂，减水率大于等于30％，固含大于等于40％，该专业外加剂具有高减水、消泡和减缩功能，在0.13的水胶比下超高性能混凝土工作性能仍然能够达到自密实效果，同时能够将含气控制在3.0％以下，并且兼具一定的减缩功能，能够补偿超高性能混凝土自身的收缩。
利用尾矿砂制成的补偿收缩型超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)备料：称取尾矿砂400～1200份、尾矿砂粉100～300份、水泥500～800份、硅灰100～200份、细骨料0～800份、钢纤维120～200份、外加剂8～12份、水160～190份；
(2)干预混：将尾矿砂、尾矿砂粉、水泥、硅灰和细骨料进行搅拌分散，制得匀质性好的超高性能混凝土干粉料；
(3)湿拌：将上述超高性能混凝土干粉料倒入普通强制式搅拌机，加入称量好的水和外加剂，搅拌均匀制得浆体物料；
(4)纤维分散：将上述称量好的钢纤维均匀加入浆体物料中，搅拌均匀制得超高性能混凝土浆体；
(5)浇筑成型：将上述制得的超高性能混凝土浆体通过浇注方式置于模具中，待浆体硬化后拆模得到试件；
(6)养护：对试件进行养护。
本发明中，所述步骤(2)中搅拌方式为振动搅拌。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明结合尾矿砂的化学成分和坚硬性特点，通过筛分将尾矿砂分为尾矿砂粉和尾矿砂，将尾矿砂粉作为惰性填料和补偿收缩材料使用，形成新的超高性能混凝土材料组成体系，不仅实现了废弃资源的充分利用，同时也显著补偿了超高性能混凝土的收缩，拓宽了超高性能混凝土的原材料来源，降低超高性能混凝土的成本，更加有利于超高性能混凝土的推广和应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做更进一步的说明。
实施例1
一种利用尾矿砂制成的补偿收缩型超高性能混凝土，包括以下重量份的组分：尾矿砂424份，尾矿砂粉212份，普通52.5R硅酸盐水泥690份，硅灰160份，河砂636份，钢纤维200份，外加剂9份，水170份。
并通过以下步骤制备而成：
(1)将水泥、尾矿砂粉、硅灰、尾矿砂和河砂进行振动搅拌分散，制得匀质性好的超高性能混凝土干粉料；
(2)将上述超高性能混凝土干粉料倒入普通强制式搅拌机，加入称量好的水和外加剂，搅拌3～5分钟，制得浆体物料；
(3)将上述称量好的钢纤维均匀加入浆体物料中，且边加入边搅拌，保证钢纤维不团聚，搅拌2～4分钟，制得超高性能混凝土浆体；
(4)浇筑成型，将上述制得的超高性能混凝土浆体通过浇注方式置于模具中，待浆体硬化后拆模得到试件；
(5)对试件进行养护，养护条件为混凝土标准养护制度，室温20±2℃；湿度不小于95％。
搅拌后成型100mm×100mm×100mm的混凝土抗压强度试件，100mm×100mm×400mm的混凝土抗折强度试件，待浆体硬化后拆模置于标准养护室养护，性能测试结果见表1。
实施例2
一种利用尾矿砂制成的补偿收缩型超高性能混凝土，包括以下重量份的组分：尾矿砂1060份，尾矿砂粉212份，普通52.5R硅酸盐水泥690份，硅灰160份，钢纤维200份，外加剂9份，水170份。
搅拌后成型100mm×100mm×100mm的混凝土抗压强度试件，100mm×100mm×400mm的混凝土抗折强度试件，待浆体硬化后拆模置于标准养护室养护，性能测试结果见表1。
实施例3
一种利用尾矿砂制成的补偿收缩型超高性能混凝土，包括以下重量份的组分：尾矿砂粉212份，普通42.5R硅酸盐水泥690份，硅灰160份，机制砂1060份，钢纤维160份，外加剂9份，水170份。
搅拌后成型100mm×100mm×100mm的混凝土抗压强度试件，100mm×100mm×400mm的混凝土抗折强度试件和100mm×100mm×515mm的混凝土收缩试件，待浆体硬化后拆模置于标准养护室养护，强度性能测试结果见表1，收缩性能测试结果见表2。
表1
表2
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.利用尾矿砂制成的补偿收缩型超高性能混凝土，其特征在于，包括以下重量份的组分：尾矿砂400～1200份、尾矿砂粉100～300份、水泥500～800份、硅灰100～200份、细骨料0～800份、钢纤维120～200份、外加剂8～12份、水160～190份。
2.根据权利要求1所述的利用尾矿砂制成的补偿收缩型超高性能混凝土，其特征在于，所述尾矿砂为钒钛磁铁尾矿砂，金属氧化物含量大于等于50％，MgO含量大于等于10％，粒径0.15mm～4.75mm；
所述尾矿砂粉为钒钛磁铁尾矿砂细粉，金属氧化物含量大于等于50％，MgO含量大于等于10％，粒径小于0.15mm。
3.根据权利要求1所述的利用尾矿砂制成的补偿收缩型超高性能混凝土，其特征在于，所述水泥为52.5R级普通硅酸盐水泥或42.5R级普通硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的利用尾矿砂制成的补偿收缩型超高性能混凝土，其特征在于，所述硅灰的比表面积大于等于15000m2/kg，SiO2含量大于等于85％。
5.根据权利要求1所述的利用尾矿砂制成的补偿收缩型超高性能混凝土，其特征在于，所述细骨料为机制砂或天然河砂，粒径为0.15mm～4.75mm。
6.根据权利要求1所述的利用尾矿砂制成的补偿收缩型超高性能混凝土，其特征在于，所述钢纤维的直径小于等于0.2mm，长度为8～20mm，抗拉强度大于等于2580MPa。
7.根据权利要求1所述的利用尾矿砂制成的补偿收缩型超高性能混凝土，其特征在于，所述外加剂为聚羧酸系高效减水剂，减水率大于等于30％，固含大于等于40％。
8.利用尾矿砂制成的补偿收缩型超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)备料：称取尾矿砂400～1200份、尾矿砂粉100～300份、水泥500～800份、硅灰100～200份、细骨料0～800份、钢纤维120～200份、外加剂8～12份、水160～190份；
(2)干预混：将尾矿砂、尾矿砂粉、水泥、硅灰和细骨料进行搅拌分散，制得匀质性好的超高性能混凝土干粉料；
(3)湿拌：将上述超高性能混凝土干粉料倒入普通强制式搅拌机，加入称量好的水和外加剂，搅拌均匀制得浆体物料；
(4)纤维分散：将上述称量好的钢纤维均匀加入浆体物料中，搅拌均匀制得超高性能混凝土浆体；
(5)浇筑成型：将上述制得的超高性能混凝土浆体通过浇注方式置于模具中，待浆体硬化后拆模得到试件；
(6)养护：对试件进行养护。
9.根据权利要求8所述的利用尾矿砂制成的补偿收缩型超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中搅拌方式为振动搅拌。
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