CN111807777B - 以金矿尾矿粉为全集料的混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以金矿尾矿粉为全集料的混凝土及其制备方法，其中，该混凝土由主料和外加剂两部分组成，主料由1.0重量份胶凝材料、0.5‑7.0重量份金矿尾矿粉和0.25‑1.50重量份水组成，外加剂由高效减水剂、改性密结剂和扩散催化剂组成，三者的用量分别为胶凝材料重量的0.5％‑1.5％、0.25‰‑0.6‰和0.05‰‑1‰。本发明的有益之处在于：1、采用金矿尾矿粉为混凝土的全集料，通过原料选择和配比设计，使得水泥浆体与金矿尾矿粉集料的界面结合性得到优化、金矿尾矿粉之间的堆积密度得到增加，从而使得硬化混凝土28d抗压强度最低可以达到18Mpa、最高可以达到65Mpa，可以满足一觙建筑工程的強度要求；2、实现了固废规模化利用，既保护了环境，又节约了资源。

Description

以金矿尾矿粉为全集料的混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土及其制备方法，具体涉及一种以金矿尾矿粉为全集料的混凝土及其制备方法，属于建筑材料技术领域。

背景技术

混凝土是土木工程使用的主要材料之一，随着我国基本建设工程的进行，混凝土会一直保持很高的需求量。

砂石骨料一直是制备混凝土必不可少的原料。但由于环境保护的要求，很多地方的天然砂石骨料已经不能开采。这不仅导致了混凝土工程所需的骨料价格猛涨，建筑工程成本上升，而且在很多地方出现了骨料紧缺的局面，影响了基建工程的顺利进行。

尾矿是矿山选矿工程形成的废料。目前，我国的尾矿大多没有得到有效利用，造成尾矿大量堆积，不仅占用大量土地、污染环境，而且容易形成溃坝、泥石流等安全隐患，成为一种公害。

若能以尾矿代替天然砂石作为混凝土的全部集料，不仅可以弥补混凝土生产原料的缺口，还可以变废为宝。

与传统混凝土砂石骨料不同的是，尾矿大多是粒度极细的粉料，一般粒度在200目(0.075mm)以下，这不仅不符合一般混凝土细骨料的技术要求，而且不符合混凝土特细集料的技术要求。在现行的国家标准及行业标准中，这种粒度的矿料被认为是有害成分，在混凝土集料成分中的含量比例被严格限制。因此，截止目前，尚未见到这种粒度的材料取代混凝土的全部集料而规模化应用于混凝土工业中。

我们前期的研究结果显示，以尾矿粉代替全部砂石集料制备混凝土时，存在以下几个重要技术问题：

1、混凝土拌合用水量过大，影响硬化混凝土强度

以尾矿粉取代全部砂石制备混凝土时，由于尾矿粉颗粒粒度小、比表面积大，因而导致混凝土的拌合用水量大大增加，从而使硬化混凝土中孔隙率增加、强度降低。

2、界面区域面积增大，影响硬化混凝土强度

传统混凝土是一种非均质材料，其中，粗骨料起到骨架作用，细骨料充填在粗骨料之间的空隙中，水泥浆则将粗骨料和细骨料粘结在一起，形成一个完整的承载结构。

在以尾矿粉取代全部砂石而制备得到的混凝土(以下简称尾矿集料的混凝土)中，由于尾矿粉的粒度与水泥的粒度相近，因此，尾矿集料的混凝土呈现出一种准均质结构，这是一种与传统混凝土结构不同的混凝土。

可见，与传统混凝土相比，尾矿集料的混凝土在结构上发生了很大变化。

在传统混凝土中，由于集料与水泥浆体的界面区域一般具有高的水灰比，所以在混凝土硬化后，界面区域存在较多的粗大且取向生长的CH和AFt结晶颗粒，使得此区域毛细孔隙率大、结构疏松，进而易产生裂纹并诱导裂纹扩展。因此，在硬化混凝土中的集料与水泥石的界面区域往往存在较多的微裂纹和缺陷，致使界面区域成为一个薄弱区域。在普通混凝土中，界面区域的体积约占胶凝材料体积的30-40％。

而在尾矿集料的混凝土中，由于尾矿粉颗粒细小，所以使得尾矿集料与水泥浆体的界面区域面积大幅度增加，即薄弱区域大幅增多，从而影响硬化混凝土的强度。

3、难以紧密堆积形成高强度致密结构体，影响硬化混凝土强度

在尾矿集料的混凝土中，由于尾矿颗粒均为细小的粉体，所以在堆积的过程中，难以形成紧密的堆积体，即使以水泥浆体来粘结，也难以形成和石子一样的高强度致密结构体。因此，由尾矿粉与水泥浆形成的结构中孔隙较多，导致硬化混凝土强度不高。

发明内容

本发明针对现在混凝土骨料紧缺、尾矿大量堆积尤其是尾矿粉不能大量应用于混凝土中的问题，目的在于提供一种以金矿尾矿粉为全集料的混凝土及其制备方法，其中，该混凝土不仅成本低廉，而且性能优良，具有良好的应用前景。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

以金矿尾矿粉为全集料的混凝土，该混凝土由主料和外加剂两部分组成，其中：

主料由胶凝材料、金矿尾矿粉和水组成，胶凝材料的用量为1.0重量份、金矿尾矿粉的用量为0.5-7.0重量份、水的用量为0.25-1.50重量份，其中，胶凝材料由水泥和活性矿物掺合料组成，水泥占胶凝材料重量的60％-100％，余量为活性矿物掺合料；

外加剂由高效减水剂、改性密结剂和扩散催化剂组成，高效减水剂的用量为胶凝材料重量的0.5％-1.5％、改性密结剂的用量为胶凝材料重量的0.25‰-0.6‰、扩散催化剂的用量为胶凝材料重量的0.05‰-1‰。

前述的以金矿尾矿粉为全集料的混凝土，在主料中，前述活性矿物掺合料选用的是粉煤灰或硅灰或矿渣粉和粉煤灰的混合物，其中，矿渣粉和粉煤灰的混合比例为1：2-3。

前述的以金矿尾矿粉为全集料的混凝土，在主料中，前述金矿尾矿粉选用的是粒度在200-325目、表观相对密度>2.5、亚甲蓝试验MB值<1.4、有害物质含量和坚固性以及碱骨料反应指标均符合GB/T14684-2011的标准要求的金矿尾矿粉。

前述的以金矿尾矿粉为全集料的混凝土，在外加剂中，前述高效减水剂选用的是聚羧酸系减水剂，优选聚酰胺-聚乙烯乙二醇支链型减水剂。

前述的以金矿尾矿粉为全集料的混凝土，在外加剂中，前述改性密结剂是由均加热至70-80℃的密结剂和硬脂酸以1：0.01的重量比例混合均匀而得到的，其中，密结剂优选聚合硅酸、聚合硅酸铝、聚合硅酸铁、聚合硅酸铝铁或聚合磷酸铝铁。

前述的以金矿尾矿粉为全集料的混凝土，在外加剂中，前述扩散催化剂选用的是硝酸锶或硝酸镧。

制备前述的以金矿尾矿粉为全集料的混凝土的方法，包括以下步骤：

步骤1：取80％的水与高效减水剂混合均匀，得到减水剂水溶液；取10％的水与扩散催化剂混合均匀，得到扩散催化剂水溶液；取10％的水与改性密结剂混合均匀，得到密结剂水悬浊液；

步骤2：将金矿尾矿粉与胶凝材料混合均匀，得到水泥尾矿粉混合料；

步骤3：首先将水泥尾矿粉混合料加入到强制式搅拌机中，然后加入减水剂水溶液，搅拌均匀，之后加入扩散催化剂水溶液，搅拌均匀，最后加入密结剂水悬浊液，搅拌均匀，即得到新拌混凝土浆体。

本发明的有益之处在于：

1、采用金矿尾矿粉为混凝土的全集料，通过原料选择和配比设计，使得水泥浆体与金矿尾矿粉集料的界面结合性得到优化、金矿尾矿粉之间的堆积密度得到增加，从而使得在新拌混凝土浆体的坍落度满足工程需要的前提下，硬化混凝土28d抗压强度最低可以达到18Mpa、最高可以达到65Mpa，可以满足一觙建筑工程的強度要求，可广泛应用于混凝土基建工程中；

2、采用金矿尾矿粉为混凝土的全集料，实现了固废规模化利用，不仅保护了环境，而且节约了资源，具有非常积极的意义。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。

一、原料

本发明提供的以金矿尾矿粉为全集料的混凝土由主料和外加剂两部分组成。

1、主料

主料由胶凝材料、金矿尾矿粉和水组成。

(1)胶凝材料

胶凝材料由水泥和活性矿物掺合料组成，其中，水泥占胶凝材料重量的60％-100％，余量为活性矿物掺合料。

水泥选用的是符合现行国家或行业标准的规定的水泥，例如：42.5普通硅酸盐水泥。

活性矿物掺合料选用的是符合现行国家或行业标准的规定的活性矿物掺合料。活性矿物掺合料既可以单独选用粉煤灰，也可以单独选用硅灰，还可以选用矿渣粉和粉煤灰的混合物。

当活性矿物掺合料选用的是矿渣粉和粉煤灰的混合物时，矿渣粉和粉煤灰的混合比例(重量比)为1：2-3。

(2)金矿尾矿粉

金矿尾矿粉选用的是粒度≤200目、表观相对密度>2.5、亚甲蓝试验MB值<1.4、有害物质含量和坚固性以及碱骨料反应指标均符合GB/T 14684-2011的标准要求的金矿尾矿粉。

(3)水

水是用来拌合其他原料的，选用的是符合现行国家或行业标准的规定的水。

2、外加剂

外加剂由高效减水剂、改性密结剂和扩散催化剂组成。

(1)高效减水剂

高效减水剂选用的是符合现行国家或行业标准的规定的高效减水剂，优选聚羧酸系减水剂(PCE)，例如：聚酰胺-聚乙烯乙二醇支链型减水剂。

(2)改性密结剂

改性密结剂是由均加热至70-80℃的密结剂和硬脂酸以1：0.01的重量比例混合均匀而得到的。

密结剂是指：具有使粉体颗粒紧密堆积凝结并与混凝土成分相容的物质，例如：聚合硅酸(PSAA)、聚合硅酸铝(PASI)、聚合硅酸铁(PSFS)、聚合硅酸铝铁(PSAF)、聚合磷酸铝铁(PAFP)等。

其中，聚合硅酸(PSAA)与硬脂酸混合得到的改性密结剂记为PSAA类改性密结剂，聚合硅酸铝(PASI)与硬脂酸混合得到的改性密结剂记为PASI类改性密结剂，聚合硅酸铁(PSFS)与硬脂酸混合得到的改性密结剂记为PSFS类改性密结剂，聚合硅酸铝铁(PSAF)与硬脂酸混合得到的改性密结剂记为PSAF类改性密结剂，聚合磷酸铝铁(PAFP)与硬脂酸混合得到的改性密结剂记为PAFP类改性密结剂。

(3)扩散催化剂

扩散催化剂是指：在水泥水化及混凝土固化过程中具有催化和扩散功能的物质，例如：硝酸锶、硝酸镧等。

二、配方

1、主料配方

在主料中，胶凝材料的用量为1.0重量份、金矿尾矿粉的用量为0.5-7.0重量份、水的用量为0.25-1.50重量份。

2、外加剂配方

在外加剂中，高效减水剂的用量为胶凝材料重量的0.5％-1.5％、改性密结剂的用量为胶凝材料重量的0.25‰-0.6‰、扩散催化剂的用量为胶凝材料重量的0.05‰-1‰。

通过使用合适种类和配比的减水剂与改性密结剂，不仅可以使混凝土的拌合用水量减少，而且可以使硬化混凝土的结构密实度增加、强度提高。

通过使用合适种类和配比的扩散催化剂，可以使混凝土中金矿尾矿粉集料与水泥浆体之间的界面结合性改善，进而使混凝土的强度进一步提高。

三、制备方法

本发明提供的制备以金矿尾矿粉为全集料的混凝土的方法包括以下步骤：

步骤1：取80％的水与高效减水剂混合均匀，得到减水剂水溶液；取10％的水与扩散催化剂混合均匀，得到扩散催化剂水溶液；取10％的水与改性密结剂混合均匀，得到密结剂水悬浊液；

步骤2：将金矿尾矿粉与胶凝材料混合均匀，得到水泥尾矿粉混合料；

步骤3：首先将水泥尾矿粉混合料加入到强制式搅拌机中，然后加入减水剂水溶液，搅拌均匀，之后加入扩散催化剂水溶液，搅拌均匀，最后加入密结剂水悬浊液，搅拌均匀，即得到新拌混凝土浆体。

四、性能检测

1、检测新拌混凝土浆体的坍落度。

2、检测硬化混凝土28d的密度和抗压强度。

检测结果见表1。

表1混凝土性能的检测结果

五、结论

由表1可知，本发明提供的以金矿尾矿粉为全集料的混凝土不仅具有较好的流动性，而且密度较高、强度较大，其中，硬化混凝土28d抗压强度最低可以达到18Mpa、最高可以达到65Mpa，可以满足一觙建筑工程的強度要求。

此外，在传统混凝土中，砂石骨料体积占绝大部分(50-85％)，目前砂石骨料价格昂贵(陕西市场每方砂石骨料的价格在200元左右)，导致传统混凝土成本较高。而本发明提供的混凝土，不再使用砂石骨料，以金矿尾矿粉为混凝土的全集料，金矿尾矿粉是免费的，加之所使用的外加剂用量很少，因此，本发明提供的混凝土具有明显的成本优势。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.以金矿尾矿粉为全集料的混凝土，其特征在于，该混凝土由主料和外加剂两部分组成，其中：

主料由胶凝材料、金矿尾矿粉和水组成，胶凝材料的用量为1.0重量份、金矿尾矿粉的用量为0.5-7.0重量份、水的用量为0.25-1.50重量份，其中，胶凝材料由水泥和活性矿物掺合料组成，水泥占胶凝材料重量的60％-100％，余量为活性矿物掺合料；

外加剂由高效减水剂、改性密结剂和扩散催化剂组成，高效减水剂的用量为胶凝材料重量的0.5％-1.5％、改性密结剂的用量为胶凝材料重量的0.25‰-0.6‰、扩散催化剂的用量为胶凝材料重量的0.05‰-1‰；

所述改性密结剂是由均加热至70-80℃的密结剂和硬脂酸以1：0.01的重量比例混合均匀而得到的；

所述密结剂选用的是聚合硅酸、聚合硅酸铝、聚合硅酸铁、聚合硅酸铝铁或聚合磷酸铝铁；

在外加剂中，所述扩散催化剂选用的是硝酸锶或硝酸镧。

2.根据权利要求1所述的以金矿尾矿粉为全集料的混凝土，其特征在于，在主料中，所述活性矿物掺合料选用的是粉煤灰或硅灰。

3.根据权利要求1所述的以金矿尾矿粉为全集料的混凝土，其特征在于，在主料中，所述活性矿物掺合料选用的是矿渣粉和粉煤灰的混合物，矿渣粉和粉煤灰的混合比例为1：2-3。

4.根据权利要求1所述的以金矿尾矿粉为全集料的混凝土，其特征在于，在主料中，所述金矿尾矿粉选用的是粒度在200-325目、表观相对密度>2.5、亚甲蓝试验MB值<1.4、有害物质含量和坚固性以及碱骨料反应指标均符合GB/T14684-2011的标准要求的金矿尾矿粉。

5.根据权利要求1所述的以金矿尾矿粉为全集料的混凝土，其特征在于，在外加剂中，所述高效减水剂选用的是聚羧酸系减水剂。

6.根据权利要求5所述的以金矿尾矿粉为全集料的混凝土，其特征在于，所述聚羧酸系减水剂选用的是聚酰胺-聚乙烯乙二醇支链型减水剂。

7.制备权利要求1至6任意一项所述的以金矿尾矿粉为全集料的混凝土的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：取80％的水与高效减水剂混合均匀，得到减水剂水溶液；取10％的水与扩散催化剂混合均匀，得到扩散催化剂水溶液；取10％的水与改性密结剂混合均匀，得到密结剂水悬浊液；

步骤2：将金矿尾矿粉与胶凝材料混合均匀，得到水泥尾矿粉混合料；

步骤3：首先将水泥尾矿粉混合料加入到强制式搅拌机中，然后加入减水剂水溶液，搅拌均匀，之后加入扩散催化剂水溶液，搅拌均匀，最后加入密结剂水悬浊液，搅拌均匀，即得到新拌混凝土浆体。