CN112159166A - 一种以金矿尾矿为全集料的建筑砂浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种以金矿尾矿为全集料的建筑砂浆及其制备方法；由胶凝材料、经表面处理的金矿尾矿、复合外加剂和水组成；本发明还涉及建筑砂浆的制备方法，本发明通过对金矿尾矿表面处理、原料选择和配比设计，使得金矿尾矿的吸水性能及棱角性发生变化，因此可以采用金矿尾矿为全集料制备建筑砂浆，使砂浆的需水量、和易性、收缩性及强度得到改善，满足一般建筑工程的要求。同时，为金矿尾矿这种固废的规模化利用开辟了一条新的途径。这不仅有利保护环境，减少天然砂石的开采，同时还可降低建筑砂浆的生产成本。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域；尤其涉及一种以金矿尾矿为全集料的建筑砂浆的制备方法。
背景技术
建筑砂浆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，建筑砂浆会一直保持很高的需求量。
砂石骨料一直是制备建筑砂浆必不可少的原料。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。这不仅导致了建筑砂浆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建筑砂浆的全部集料，不仅可以减少天然砂石的开采，弥补建筑砂浆生产原料的缺口，还可以变废为宝。
但是，直接以尾矿砂代替天然砂或机制砂作为建筑砂浆的全部集料，并不合适。根据我们的研究结果，与传统建筑用砂相比，以尾矿代替全部建筑砂制备建筑砂浆时，存在以下几个重要技术问题：
1、尾矿颗粒过于细小
尾矿一般都是选矿工艺中经过细磨的产物，颗粒都比较细小。
下图是陕西某金矿尾矿的颗度测试结果，见附图1所示。
经计算，该尾矿的细度模数仅为0.58，达不到建筑规范特细砂的细度模数。另外，尾矿中0.075mm以下的石粉含量为18.5％，也超出了建筑砂中石粉含量的要求。
以尾矿取代全部建筑用砂制备建筑砂浆时，由于尾矿颗粒粒度小、比表面积大，因而导致建筑砂浆的拌合用水量大大增加，从而使硬化建筑砂浆中孔隙率增加、强度降低。
2、尾矿中泥土含量超标
由于金矿尾矿在排放中并不限制堆放环境，而是直接排放在山谷中。在多年中的堆放中，由于雨水冲刷、山坡滑坡及围堰垮塌等原因导致泥土裹入，使尾矿中含泥量超标。例如，陕西某金矿尾矿的泥块含量测试结果为3.0％，已经超出了建筑砂对泥块含量的限制，还不算以粉末状在尾矿中存在的泥土。尤其是以粉末状存在的泥土，难以分离，是建筑砂浆制备中的有害成分，它不仅使砂浆的用水量增加，而且使砂浆的收缩增大，粘结力变差。
3、尾矿颗粒棱角尖锐
经微观分析我们发现，与河砂及标准砂相比，尾矿形貌的棱角尖锐。经棱角性和内摩擦角测试，其数值明显较高，棱角性数值比标准砂高出近45％，比河砂也高出31％。内摩擦角也较河砂高出近5％。
尾矿的棱角性及内摩擦角较大，会增加颗粒之间的运动阻力，影响建筑砂浆的和易性，不利于建筑砂浆的施工应用。
由于这些问题的存在，影响这种矿产资源在建筑砂浆中的应用。截止目前，尚未见到以尾矿取代全部集料规模化应用于建筑砂浆的应用报导。
发明内容
本发明的目的是提供了一种以金矿尾矿为全集料的建筑砂浆及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明涉及一种以金矿尾矿为全集料的建筑砂浆，由胶凝材料、经表面处理的金矿尾矿、复合外加剂和水组成；
所述胶凝材料为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；砂浆中胶凝材料用量为1重量份；
所述经表面处理的金矿尾矿为胶凝材料用量的3.0-6.0倍；
所述复合外加剂的用量为胶凝材料及金矿尾矿总料量的0.23％-0.27％；
余量为水。
优选地，所述金矿尾矿的表面处理的具体步骤为：首先将尾矿筛分除去泥块，再与1#表面处理剂在70-80℃下均匀混合加热并保持1小时，然后加入2#表面处理剂继续混合加热保温1小时，得到表面处理过的尾矿；
所述1#表面处理剂为油酸、棕榈酸或硬脂酸，用量为金矿尾矿用量的0.001-0.003％，所述2#表面处理剂为碳酸钠或氢氧化钠，用量为金矿尾矿用量的0.001-0.002％。
优选地，所述胶凝材料为由水泥和活性矿物掺合料组成。
优选地，所述复合外加剂由高效减水剂、增稠剂和引气剂组成。
优选地，所述高效减水剂、增稠剂和引气剂按(0.92-0.96)：(0.03-0.07)：(0.003-0.009)重量份的比例混合溶化组成所述复合外加剂。
优选地，所述高效减水剂为聚羧酸系减水剂，所述增稠剂为分子量为20万的羟丙基甲基纤维醚，所述引气剂为十二烷基硫酸钠。
优选地，所述金矿尾矿为细度模数小于0.7、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。
优选地，所述1#表面处理剂为油酸、棕榈酸或硬脂酸；所述2#表面处理剂为碳酸钠或氢氧化钠。
第二方面，本发明还涉及前述的以金矿尾矿为全集料的建筑砂浆的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：首先将尾矿筛分除去泥块，再与1#表面处理剂在70-80℃下均匀混合加热并保持1小时，然后加入2#表面处理剂继续混合加热保温1小时，得到表面处理过的尾矿；
步骤2：将聚羧酸系高效减水剂、增稠剂和引气剂混合搅拌，使固体颗粒完全溶化，得到复合外加剂。
步骤3：将砂浆拌合水与复合外加剂液体混合均匀，得到外加剂水溶液；
步骤4：将胶凝材料与表面处理过的尾矿在强制式搅拌机中混合均匀，得到尾矿砂浆干料；
步骤5：将外加剂水溶液加入尾矿砂浆干料中，慢速搅拌3分钟，再静置5分钟，最后再快速搅拌3分钟，得到新拌建筑砂浆浆体。
优选地，所述建筑砂浆由胶凝材料、经表面处理的金矿尾矿、复合外加剂和水组成；
所述胶凝材料为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；砂浆中胶凝材料用量为1重量份；所述金矿尾矿为胶凝材料用量的3.0-6.0倍；
所述表面处理剂为1#表面处理剂和2#表面处理剂的混合物；1#表面处理剂为金矿尾矿用量的0.001-0.003％，2#表面处理剂为金矿尾矿用量的0.001-0.002％；
所述复合外加剂的用量为胶凝材料及金矿尾矿总料量的0.23％-0.27％；
余量为水。
本发明通过对金矿尾矿表面处理、原料选择和配比设计，使得金矿尾矿的吸水性能及棱角性发生变化，因此可以采用金矿尾矿为全集料制备建筑砂浆，使砂浆的需水量、和易性、收缩性及强度得到改善，满足一般建筑工程的要求。同时，为金矿尾矿这种固废的规模化利用开辟了一条新的途径。这不仅有利保护环境，减少天然砂石的开采，同时还可降低建筑砂浆的生产成本。
本发明具有以下优点：
(1)本发明采用金矿尾矿为建筑砂浆的全集料，通过尾矿表面处理、原料选择和配比设计，使得金矿尾矿的吸水性能及棱角性发生变化，砂浆的需水量、和易性、收缩性及强度得到改善，能够满足一般建筑工程的要求；
(2)本发明采用金矿尾矿为建筑砂浆的全集料，有利于尾矿这种固废的规模化利用，不仅保护了环境，减少的天然砂石的开采，节约了资源，同时还降低了建筑砂浆的生产成本，具有非常积极的意义。
附图说明
图1是背景技术中陕西某金矿尾矿的颗度测试结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。应当指出的是，以下的实施实例只是对本发明的进一步说明，但本发明的保护范围并不限于以下实施例。
实施例1
本发明还涉及一种前述以金矿尾矿为全集料的建筑砂浆的制备方法，所述方法包括如下步骤：其物料及其用量见表1所示。
步骤1：首先将尾矿筛分除去泥块，再与1#表面处理剂在70-80℃下均匀混合加热并保持1小时，然后加入2#表面处理剂继续混合加热保温1小时，得到表面处理过的尾矿；
步骤2：将聚羧酸系高效减水剂、增稠剂和引气剂混合搅拌，使固体颗粒完全溶化，得到复合外加剂。
步骤3：将砂浆拌合水与复合外加剂液体混合均匀，得到外加剂水溶液；
步骤4：将胶凝材料与表面处理过的尾矿在强制式搅拌机中混合均匀，得到尾矿砂浆干料；
步骤5：将外加剂水溶液加入尾矿砂浆干料中，慢速搅拌3分钟，再静置5分钟，最后再快速搅拌3分钟，得到新拌建筑砂浆浆体。
实施例2
本发明还涉及一种前述以金矿尾矿为全集料的建筑砂浆的制备方法，所述方法包括如下步骤：其物料及其用量见表1所示。
步骤1：首先将尾矿筛分除去泥块，再与1#表面处理剂在70-80℃下均匀混合加热并保持1小时，然后加入2#表面处理剂继续混合加热保温1小时，得到表面处理过的尾矿；
步骤2：将聚羧酸系高效减水剂、增稠剂和引气剂混合搅拌，使固体颗粒完全溶化，得到复合外加剂。
步骤3：将砂浆拌合水与复合外加剂液体混合均匀，得到外加剂水溶液；
步骤4：将胶凝材料与表面处理过的尾矿在强制式搅拌机中混合均匀，得到尾矿砂浆干料；
步骤5：将外加剂水溶液加入尾矿砂浆干料中，慢速搅拌3分钟，再静置5分钟，最后再快速搅拌3分钟，得到新拌建筑砂浆浆体。
实施例3
本发明还涉及一种前述以金矿尾矿为全集料的建筑砂浆的制备方法，所述方法包括如下步骤：其物料及其用量见表1所示。
步骤1：首先将尾矿筛分除去泥块，再与1#表面处理剂在70-80℃下均匀混合加热并保持1小时，然后加入2#表面处理剂继续混合加热保温1小时，得到表面处理过的尾矿；
步骤2：将聚羧酸系高效减水剂、增稠剂和引气剂混合搅拌，使固体颗粒完全溶化，得到复合外加剂。
步骤3：将砂浆拌合水与复合外加剂液体混合均匀，得到外加剂水溶液；
步骤4：将胶凝材料与表面处理过的尾矿在强制式搅拌机中混合均匀，得到尾矿砂浆干料；
步骤5：将外加剂水溶液加入尾矿砂浆干料中，慢速搅拌3分钟，再静置5分钟，最后再快速搅拌3分钟，得到新拌建筑砂浆浆体。
实施例4
本发明还涉及一种前述以金矿尾矿为全集料的建筑砂浆的制备方法，所述方法包括如下步骤：其物料及其用量见表1所示。
步骤1：首先将尾矿筛分除去泥块，再与1#表面处理剂在70-80℃下均匀混合加热并保持1小时，然后加入2#表面处理剂继续混合加热保温1小时，得到表面处理过的尾矿；
步骤2：将聚羧酸系高效减水剂、增稠剂和引气剂混合搅拌，使固体颗粒完全溶化，得到复合外加剂。
步骤3：将砂浆拌合水与复合外加剂液体混合均匀，得到外加剂水溶液；
步骤4：将胶凝材料与表面处理过的尾矿在强制式搅拌机中混合均匀，得到尾矿砂浆干料；
步骤5：将外加剂水溶液加入尾矿砂浆干料中，慢速搅拌3分钟，再静置5分钟，最后再快速搅拌3分钟，得到新拌建筑砂浆浆体。
实施例5
本发明还涉及一种前述以金矿尾矿为全集料的建筑砂浆的制备方法，所述方法包括如下步骤：其物料及其用量见表1所示。
步骤1：首先将尾矿筛分除去泥块，再与1#表面处理剂在70-80℃下均匀混合加热并保持1小时，然后加入2#表面处理剂继续混合加热保温1小时，得到表面处理过的尾矿；
步骤2：将聚羧酸系高效减水剂、增稠剂和引气剂混合搅拌，使固体颗粒完全溶化，得到复合外加剂。
步骤3：将砂浆拌合水与复合外加剂液体混合均匀，得到外加剂水溶液；
步骤4：将胶凝材料与表面处理过的尾矿在强制式搅拌机中混合均匀，得到尾矿砂浆干料；
步骤5：将外加剂水溶液加入尾矿砂浆干料中，慢速搅拌3分钟，再静置5分钟，最后再快速搅拌3分钟，得到新拌建筑砂浆浆体。
对比例1
对比例1的步骤与上述实施例1-5的步骤近似，但是采用的原状尾矿，其物料及其用量见表1所示。
对比例2
对比例2的步骤与上述实施例1-5的步骤近似，但是采用的原状尾矿，其物料及其用量见表1所示。
性能检测
1、按照《JGJ/T 70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准》检测新拌建筑砂浆浆体和易性，其检测结果详见表1，表1为建筑砂浆性能的检测结果。
2、按照《JGJ/T 70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准》检测硬化建筑砂浆的物理性能。其检测结果详见表1，表1为建筑砂浆性能的检测结果。
表1
由表1可知，通过本发明方法的实施例1-5与未经表面处理的全尾矿砂浆的对比例1和对比例2相比；在相近的稠度情况下，本发明提供的以金矿尾矿为全集料的新型建筑砂浆具有较少的用水量，较高的密度、拉伸粘结强度和立方体抗压强度，以及较小的干燥收缩率，优势明显，且性能满足一般建筑工程的规范要求。
此外，在传统建筑砂浆中，建筑砂的体积占绝大部分(50-85％)，目前建筑砂价格昂贵(陕西市场每方砂的价格在200元左右)，导致传统建筑砂浆成本较高。而本发明提供的新型建筑砂浆，不再使用天然砂或机制砂，以金矿尾矿为建筑砂浆的全集料，金矿尾矿是免费的，加之所使用的外加剂用量很少，因此，本发明提供的新型建筑砂浆具有明显的成本优势。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质。
Claims (10)
1.一种以金矿尾矿为全集料的建筑砂浆，其特征在于，由胶凝材料、经表面处理的金矿尾矿、复合外加剂和水组成；
所述胶凝材料为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；砂浆中胶凝材料用量为1重量份；
所述经表面处理的金矿尾矿为胶凝材料用量的3.0-6.0倍；
所述复合外加剂的用量为胶凝材料及金矿尾矿总料量的0.23％-0.27％；
余量为水。
2.如权利要求1所述的以金矿尾矿为全集料的建筑砂浆，其特征在于，所述金矿尾矿的表面处理的具体步骤为：首先将尾矿筛分除去泥块，再与1#表面处理剂在70-80℃下均匀混合加热并保持1小时，然后加入2#表面处理剂继续混合加热保温1小时，得到表面处理过的尾矿；
所述1#表面处理剂为油酸、棕榈酸或硬脂酸，用量为金矿尾矿用量的0.001-0.003％，所述2#表面处理剂为碳酸钠或氢氧化钠，用量为金矿尾矿用量的0.001-0.002％。
3.如权利要求1所述的以金矿尾矿为全集料的建筑砂浆，其特征在于，所述胶凝材料为由水泥和活性矿物掺合料组成。
4.如权利要求1所述的以金矿尾矿为全集料的建筑砂浆，其特征在于，所述复合外加剂由高效减水剂、增稠剂和引气剂组成。
5.如权利要求4所述的以金矿尾矿为全集料的建筑砂浆，其特征在于，所述高效减水剂、增稠剂和引气剂按(0.92-0.96)：(0.03-0.07)：(0.003-0.009)重量份的比例混合溶化组成所述复合外加剂。
6.如权利要求4所述的以金矿尾矿为全集料的建筑砂浆，其特征在于，所述高效减水剂为聚羧酸系减水剂，所述增稠剂为分子量为20万的羟丙基甲基纤维醚，所述引气剂为十二烷基硫酸钠。
7.如权利要求1所述的以金矿尾矿为全集料的建筑砂浆，其特征在于，所述金矿尾矿为细度模数小于0.7、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。
8.如权利要求1所述的以金矿尾矿为全集料的建筑砂浆，其特征在于，所述1#表面处理剂为油酸、棕榈酸或硬脂酸；所述2#表面处理剂为碳酸钠或氢氧化钠。
9.一种如权利要求1所述的以金矿尾矿为全集料的建筑砂浆的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1：首先将尾矿筛分除去泥块，再与1#表面处理剂在70-80℃下均匀混合加热并保持1小时，然后加入2#表面处理剂继续混合加热保温1小时，得到表面处理过的尾矿；
步骤2：将聚羧酸系高效减水剂、增稠剂和引气剂混合搅拌，使固体颗粒完全溶化，得到复合外加剂。
步骤3：将砂浆拌合水与复合外加剂液体混合均匀，得到外加剂水溶液；
步骤4：将胶凝材料与表面处理过的尾矿在强制式搅拌机中混合均匀，得到尾矿砂浆干料；
步骤5：将外加剂水溶液加入尾矿砂浆干料中，慢速搅拌3分钟，再静置5分钟，最后再快速搅拌3分钟，得到新拌建筑砂浆浆体。
10.如权利要求9所述的以金矿尾矿为全集料的建筑砂浆的制备方法，其特征在于，所述建筑砂浆由胶凝材料、经表面处理的金矿尾矿、复合外加剂和水组成；
所述胶凝材料为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；砂浆中胶凝材料用量为1重量份；所述金矿尾矿为胶凝材料用量的3.0-6.0倍；
所述表面处理剂为1#表面处理剂和2#表面处理剂的混合物；1#表面处理剂为金矿尾矿用量的0.001-0.003％，2#表面处理剂为金矿尾矿用量的0.001-0.002％；
所述复合外加剂的用量为胶凝材料及金矿尾矿总料量的0.23％-0.27％；
余量为水。
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