CN112456916B - 一种高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法，制备方法包括以下步骤：(1)改性铁尾矿砂的制备；(2)纳米粒子/碳纤维复合材料的制备；(3)配制细骨料：改性铁尾矿砂70‑80％、河沙20‑30％；(4)称取以下重量份的原料：水泥60‑70份、粉煤灰30‑40份、细骨料115‑135份、粗骨料145‑165份、苯丙乳液1.5‑2份、纳米粒子/碳纤维复合材料0.8‑1.1份、减水剂0.7‑0.8份、水29‑33份；(5)制备自密实混凝土；本发明使用较多量的铁尾矿砂替换河沙作为细骨料，通过各原料的相互配合，使本发明制备得到的混凝土强度高，且韧性强，施工性能好，抗渗性、耐腐性优良，并可节约成本，经济环保。

Description

一种高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法。
背景技术
自密实混凝土是指混凝土拌合物不需要振捣仅依靠自重即能充满模板、包裹钢筋，并能够保持不离析和均匀性，达到充分密实并且获得最佳的性能。在国内外发表的论文、专利中，这种混凝土还有许多其它名称，如高流动混凝、高旌工性混凝土、自流平混凝土、自填充混凝土、免振捣混凝土等。这种混凝土虽然比相同强度等级的普通混凝土材料费用略高，但由于节省动力和劳力、加快工程进度，并解决扰民问题，其综合效益是显著的。它给解决或改善密集配筋、薄壁、复杂形体、大体积混凝土施工，以及具有特殊要求、振捣困难的混凝土工程旌工条件带来极大的方便，可避免出现由于振捣不足而造成的空洞、蜂窝、麻面等质量缺附。因此自密实混凝土SCC是一种可持续性发展材料，是今后混凝土的发展方向。
如今，C20至C50的中低强度等级的混凝土占了我国建设所用混凝土总量的一半以上。在各种自密实混凝土的配制过程中，细骨料都是配制过程中必不可少的一部分，而我国大部分地区均采用河砂作为混凝土细骨料，但是众所周知，河砂是不可再生资源，由于长期以来我们过度采砂，已经严重威胁到了环境、河势稳定以及提防安全。而铁尾矿砂作为一种工业副产品，堆存量巨大而且对环境保护构成了巨大的威胁，另外，正规尾矿库存放铁尾矿砂维护、管理、运行费用巨大；存矿的尾矿坝或尾矿库，如果管理不善，发生溃坝，尾矿砂会立即液化，造成严重的地质灾害。
若将铁尾矿砂作为细骨料的一部分掺入自密实混凝土的配制过程中，不仅可以节约成本，而且可以大量消纳铁尾矿砂的库存。
申请号为201910708280.4的国内专利公开了一种再生自密实混凝土及其制备方法。再生自密实混凝土包含以下重量份的组分：220-260份水泥、160-190份水、780-800份碎石、150-158份再生料、80-85份矿粉、10-14份膨胀剂、720-750份砂、3-7份减水剂、2-10份粘度改性剂、110-117份粉煤灰；再生料包括以下重量份的组分：20-40份铁尾矿、10-20份建筑废料和20-30份钢渣粉。该发明的再生自密实混凝土具有流动性、填充性和抗离析性好，且充分利用钢渣和尾矿废弃物的优点。但是在该混凝土中，铁尾矿的占比并不大，且制备得到的混凝土的强度仍然有一定的提升空间。
因此，开发一种综合性能较高的高掺量铁尾矿砂的自密实混凝土，无论是对于铁尾矿砂的大范围应用，还是混凝土本身发展，都具有较大的实际意义。而目前现有技术中公开的高掺量铁尾矿砂自密实混凝土，其强度均比较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法，使用较多量的铁尾矿砂替换河沙作为细骨料，通过各原料的相互配合，使本发明制备得到的混凝土强度高，且韧性强，施工性能好，抗渗性耐腐性优良，并可节约成本，经济环保。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性铁尾矿砂的制备：配制质量分数为1-1.2％的氟硅烷乙醇溶液；向氟硅烷乙醇溶液中加入水，氟硅烷乙醇溶液与水的质量比为1：50-80，快速搅拌，并用醋酸调节pH值为3.5-4.5，得混合液；向铁尾矿砂中均匀喷洒入混合液，快速搅拌20-30min后，得改性铁尾矿砂；
(2)纳米粒子/碳纤维复合材料的制备：将短切碳纤维进行预处理；将纳米氮化硼高度分散在硅溶胶中，得混合料；将预处理的短切碳纤维浸入混合料中，并搅拌20-30min，然后过滤出短切碳纤维，所得碳纤维静置1-2天后，研磨分散，再将所得物于70-80℃下进行真空干燥，然后在氮气气氛下，于650-670℃下煅烧1-1.5h，自然冷却至室温，得纳米粒子/碳纤维复合材料；
(3)配制细骨料：细骨料由以下重量百分比的原料混合得到：改性铁尾矿砂70-80％、河沙20-30％；
(4)称取以下重量份的原料：水泥60-70份、粉煤灰30-40份、细骨料115-135份、粗骨料145-165份、苯丙乳液1.5-2份、纳米粒子/碳纤维复合材料0.8-1.1份、减水剂0.7-0.8份、水29-33份；
(5)制备自密实混凝土：先向细骨料中加入苯丙乳液、纳米粒子/碳纤维复合材料，搅拌均匀后，得预混合料；然后向预混合料中加入水泥、粉煤灰、水，搅拌60-80s，再加入减水剂搅拌80-90s，最后再加入粗骨料搅拌85-100s，得自密实混凝土。
优选的，所述氟硅烷为十三氟辛基三乙氧基硅烷或十七氟癸基三甲氧基硅烷；所述混合液与铁尾矿砂的质量比为1：30-35。
优选的，所述铁尾矿砂的细度模数为0.7-1.3。
优选的，所述纳米氮化硼、硅溶胶的质量比为1：4-5，所述硅溶胶的固含量为18-21％。
优选的，所述短切碳纤维的长度为500-800μm，直径为5-10μm；所述纳米氮化硼的粒径为5-20nm。
优选的，所述短切碳纤维的预处理方法包括以下步骤：将短切碳纤维浸入0.3-0.5mol/L的HCl溶液中1.5-2h，然后过滤，并进行真空干燥；将酸处理后的碳纤维中加入其质量1-1.5％的四氧化三钴以及其质量60-70％的N,N-二甲基乙酰胺，研磨2-3h，然后加入氨水，调节pH为10-10.5，将混合料导入反应釜中，逐渐升温至160-165℃，回流搅拌反应4-5h，冷却至室温，过滤，依次用水、乙醇洗涤，真空干燥。
优选的，所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。
优选的，所述河砂选用II区砂，细度模数为2.3-3.0，所述粗骨料为粒径为5-20mm的碎石，所用粗骨料符合JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》中5-20mm连续粒级的质量要求；所述粉煤灰为II级粉煤灰。
优选的，所述苯丙乳液的固含量为50-56％，pH值为8-8.5。
优选的，所述聚羧酸减水剂为粉状聚羧酸类减水剂，减水率大于20％。
本发明的有益效果是：
1、本发明中，将铁尾矿砂采用氟硅烷进行改性，改性后丰富了铁尾矿砂的表面基团，一方面可与无机和有机原料中的羟基、羧基和含氧基团产生化学键合，使铁尾矿砂与其他原料的结合性能加强，即使在高掺量下，也使混凝土具有较高的强度。另一方面，可改善混凝土的微观孔结构，提高其稳定性，抗渗性和耐腐蚀性均可得到加强。
2、本发明中，采用纳米粒子/碳纤维复合材料作为补强材料，短切碳纤维外包覆有纳米氮化硼和二氧化硅，该补强材料本身具有较高的冲击强度以及弯曲强度，而短切碳纤维外包覆米氮化硼和二氧化硅后，纳米粒子与混凝土凝胶材料之间结合性好于碳纤维与凝胶材料之间的结合性能，同时复合材料的分散性也好于短切碳纤维，因此可使复合材料均匀紧密的嵌合在混凝土中，形成一定的纤维网络结构，纳米粒子/碳纤维复合材料可有效增强混凝土的强度和韧性，阻裂效果好。
3、本发明在制备纳米粒子/碳纤维复合材料时，先将短切碳纤维进行预处理，处理步骤包括酸化处理以及四氧化三钴活化处理，经过上述处理后的碳纤维表面具有较多的官能团，之后再采用纳米氮化硼与硅溶胶包覆时，可使纳米氮化硼与硅溶胶紧密的包覆在碳纤维表面，干燥后，纳米氮化硼与二氧化硅不易与碳纤维剥离，从而保证了复合材料的补强稳定性。纳米粒子/碳纤维复合材料在低加入量下，可对混凝土具有高效稳定的补强效果。
4、本发明中，加入有少量的苯丙乳液，其与凝胶材料具有离子键形式的化学结合作用，可加强混凝土的强度和韧性，并加强了混凝土的阻裂性能和抗渗性能。本发明中水胶比适宜，使混凝土具有较高的流动性，施工性能好，同时又使混凝土的强度等性能保持在较高水平。
5、本发明中，使用较多量的铁尾矿砂替换河沙作为细骨料，铁尾矿砂对于河沙的取代率达到了70-80％，远高于一般水平，但是在此高取代率下，通过各原料的相互配合，使本发明制备得到的混凝土的28d强度均能达到C50的等级强度，且韧性强，施工性能好，抗渗性耐腐性优良，并可节约成本，同时可消纳铁尾矿砂的库存，经济环保。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明下述实施例和对比例中：
铁尾矿砂选用某一大型矿区的铁尾矿砂，其细度模数具体为0.87。
河砂选用II区砂，具体细度模数为2.68。
粗骨料为粒径为5-20mm的碎石，粗骨料符合JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》中5-20mm连续粒级的质量要求。
粉煤灰为II级粉煤灰。
水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。
苯丙乳液的固含量为51.5％，pH值为8.5。
聚羧酸减水剂为粉状聚羧酸类减水剂，减水率大于20％。
实施例1：纳米粒子/碳纤维复合材料的制备
一种纳米粒子/碳纤维复合材料的制备方法：包括以下步骤：
(1)将短切碳纤维进行预处理：将短切碳纤维浸入0.5mol/L的HCl溶液中2h，然后过滤，并进行真空干燥，短切碳纤维的长度为500-800μm，直径为5-10μm；将酸处理后的碳纤维中加入其质量1.5％的四氧化三钴以及其质量65％的N,N-二甲基乙酰胺，研磨3h，然后加入氨水，调节pH为10.5，将混合料导入反应釜中，逐渐升温至165℃，回流搅拌反应4.5h，冷却至室温，过滤，依次用水、乙醇洗涤，真空干燥。
(2)将纳米氮化硼高度分散在硅溶胶中，得混合料；纳米氮化硼、硅溶胶的质量比为1：5，所述硅溶胶的固含量为21％，纳米氮化硼的粒径为5-20nm。
(3)将预处理的短切碳纤维浸入混合料中，并搅拌30min，然后过滤出短切碳纤维，所得碳纤维静置2天后，研磨分散，再将所得物于75℃下进行真空干燥，然后在氮气气氛下，于670℃下煅烧1.5h，自然冷却至室温，得纳米粒子/碳纤维复合材料。
实施例2：纳米粒子/碳纤维复合材料的制备
一种纳米粒子/碳纤维复合材料的制备方法：包括以下步骤：
(1)将短切碳纤维进行预处理：将短切碳纤维浸入0.3mol/L的HCl溶液中2h，然后过滤，并进行真空干燥，短切碳纤维的长度为500-800μm，直径为5-10μm；将酸处理后的碳纤维中加入其质量1％的四氧化三钴以及其质量60％的N,N-二甲基乙酰胺，研磨3h，然后加入氨水，调节pH为10，将混合料导入反应釜中，逐渐升温至165℃，回流搅拌反应4h，冷却至室温，过滤，依次用水、乙醇洗涤，真空干燥。
(2)将纳米氮化硼高度分散在硅溶胶中，得混合料；纳米氮化硼、硅溶胶的质量比为1：4，所述硅溶胶的固含量为18％，纳米氮化硼的粒径为5-20nm。
(3)将预处理的短切碳纤维浸入混合料中，并搅拌20min，然后过滤出短切碳纤维，所得碳纤维静置2天后，研磨分散，再将所得物于70℃下进行真空干燥，然后在氮气气氛下，于650℃下煅烧1.5h，自然冷却至室温，得纳米粒子/碳纤维复合材料。
实施例3：纳米粒子/碳纤维复合材料的制备
一种纳米粒子/碳纤维复合材料的制备方法：包括以下步骤：
(1)将短切碳纤维进行预处理：将短切碳纤维浸入0.5mol/L的HCl溶液中1.5h，然后过滤，并进行真空干燥，短切碳纤维的长度为500-800μm，直径为5-10μm；将酸处理后的碳纤维中加入其质量1.2％的四氧化三钴以及其质量70％的N,N-二甲基乙酰胺，研磨2.5h，然后加入氨水，调节pH为10.5，将混合料导入反应釜中，逐渐升温至160℃，回流搅拌反应5h，冷却至室温，过滤，依次用水、乙醇洗涤，真空干燥。
(2)将纳米氮化硼高度分散在硅溶胶中，得混合料；纳米氮化硼、硅溶胶的质量比为1：5，所述硅溶胶的固含量为21％，纳米氮化硼的粒径为5-20nm。
(3)将预处理的短切碳纤维浸入混合料中，并搅拌30min，然后过滤出短切碳纤维，所得碳纤维静置1天后，研磨分散，再将所得物于80℃下进行真空干燥，然后在氮气气氛下，于670℃下煅烧1h，自然冷却至室温，得纳米粒子/碳纤维复合材料。
实施例4：
一种高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性铁尾矿砂的制备：配制质量分数为1％的氟硅烷(十三氟辛基三乙氧基硅烷)乙醇溶液；向氟硅烷乙醇溶液中加入水，氟硅烷乙醇溶液与水的质量比为1：70，快速搅拌，并用醋酸调节pH值为4，得混合液；向铁尾矿砂中均匀喷洒入混合液，快速搅拌30min后，得改性铁尾矿砂；
混合液与铁尾矿砂的质量比为1：32。
(2)纳米粒子/碳纤维复合材料的制备：制备方法同实施例1。
(3)配制细骨料：细骨料由以下重量百分比的原料混合得到：改性铁尾矿砂75％、河沙25％。
(4)称取以下重量份的原料：水泥63份、粉煤灰37份、细骨料123份、粗骨料152份、苯丙乳液1.8份、纳米粒子/碳纤维复合材料1份、减水剂0.75份、水29份。
(5)制备自密实混凝土：先向细骨料中加入苯丙乳液、纳米粒子/碳纤维复合材料，搅拌均匀后，得预混合料；然后向预混合料中加入水泥、粉煤灰、水，搅拌70s，再加入减水剂搅拌90s，最后再加入粗骨料搅拌90s，得自密实混凝土。
实施例5：
一种高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性铁尾矿砂的制备：配制质量分数为1.2％的氟硅烷(十三氟辛基三乙氧基硅烷)乙醇溶液；向氟硅烷乙醇溶液中加入水，氟硅烷乙醇溶液与水的质量比为1：80，快速搅拌，并用醋酸调节pH值为3.5，得混合液；向铁尾矿砂中均匀喷洒入混合液，快速搅拌20min后，得改性铁尾矿砂；
混合液与铁尾矿砂的质量比为1：30。
(2)纳米粒子/碳纤维复合材料的制备：由实施例2中的方法制备得到。
(3)配制细骨料：细骨料由以下重量百分比的原料混合得到：改性铁尾矿砂72％、河沙28％。
(4)称取以下重量份的原料：水泥70份、粉煤灰30份、细骨料130份、粗骨料150份、苯丙乳液2份、纳米粒子/碳纤维复合材料1份、减水剂0.8份、水32份。
(5)制备自密实混凝土：先向细骨料中加入苯丙乳液、纳米粒子/碳纤维复合材料，搅拌均匀后，得预混合料；然后向预混合料中加入水泥、粉煤灰、水，搅拌80s，再加入减水剂搅拌80s，最后再加入粗骨料搅拌95s，得自密实混凝土。
实施例6：
一种高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性铁尾矿砂的制备：配制质量分数为1％的氟硅烷(十七氟癸基三甲氧基硅烷)乙醇溶液；向氟硅烷乙醇溶液中加入水，氟硅烷乙醇溶液与水的质量比为1：50，快速搅拌，并用醋酸调节pH值为4.5，得混合液；向铁尾矿砂中均匀喷洒入混合液，快速搅拌30min后，得改性铁尾矿砂；
混合液与铁尾矿砂的质量比为1：35。
(2)纳米粒子/碳纤维复合材料的制备：制备方法同实施例3。
(3)配制细骨料：细骨料由以下重量百分比的原料混合得到：改性铁尾矿砂70％、河沙30％。
(4)称取以下重量份的原料：水泥70份、粉煤灰30份、细骨料125份、粗骨料165份、苯丙乳液1.5份、纳米粒子/碳纤维复合材料1.1份、减水剂0.7份、水33份。
(5)制备自密实混凝土：先向细骨料中加入苯丙乳液、纳米粒子/碳纤维复合材料，搅拌均匀后，得预混合料；然后向预混合料中加入水泥、粉煤灰、水，搅拌60s，再加入减水剂搅拌90s，最后再加入粗骨料搅拌100s，得自密实混凝土。
实施例7：
一种高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性铁尾矿砂的制备：制备方法同实施例5。
(2)纳米粒子/碳纤维复合材料的制备：制备方法同实施例2。
(3)配制细骨料：细骨料由以下重量百分比的原料混合得到：改性铁尾矿砂80％、河沙20％。
(4)称取以下重量份的原料：水泥65份、粉煤灰35份、细骨料115份、粗骨料145份、苯丙乳液2份、纳米粒子/碳纤维复合材料0.9份、减水剂0.8份、水29份。
(5)制备自密实混凝土：先向细骨料中加入苯丙乳液、纳米粒子/碳纤维复合材料，搅拌均匀后，得预混合料；然后向预混合料中加入水泥、粉煤灰、水，搅拌80s，再加入减水剂搅拌80s，最后再加入粗骨料搅拌90s，得自密实混凝土。
实施例8：
一种高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性铁尾矿砂的制备：制备方法同实施例4。
(2)纳米粒子/碳纤维复合材料的制备：制备方法同实施例1。
(3)配制细骨料：细骨料由以下重量百分比的原料混合得到：改性铁尾矿砂76％、河沙24％。
(4)称取以下重量份的原料：水泥60份、粉煤灰40份、细骨料135份、粗骨料155份、苯丙乳液1.8份、纳米粒子/碳纤维复合材料0.8份、减水剂0.7份、水30份。
(5)制备自密实混凝土：先向细骨料中加入苯丙乳液、纳米粒子/碳纤维复合材料，搅拌均匀后，得预混合料；然后向预混合料中加入水泥、粉煤灰、水，搅拌80s，再加入减水剂搅拌90s，最后再加入粗骨料搅拌85s，得自密实混凝土。
实施例9：
一种高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性铁尾矿砂的制备：制备方法同实施例5。
(2)纳米粒子/碳纤维复合材料的制备：制备方法同实施例2。
(3)配制细骨料：细骨料由以下重量百分比的原料混合得到：改性铁尾矿砂75％、河沙25％。
(4)称取以下重量份的原料：水泥64份、粉煤灰36份、细骨料130份、粗骨料160份、苯丙乳液1.8份、纳米粒子/碳纤维复合材料1.1份、减水剂0.7份、水29份。
(5)制备自密实混凝土：先向细骨料中加入苯丙乳液、纳米粒子/碳纤维复合材料，搅拌均匀后，得预混合料；然后向预混合料中加入水泥、粉煤灰、水，搅拌80s，再加入减水剂搅拌85s，最后再加入粗骨料搅拌95s，得自密实混凝土。
实施例10：
一种高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性铁尾矿砂的制备：制备方法同实施例4。
(2)纳米粒子/碳纤维复合材料的制备：制备方法同实施例1。
(3)配制细骨料：细骨料由以下重量百分比的原料混合得到：改性铁尾矿砂78％、河沙22％。
(4)称取以下重量份的原料：水泥65份、粉煤灰35份、细骨料121份、粗骨料158份、苯丙乳液1.6份、纳米粒子/碳纤维复合材料0.9份、减水剂0.8份、水30份。
(5)制备自密实混凝土：先向细骨料中加入苯丙乳液、纳米粒子/碳纤维复合材料，搅拌均匀后，得预混合料；然后向预混合料中加入水泥、粉煤灰、水，搅拌70s，再加入减水剂搅拌90s，最后再加入粗骨料搅拌90s，得自密实混凝土。
对比例1：
一种高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法，与实施例10不同的是，步骤(1)为：向乙醇中加入水，乙醇与水的质量比为1：70，快速搅拌，得混合液；向铁尾矿砂中均匀喷洒入混合液，快速搅拌30min后，得改性铁尾矿砂；混合液与铁尾矿砂的质量比为1：32。
其他步骤(2)、(3)、(4)、(5)均与实施例10一致。
对比例2：
一种高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法，与实施例10不同的是，无步骤(2)，并将步骤(4)中的纳米粒子/碳纤维复合材料替换为相应的短切碳纤维。其他步骤(1)、(3)、(5)与实施例10一致。
性能测试：
1、将实施例和对比例中的自密实混凝土均制备成100mm×100mm×100mm试块，自然养护28d，根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，测试试块在3d、7d、28d时的抗压强度和抗折强度测试。具体结果如表1所示。
表1：
Figure BDA0002825947490000111
由表1可知，由实施例中制备得到混凝土制备得到的试块的28d强度均能达到C50的等级强度，且抗折强度高，韧性好，由实施例10和对比例1、2相比可知，对铁尾矿砂进行改性以及将碳纤维与纳米碳化硼、二氧化硅进行复合，均对于混凝土强度性能的提升具有较大的作用，而其中将碳纤维与纳米碳化硼、二氧化硅进行复合对于混凝土强度的影响更大。
2、根据依据《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T283-2012，对混凝土的坍落度(0/2h)、扩展度(0/2h)、T500流动时间进行测试。具体测试结果如表2所示。
表2：
坍落度/mm 扩展度/mm T<sub>500</sub>/s 是否泌水
实施例4 272/268 735/663 5.9 否
实施例5 265/262 725/659 6.1 否
实施例6 286/283 742/668 6.3 否
实施例7 261/259 756/661 5.6 否
实施例8 275/271 719/641 5.5 否
实施例9 271/267 737/664 5.8 否
实施例10 263/260 729/652 5.8 否
对比例1 260/256 724/646 6.3 否
对比例2 257/256 718/642 5.9 否
由表2可知，由实施例中制备得到混凝土流动性好，施工性能优良。由实施例10和对比例1、2相比可知，对铁尾矿砂进行改性以及将碳纤维与纳米碳化硼、二氧化硅进行复合，对于混凝土的流动性等施工性能影响不大。
3、根据GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》对混凝土的抗渗性能进行测试；根据JTG/TB 07-01-2006对混凝土的氯离子扩散吸水性能进行测试，具体结果如表3所示。
表3：
抗渗等级P 28d氯离子扩散系数×10<sup>12</sup>m<sup>2</sup>/s
实施例4 30 1.42
实施例5 30 1.63
实施例6 30 1.52
实施例7 30 1.72
实施例8 30 1.46
实施例9 30 1.36
实施例10 30 1.56
对比例1 25 1.83
对比例2 25 1.95
由表2可知，由实施例中制备得到抗渗性能优良。由实施例10和对比例1、2相比可知，对铁尾矿砂进行改性以及将碳纤维与纳米碳化硼、二氧化硅进行复合，对于混凝土的微观结构了进行改善，使得的混凝土整体稳定性提升，从而使抗渗性和耐腐蚀性也得到一定程度的改善。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)改性铁尾矿砂的制备：配制质量分数为1-1.2％的氟硅烷乙醇溶液；向氟硅烷乙醇溶液中加入水，氟硅烷乙醇溶液与水的质量比为1：50-80，快速搅拌，并用醋酸调节pH值为3.5-4.5，得混合液；向铁尾矿砂中均匀喷洒入混合液，快速搅拌20-30min后，得改性铁尾矿砂；
(2)纳米粒子/碳纤维复合材料的制备：将短切碳纤维进行预处理；将纳米氮化硼高度分散在硅溶胶中，得混合料；将预处理的短切碳纤维浸入混合料中，并搅拌20-30min，然后过滤出短切碳纤维，所得碳纤维静置1-2天后，研磨分散，再将所得物于70-80℃下进行真空干燥，然后在氮气气氛下，于650-670℃下煅烧1-1.5h，自然冷却至室温，得纳米粒子/碳纤维复合材料；
所述短切碳纤维的预处理方法包括以下步骤：将短切碳纤维浸入0.3-0.5mol/L的HCl溶液中1.5-2h，然后过滤，并进行真空干燥；将酸处理后的碳纤维中加入其质量1-1.5％的四氧化三钴以及其质量60-70％的N,N-二甲基乙酰胺，研磨2-3h，然后加入氨水，调节pH为10-10.5，将混合料导入反应釜中，逐渐升温至160-165℃，回流搅拌反应4-5h，冷却至室温，过滤，依次用水、乙醇洗涤，真空干燥；
(3)配制细骨料：细骨料由以下重量百分比的原料混合得到：改性铁尾矿砂70-80％、河沙20-30％；
(4)称取以下重量份的原料：水泥60-70份、粉煤灰30-40份、细骨料115-135份、粗骨料145-165份、苯丙乳液1.5-2份、纳米粒子/碳纤维复合材料0.8-1.1份、减水剂0.7-0.8份、水29-33份；
(5)制备自密实混凝土：先向细骨料中加入苯丙乳液、纳米粒子/碳纤维复合材料，搅拌均匀后，得预混合料；然后向预混合料中加入水泥、粉煤灰、水，搅拌60-80s，再加入减水剂搅拌80-90s，最后再加入粗骨料搅拌85-100s，得自密实混凝土。
2.根据权利要求1所述的高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法，其特征在于，所述氟硅烷为十三氟辛基三乙氧基硅烷或十七氟癸基三甲氧基硅烷；所述混合液与铁尾矿砂的质量比为1：30-35。
3.根据权利要求1所述的高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法，其特征在于，所述铁尾矿砂的细度模数为0.7-1.3。
4.根据权利要求1所述的高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法，其特征在于，所述纳米氮化硼、硅溶胶的质量比为1：4-5，所述硅溶胶的固含量为18-21％。
5.根据权利要求1所述的高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法，其特征在于，所述短切碳纤维的长度为500-800μm，直径为5-10μm；所述纳米氮化硼的粒径为5-20nm。
6.根据权利要求1所述的高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法，其特征在于，所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。
7.根据权利要求1所述的高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法，其特征在于，所述河砂选用Ⅱ区砂，细度模数为2.3-3.0，所述粗骨料为粒径为5-20mm的碎石；所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰。
8.根据权利要求1所述的高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法，其特征在于，所述苯丙乳液的固含量为50-56％，pH值为8-8.5。
9.根据权利要求1所述的高掺量铁尾矿砂自密实混凝土的制备方法，其特征在于，所述减水剂为粉状聚羧酸类减水剂，减水率大于20％。
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