CN112645657A - 一种多级处理镍渣制备的装配式混凝土及其应用 - Google Patents

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Abstract

一种多级处理镍渣制备的装配式混凝土，按照重量份数计包括以下组分：普通硅酸盐水泥270～288份，河砂350～392份，颗粒矿物掺合料150～168份，粉体矿物掺合料90～96份，浆体矿物掺合料166～170份，晶核早强剂60～70份，碎石1225～1305份，水170～183份，所述浆体矿物掺合料的固含量为54％～56％，所述晶核早强剂的固含量为33％～36％，所述颗粒矿物掺合料、粉体矿物掺合料、浆体矿物掺合料和晶核早强剂均为经多级处理后的镍渣，所述晶核早强剂的粒径中值为纳米级。本发明对镍渣进行多级处理，替代大部分水泥和河砂，流动性好，早期强度大，更快脱模，缩短了装配式混凝土构件的成模时间，有利于增加经济效益，可以得到建筑业使用的装配式早强混凝土构件。

Description

一种多级处理镍渣制备的装配式混凝土及其应用
技术领域
本发明涉及装配式混凝土构件及其制备方法，尤其涉及一种多级处理镍渣制备装配式混凝土构件及其制备方法。
背景技术
装配式建筑的迅速发展，对预制混凝土构件提出了高早期强度的要求。混凝土的高早期强度能够加快模具周转速率，提高企业生产效率，进一步加快施工进度，缩短工期，提高经济效益。因此提高混凝土早期强度是提高构件生产效率、降低生产成本的有效技术途径。
随着经济发展，我国镍渣的排放量接近3000万吨，截至目前为止，我国镍渣的总排放量远超一亿吨，而仅有12％左右应用于回收有用元素制备微晶玻璃，地质聚合物，矿山回填材料，混凝土矿物掺合料，混凝土骨料等，大量未处理镍渣的堆放不但占用农田，还带来严重的环境污染问题。因此为了减少镍渣的堆积，对镍渣进行多级处理，变废为宝，实现镍渣的再利用，提高其经济和环境效益。
现有技术CN111747697A公开了一种碱激发铜镍渣胶凝材料及其制备方法和应用，涉及固废利用技术领域。所述碱激发铜镍渣胶凝材料包括固体粉料和水，其中：按质量百分数计，所述固体粉料包括以下组分：铜镍渣粉50～65wt％、掺合料28～45wt％和固体激发剂5～15.2wt％。由上述原料制备得到的碱激发铜镍渣胶凝材料，有效缓解了现有铜镍渣粉堆放或填埋造成的环境污染以及占用农田的问题，但其运用碱激发，可能导致混凝土后期强度倒缩。
现有技术CN109369090A公开了一种装配式混凝土构件的制备方法，每立方米混凝土中各原材料用量如下:水泥180～220kg，矿粉100～140kg，粉煤灰40～60kg，江砂650～700kg，镍渣陶粒550～600kg，水160～170kg，减水剂6.2～7.4kg，所制的混凝土保温隔热、耐火性、抗冻性和耐久性等性能较好。但镍渣的作用仅仅当作骨料，并没有充分利用镍渣高活性的性能。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种多级处理镍渣制备装配式混凝土，对镍渣进行多级处理，替代大部分水泥和河砂，其流动性好，早期强度大，更快脱模，缩短了装配式混凝土构件的成模时间，有利于增加经济效益。
本发明的目的之二是提供一种多级处理镍渣制备装配式混凝土的应用，可以得到建筑业使用的装配式早强混凝土构件。
本发明实现目的之一所采用的方案是：一种多级处理镍渣制备的装配式混凝土，按照重量份数计包括以下组分：普通硅酸盐水泥270～288份，河砂350～392份，颗粒矿物掺合料150～168份，粉体矿物掺合料90～96份，浆体矿物掺合料166～170份，晶核早强剂60～70份，碎石1225～1305份，水170～183份，所述浆体矿物掺合料的固含量为54％～56％，所述晶核早强剂的固含量为33％～36％，所述颗粒矿物掺合料、粉体矿物掺合料、浆体矿物掺合料和晶核早强剂均为经多级处理后的镍渣，所述晶核早强剂的粒径中值为纳米级。
上述技术方案中，所述粉体矿物掺合料的比表面积为1000m3/kg～1320m3/kg，所述晶核早强剂的中值粒径是300～500nm，所述碎石为粒径2～23mm的细石。
上述技术方案中，所述颗粒矿物掺合料按粒径分布：细度模数Mx为3.7～3.1、3.0～2.3、2.2～1.6、1.5～0.7，其质量分数比为1：(4.68～5.52)：(20.8～22.56)：(4.16～4.82)，河砂的细度模数为2.15～3.45。
上述技术方案中，将镍渣进行球磨，经筛分后得到粒径大于等于0.2mm的颗粒矿物掺合料和粒径小于0.2mm的粉体矿物掺合料；将粉体矿物掺合料100～120份、研磨介质300～400份、水80～100份和减水剂1～3份湿磨20～40min得到中值粒径为1～3μm的浆体矿物掺合料；将浆体矿物掺合料继续湿磨90～120min得到晶核早强剂。
上述技术方案中，所述镍渣为高炉镍渣，镍渣中Al2O3含量≥23.703％，SiO2含量≥20.528％，CaO含量≥19.292％，MgO含量≤7.237％。
上述技术方案中，所述研磨介质为氧化锆，研磨介质包括75～100份粒径为0.8～1.0mm的小球，150～200份粒径为1.2～1.4mm的中球，75～100份粒径为1.4～1.7mm的大球。
上述技术方案中，所述减水剂为木质素磺酸钠盐减水剂或萘系高效减水剂。
上述技术方案中，所述步所述湿磨的转速为300～400rps。
本发明实现目的之二所采用的方案是：一种多级处理镍渣制备装配式混凝土的应用，将上述多级处理镍渣制备装配式混凝土，混合搅拌4min后，在40℃预养护1小时，60℃养护4小时，1h冷却至室温，得到装配式建筑使用的早强混凝土构件。
本发明的有益效果是：
(1)本发明采用经过镍渣多级处理后得到的粒径极小的晶核早强剂，因其优良的填充效应和表面效应，在纳米尺度下，可填充水泥颗粒之间的空隙，降低水泥浆体的孔隙率，从而提高密实程度，以及可以提高混凝土的早期强度，缩短构件养护、脱模的时间，加快模板的周转，提高经济效益。
(2)本发明中对镍渣进行多级处理，降低了镍渣颗粒粒径，镍渣颗粒用作集料，镍渣粉末用作掺合料，通过将镍渣颗粒均匀的分配到水泥和矿物掺合料的内部，使其分布更加的均匀，充分发挥掺合料的火山灰效应和微集料效应。
(3)本发明中通过多级处理的镍渣颗粒制备出矿物掺合料来替代部分水泥，因其镍渣的高活性，后期强度不会倒缩，高于纯水泥的强度，不仅实现了对镍渣的利用，减少镍渣的堆积，而且减少水泥的使用，提高其经济效益。
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，所描述的实施例仅仅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做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。
实施例1
颗粒矿物掺合料、粉体矿物掺合料、浆体矿物掺合料和晶核早强剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将镍渣放入粉磨机进行球磨，经筛分后得到粒径大于等于0.2mm的颗粒矿物掺合料和粒径小于0.2mm的粉体矿物掺合料；
(2)将粉体矿物掺合料100份、研磨介质400份、水80份和木质素磺酸钠盐减水剂1份在行星式球磨罐中湿磨20min得到中值粒径为3μm的浆体矿物掺合料，其中研磨介质包括100份粒径为0.8～1.0mm的小球，200份粒径为1.2～1.4mm的中球，100份粒径为1.4～1.7mm的大球。
(3)将步骤(2)中得到的浆体矿物掺合料继续湿磨120min得到中值粒径为300nm晶核早强剂。
一种装配式建筑使用的早强混凝土构件的制备方法为：
取普通硅酸盐水泥270份，河砂350份，颗粒矿物掺合料150份，粉体矿物掺合料94份，浆体矿物掺合料166份，晶核早强剂60份，碎石1225份，水170份，所述浆体矿物掺合料的固含量为54％，所述晶核早强剂的固含量为34％，混合搅拌4min后，40℃预养护1h，60℃养护4h，冷却1h至室温，得到装配式建筑使用的早强混凝土构件。
实施例2
颗粒矿物掺合料、粉体矿物掺合料、浆体矿物掺合料和晶核早强剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将镍渣放入粉磨机进行球磨，经筛分后得到粒径大于等于0.2mm的颗粒矿物掺合料和粒径小于0.2mm的粉体矿物掺合料；
(2)将粉体矿物掺合料112份、研磨介质400份、水95份和木质素磺酸钠盐减水剂1.8份在行星式球磨罐中进行湿磨25min得到中值粒径为2.6μm的浆体矿物掺合料，其中研磨介质包括75份粒径为0.8～1.0mm的小球，250份粒径为1.2～1.4mm的中球，75份粒径为1.4～1.7mm的大球。
(3)将步骤(2)中得到的浆体矿物掺合料继续湿磨100min得到中值粒径为400nm的晶核早强剂。
一种装配式建筑使用的早强混凝土构件的制备方法为：
取普通硅酸盐水泥280份，河砂370份，颗粒矿物掺合料160份，粉体矿物掺合料96份，浆体矿物掺合料168份，晶核早强剂70份，碎石1280份，水178份，所述浆体矿物掺合料的固含量为55％，所述晶核早强剂的固含量为33％，混合搅拌4min后，40℃预养护1h，60℃养护4h，冷却1h至室温，得到装配式建筑使用的早强混凝土构件。
实施例3
颗粒矿物掺合料、粉体矿物掺合料、浆体矿物掺合料和晶核早强剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将镍渣放入粉磨机进行球磨，经筛分后得到粒径大于等于0.2mm的颗粒矿物掺合料和粒径小于0.2mm的粉体矿物掺合料；
(2)将粉体矿物掺合料120份、研磨介质350份、水100份和萘系减水剂3份在行星式球磨罐中湿磨40min得到中值粒径为2μm的浆体矿物掺合料，其中研磨介质包括100份粒径为0.8～1.0mm的小球，150份粒径为1.2～1.4mm的中球，100份粒径为1.4～1.7mm的大球。
(3)将步骤(2)中得到的浆体矿物掺合料继续湿磨90min得到中值粒径为500nm的晶核早强剂。
一种装配式建筑使用的早强混凝土构件的制备方法为：
取普通硅酸盐水泥288份，河砂392份，颗粒矿物掺合料168份，粉体矿物掺合料92份，浆体矿物掺合料170份，晶核早强剂66份，碎石1305份，水183份，所述浆体矿物掺合料的固含量为56％，所述晶核早强剂的固含量为36％，混合搅拌4min后，40℃预养护1h，60℃养护4h，冷却1h至室温，得到装配式建筑使用的早强混凝土构件。
对比例1
武汉市某预制构件厂按硅酸盐水泥461份、砂512份、碎石1252份、水175份配置混凝土。
表1为不同配比下混凝土构件性能数据对比，通过比较发现，对比例1和实验例1～3的6h强度都可以达到15MPa，即可以进行拆模，然而在实验例1～3中添加了部分通过研磨镍渣制备的矿物掺合料和晶核早强剂，说明了研磨后的镍渣可以完全替代部分水泥。实验例1～3中3d和28d强度优于对比例1，说明了研磨镍渣制备出的矿物掺合料在后期会继续反应，生成水化产物，掺入部分矿物掺合料不会影响混凝土后期强度。其中实验例2的强度最高，说明了在混凝土体系中浆体矿物掺合料的超细颗粒填充了水泥熟料和集料之间的空隙，符合紧密堆积原理，达到充分的填充效果，使其硬化体内部结构更加密实，强度更高。本发明的一种多级处理镍渣制备装配式混凝土构件，利用了高炉镍渣较好的活性，对镍渣进行湿磨，细化高炉镍渣，增大高炉镍渣的比表面积，增加了高炉镍渣的活性，制得晶核早强剂。对镍渣进行多级处理，利用镍渣粉体替代部分水泥，镍渣颗粒替代部分集料，解决固废利用问题。本发明制备出的装配式混凝土构件早期强度高，缩短构件养护、脱模的时间，加快模板的周转，加快成型效率，提高其经济效益。
表1各实施例与对比例制备的装配式混凝土构件测试结果
Figure BDA0002866329840000051
注：采用40℃预养护1h和60℃养护4h。
上述对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护。

Claims (9)

1.一种多级处理镍渣制备的装配式混凝土，其特征在于：按照重量份数计包括以下组分：普通硅酸盐水泥270～288份，河砂350～392份，颗粒矿物掺合料150～168份，粉体矿物掺合料90～96份，浆体矿物掺合料166～170份，晶核早强剂60～70份，碎石1225～1305份，水170～183份，所述浆体矿物掺合料的固含量为54％～56％，所述晶核早强剂的固含量为33％～36％，所述颗粒矿物掺合料、粉体矿物掺合料、浆体矿物掺合料和晶核早强剂均为经多级处理后的镍渣，所述晶核早强剂的粒径中值为纳米级。
2.根据权利要求1所述的多级处理镍渣制备的装配式混凝土，其特征在于：所述粉体矿物掺合料的比表面积为1000m3/kg～1320m3/kg，所述晶核早强剂的中值粒径是300～500nm，所述碎石为粒径2～23mm的细石。
3.根据权利要求1所述的多级处理镍渣制备的装配式混凝土，其特征在于：所述颗粒矿物掺合料按粒径分布：细度模数Mx为3.7～3.1、3.0～2.3、2.2～1.6、1.5～0.7，其质量分数比为1：(4.68～5.52)：(20.8～22.56)：(4.16～4.82)，河砂的细度模数为2.15～3.45。
4.根据权利要求1所述的多级处理镍渣制备的装配式混凝土，其特征在于：将镍渣进行球磨，经筛分后得到粒径大于等于0.2mm的颗粒矿物掺合料和粒径小于0.2mm的粉体矿物掺合料；将粉体矿物掺合料100～120份、研磨介质300～400份、水80～100份和减水剂1～3份湿磨20～40min得到中值粒径为1～3μm的浆体矿物掺合料；将浆体矿物掺合料继续湿磨90～120min得到晶核早强剂。
5.根据权利要求4所述的多级处理镍渣制备的装配式混凝土，其特征在于：所述镍渣为高炉镍渣，镍渣中Al2O3含量≥23.703％，SiO2含量≥20.528％，CaO含量≥19.292％，MgO含量≤7.237％。
6.根据权利要求4所述的多级处理镍渣制备的装配式混凝土，其特征在于：所述研磨介质为氧化锆，研磨介质包括75～100份粒径为0.8～1.0mm的小球，150～200份粒径为1.2～1.4mm的中球，75～100份粒径为1.4～1.7mm的大球。
7.根据权利要求4所述的多级处理镍渣制备的装配式混凝土，其特征在于：所述减水剂为木质素磺酸钠盐减水剂或萘系高效减水剂。
8.根据权利要求4所述的多级处理镍渣制备的装配式混凝土，其特征在于：所述步所述湿磨的转速为300～400rps。
9.一种多级处理镍渣制备的装配式混凝土的应用，其特征在于：将权利要求1至8中任一项所述的多级处理镍渣制备装配式混凝土，混合搅拌4min后，在40℃预养护1小时，60℃养护4小时，1h冷却至室温，得到装配式建筑使用的早强混凝土构件。
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