CN112723779A - 含高硅铁尾矿的混凝土掺合料及其制备方法 - Google Patents

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张延年
刘柏男
顾晓薇
宋岩升
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0039—Premixtures of ingredients
    • C04B40/0042—Powdery mixtures

Abstract

本发明公布了含高硅铁尾矿的混凝土掺合料及其制备方法，采用高硅铁尾矿、煤矸石、钢渣、化学活化剂、聚羧酸高效减水剂、抑制剂为原料。因此能够大量消耗工业废弃物。其中高硅铁尾矿、煤矸石、钢渣具备高含量的二氧化硅、氧化铝、氧化钙，具备潜在火山灰活性。本发明通过煅烧急冷，机械研磨，化学激发的手段将高硅铁尾矿、煤矸石、钢渣由非活性晶体转变为具备火山灰活性的玻璃体。其中化学活化剂中的氢氧化钠与偏硅酸钠可以激发其火山灰活性，并且参与水泥的二次水化，生成C‑S‑H、C‑A‑H凝胶，提高强度，并且本发明制备的掺合料水化热较低，适合现场浇筑与泵送。

Description

含高硅铁尾矿的混凝土掺合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土掺合料，特别是涉及一种含高硅铁尾矿的混凝土掺合料及其制备方法。
背景技术
目前，混凝土中一般使用20～50％的掺合料用来代替水泥。其中，所使用的混凝土掺和料多以优质矿渣粉和粉煤灰为主，还有少量的硅灰、石灰石粉、沸石粉。近些年来，伴随着预拌混凝土产业在全国发展迅速，到2014年中国预拌混凝土产量达到155412.74万立方米，若在混凝土中掺合料以30％掺量为准，该年混凝土掺合料则消耗约为2亿吨，同时这个数字还会逐年上涨，这将会导致矿渣粉、粉煤灰作为混凝土掺和料出现短缺，进而使矿渣粉和粉煤灰的价格不断升高。此外，随着环境保护意识的增强以及碳排放税的实施，火力发电在能源结构中所占比重也会日益下降，电厂的粉煤灰排放预期会有明显的缩减，与之相矛盾的是混凝土的需求量仍然会以5％左右的速度递增。
针对优质掺合料粉煤灰和矿粉极大短缺现象，以及大量废弃铁尾矿带来的资源与环境问题，本发明将以铁尾矿为基料，以工业废渣煤矸石、钢渣为辅料用以制备混凝土复合掺合料。力图最大限度的利用铁尾矿生产出媲美掺入优质粉煤灰和矿粉的混凝土。
发明内容
本发明的目的是提供含高硅铁尾矿的混凝土掺合料及其制备方法。该掺合料主要以铁尾矿为基料，以工业废渣煤矸石、钢渣为辅料结合抑制剂，助磨剂，减水剂改善掺合料性能。可以极大的减少粉煤灰、矿渣等矿物掺合料的使用量，同时消耗铁尾矿等工业废渣，减少尾矿堆积，实现固废资源产业化。
为了解决现有技术存在的问题，本发明采用的技术方案如下：
含高硅铁尾矿的混凝土掺合料，包括以下重量份的原料：高硅铁尾矿30-80份、煤矸石10-20份、钢渣10-20份、水10-15份、化学活化剂2-3份、减水剂0.5-1.2份、助磨剂0.5-1.2份、抑制剂0.1-0.2份。
进一步地，所述的化学活化剂包括以下重量份的原料：固体偏硅酸钠1.5-2.5份、固体氢氧化钠0.5份。
进一步地，所述的抑制剂为柠檬酸钠。
进一步地，所述的助磨剂为脱硫石膏。
进一步地，所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂。
制备含高硅铁尾矿的混凝土掺合料的方法，包括以下步骤：
(1)将所述高硅铁尾矿、煤矸石、钢渣、抑制剂放入煅烧炉中，在600℃-800℃的温度下，煅烧2h，并急冷；
(2)将步骤(1)急冷的混合物破碎后进行筛分，筛取0.3-0.9mm粒径的混合物进行机械研磨；
(3)将步骤(2)筛分后的混合物与所述重量份的化学活化剂、助磨剂、减水剂、水混合后放入球磨粉机中，粉磨时间为1.5-2h，对混合物进行粉磨。
进一步地，将筛取0.3-0.9mm粒径的混合物机械研磨至比表面积D90值为350-400m2/kg。
本发明所具有的优点及有益效果是：
本发明含高硅铁尾矿的混凝土掺合料由于是以工业废弃物高硅铁尾矿、煤矸石、钢渣、化学活化剂、聚羧酸高效减水剂、抑制剂为生产原料，因此能够大量消耗工业废弃物。其中高硅铁尾矿、煤矸石、钢渣具备高含量的二氧化硅、氧化铝、氧化钙，具备潜在火山灰活性。本发明通过煅烧急冷，机械研磨，化学激发的手段将高硅铁尾矿、煤矸石、钢渣由非活性晶体转变为具备火山灰活性的玻璃体。其中化学活化剂中的氢氧化钠与偏硅酸钠可以激发其火山灰活性，并且参与水泥的二次水化，生成C-S-H、C-A-H凝胶，提高强度，并且本发明制备的掺合料水化热较低，适合现场浇筑与泵送。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细描述：
实施例1：
本实施例含高硅铁尾矿的混凝土掺合料，包括以下重量的原料：高硅铁尾矿30吨、煤矸石20吨、钢渣20吨、水15吨、化学活化剂3吨、减水剂1.2吨、助磨剂1.2吨、抑制剂0.2吨。
所述高硅铁尾矿、煤矸石和钢渣均为工业废弃物。在本实施例中所述高硅铁尾矿按质量百分比含二氧化硅50％～60％、氧化铝8％～15％、氧化铁10％～15％、氧化钙8％～15％、氧化镁5％～10％，其余为杂质。
所述煤矸石按质量百分比含二氧化硅45％～50％、氧化铝35％～41％、氧化铁2％～3％、氧化钙1％～3％、氧化镁1％～2％、三氧化硫3％～5％，其余为杂质。
所述钢渣按质量百分比含氧化钙60％～70％、二氧化硅10％～15％、氧化镁5％～10％、氧化铁1％～3％、氧化铝1％～2％、烧失重10％～15％，其余为杂质。
所述的化学活化剂包括以下重量的原料：固体偏硅酸钠2.5吨、固体氢氧化钠0.5吨。所述的抑制剂为柠檬酸钠，其可显著提高钢渣的安定性。所述的助磨剂为脱硫石膏，其可显著机械研磨的细度。同时脱硫石膏还可作为缓凝剂延长初凝时间。所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂。
制备含高硅铁尾矿的混凝土掺合料的方法，包括以下步骤：
(1)将所述重量的高硅铁尾矿、煤矸石、钢渣、抑制剂放入煅烧炉中，在600℃的温度下，煅烧2h，并急冷；使得高硅铁尾矿、煤矸石、钢渣转变为玻璃体。
(2)将步骤(1)急冷的混合物破碎后进行筛分，筛取0.3-0.9mm粒径的混合物进行机械研磨；机械研磨至比表面积D90值为350m2/kg。
(3)将步骤(2)筛分后的混合物与所述重量份的化学活化剂、助磨剂、减水剂、水混合后放入球磨粉机中，粉磨时间为1.5h，对混合物进行粉磨。
含高硅铁尾矿的混凝土掺合料充分利用以下方程式：
xCa(OH)2+SiO2+mH2O＝xCaO.SiO2.mH2O (C-S-H)
yCa(OH)2+Al2O3+nH2O＝yCaO.Al2O3.nH2O (C-A-H)
Na2SiO3.9H2O+Ca(OH)2+nH2O＝CaO.SiO2.(n+9)H2O+2NaOHCaSO4+2H2O
4CaO.Al2O3.13H2O+CaSO4.2H2O+14H2O＝3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O+Ca(OH)2。
以本实施例制备的混凝土掺合料以25％的比例取代水泥，其制备的普通C40混凝土，在温度20±1℃，相对湿度90±1下养护7d、28d，其抗压强度、抗折强度如下：
实施例1 抗压强度 抗折强度
7d 32MPa 4.1MPa
28d 43MPa 5.3MPa
实施例2：
本实施例与实施例1的区别在于：制备高硅铁尾矿的混凝土掺合料的原料的含量不同。
本实施例含高硅铁尾矿的混凝土掺合料，包括以下重量的原料：高硅铁尾矿80吨、煤矸石10吨、钢渣10吨、水10吨、化学活化剂2吨、减水剂0.5吨、助磨剂0.5吨、抑制剂0.1吨。
所述的化学活化剂包括以下重量的原料：固体偏硅酸钠1.5吨、固体氢氧化钠0.5吨。其余同实施例1。
本实施例制备含高硅铁尾矿的混凝土掺合料的方法与实施例1的区别在于：
步骤(1)中将所述重量的高硅铁尾矿、煤矸石、钢渣、抑制剂放入煅烧炉中煅烧的温度是800℃。
步骤(2)中将筛取的0.3-0.9mm粒径的混合物进行机械研磨至比表面积D90值为400m2/kg。
步骤(3)中粉磨时间为2h。其余同实施例1。
本实施例提高了高硅铁尾矿的配比。以本实施例制备的混凝土掺合料以35％的比例取代水泥，其制备的普通C40混凝土，在温度20±1℃，相对湿度90±1下养护7d，28d，其抗压强度，抗折强度略低于实施例1，但均满足国家标准。
实施例2 抗压强度 抗折强度
7d 31MPa 4.0MPa
28d 40MPa 5.2MPa
实施例3：
本实施例与实施例1的区别在于：制备高硅铁尾矿的混凝土掺合料的原料的含量不同。
本实施例含高硅铁尾矿的混凝土掺合料，包括以下重量的原料：高硅铁尾矿50吨、煤矸石15吨、钢渣15吨、水12吨、化学活化剂2.5吨、减水剂1吨、助磨剂1吨、抑制剂0.15吨。
所述的化学活化剂包括以下重量的原料：固体偏硅酸钠2吨、固体氢氧化钠0.5吨。其余同实施例1。
本实施例制备含高硅铁尾矿的混凝土掺合料的方法与实施例1的区别在于：
步骤(1)中：将所述重量的高硅铁尾矿、煤矸石、钢渣、抑制剂放入煅烧炉中煅烧的温度是700℃。
步骤(2)中将筛取的0.3-0.9mm粒径的混合物进行机械研磨至比表面积D90值为380m2/kg。
步骤(3)中粉磨时间为1.7h。其余同实施例1。
以本实施例制备的混凝土掺合料以28％的比例取代水泥，其制备的普通C40混凝土，在温度20±1℃，相对湿度90±1下养护7d、28d，其抗压强度、抗折强度略高于实施例1。其抗压强度、抗折强度如下表：
实施例3 抗压强度 抗折强度
7d 34MPa 4.3MPa
28d 46MPa 5.4MPa

Claims (7)

1.含高硅铁尾矿的混凝土掺合料，其特征在于包括以下重量份的原料：高硅铁尾矿30-80份、煤矸石10-20份、钢渣10-20份、水10-15份、化学活化剂2-3份、减水剂0.5-1.2份、助磨剂0.5-1.2份、抑制剂0.1-0.2份。
2.根据权利要求1所述的含高硅铁尾矿的混凝土掺合料，其特征在于所述的化学活化剂包括以下重量份的原料：固体偏硅酸钠1.5-2.5份、固体氢氧化钠0.5份。
3.根据权利要求1所述的含高硅铁尾矿的混凝土掺合料，其特征在于：所述的抑制剂为柠檬酸钠。
4.根据权利要求1所述的含高硅铁尾矿的混凝土掺合料，其特征在于所述的助磨剂为脱硫石膏。
5.根据权利要求1所述的含高硅铁尾矿的混凝土掺合料，其特征在于所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂。
6.制备权利要求1-5任一项所述的含高硅铁尾矿的混凝土掺合料的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将所述高硅铁尾矿、煤矸石、钢渣、抑制剂放入煅烧炉中，在600℃-800℃的温度下，煅烧2h，并急冷；
(2)将步骤(1)急冷的混合物破碎后进行筛分，筛取0.3-0.9mm粒径的混合物进行机械研磨；
(3)将步骤(2)筛分后的混合物与所述重量份的化学活化剂、助磨剂、减水剂、水混合后放入球磨粉机中，粉磨时间为1.5-2h，对混合物进行粉磨。
7.根据权利要求6所述的制备含高硅铁尾矿的混凝土掺合料的方法，其特征在于所述步骤(2)中：将筛取0.3-0.9mm粒径的混合物机械研磨至比表面积D90值为350-400m2/kg。
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