CN112851168A - 一种应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料及其制备方法，涉及混凝土材料技术领域。该应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料配方，各组分质量份数为：高硅超细尾砂75‑125份、矿渣微粉85‑115份、性能调节剂0.07‑0.08份。该应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料及其制备方法，补充了粉煤灰、矿渣等传统掺合料资源的供应不足，更广泛的利用了工业固体废弃物，降低生产成本，保护生态环境，利用金属尾矿微粉制备混凝土复合掺合料，在缓解铁尾矿所带的污染问题的同时减少了混凝土的制造成本。

Description

一种应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土材料技术领域，具体为一种应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料及其制备方法。

背景技术

目前，尾矿已经成为我国目前产出量最大、堆存量最多的固体废弃物。

我国尾矿堆存146亿吨，其中83％为铁矿、铜矿、金矿开采形成的尾矿， 金属矿尾矿总量占一般工业固体废弃物堆存总量的34％，大量的尾矿被堆积在 尾矿库里不能被利用，产生了大量的资源浪费，这些废弃物的堆积也严重影 响了生态环境，是重大的危险源与污染源，威胁着人们的身体健康。

铁尾矿作为一种废弃资源，是重大的危险源与污染源，且在我国的利用率仍较低，特别是尾矿资源的高效、高附加值利用方面，目前国内外一些学者已致力于研究尾矿的应用，但成果还较少，并没有完全解决日益严重的尾矿堆存问题，所以尾矿的合理处理和利用仍迫在眉睫。

另一方面，随着我国基础设施的大规模建设和建筑行业的飞速发展，对混凝土的需求量也在日益增多。矿物掺和料已经成为现代混凝土必不可少的组份。

随着矿物掺合料的大量使用，Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰及磨细矿渣粉已经供不应求，要制备高品质的绿色高性能混凝土，就必须有高质量的原材料供应。但是目前，我国在混凝土矿物掺合料的供应方面不同程度地受到限制，导致掺合料价格飞涨。优质掺合料的紧缺已经成为现代混凝土发展的重要制约因素，寻求传统矿物掺合料的替代品势在必行。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料及其制备方法，解决了现有技术中，铁尾矿利用率不高，使得环境污染严重，同时混凝土原料的需求量供不应求的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料配方，各组分质量份数为：高硅超细尾砂75-125 份、矿渣微粉85-115份、性能调节剂0.07-0.08份；

所述高硅超细尾砂为铁矿石产生的固体废弃物，SiO2含量为65％-68％， 200目筛网筛余小于5％，45μm方孔筛筛余小于40％，比表面积为230-280 m2/kg，需水量比为100％-110％；

所述矿渣微粉为S95级或S105级矿渣微粉，比表面积≥440m2/kg，矿渣微粉可以参与混凝土的二次水化反应，优化混凝土的微观孔隙结构，从而提高混凝土的力学性能和耐久性能；

所述性能调节剂可以降低尾砂中细粉的吸附，减少混凝土中细粉富集区域的存在，改善混凝土的和易性和混凝土强度，减少单方混凝土用水量的同时也可以保证混凝土拥有较好的工作性能。此外，该性能调节剂通过引入一些闭合且稳定的微小气泡，来增强混凝土的体积稳定性、抗渗性、抗冻性等耐久性能。

一种应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料的制备方法，包括权利要求1 所述的应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料配方，具体操作为：

S1、将高硅超细尾砂、矿渣微粉、性能调节剂作为原材料按照一定的比例进行称取备料，具体比例按照重量比分别为高硅超细尾砂：75-140份、矿渣微粉：60-115份、性能调节剂：0.07-0.08份；

S2、按重量比将高硅超细尾砂、矿渣微粉、性能调节剂送至粉体混合机中混合均匀，即得到所述应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料。

(三)有益效果

本发明提供了一种应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料及其制备方法。具备以下有益效果：该应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料及其制备方法，补充了粉煤灰、矿渣等传统掺合料资源的供应不足，更广泛的利用了工业固体废弃物，降低生产成本，保护生态环境，利用金属尾矿微粉制备混凝土复合掺合料，在缓解铁尾矿所带的污染问题的同时减少了混凝土的制造成本。

附图说明

图1为本发明实施例1-5的成品参数示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料配方，各组分质量份数为：高硅超细尾砂75-125份、矿渣微粉 85-115份、性能调节剂0.07-0.08份；

所述高硅超细尾砂为铁矿石产生的固体废弃物，SiO2含量为65％-68％， 200目筛网筛余小于5％，45μm方孔筛筛余小于40％，比表面积为230-280 m2/kg，需水量比为100％-110％；

所述矿渣微粉为S95级或S105级矿渣微粉，比表面积≥440m2/kg，矿渣微粉可以参与混凝土的二次水化反应，优化混凝土的微观孔隙结构，从而提高混凝土的力学性能和耐久性能；

所述性能调节剂可以降低尾砂中细粉的吸附，减少混凝土中细粉富集区域的存在，改善混凝土的和易性和混凝土强度，减少单方混凝土用水量的同时也可以保证混凝土拥有较好的工作性能。此外，该性能调节剂通过引入一些闭合且稳定的微小气泡，来增强混凝土的体积稳定性、抗渗性、抗冻性等耐久性能。

一种应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料的制备方法，其特征在于：包括权利要求1所述的应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料配方，具体操作为：

S1、将高硅超细尾砂、矿渣微粉、性能调节剂作为原材料按照一定的比例进行称取备料，具体比例按照重量比分别为高硅超细尾砂：75-140份、矿渣微粉：60-115份、性能调节剂：0.07-0.08份；

S2、按重量比将高硅超细尾砂、矿渣微粉、性能调节剂送至粉体混合机中混合均匀，即得到所述应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料。

本发明所述的一种应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料具有如下优点：

1.原材料可以大量消耗尾矿，按照每年50亿方混凝土计算，每年可以消耗五亿吨左右的工业固体废弃物，对保护生态环境具有重要意义。

2.本发明的混凝土矿物掺合料制备方法制备工艺简单，且成本低廉，使其能够规模化地应用在商品混凝土或其他水泥制品中。

3.可在保证混凝土各项工作性能的前提下替代部分水泥，使混凝土的单方成本降低6％-10％，每年可以节约水泥约10亿吨，减少二氧化碳排放约5.84 亿吨，同时解决粉煤灰、矿渣等传统掺合料供应不足等问题。

4.用本发明的复合掺合料制备的混凝土，具有较好的物理力学性能和耐久性能，且具有较好的和易性，便于工程中的运输、泵送、浇筑、捣实等。同时使尾矿资源化，具有较好的经济效益和社会效益，促进矿产资源的可持续发展。

本发明旨在大量消耗尾矿，减少由其造成的资源浪费和环境污染等问题，使之变废为宝，化害为利，促进矿产资源的可持续发展。该种高硅尾砂复合掺合料可以降低单方混凝土的水泥用量，补充Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰的供应不足，并能使单方混凝土成本降低6％-10％，对尾矿的合理处理与利用及保护生态环境也具有重要意义.

实施例1，

S1：高硅超细尾砂掺合料的制备，将高硅超细尾砂、矿渣微粉、性能调节剂按照一定的比例进行混合，具体比例按照重量比分别为高硅超细尾砂100 份、矿渣微粉100份、性能调节剂0.073份；

S2：将水泥、高硅超细尾砂掺合料、砂、石、减水剂、水作为原材料按照一定的比例进行称取备料，具体比例按照重量比分别为水泥200份、高硅超细尾砂掺合料200份、砂850份、石1020份、减水剂1.2份、水165份。其中，水泥为宝山P.O.42.5水泥，28d胶砂抗压强度为52.4MPa；砂为表观密度为2.620g/cm³的机制砂，含泥量为1.7％；石子为5-26.5mm的连续级配碎石；减水剂为聚羧酸高效减水剂或萘系减水剂，含固量≥35％，减水率≥25％；

S3：将上述原材料放入混凝土搅拌机中搅拌均匀；

S4：将搅拌后的混凝土拌合物填充至模具中，1d后脱模成型，在标准养护条件(20±2℃，95％相对湿度)下进行养护28d。

经上述实施例1步骤制得混凝土A1。

实施例2，

S1：高硅超细尾砂掺合料的制备，将高硅超细尾砂、矿渣微粉、性能调节剂按照一定的比例进行混合，具体比例按照重量比分别为高硅超细尾砂125 份、矿渣微粉85份、性能调节剂0.08份；

S2：将水泥、高硅超细尾砂掺合料、砂、石、减水剂、水作为原材料按照一定的比例进行称取备料，具体比例按照重量比分别为水泥200份、高硅超细尾砂掺合料200份、砂850份、石1020份、减水剂1.2份、水165份。其中，水泥为宝山P.O.42.5水泥，28d胶砂抗压强度为52.4MPa；砂为表观密度为2.620g/cm³的机制砂，含泥量为1.7％；石子为5-26.5mm的连续级配碎石；减水剂为聚羧酸高效减水剂或萘系减水剂，含固量≥35％，减水率≥25％；

S3：将上述原材料放入混凝土搅拌机中搅拌均匀；

S4：将搅拌后的混凝土拌合物填充至模具中，1d后脱模成型，在标准养护条件(20±2℃，95％相对湿度)下进行养护28d。

经上述实施例2步骤制得混凝土A2。

实施例3，

S1：高硅超细尾砂掺合料的制备，将高硅超细尾砂、矿渣微粉、性能调节剂按照一定的比例进行混合，具体比例按照重量比分别为高硅超细尾砂75 份、矿渣微粉115份、性能调节剂0.07份；

S2：将水泥、高硅超细尾砂掺合料、砂、石、减水剂、水作为原材料按照一定的比例进行称取备料，具体比例按照重量比分别为水泥200份、高硅超细尾砂掺合料200份、砂850份、石1020份、减水剂1.2份、水165份。其中，水泥为宝山P.O.42.5水泥，28d胶砂抗压强度为52.4MPa；砂为表观密度为2.620g/cm³的机制砂，含泥量为1.7％；石子为5-26.5mm的连续级配碎石；减水剂为聚羧酸高效减水剂或萘系减水剂，含固量≥35％，减水率≥25％；

S3：将上述原材料放入混凝土搅拌机中搅拌均匀；

S4：将搅拌后的混凝土拌合物填充至模具中，1d后脱模成型，在标准养护条件(20±2℃，95％相对湿度)下进行养护28d。

经上述实施例3步骤制得混凝土A3。

实施例4，

S1：采用市场上销售的以粉煤灰和矿渣微粉为原料生产的符合JG/T486-2015的Ⅱ级复合掺合料作为对照混凝土矿物掺合料；

S2：将水泥、对照混凝土矿物掺合料、砂、石、减水剂、水作为原材料按照一定的比例进行称取备料，具体比例按照重量比分别为水泥200份、对照混凝土矿物掺合料200份、砂850份、石1020份、减水剂1.2份、水165 份。其中，水泥为宝山P.O.42.5水泥，28d胶砂抗压强度为52.4MPa；砂为表观密度为2.620g/cm³的机制砂，含泥量为1.7％；石子为5-26.5mm的连续级配碎石；减水剂为聚羧酸高效减水剂或萘系减水剂，含固量≥35％，减水率≥ 25％；

S3：将上述原材料放入混凝土搅拌机中搅拌均匀；

S4：将搅拌后的混凝土拌合物填充至模具中，1d后脱模成型，在标准养护条件(20±2℃，95％相对湿度)下进行养护28d。

经上述实施例4步骤制得混凝土A4。

实施例5，

S1：将水泥、砂、石、减水剂、水作为原材料按照一定的比例进行称取备料，具体比例按照重量比分别为水泥400份、砂850份、石1020份、减水剂1.2份、水165份。其中，水泥为宝山P.O.42.5水泥，28d胶砂抗压强度为52.4MPa；砂为表观密度为2.620g/cm³的机制砂，含泥量为1.7％；石子为 5-26.5mm的连续级配碎石；减水剂为聚羧酸高效减水剂或萘系减水剂，含固量≥35％，减水率≥25％；

S2：将上述原材料放入混凝土搅拌机中搅拌均匀；

S3：将搅拌后的混凝土拌合物填充至模具中，1d后脱模成型，在标准养护条件(20±2℃，95％相对湿度)下进行养护28d。

经上述实施例5步骤制得混凝土A5。

由此可见，本发明制备的高硅尾砂复合掺合料，在制备混凝土时，混凝土的各项物理力学性能和耐久性能均能满足要求，可直接取代部分水泥用于不同等级的混凝土的生产，且优于现有技术中的混凝土复合掺合料。

同时，本发明利用铁尾矿作为原材料，不仅降低了生产成本，而且实现了工业固体废弃物的再利用，对促进矿产资源的可持续发展，保护生态环境，节能减排具有重大的意义。

综上所述，该应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料及其制备方法，补充了粉煤灰、矿渣等传统掺合料资源的供应不足，更广泛的利用了工业固体废弃物，降低生产成本，保护生态环境，利用金属尾矿微粉制备混凝土复合掺合料，在缓解铁尾矿所带的污染问题的同时减少了混凝土的制造成本。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料配方，其特征在于：各组分质量份数为：高硅超细尾砂75-125份、矿渣微粉85-115份、性能调节剂0.07-0.08份；

所述高硅超细尾砂为铁矿石产生的固体废弃物，SiO₂含量为65％-68％，200目筛网筛余小于5％，45μm方孔筛筛余小于40％，比表面积为230-280m²/kg，需水量比为100％-110％；

所述矿渣微粉为S95级或S105级矿渣微粉，比表面积≥440m²/kg，矿渣微粉可以参与混凝土的二次水化反应，优化混凝土的微观孔隙结构，从而提高混凝土的力学性能和耐久性能；

所述性能调节剂可以降低尾砂中细粉的吸附，减少混凝土中细粉富集区域的存在，改善混凝土的和易性和混凝土强度，减少单方混凝土用水量的同时也可以保证混凝土拥有较好的工作性能。此外，该性能调节剂通过引入一些闭合且稳定的微小气泡，来增强混凝土的体积稳定性、抗渗性、抗冻性等耐久性能。

2.一种应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料的制备方法，其特征在于：包括权利要求1所述的应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料配方，具体操作为：

S1、将高硅超细尾砂、矿渣微粉、性能调节剂作为原材料按照一定的比例进行称取备料，具体比例按照重量比分别为高硅超细尾砂：75-140份、矿渣微粉：60-115份、性能调节剂：0.07-0.08份；

S2、按重量比将高硅超细尾砂、矿渣微粉、性能调节剂送至粉体混合机中混合均匀，即得到所述应用于混凝土中的高硅尾砂复合掺合料。

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