CN112851235A - 一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料制备领域，特别涉及一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法。所述混凝土的原料组成包括掺合料150‑240kg/m³、水泥200‑280kg/m³、天然砂140‑252kg/m³、铁尾矿砂300‑420kg/m³、碎石120‑375kg/m³、铁尾矿废石875‑1125kg/m³、水150kg/m³和减水剂1.2%，本发明采用铁尾矿为主要原料，大量消耗尾矿，缓解建材资源紧缺的现状，掺合料的加入可以减少水泥的使用量，降低成本，同时掺合料中掺入硅灰可提升早期强度，二次水化可改善混凝土界面过渡区结构，提高后期强度。

Description

一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，特别是涉及一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法。
背景技术
随着我国城市化建设的加速发展，建筑材料需用量剧增，天然砂石等自然资源的大量开采已经严重破坏了生态环境，并且这些资源短期内不可再生，使得建筑资源短缺的矛盾日益突出，因此，寻找适宜的替代材料刻不容缓，2011-2018年，我国主要大宗工业固体废物利用率如下：尾矿，17.01%～26.04%；赤泥，4.65%～5.05%；钢铁渣，83.23%～96.75%；有色冶炼渣，54.76%～94.12%；煤矸石，62.22%～72.08%；粉煤灰，67.96%～83.27%；工业副产品石膏，46.15%～56.67%。由此可见，尾矿、赤泥、煤矸石和粉煤灰等工业废物的利用率较低，亟待进一步提高。并且尾矿的堆积带来了诸多的不良后果：污染环境、占用大量土地、堆积成本高、造成重大安全事故、资源浪费，铁尾矿因铁矿产地和选矿工艺的不同,其尾矿成分及含量也有差异。但是铁尾矿化学成分主要有硅、铝、钙、镁的氧化物和少量钾、钠、铁、硫的氧化物,主要矿物是石英和长石类矿物,大体上与天然砂矿物成分相同,这就为尾矿在建材业的广泛应用提供了前提条件。在之前的研究中，铁尾矿在制备混凝土方面的研究主要集中在“作为活性粉末应用于混凝土”、“作为细骨料应用于混凝土”或“作为粗骨料应用于混凝土”，应用单一且掺入量较低，掺量大会引起早期强度下降的问题，且掺量大于40%，后期强度明显下降。对混凝土的强度影响的内在机理考虑不充分，忽略掉混凝土内部的各种材料的差异性，把混凝土看成一种连续均匀的材料。实际上，从微观上讲，其内部的各个组分的组成并不均匀，且极为复杂，各个组分之间的性能差异也很明显。混凝土从微观上来看可以大致分成3个部分：硬化水泥石、集料与界面过渡区。一般来说，混凝土的界面过渡区是混凝土中最薄弱的部分，由于界面过渡区的存在使得混凝土的整体的力学性能低于硬化水泥石与集料本身。
发明内容
为了解决上述存在的技术问题，本发明提供一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法，原料组成包括掺合料150-240kg/m³、水泥200-280kg/m³、天然砂140-252kg/m³、铁尾矿砂300-420kg/m³、碎石120-375kg/m³、铁尾矿废石875-1125kg/m³、水150kg/m³和减水剂，本发明采用铁尾矿为主要原料，大量消耗尾矿，缓解建材资源紧缺的现状，掺合料的加入可以减少水泥的使用量，降低成本，同时掺合料中掺入硅灰可提升早期强度，二次水化可改善混凝土界面过渡区结构，提高后期强度。
本发明采用的技术方案如下：
一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法，混凝土的原料包括掺合料150-240kg/m³、水泥200-280kg/m³、天然砂140-252kg/m³、铁尾矿砂300-420kg/m³、碎石120-375kg/m³、铁尾矿废石875-1125kg/m³、水150kg/m³和减水剂1.2%。
进一步地，所述掺合料的组成为铁尾矿：煤矸石：钢渣：硅灰=4:2:2:1。
进一步地，所述掺合料的制备方法为：
1）将铁尾矿筛分，筛出粒径-0.08mm的铁尾矿，备用；
2）将步骤1）中的铁尾矿和煤矸石、钢渣按比例混合后放入球磨机中粉磨两小时或磨细至比表面积大于650m²/kg；
3）将硅灰按比例加至步骤2）中的制品中，继续粉磨30分钟，制得掺合料。
进一步地，所述水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥。
进一步地，所述铁尾矿砂的粒径分布在0.08-4.75mm，石粉含量小于2%。
进一步地，所述铁尾矿废石最大粒径为20mm。
进一步地，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
进一步地，所述铁尾矿主要成分为二氧化硅75%-85%、氧化铁5%-10%、氧化铝0.2%-0.8%、氧化钙0.5%-0.6%，铁尾矿属高硅型铁尾矿，含量足够多的二氧化硅在活化制备掺合料的过程中会增加活化的效率，制备得到活性更高的掺合料。
进一步地，所述钢渣主要成分为氧化钙40%~50%、三氧化二铁5%~20%、二氧化硅10%~20%、氧化亚铁7%-10%、氧化铝2%~5%、氧化镁4%-10%，钢渣中大量的氧化钙在活化的过程中会为整个掺合料体系提供足够的碱性环境。
进一步地，所述煤矸石主要成分为氧化钙3%-5%、二氧化硅55%-60%、氧化铁2%-5%、氧化铝15%-20%、氧化镁1%-2%、三氧化硫0.5%-1%，其中氧化铝将作为掺合料体系中的重要成分，在水化过程中提高体系的胶凝性。
进一步地，所述的一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法，包括如下制备步骤：
1）将制备好的掺合料和水泥按比例混合，加水和减水剂搅拌成水泥浆体；
2）将粗细骨料加入到水泥浆中继续搅拌，保证骨料和水泥浆体充分接触；
3）将步骤2）制好的混合液倒入搅拌机中，搅拌时间大约为150s，直至浆体均匀，再经标准条件养护28天，完成大掺量铁尾矿混凝土制备方法的制备。
本发明的有益效果：
1）粗细骨料均采用尾矿替换，大量消纳铁尾矿，减少天然砂石的消耗，固废替换率大于60%
2）采用小于0.08mm铁尾矿制备掺合料的同时，利用0.08mm-4.75mm铁尾矿替换大部分天然砂，铁尾矿利用途径更加合理且多元
3）煤矸石和钢渣的加入可以激发铁尾矿活性，使铁尾矿活性的激发不再受限于机械活化和水泥水化产生的碱性环境，两者可以使铁尾矿的活性发挥更加充分，并且激发活性的同时消耗掉界面过渡区富集的氢氧化钙，协同解决混凝土界面过渡区薄弱的问题，提高混凝土后期强度
4）硅灰的比表面积极大，活性远大于其他三种固废，硅灰的加入可以改善由于掺合料掺入量过大带来的早期强度下降的问题。
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
一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法，混凝土的原料用掺合料150.5kg/m³、水泥279.5kg/m³、天然砂252kg/m³、铁尾矿砂308kg/m³、碎石250kg/m³、铁尾矿废石1000kg/m³、水150kg/m³和减水剂1.2%。
所述掺合料的组成为铁尾矿：煤矸石：钢渣：硅灰=4:2:2:1。
所述掺合料的制备方法为：
1）将铁尾矿筛分，筛出粒径-0.08mm的铁尾矿，备用；
2）将步骤1）中的铁尾矿和煤矸石、钢渣按比例混合后放入球磨机中粉磨两小时或磨细至比表面积大于650m²/kg；
3）将硅灰按比例加至步骤2）中的制品中，继续粉磨30分钟，制得掺合料。
所述水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥。
所述铁尾矿砂的粒径分布在0.08-4.75mm，石粉含量小于2%。
所述铁尾矿废石最大粒径为20mm。
所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
所述铁尾矿主要成分为二氧化硅75%-85%、氧化铁5%-10%、氧化铝0.2%-0.8%、氧化钙0.5%-0.6%。
所述钢渣主要成分为氧化钙40%~50%、三氧化二铁5%~20%、二氧化硅10%~20%、氧化亚铁7%-10%、氧化铝2%~5%、氧化镁4%-10%。
所述煤矸石主要成分为氧化钙3%-5%、二氧化硅55%-60%、氧化铁2%-5%、氧化铝15%-20%、氧化镁1%-2%、三氧化硫0.5%-1%。
所述的一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法，包括如下制备步骤：
1）将制备好的掺合料和水泥按比例混合，加水和减水剂搅拌成水泥浆体；
2）将粗细骨料加入到水泥浆中继续搅拌，保证骨料和水泥浆体充分接触；
3）将步骤2）制好的混合液倒入搅拌机中，搅拌时间大约为150s，直至浆体均匀，再经标准条件养护28天，完成大掺量铁尾矿混凝土制备方法的制备。
实施例2
一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法，混凝土的原料用掺合料236.5kg/m³、水泥193.5kg/m³、天然砂196kg/m³、铁尾矿砂364kg/m³、碎石375kg/m³、铁尾矿废石875kg/m³、水150kg/m³和减水剂1.2%。
所述掺合料的组成为铁尾矿：煤矸石：钢渣：硅灰=4:2:2:1。
所述掺合料的制备方法为：
1）将铁尾矿筛分，筛出粒径-0.08mm的铁尾矿，备用；
2）将步骤1）中的铁尾矿和煤矸石、钢渣按比例混合后放入球磨机中粉磨两小时或磨细至比表面积大于650m²/kg；
3）将硅灰按比例加至步骤2）中的制品中，继续粉磨30分钟，制得掺合料。
所述水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥。
所述铁尾矿砂的粒径分布在0.08-4.75mm，石粉含量小于2%。
所述铁尾矿废石最大粒径为20mm。
所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
所述铁尾矿主要成分为二氧化硅75%-85%、氧化铁5%-10%、氧化铝0.2%-0.8%、氧化钙0.5%-0.6%。
所述钢渣主要成分为氧化钙40%~50%、三氧化二铁5%~20%、二氧化硅10%~20%、氧化亚铁7%-10%、氧化铝2%~5%、氧化镁4%-10%。
所述煤矸石主要成分为氧化钙3%-5%、二氧化硅55%-60%、氧化铁2%-5%、氧化铝15%-20%、氧化镁1%-2%、三氧化硫0.5%-1%。
所述的一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法，包括如下制备步骤：
1）将制备好的掺合料和水泥按比例混合，加水和减水剂搅拌成水泥浆体；
2）将粗细骨料加入到水泥浆中继续搅拌，保证骨料和水泥浆体充分接触；
3）将步骤2）制好的混合液倒入搅拌机中，搅拌时间大约为150s，直至浆体均匀，再经标准条件养护28天，完成大掺量铁尾矿混凝土制备方法的制备。
实施例3
一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法，混凝土的原料用掺合料193.5kg/m³、水泥236.5kg/m³、天然砂140kg/m³、铁尾矿砂420kg/m³、碎石125kg/m³、铁尾矿废石1125kg/m³、水150kg/m³和减水剂1.2%。
所述掺合料的组成为铁尾矿：煤矸石：钢渣：硅灰=4:2:2:1。
所述掺合料的制备方法为：
1）将铁尾矿筛分，筛出粒径-0.08mm的铁尾矿，备用；
2）将步骤1）中的铁尾矿和煤矸石、钢渣按比例混合后放入球磨机中粉磨两小时或磨细至比表面积大于650m²/kg；
3）将硅灰按比例加至步骤2）中的制品中，继续粉磨30分钟，制得掺合料。
所述水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥。
所述铁尾矿砂的粒径分布在0.08-4.75mm，石粉含量小于2%。
所述铁尾矿废石最大粒径为20mm。
所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
所述铁尾矿主要成分为二氧化硅75%-85%、氧化铁5%-10%、氧化铝0.2%-0.8%、氧化钙0.5%-0.6%。
所述钢渣主要成分为氧化钙40%~50%、三氧化二铁5%~20%、二氧化硅10%~20%、氧化亚铁7%-10%、氧化铝2%~5%、氧化镁4%-10%。
所述煤矸石主要成分为氧化钙3%-5%、二氧化硅55%-60%、氧化铁2%-5%、氧化铝15%-20%、氧化镁1%-2%、三氧化硫0.5%-1%。
所述的一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法，包括如下制备步骤：
1）将制备好的掺合料和水泥按比例混合，加水和减水剂搅拌成水泥浆体；
2）将粗细骨料加入到水泥浆中继续搅拌，保证骨料和水泥浆体充分接触；
3）将步骤2）制好的混合液倒入搅拌机中，搅拌时间大约为150s，直至浆体均匀，再经标准条件养护28天，完成大掺量铁尾矿混凝土制备方法的制备。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法，其特征在于，所述混凝土的原料包括掺合料150-240kg/m³、水泥200-280kg/m³、天然砂140-252kg/m³、铁尾矿砂300-420kg/m³、碎石120-375kg/m³、铁尾矿废石875-1125kg/m³、水150kg/m³和减水剂1.2%。
2.根据权利要求1所述掺合料的制备方法为：
1）将铁尾矿筛分，筛出粒径-0.08mm的铁尾矿，备用；
2）将步骤1）中的铁尾矿和煤矸石、钢渣按比例混合后放入球磨机中粉磨两小时或磨细至比表面积大于650m²/kg；
3）将硅灰按比例加至步骤2）中的制品中，继续粉磨30分钟，制得掺合料。
3.根据权利要求1所述的一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法，其特征在于：所述掺合料的重量比组成为铁尾矿：煤矸石：钢渣：硅灰=4:2:2:1。
4.根据权利要求1所述的一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法，其特征在于：所述铁尾矿砂的粒径分布在0.08-4.75mm，石粉含量小于2%。
5.根据权利要求1所述的一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法，其特征在于：所述铁尾矿废石最大粒径为20mm。
6.根据权利要求1所述的一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
7.根据权利要求1所述的一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法，其特征在于：所述铁尾矿主要成分为二氧化硅75%-85%、氧化铁5%-10%、氧化铝0.2%-0.8%、氧化钙0.5%-0.6%。
8.根据权利要求1所述的一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法，其特征在于：所述钢渣主要成分为氧化钙40%~50%、三氧化二铁5%~20%、二氧化硅10%~20%、氧化亚铁7%-10%、氧化铝2%~5%、氧化镁4%-10%。
9.根据权利要求1所述的一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法，其特征在于：所述煤矸石主要成分为氧化钙3%-5%、二氧化硅55%-60%、氧化铁2%-5%、氧化铝15%-20%、氧化镁1%-2%、三氧化硫0.5%-1%。
10.根据权利要求1所述的一种大掺量铁尾矿混凝土制备方法，其特征在于：
制备步骤：
1）将制备好的掺合料和水泥按比例混合，加水和减水剂搅拌成水泥浆体；
2）将粗细骨料加入到水泥浆中继续搅拌，保证骨料和水泥浆体充分接触；
3）将步骤2）制好的混合液倒入搅拌机中，搅拌时间大约为150s，直至浆体均匀，再经标准条件养护28天，完成大掺量铁尾矿混凝土制备方法的制备。
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