CN112851273B - 一种铁尾矿砂基节能保温轻质混凝土及其制备方法、应用 - Google Patents

一种铁尾矿砂基节能保温轻质混凝土及其制备方法、应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铁尾矿砂基节能保温轻质混凝土及其制备方法、应用。所述混凝土浆体，包括复合胶凝材料和泡沫，复合胶凝材料包括如下重量份的原料：硫铝系高活性材料38‑66份、铁尾矿砂30‑60份、脱硫石膏2‑5份及外加剂4‑10份、水30‑45份，硫铝系高活性材料包括如下重量份的原料：铁尾矿砂20‑30份、铝灰22‑28份、脱硫石膏23‑32份、电石渣25‑35份；每1kg的复合胶凝材料加入的泡沫的体积为1‑3L。解决了铁尾矿与其他工业固体废弃物综合利用的问题，显著提高铁尾矿砂的利用率，而混合胶凝材料所具有的早强、快硬的特性，对于制备节能保温材料优势明显，有效推动铁尾矿砂在节能保温行业的规模化利用。

Description

一种铁尾矿砂基节能保温轻质混凝土及其制备方法、应用
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种铁尾矿砂基节能保温轻质混凝土及其制备方法、应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
铁尾矿砂是矿石经选矿流程后的废弃物，我国铁尾矿砂产量大而利用率低。目前，我国尾矿的综合利用率只有7％。据不完全统计，我国堆存的铁尾矿量高达十几亿吨，占全部尾矿堆存总量的近30％。尾矿堆积引发重大的环境污染问题。主要表现在：污染土壤和水体，破环生态环境。尾矿长期露天堆放，致使其中的有害成分经风化、雨淋、地表径流的腐蚀后极易渗入土壤和水体，经过长期过量积累，使土壤盐碱化、中毒，危害农作物的生长，使水质酸化、富营养化，影响水系的生态平衡。然而，目前主要的利用方式是被用作建筑材料，以普硅水泥与铁尾矿砂混合使用制备建材。但是这势必导致普硅水泥的大量消耗，水泥的消耗随之带来自然资源的消耗与碳排放的问题，与现阶段低碳、环保的理念相违背。同时现有技术下铁尾矿砂的掺入量有限，其综合利用率很难提高。所以亟待一种全新的铁尾矿砂的处理工艺路线，降低其再利用的成本，同时提高其综合利用率。
再者，传统轻质保温混凝土材料以普硅水泥和地聚合物胶凝材料为主，两种材料早期强度增长缓慢，严重影响工程效率，通过增加水泥用量或进行蒸压蒸汽养护来确保强度要求，导致资源能源消耗，生产工艺复杂。硫铝酸盐水泥因自身具有早强、快硬的特性，用于制备轻质保温混凝土极具优势，但生产需要消耗铝矾土，导致成本过高。所以选择一种低成本、绿色、早强快硬的胶凝材料有利于推动轻质保温材料的发展。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种铁尾矿砂基节能保温轻质混凝土及其制备方法、应用。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
第一方面，一种铁尾矿砂基节能保温轻质混凝土浆体，所述轻质混凝土浆体，包括复合胶凝材料和泡沫，复合胶凝材料包括如下重量份的原料：硫铝系高活性材料38-66份、铁尾矿砂30-60份、脱硫石膏2-5份及外加剂4-10份、水30-45份，硫铝系高活性材料包括如下重量份的原料：铁尾矿砂20-30份、铝灰22-28份、脱硫石膏23-32份、电石渣25-35份；
每1kg的复合胶凝材料加入的泡沫的体积为1-3L。
铁尾矿砂基节能保温混凝土浆体解决了铁尾矿利用率不足、普硅水泥消耗量大、胶凝材料早期强度低的问题。
混凝土浆体的原料组成中利用了铁尾矿砂、铝灰、脱硫石膏、电石渣，都属于大宗工业固体废弃物，并且铁尾矿砂的利用率较高，解决了固废量大、难用的问题，提出了一条固废综合利用的技术方法。
解决了泡沫混凝土早强效果差，硬化速度慢的问题，对泡沫的固定成型效果好，提高整体性能。
同时制备得到的混凝土具有轻质、强度高、节能保温隔热的效果。
在本发明的一些实施方式中，所述混凝土浆体，包括复合胶凝材料和泡沫，复合胶凝材料包括如下重量份的原料：硫铝系高活性材料50-60份、铁尾矿砂40-50份、脱硫石膏3-4份及外加剂4-10份、水30-40份，硫铝系高活性材料包括如下重量份的原料：铁尾矿砂25-30份、铝灰22-25份、脱硫石膏23-28份、电石渣25-30份；
每1kg的复合胶凝材料加入的泡沫的体积为1-3L。
复合胶凝材料中铁尾矿砂、铝灰、脱硫石膏、电石渣四种固废的配合比对混凝土浆体的早期和后期强度、硬化速度、矿物组成等物化性能产生影响。同时固废中所含有的微量元素还可以适当降低混合材料的煅烧温度，从而比普硅水泥更节能、更清洁。
在本发明的一些实施方式中，外加剂包括可分散性乳胶粉、羟丙基甲基纤维素醚、纤维，外加剂4-10份中，减水剂1-2份、可分散性乳胶粉1-2份、甲基纤维素醚1-2份、纤维1-4份。可选的，甲基纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚、羟乙基纤维素醚等中的一种；纤维为聚丙烯纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维等中的一种。
在本发明的一些实施方式中，泡沫包括发泡剂1-2份、水30-60份。
在本发明的一些实施方式中，泡沫的密度为30-40kg/m3。
第二方面，上述铁尾矿砂基节能保温轻质混凝土浆体的制备方法，具体步骤为：
1)将铁尾矿砂、铝灰、电石渣、脱硫石膏为原料，粉磨预混后，进入窑炉中煅烧得到硫铝系高活性材料；
2)将剩余铁尾矿、煅烧得到的硫铝系高活性材料、剩余脱硫石膏复合为胶凝材料；
3)然后在胶凝材料中加入外加剂、水混合得到复合胶凝材料；
4)将泡沫与复合胶凝材料混合得到轻质保温混凝土浆体；
外加剂中的甲基纤维素醚在步骤3)中加入或者在泡沫液体中加入。
制备方法中铁尾矿砂、铝灰、电石渣、脱硫石膏配合制备得到硫铝系高活性材料，然后用这种胶凝材料与铁尾矿砂进一步混合，通过两步法，既保证了胶凝材料的胶凝性能及早强快硬的特性，又保证铁尾矿砂的利用率。所以第一步和第二步分别加入的铁尾矿砂的比例在适当的范围内，有助于合理提高铁尾矿砂的综合利用率。
在本发明的一些实施方式中，步骤1)中煅烧的温度为1200-1280℃，煅烧的时间为20-50min；优选为1220-1270℃，保温30-50min。煅烧温度相比于普通的硅酸盐水泥煅烧温度降低近150℃，有助于节能减排，减少煅烧能耗。
在本发明的一些实施方式中，泡沫的制备方法为：将发泡剂和水通过水泥发泡机中，加压后得到泡沫。可选的，压强为3-6MPa。可选的，泡沫剂为阴离子、非离子、蛋白类或高分子表面活性剂。
第三方面，上述铁尾矿砂基节能保温混凝土浆体在建筑领域中的应用。所述混凝土浆体制备得到轻质保温混凝土具有整体性能好、轻质、保温隔热、耐火抗震、节能环保的特点。
本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：
铁尾矿砂基节能保温混凝土浆体的原料组成基本为大宗工业固废，铁尾矿砂的利用率能够达到43.2-71.4％，使铁尾矿的利用提高，解决了固废利用率低的问题，具有可观的经济效益和社会效益。
利用混凝土浆体制备得到的轻质保温混凝土具有节能、保温的效果，同时具有容重较低，强度高，导热系数低的优点。
制备过程中煅烧温度为1220-1270℃，比普通硅水泥生产温度降低了130-150℃，整个流程具有低碳节能的优点。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为混凝土的制备流程图。
图2为实施例1的步骤3)得到的硫铝系高活性材料的抗压强度；
图3为实施例2的步骤3)得到的硫铝系高活性材料的抗压强度。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面结合实施例对本发明进一步说明
实施例1
1、煅烧产生的余热进行各固废的烘干处理，待用；
2、将脱硫石膏、铁尾矿砂、铝灰、电石渣烘干后，按重量份27份、21份、24份、28份混合，待用；
3、将混合好的原料加入到窑炉中煅烧，温度为1250℃保温30min，制备出硫铝系高活性材料，待用；
4、将泡沫剂2份和羟丙基甲基纤维素醚2份混合后加水40份稀释40倍后，配置泡沫剂溶液，将该溶液加入发泡机中制备泡沫，按体积量取泡沫，待用；
5、取50份烘干的铁尾矿砂、47份硫铝系高活性材料、3份脱硫石膏及上述其余的外加剂(减水剂1份、可分散性乳胶粉2份、聚丙烯纤维2份)一起放入搅拌机中干拌均匀混合，加适量水快速搅拌1min，制备复合胶凝材料浆体；
6、按每1kg复合胶凝材料中加入1L泡沫的比例，将泡沫加入复合胶凝材料浆体中，慢速搅拌3min，得到泡沫混凝土浆体；
将泡沫混凝土浆体浇筑入模具，用塑料薄膜包覆后，在室内静置1天后拆模，继续塑料薄膜包覆置于室温养护即可，即得到铁尾矿砂基节能保温混凝土。测试铁尾矿砂基节能保温混凝土的性能见表1。
表1节能保温混凝土的性能
Figure BDA0002880643410000061
实施例2
1、煅烧产生的余热进行各固废的烘干处理，待用；
2、将脱硫石膏、铁尾矿砂、铝灰、电石渣烘干后，按重量份23份、30份、22份、25份混合，待用；
3、将混合好的原料加入到窑炉中煅烧，温度为1220℃保温30min，制备出硫铝系高活性材料，待用；
4、将泡沫剂2份和羟丙基甲基纤维素醚2份混合后加水40份稀释60倍后，配置泡沫剂溶液，将该溶液加入发泡机中制备泡沫，按体积量取泡沫，待用；
5、取50份烘干的铁尾矿砂、47份硫铝系高活性材料、3份脱硫石膏及上述其余的外加剂(减水剂1份、可分散性乳胶粉2份、聚丙烯纤维2份)一起放入搅拌机中干拌均匀混合，加适量水快速搅拌1min，制备复合胶凝材料浆体；
6、按每1kg复合胶凝材料中加入1L泡沫的比例，将泡沫加入复合胶凝材料浆体中，慢速搅拌3min，得到泡沫混凝土浆体；
将泡沫混凝土浆体浇筑入模具，用塑料薄膜包覆后，在室内静置1天后拆模，继续塑料薄膜包覆置于室温养护即可，即得到脱硫石膏基泡沫混凝土。测试铁尾矿砂基泡沫混凝土的性能见表2。
表2节能保温混凝土的性能
Figure BDA0002880643410000071
实施例3
1、煅烧产生的余热进行各固废的烘干处理，待用；
2、将脱硫石膏、铁尾矿砂、铝灰、电石渣烘干后，按重量份27份、21份、24份、28份混合，待用；
3、将混合好的原料加入到窑炉中煅烧，温度为1250℃保温40min，制备出硫铝系高活性材料，待用；
4、将泡沫剂2份和羟丙基甲基纤维素醚2份混合后加水40份稀释40倍后，配置泡沫剂溶液，将该溶液加入发泡机中制备泡沫，按体积量取泡沫，待用；
5、取50份烘干的铁尾矿砂、47份硫铝系高活性材料、3份脱硫石膏及上述其余的外加剂(减水剂1份、可分散性乳胶粉2份、聚丙烯纤维2份)一起放入搅拌机中干拌均匀混合，加适量水快速搅拌1min，制备复合胶凝材料浆体；
6、按每1kg复合胶凝材料中加入2L泡沫的比例，将泡沫加入复合胶凝材料浆体中，慢速搅拌3min，得到泡沫混凝土浆体；
将泡沫混凝土浆体浇筑入模具，用塑料薄膜包覆后，在室内静置1天后拆模，继续塑料薄膜包覆置于室温养护即可，即得到脱硫石膏基泡沫混凝土。测试铁尾矿砂基泡沫混凝土的性能见表3。
表3混凝土的性能
Figure BDA0002880643410000081
实施例4
1、煅烧产生的余热进行各固废的烘干处理，待用；
2、将脱硫石膏、铁尾矿砂、铝灰、电石渣烘干后，按重量份27份、21份、24份、28份混合，待用；
3、将混合好的原料加入到窑炉中煅烧，温度为1260℃保温30min，制备出硫铝系高活性材料，待用；
4、将泡沫剂2份和羟丙基甲基纤维素醚2份混合后加水30份稀释40倍后，配置泡沫剂溶液，将该溶液加入发泡机中制备泡沫，按体积量取泡沫，待用；
5、取40份烘干的铁尾矿砂、56份硫铝系高活性材料、4份脱硫石膏及上述其余的外加剂(减水剂2份、可分散性乳胶粉1份、聚丙烯纤维3份)一起放入搅拌机中干拌均匀混合，加适量水快速搅拌1min，制备复合胶凝材料浆体；
6、按每1kg复合胶凝材料中加入3L泡沫的比例，将泡沫加入复合胶凝材料浆体中，慢速搅拌3min，得到泡沫混凝土浆体；
将泡沫混凝土浆体浇筑入模具，用塑料薄膜包覆后，在室内静置1天后拆模，继续塑料薄膜包覆置于室温养护即可，即得到脱硫石膏基泡沫混凝土。测试铁尾矿砂基泡沫混凝土的性能见表4。
表4节能保温混凝土的性能
Figure BDA0002880643410000091
图2中，每个横坐标对应的抗压强度，右侧的为硫铝系高活性材料，左侧的为市售的硅酸盐水泥。通过图2和图3可以得到，实施例1和实施例2制备的硫铝系高活性材料具有较高的抗压强度，相比于市售的硅酸盐水泥，具有较好的抗压强度。解决了胶凝材料早期强度低的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铁尾矿砂基节能保温轻质混凝土浆体，其特征在于：所述混凝土浆体，包括复合胶凝材料和泡沫，复合胶凝材料包括如下重量份的原料：硫铝系高活性材料 50-60 份、铁尾矿砂 40-50 份、脱硫石膏 3-4 份及外加剂4-10 份、水 30-40 份，硫铝系高活性材料包括如下重量份的原料：铁尾矿砂 25-30份、铝灰 22-25 份、脱硫石膏 23-28 份、电石渣25-30 份；
每 1kg 的复合胶凝材料加入的泡沫的体积为 1-3L；
外加剂包括可分散性乳胶粉、甲基纤维素醚、纤维，外加剂 4-10 份中，减水剂1-2 份、可分散性乳胶粉 1-2 份、甲基纤维素醚 1-2 份、纤维 1-4 份；
所述铁尾矿砂基节能保温轻质混凝土浆体的制备方法为：
1）将铁尾矿砂、铝灰、电石渣、脱硫石膏为原料，粉磨预混后，进入窑炉中煅烧得到硫铝系高活性材料，煅烧的温度为 1220-1270℃，保温 30-50min；
2）将剩余铁尾矿、煅烧得到的硫铝系高活性材料、剩余脱硫石膏复合为胶凝材料；
3）然后在胶凝材料中加入外加剂、水混合得到复合胶凝材料；
4）将泡沫与复合胶凝材料混合得到混凝土浆体；
外加剂中的甲基纤维素醚在步骤 3）中加入或者在泡沫中加入。
2.如权利要求1所述的铁尾矿砂基节能保温轻质混凝土浆体，其特征在于：甲基纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚、羟乙基纤维素醚中的一种；纤维为聚丙烯纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的一种。
3.如权利要求1所述的铁尾矿砂基节能保温轻质混凝土浆体，其特征在于：泡沫包括发泡剂 1-2 份、水 30-60 份。
4.如权利要求1所述的铁尾矿砂基节能保温轻质混凝土浆体，其特征在于：泡沫的密度为 30-40kg/m3。
5.权利要求1-4任一所述的铁尾矿砂基节能保温轻质混凝土浆体的制备方法，其特征在于：具体步骤为：
1）将铁尾矿砂、铝灰、电石渣、脱硫石膏为原料，粉磨预混后，进入窑炉中煅烧得到硫铝系高活性材料，煅烧的温度为 1220-1270℃，保温 30-50min；
2）将剩余铁尾矿、煅烧得到的硫铝系高活性材料、剩余脱硫石膏复合为胶凝材料；
3）然后在胶凝材料中加入外加剂、水混合得到复合胶凝材料；
4）将泡沫与复合胶凝材料混合得到混凝土浆体；
外加剂中的甲基纤维素醚在步骤 3）中加入或者在泡沫中加入。
6.如权利要求5所述的铁尾矿砂基节能保温轻质混凝土浆体的制备方法，其特征在于：泡沫的制备方法为：将发泡剂和水通过水泥发泡机中，加压后得到泡沫。
7.如权利要求6所述的铁尾矿砂基节能保温轻质混凝土浆体的制备方法，其特征在于：压强为 3-6MPa。
8.如权利要求6所述的铁尾矿砂基节能保温轻质混凝土浆体的制备方法，其特征在于：泡沫剂为阴离子、非离子、蛋白类或高分子表面活性剂。
9.权利要求1-4任一所述的铁尾矿砂基节能保温混凝土浆体在建筑领域中的应用。
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