CN113024196B - 掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土及其制备方法 - Google Patents

掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土及其制备方法，原料成分为粗骨料、细骨料、水、水泥和减水剂，粗骨料为铁尾矿球，细骨料由铁尾矿砂和天然砂组成；铁尾矿球是将铁尾矿砂、水泥和水混合，置于离心机中离心处理，再球料经风干后制成铁尾矿球。制备方法为：(1)准备原料；(2)将粗骨料、细骨料和水泥搅拌混合；(3)将水与减水剂混合形成混合液，放入搅拌机中继续搅拌；然后施工养护。本发明大幅提高铁尾矿的综合利用率，尾矿混凝土的抗压强度、抗氯渗性能得到改善，促进了建筑材料的发展。

Description

掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于环保及建材技术领域，特别涉及一种掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土及其制备方法。
背景技术
随着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。
尾矿是矿山企业在提炼冶金主要原料过程中所排弃的固体废弃物，一般堆存于尾矿库中，尾矿的大量堆存不仅污染环境，而且占用土地资源。将矿山尾矿应用于混凝土生产技术领域，不但可使原来资源枯竭或资源不足的矿山重新成为新资源基地恢复和扩展生产，而且可以开辟新材料的科技领域，推动技术进步，同时也利于缓解环境污染，改善生态环境。
将铁尾矿应用于混凝土生产技，大多是将铁尾矿作为混凝土细骨料的替代品，且替代率有限，例如中国专利107399948A公开了一种掺加铁尾矿砂的高强度混凝土，其铁尾矿替代率约为22％。中国专利101671146A公开的一种部分或全部取代天然骨料的铁尾矿混凝土，该方法仅是对选矿废石通过清洗、破碎、筛分后即作为混凝土骨料；目前国内外对铁尾矿混凝土的试验研究主要集中在力学性能，对抗渗性能和微观特征的研究尚少；抗渗性是衡量混凝土耐久性能的重要指标，且混凝土力学性能和耐久性能均取决于其微观结构特征参数；因此，研制抗氯渗尾矿混凝土对实际工程应用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土及其制备方法，通过铁尾矿球替代粗骨料，铁尾矿砂部分替代细骨料，提高铁尾矿的利用率，并改进混凝土的强度和抗氯渗性能，提高混凝土的寿命，同时保护环境。
本发明的掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土的原料成分为粗骨料、细骨料、水、水泥和减水剂，其中粗骨料为铁尾矿球，细骨料由铁尾矿砂和天然砂组成；铁尾矿砂占细骨料总质量的30～50％；铁尾矿球的制备方法为：将铁尾矿砂、水泥和水混合，形成的混合物料中，按质量百分比含铁尾矿砂60～80％，水泥15～25％，水5～15％，混合过程中铁尾矿砂和水泥的颗粒被水润湿后连接形成小球；将混合物料置于离心机中离心处理，小球在离心滚动过程中逐渐粘接，形成直径5～16mm的球料，球料经风干后制成铁尾矿球。
上述的掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土中，原料中按质量百分比水泥占14～17％，粗骨料占45～50％，细骨料占26～34％，减水剂占水泥质量0.5～1.5％，其余为水。
上述的掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土中，铁尾矿砂由铁尾矿经粉碎后筛分制成，其粒度200～400目。
上述的减水剂选用聚羧酸减水剂。
上述的天然砂为河砂，细度模数2.5。
上述的水泥选用42.5#硅酸盐水泥。
本发明的掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土的制备方法按以下步骤进行：
1、准备粗骨料、细骨料、水、水泥和减水剂；全部物料中按质量百分比水泥占14～17％，粗骨料占45～50％，细骨料占26～34％，减水剂占水泥质量0.5～1.5％，其余为水；
2、将粗骨料、细骨料和水泥置于搅拌机中，搅拌混合100～150s；
3、将水与减水剂混合形成混合液，然后放入搅拌机中，继续搅拌100～150s；然后施工养护。
上述方法中，养护时间28天。
上述的掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土的抗压强度为60～70MPa，劈裂劈拉强度为3.8～3.9MPa。
上述的掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土的氯离子扩散系数为2.3～2.4×10-12m2/s。
上述的掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土的气泡平均弦长为0.14～0.16mm。
本发明采用铁尾矿砂制成铁尾矿球，经离心成球后可将有毒成分封闭在球团内，放置二次污染，且粗、细骨料之间有良好的界面结合能力，能够细化混凝土内部空隙结构，使密实度得以提高；采用高效聚羧酸减水剂，最大减水率可达40％，可以适当减少用量满足需求。
本发明不仅可大幅提高了铁尾矿的综合利用率，变废为宝，缓解了传统建材的资源短缺及尾矿占地堆存问题，尾矿混凝土的抗压强度、抗氯渗性能得到改善，并可将有毒物质有效封闭，防止二次污染，促进了建筑材料的绿色可持续发展。
附图说明
图1为本发明实施例中的铁尾矿砂外观照片图；
图2为本发明实施例中的铁尾矿球外观照片图；
图3为本发明实施例1中的对比试验产品C的含气量比率和气泡弦长频率曲线图；
图4为本发明实施例1中的对比试验产品T的含气量比率和气泡弦长频率曲线图；
图5为本发明实施例1中的掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土的含气量比率和气泡弦长频率曲线图。
具体实施方式
本发明实施例中采用的硅酸盐水泥密度3000kg/m3。
本发明实施例中采用的铁尾矿粉的比表面积300～400m2/kg。
本发明实施例中采用的水为自来水。
本发明实施例中采用的铁尾矿中SiO2的质量百分比40～60％。Fe的质量百分比18～25％。
本发明实施例中氯离子扩散系数的测试方法是采用北京耐尔得公司的NTB-DAL型氯离子扩散系数测定仪进行氯离子扩散试验；步骤为：将直径100mm，厚度为50±2mm圆柱体试件放入饱水机中进行真空饱和Ca(OH)2饱水处理，然后将被测试件用硅胶筒套上放入电解槽，通电进行实验；试验完毕后将被测试件沿轴劈开，在劈开的被测试件表面喷0.1mol/L的AgNO3溶液，含氯离子部分变成白色，当被测试件表面上的白色硝酸银沉淀清晰可见时(约15min后)，用游标卡尺测侵入深度，测量精度为0.1mm。
本发明实施例中气泡平均弦长的测试方法是采用丹麦Rapidair 457硬化混凝土气孔结构测试系统进行气孔结构试验；步骤为：将切割成型的直径100mm，厚度为10mm的被测试件依次采用细度为600#、800#和1200#的研磨剂依次分别研磨30min、45min和60min，用黑色油性记号笔将表面均匀涂黑，再按质量比1:1将氧化锌与凡士林混合物填涂、压入到研磨面的孔隙中；采用混凝土气孔结构分析仪测得气孔结构特征参数，被测试件的每一切割面测量三次，每次旋转120°，取平均值作为测量值。
本发明实施例中减水剂选用聚羧酸减水剂。
本发明实施例中天然砂为河砂，细度模数为2.5。
本发明实施例中的掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土中，原料中按质量百分比水泥占14～17％，粗骨料占45～50％，细骨料占26～34％，其余为水和减水剂，其中减水剂占水泥质量0.5～1.5％。
本发明实施例中的掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土中，铁尾矿砂由铁尾矿经粉碎后筛分制成，其粒度200～400目。
实施例1
掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土的原料成分为粗骨料、细骨料、水、水泥和减水剂，其中粗骨料为铁尾矿球，细骨料由铁尾矿砂和天然砂组成；铁尾矿砂占细骨料总质量的40％；铁尾矿球的制备方法为：将铁尾矿砂、水泥和水混合，形成的混合物料中，按质量百分比含铁尾矿砂80％，水泥15％，水5％，混合过程中铁尾矿砂和水泥的颗粒被水润湿后连接形成小球；将混合物料置于离心机中离心处理，小球在离心滚动过程中逐渐粘接，形成直径5～16mm的球料，球料经风干后制成铁尾矿球；水泥为42.5#硅酸盐水泥；
铁尾矿砂外观如图1所示，铁尾矿球外观如图2所示；
制备方法为：
准备粗骨料、细骨料、水、42.5#硅酸盐水泥和减水剂；全部物料中按质量百分比42.5#硅酸盐水泥占15.6％，粗骨料占47％，细骨料占31.3％，减水剂占水泥质量的1％，其余为水；
将粗骨料、细骨料和42.5#硅酸盐水泥于搅拌机中，搅拌混合100s；
将水与减水剂混合形成混合液，然后加入搅拌机中，继续搅拌150s；然后施工养护，养护时间28天；
掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土的抗压强度为64.04MPa，劈裂劈拉强度为3.87MPa，氯离子扩散系数为2.4×10-12m2/s，气泡平均弦长为0.157mm；
将细骨料全部使用铁尾矿砂，进行对比试验，经施工养护后形成对比试验产品T，其抗压强度43.19MPa，劈裂劈拉强度3.38MPa，氯离子扩散系数4.45×10-12m2/s，气泡平均弦长0.032mm；
采用普通水泥进行对比试验，经施工养护后形成对比试验产品C，其抗压强度49.17MPa，劈裂劈拉强度3.94MPa，氯离子扩散系数2.45×10-12m2/s，气泡平均弦长0.085mm；
掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土的抗压强度与产品C相比提高30.2％，与产品T相比提高48.3％；劈裂抗拉强度是产品T的1.145倍，掺入天然砂的尾矿混凝土抗拉强度与普通混凝土相当，比纯尾矿混凝土高；掺入的天然砂使尾矿混凝土含气量增大，比表面积变小，气泡频率变小，天然砂的掺入能使尾矿混凝土内部气泡数量减小，平均弦长较大，孔结构的连通性较差，能优化混凝土孔隙结构，减少氯离子等有害离子的渗透通道,为增强其抗氯渗性提供了客观条件，有效地提高了混凝土的抗氯渗性，与产品C相比提高2.04％，与产品T相比提高46.07％；
本实施例的产品与产品C和产品T进行气泡平均弦长测试结果分别如图5、图3和图4所示；在气泡平均弦长分析时，将气泡弦长划分成一个个小区间，在0～60μm区间以10μm为单位划分，在60～300μm区间以20μm为单位划分，在300～500μm区间以50μm为单位划分，在500～3000μm区间以500μm为单位划分，3000～4000μm为一个单独的区间；同时，加入了不同区间的含气量占总含气量的比率一并分析，如图3、图4和图5可知，产品C中最能影响含气量占比大小的区间是1000～3000μm，在产品C的含气量占比最大的四个区间为1000～1500μm、1500～2000μm、2000～2500μm、2500～3000μm，产品T中最能影响含气量占比大小的区间是0～30μm和60～100μm，在后三个区间的含气量占比和皆为0％，本实施例的产品中最能影响含气量占比大小的区间在500～4000μm；掺天然砂尾矿混凝土可以使0～180μm、200～240μm、300～450μm区间气泡含量占比相当，其他区间的气泡含量占比上升，产品C和本实施例的氯离子渗透性相当，说明0～450μm孔隙对氯离子渗透性的影响较大，该范围孔隙占比会影响孔通道的连通性，小孔隙含量较少，孔结构连通性较差，氯离子渗透性较差；本实施例的产品相比较于产品T会生成更少的小气泡，更多的大气泡，所以产品T中0～450μm气泡频率较大，氯离子扩散系数较大；由图4和图5的对比可以知道掺天然砂尾矿混凝土使0～450μm区间气泡的比例减少，使450～4000μm区间气泡比例增加，说明天然砂替代一部分尾矿后，砂破坏了尾矿粉与尾矿球的粘结，使部分小气泡连通成为较大的气泡，使得内部气泡含气量占比峰值区间往大气泡推进；气泡频率小，内部孔隙结构连通性差，能有效减少氯离子渗透通道，有效地提高了混凝土的抗氯渗性。
实施例2
掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土的原料中，铁尾矿砂占细骨料总质量的30％；铁尾矿球制备时，混合物料中按质量百分比含铁尾矿砂70％，水泥20％，水10％；
制备方法同实施例1，不同点在于：
(1)全部物料中按质量百分比42.5#硅酸盐水泥占15％，粗骨料占48％，细骨料占30％，减水剂占水泥质量的1.5％，其余为水；
(2)将粗骨料、细骨料和42.5#硅酸盐水泥搅拌混合120s；
(3)混合液加入后继续搅拌130s；
(4)掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土的抗压强度为62.79MPa，劈裂劈拉强度为3.82MPa，氯离子扩散系数为2.36×10-12m2/s，气泡平均弦长为0.142mm。
实施例3
掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土的原料中，铁尾矿砂占细骨料总质量的50％；铁尾矿球制备时，混合物料中按质量百分比含铁尾矿砂60％，水泥25％，水15％；
制备方法同实施例1，不同点在于：
(1)全部物料中按质量百分比42.5#硅酸盐水泥占17％，粗骨料占45％，细骨料占34％，减水剂占水泥质量的0.5％，其余为水；
(2)将粗骨料、细骨料和42.5#硅酸盐水泥搅拌混合150s；
(3)混合液加入后继续搅拌100s；
(4)掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土的抗压强度为65.53MPa，劈裂劈拉强度为3.85MPa，氯离子扩散系数为2.33×10-12m2/s，气泡平均弦长为0.149mm。

Claims (1)

1.一种掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土的制备方法，其特征在于所述的掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土的原料成分为粗骨料、细骨料、水、水泥和减水剂，其中粗骨料为铁尾矿球，细骨料由铁尾矿砂和天然砂组成；铁尾矿砂占细骨料总质量的30~50%；铁尾矿球的制备方法为：将铁尾矿砂、水泥和水混合，形成的混合物料中，按质量百分比含铁尾矿砂60~80%，水泥15~25%，水5~15%，混合过程中铁尾矿砂和水泥的颗粒被水润湿后连接形成小球；将混合物料置于离心机中离心处理，小球在离心滚动过程中逐渐粘接，形成直径5~16mm的球料，球料经风干后制成铁尾矿球；原料中按质量百分比水泥占14~17%，粗骨料占45~50%，细骨料占26~34%，减水剂占水泥质量0.5~1.5%，其余为水；所述的铁尾矿砂由铁尾矿经粉碎后筛分制成，其粒度200~400目；所述的水泥为42.5#硅酸盐水泥；
方法按以下步骤进行：
（1）准备粗骨料、细骨料、水、水泥和减水剂；全部物料中按质量百分比水泥占14~17%，粗骨料占45~50%，细骨料占26~34%，减水剂占水泥质量0.5~1.5%，其余为水；
（2）将粗骨料、细骨料和水泥置于搅拌机中，搅拌混合100~150s；
（3）将水与减水剂混合形成混合液，然后放入搅拌机中，继续搅拌100~150s；然后施工养护；所述的掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土的抗压强度为60~70 MPa，劈裂劈拉强度为3.8~3.9 MPa，掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土的氯离子扩散系数为2.3~2.4×10-12 m2/s，掺杂铁尾矿砂铁尾矿球的抗压抗氯渗混凝土的气泡平均弦长为0.14~0.16 mm。
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