CN113845348A - 一种铁尾矿轻质相变混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铁尾矿轻质相变混凝土及其制备方法，属于建筑材料技术领域，解决现有技术中相变调温混凝土成本高昂，调温效果不佳，铁尾矿安定性不良，干缩开裂，养护成本高等问题。本发明的铁尾矿轻质相变混凝土由包括以下质量份的原料制成：水泥5‑15份、生石灰10‑20份、粉煤灰10‑15份、河沙35‑45份、铁尾矿30‑40份、铝粉膏0.08‑0.15份、吸水树脂0.2‑0.5份、活性助剂0.2‑0.8份、水55‑65份、减水剂0.1‑0.5份。本发明提供的铁尾矿轻质相变混凝土在制备过程中有很好的和易性，施工性好；在前期养护中可有效防止坍缩；养护条件简单，能持续水化反应；安定性好，预防开裂；在发生火灾时有效吸热，降低温度；能根据湿度调节温度保持舒适环境。

Description

一种铁尾矿轻质相变混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，尤其是涉及一种铁尾矿轻质相变混凝土及其制备方法。
背景技术
轻质混凝土是一种低密度、自重轻、保温性好、抗震性能好的复合材料。轻质混凝土具有良好的力学性能和经济效益，能较好地弥补普通混凝土易发生脆性破坏等缺点；在建筑工程中，轻质混凝土的使用能够降低钢筋配比和结构自重，节约工程成本，改善地震结构响应。
为了营造更舒适的居住条件，节省能源，相变调温建筑材料已成为轻质混凝土目前研究热点。将相变材料加入到建筑材料中，既能作为承载或装饰材料，又能储备较多热量，从而有效实现调温节能功能。现有技术中主要采用混凝土中加入相变材料如相变纤维、相变微胶囊等，以制备相变调温建筑材料。发明专利CN102503319A公开了一种相变储能相变混凝土及制备方法；该发明制备的泡沫混凝土具有较高的保温隔热性能、电绝缘性能、较低的容重和吸水率，而且还具有了自动调节温度的性能。但是该发明中添加了昂贵的相变微胶囊，且相变由固相转为液相后会在气孔中流动，造成相变材料损失。
铁尾矿是选矿后的废弃物，是工业固体废弃物的主要组成部分，目前我国铁尾矿的资源综合利用率不到10％。目前比较成熟的尾矿利用技术主要是生产低附加值的普通建材制品。发明专利CN 109734369 A公开了一种以铁尾矿为原料常温常压制备泡沫加气混凝土砌块及其制备方法，该发明制备的泡沫混凝土砌块具有较低的密度，较高的孔隙率、较高的隔音性能以及较强的保温性能。但是该发明中铁尾矿需要磨细，存在巨大的能耗；且没有考虑混凝土中铁尾矿的化学稳定性：当体系中含有铁的硫化物时，主要是黄铁矿(Fe S2)和磁黄铁矿(FeS)，会引起混凝土的破坏，表现形式是混凝土表面出现棕、黄色的锈迹，以及出现表面膨胀现象，严重的会出现爆坑；另外在自然养护过程中容易造成干缩开裂。
因此，提供一种以铁尾矿为原料的轻质相变混凝土，生产成本低，调温效果好，铁尾矿安定性优良，不干缩开裂，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于，提供一种铁尾矿轻质相变混凝土，解决现有技术中相变调温混凝土成本高昂，调温效果不佳，铁尾矿安定性不良，干缩开裂，养护成本高等问题。本发明提供的铁尾矿轻质相变混凝土，在制备过程中有很好的和易性，施工性好；在前期养护中可有效防止坍缩；养护条件简单，能持续水化反应；安定性好，预防开裂；在发生火灾时有效吸热，降低温度；能根据湿度调节温度保持舒适环境。
本发明的目的之二在于，提供该铁尾矿轻质相变混凝土的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供的一种铁尾矿轻质相变混凝土，由包括以下质量份的原料制成：水泥5-15份、生石灰10-20份、粉煤灰10-15份、河沙35-45份、铁尾矿30-40份、铝粉膏0.08-0.15份、吸水树脂0.2-0.5份、活性助剂0.2-0.8份、水55-65份、减水剂0.1-0.5份。
本发明的部分实施方案中，由包括以下质量份的原料制成：
水泥8-12份、生石灰13-16份、粉煤灰11-13份、河沙38-42份、铁尾矿32-37份、铝粉膏0.1-0.12份、吸水树脂0.3-0.4份、活性助剂0.4-0.6份、水58-62份、减水剂0.2-0.3份。
本发明的部分实施方案中，所述水泥为PO42.5水泥。
本发明的部分实施方案中，所述铁尾矿为黄铁矿尾矿；
优选地，细度模数为2.3-2.8；
优选地，铁尾矿中二氧化硅的含量为55.35-64.92wt.％，含硫为6-8wt.％。
本发明的部分实施方案中，所述铝粉膏为加气铝粉膏。
本发明的部分实施方案中，所述吸水树脂为高吸水性树脂，吸水量为自身重量的350-500倍，干粒度为106-850μm。
本发明的部分实施方案中，所述活性助剂选自碱，优选为无机碱，更优选为氢氧化钠或氢氧化钾。
本发明的部分实施方案中，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
本发明提供的一种铁尾矿轻质相变混凝土的制备方法，包括下述步骤：
步骤一：按质量份取水泥5-15份、生石灰10-20份、粉煤灰10-15份、河沙35-45份、铁尾矿30-40份、吸水树脂0.2-0.5份、活性助剂0.2-0.8份，干混拌和均匀得到干混混合原料；
步骤二：按质量份取铝粉膏0.08-0.15份、减水剂0.1-0.5份、水50-65份，搅拌均匀得到混合溶液；
步骤三：将步骤二所得到的混合溶液倒入步骤一所得的干混混合料中，搅拌均匀后迅速装模成型；
步骤四：装入模具后放入蒸汽养护箱，在40-70℃温度下蒸养40-80min后取出；用锯条割去面包头，将割去面包头的轻质混凝土继续放入蒸汽养护箱，在40-70℃温度下蒸养5-7h后取出进行常温养护；待轻质混凝土期龄达到1d后脱模，脱模后继续常温养护27d，得到所述铁尾矿轻质相变混凝土。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明中，组分中的铝粉膏在碱性条件下反应产生微小气泡，水泥和粉煤灰在碱性条件下发生水化反应，将气泡锁在混凝土中，在混泥土中形成致密孔结构，可以有效阻挡热的传播。
2.组分中的铁尾矿，质地粗糙，棱角分明能有效提高混凝土强度；且铁尾矿中含有大量尾矿粉末，其中含有百分之六十左右的二氧化硅，有一定的活性，能进一步的提高混凝土的强度。
3.组分中的铁尾矿，主要是黄铁矿和磁黄铁矿，在有氧气及水存在时发生氧化及水化等一系列的反应，反应产物有黄钾铁矾[KFe3(SO4)2(OH)6]、石膏(CaSO4·2H2O)、Fe(OH)3、钙矾石(AFt)等。形成这些产物过程是体积膨胀的过程，产生的微膨抵消加气混凝土的坍缩，增强加气混凝土的体积稳定性；同时不断的消耗氧气降低了混凝土内部氧气浓度，在遭遇火灾时能起到一定的灭火作用。
4.组分中的吸水树脂能吸收自身质量的350-500倍的水，能填满加气混凝土的孔隙，防止坍缩；所吸收的水分在成型后缓慢释放，能维持混凝土孔隙内部湿度防止内部结构破坏；当温度适宜时能直接室外养护，进一步的降低了养护成本；
5.成型后组分中的吸水树脂会根据环境湿度吸水或者放水：当外界湿度过高时会从空气中吸水以液态的形式保存在吸水树脂内部；当外界湿度过低时吸水树脂中的液态水会挥发成为水蒸汽。当吸水时水由气态装变为液态是个放热过程，当放水时水由液态转变为气态是个吸热过程。一天之中早晚空气湿度大，中午空气湿度低，吸水树脂在早晚吸水放热，在中午放水吸热，起到了自动调节温度，缩小温差的作用。
6.吸水树脂与铁尾矿相辅相成，黄铁矿和磁黄铁矿反应时需要水，且反应不能剧烈，吸水树脂在这个过程中缓慢释放水分，保证水分的同时又限制了反应速度，保证了加气混凝土砌块的体积稳定性。
附图说明
图1为本发明中吸水树脂吸水前图；
图2为本发明中吸水树脂吸水后图；
图3为本发明铁尾矿多功能轻质混凝土吸水前的电镜图；
图4为本发明铁尾矿多功能轻质混凝土吸水后的电镜图；
图5为铁尾矿、硬化坯体与成品的XRD图谱，其中图5中的各附图标记为：1—铁尾矿；2—硬化坯体；3—成品试件；4—Ca(OH)2；5—羟基水化硅酸钙；6—硬石膏；7—C-S-H；A—钠长石；C—方解石；Ch—亚氯酸盐；D—透辉石；E—钙矾石；I—伊利石；Q—石英；T—透闪石。
具体实施方式
下面用实施例进一步描述本发明，但所述实施例仅用于说明本发明而不是限制本发明。
其中，各实施例轻质混凝土配合比参见下表：
表1各实施例轻质混凝土原料表
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
PO425水泥/g 500 500 1500 1500 800 1200
生石灰/g 2000 2000 1000 1000 1600 1300
二级粉煤灰/g 1500 1500 1000 1000 1300 1100
河沙/g 3500 3500 4500 4500 3800 4200
铁尾矿/g 4000 4000 3500 3500 3700 3200
铝粉膏/g 15 13 10 8 10 12
吸水树脂/g 20 25 35 50 40 30
氢氧化钠/g 20 40 60 80 40 60
减水剂/g 10 20 40 50 30 20
水/g 6500 6000 5500 5000 6200 5800
本发明实施例中所用的PO425水泥比表面积为340-370m2/kg，28d强度为42.5-45Mpa。
所述生石灰为普通二级生石灰，粒度为30～80μm，有效氧化钙含量≧65％。
河沙细度模数为2.2-3。
铁尾矿为黄铁矿尾矿，细度模数为2.3-2.8，二氧化硅的含量为59.65％，含硫为7.5％。
所述铝粉膏为气铝粉膏。
所述吸水树脂为高吸水性树脂，吸水量为自身重量的350-500倍，干粒度为106-850μm，吸水树脂吸水前、后图如附图1和附图2所示。
所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
实施例1
本实施例公开了本发明的铁尾矿轻质相变混凝土的制备方法，具体为：
取水泥500g、生石灰2000g、粉煤灰1500g、河沙3500g、铁尾矿4000g、吸水树脂20g、氢氧化钠20g干混拌和均匀得到干混混合原料；
取铝粉膏15g、减水剂10g、水6500g搅拌均匀得到混合溶液；
将所得到的混合溶液倒入上述所得的干混混合料中，搅拌2min后迅速装模成型；
装入100*100*100铁模具后放入蒸汽养护箱，在60℃温度下蒸养60min后取出；用锯条割去面包头，将割去面包头的轻质混凝土继续放入蒸汽养护箱，在60℃温度下蒸养5h后取出进行常温养护；待轻质混凝土期龄达到1d后脱模，得到硬化坯体，将硬化坯体继续常温养护27d，得到成品试件。
本实施例的铁尾矿多功能轻质混凝土吸水前的电镜图如附图3所示，吸水后的电镜图如附图4所示。由附图3和附图4可以看出，本实施例的铁尾矿多功能轻质混凝土吸水后体积明显增加，且随着时间缓慢释放水。
实施例的铁尾矿、硬化坯体与成品试件的XRD图谱如附图5所示。曲线2号硬化坯体XRD曲线可知，坯体经过静停养护后铁尾矿中的原有矿物成分的衍射峰明显降低，如钠长石、伊利石、绿泥石、透辉石等矿物。这是因为在制备加气混凝土的过程中，在常温常压下，料浆中的各种物料会发生化学反应，生成不同的物质。
图中2号硬化坯体和3号成品试件曲线对比可以看出，原铁尾矿中的各种矿物的X射线衍射峰迅速降低，C-S-H凝胶的弥散峰降低，然而托贝莫来石的X射线衍射峰明显地升高，说明经过蒸压养护部分C-S-H凝胶转化为了托贝莫来石晶体。
3号成品的曲线中，石英的X射线衍射峰比较1号铁尾矿曲线和2号硬化坯体曲线都有明显的降低，说明制品中存在未完全溶出的SiO2，这部分SiO2在制品中充当骨料起到支撑的作用。
实施例2
本实施例公开了本发明的铁尾矿轻质相变混凝土的制备方法，具体为：
取水泥500g、生石灰2000g、粉煤灰1500g、河沙3500g、铁尾矿4000g、吸水树脂25g、氢氧化钠40g干混拌和均匀得到干混混合原料；
取铝粉膏13g、减水剂20g、水6000g搅拌均匀得到混合溶液；
将所得到的混合溶液倒入上述所得的干混混合料中，搅拌2min后迅速装模成型；
装入100*100*100铁模具后放入蒸汽养护箱，在60℃温度下蒸养60min后取出；用锯条割去面包头，将割去面包头的轻质混凝土继续放入蒸汽养护箱，在60℃温度下蒸养5h后取出进行常温养护；待轻质混凝土期龄达到1d后脱模，脱模后继续常温养护27d，得到试件。
实施例3
本实施例公开了本发明的铁尾矿轻质相变混凝土的制备方法，具体为：
取水泥1500g、生石灰1000g、粉煤灰1000g、河沙4500g、铁尾矿3500g、吸水树脂35g、氢氧化钠60g干混拌和均匀得到干混混合原料；
取铝粉膏10g、减水剂40g、水5500g搅拌均匀得到混合溶液；
将所得到的混合溶液倒入上述所得的干混混合料中，搅拌2min后迅速装模成型；
装入100*100*100铁模具后放入蒸汽养护箱，在60℃温度下蒸养60min后取出；用锯条割去面包头，将割去面包头的轻质混凝土继续放入蒸汽养护箱，在60℃温度下蒸养5h后取出进行常温养护；待轻质混凝土期龄达到1d后脱模，脱模后继续常温养护27d，得到试件。
实施例4
本实施例公开了本发明的铁尾矿轻质相变混凝土的制备方法，具体为：
取水泥1500g、生石灰1000g、粉煤灰1000g、河沙4500g、铁尾矿3500g、吸水树脂50g、氢氧化钠80g干混拌和均匀得到干混混合原料；
取铝粉膏8g、减水剂50g、水5000g搅拌均匀得到混合溶液；
将所得到的混合溶液倒入上述所得的干混混合料中，搅拌2min后迅速装模成型；
装入100*100*100铁模具后放入蒸汽养护箱，在60℃温度下蒸养60min后取出；用锯条割去面包头，将割去面包头的轻质混凝土继续放入蒸汽养护箱，在60℃温度下蒸养5h后取出进行常温养护；待轻质混凝土期龄达到1d后脱模，脱模后继续常温养护27d，得到试件。
实施例5
本实施例公开了本发明的铁尾矿轻质相变混凝土的制备方法，具体为：
取水泥800g、生石灰1600g、粉煤灰1300g、河沙3800g、铁尾矿3700g、吸水树脂40g、氢氧化钠40g干混拌和均匀得到干混混合原料；
取铝粉膏10g、减水剂30g、水6200g搅拌均匀得到混合溶液；
将所得到的混合溶液倒入上述所得的干混混合料中，搅拌2min后迅速装模成型；
装入100*100*100铁模具后放入蒸汽养护箱，在40℃温度下蒸养80min后取出；用锯条割去面包头，将割去面包头的轻质混凝土继续放入蒸汽养护箱，在40℃温度下蒸养7h后取出进行常温养护；待轻质混凝土期龄达到1d后脱模，脱模后继续常温养护27d，得到试件。
实施例6
本实施例公开了本发明的铁尾矿轻质相变混凝土的制备方法，具体为：
取水泥1200g、生石灰1300g、粉煤灰1100g、河沙4200g、铁尾矿3200g、吸水树脂30g、氢氧化钠60g干混拌和均匀得到干混混合原料；
取铝粉膏12g、减水剂20g、水5800g搅拌均匀得到混合溶液；
将所得到的混合溶液倒入上述所得的干混混合料中，搅拌2min后迅速装模成型；
装入100*100*100铁模具后放入蒸汽养护箱，在70℃温度下蒸养40min后取出；用锯条割去面包头，将割去面包头的轻质混凝土继续放入蒸汽养护箱，在70℃温度下蒸养5h后取出进行常温养护；待轻质混凝土期龄达到1d后脱模，脱模后继续常温养护27d，得到试件。
对比例1
本对比例与实施例1相比，吸水树脂的用量为15g，其余条件均相同。
对比例2
本对比例与实施例1相比，吸水树脂的用量为55g，其余条件均相同。
对比例3
本对比例与实施例1相比，不加入铝粉膏，其余条件均相同。
对比例4
本对比例与实施例1相比，不加入粉煤灰，其余条件均相同。
对比例5
本对比例与实施例1相比，不加入水泥，其余条件均相同。
试验例1
对实施例1-6、以及对比例1-5制得的铁尾矿轻质相变混凝土进行性能测试。
(1)将轻质混凝土成型，试件成型与养护参照国家标准《轻质混凝土性能试验方法》GB/T 11971-1997进行。
(2)试件常温养护3d、7d和28d后，参照上述标准检测抗压强度。
(3)试件养护28d后，参照上述标准检测干密度。
(4)试件养护28d后，参照《轻质混凝土导热系数试验方法》JC 275-1980(1996)测试导热系数。
(5)试件养护28d后放入102*102*102且仅有两个气孔的密闭保温箱中，在其中一个气孔通入20℃干燥空气或湿空气，在另一个气孔测试排气温度。
结果如下表所示：
表2
Figure BDA0003322785010000091
由上表可知，随着树脂用量的增加，铁尾矿轻质相变混凝土的调温性能增加，但用量过大会影响水化反应，从而减小抗压强度。
由对比例3与实施例1的结果可以看出，对比例3的不加入铝粉膏所得混凝土材料的干密度为1795g/L，远远大于实施例1的580g/L；且对比例3的吸水温度与放水温度相同。表明本发明加入铝粉膏不仅能降低混凝土的容重；且能提升其调温性能。
粉煤灰和水泥均为胶体材料，对比例4的不加入粉煤灰所得混凝土与实施例1相比，不仅抗压强度和干密度降低，且调温性能还下降。表明粉煤灰在本发明中具有预料不到的提升铁尾矿轻质相变混凝土调温性能的作用。
对比例4的不加入水泥所得混凝土与实施例1相比，其干密度更大，但抗压强度降低，调温性能也下降。表明水泥在本发明中具有预料不到的提升铁尾矿轻质相变混凝土调温性能的作用。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

Claims (9)

1.一种铁尾矿轻质相变混凝土，其特征在于，由包括以下质量份的原料制成：水泥5-15份、生石灰10-20份、粉煤灰10-15份、河沙35-45份、铁尾矿30-40份、铝粉膏0.08-0.15份、吸水树脂0.2-0.5份、活性助剂0.2-0.8份、水55-65份、减水剂0.1-0.5份。
2.根据权利要求1所述的一种铁尾矿轻质相变混凝土，其特征在于，由包括以下质量份的原料制成：水泥8-12份、生石灰13-16份、粉煤灰11-13份、河沙38-42份、铁尾矿32-37份、铝粉膏0.1-0.12份、吸水树脂0.3-0.4份、活性助剂0.4-0.6份、水58-62份、减水剂0.2-0.3份。
3.根据权利要求1或2所述的一种铁尾矿轻质相变混凝土，其特征在于，所述水泥为PO42.5水泥。
4.根据权利要求1或2所述的一种铁尾矿轻质相变混凝土，其特征在于，所述铁尾矿为黄铁矿尾矿；
优选地，细度模数为2.3-2.8；
优选地，铁尾矿中二氧化硅的含量为55.35-64.92wt.％，含硫为6-8wt.％。
5.根据权利要求1或2所述的一种铁尾矿轻质相变混凝土，其特征在于，所述铝粉膏为加气铝粉膏。
6.根据权利要求1或2所述的一种铁尾矿轻质相变混凝土，其特征在于，所述吸水树脂为高吸水性树脂，吸水量为自身重量的350-500倍，干粒度为106-850μm。
7.根据权利要求1或2所述的一种铁尾矿轻质相变混凝土，其特征在于，所述活性助剂选自碱，优选为无机碱，更优选为氢氧化钠或氢氧化钾。
8.根据权利要求1或2所述的一种铁尾矿轻质相变混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种铁尾矿轻质相变混凝土的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤一：按质量份取水泥5-15份、生石灰10-20份、粉煤灰10-15份、河沙35-45份、铁尾矿30-40份、吸水树脂0.2-0.5份、活性助剂0.2-0.8份，干混拌和均匀得到干混混合原料；
步骤二：按质量份取铝粉膏0.08-0.15份、减水剂0.1-0.5份、水50-65份，搅拌均匀得到混合溶液；
步骤三：将步骤二所得到的混合溶液倒入步骤一所得的干混混合料中，搅拌均匀后迅速装模成型；
步骤四：装入模具后放入蒸汽养护箱，在40-70℃温度下蒸养40-80min后取出；用锯条割去面包头，将割去面包头的轻质混凝土继续放入蒸汽养护箱，在40-70℃温度下蒸养5-7h后取出进行常温养护；待轻质混凝土期龄达到1d后脱模，脱模后继续常温养护27d，得到所述铁尾矿轻质相变混凝土。
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