CN115849811B

CN115849811B - 一种高稳定自密实混凝土及其制备方法

Info

Publication number: CN115849811B
Application number: CN202211523617.2A
Authority: CN
Inventors: 马昆林; 陈荣健; 范佳志; 孟庆胤; 杨鹰; 白鹏飞; 朱穆峰; 秦汉唐; 于伟杰; 周承伟
Original assignee: Yichun Luming Mining Co ltd; Central South University
Current assignee: Yichun Luming Mining Co ltd; Central South University
Priority date: 2022-12-01
Filing date: 2022-12-01
Publication date: 2024-04-19
Anticipated expiration: 2042-12-01
Also published as: CN115849811A

Abstract

本发明公开了一种高稳定自密实混凝土及其制备方法，利用钼尾矿微粉替代SCC常用粉煤灰掺合料，同时直接利用钼尾矿砂作为粗砂中0.3mm以下细颗粒的补充，对SCC用砂的细度进行调控，制备出性能稳定的SCC，既有效降低水泥用量，还解决了砂子细度大的SCC制备难题，实现了固废资源利用，提升了钼尾矿的利用价值。

Description

一种高稳定自密实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，具体涉及一种利用钼尾矿制备的高稳定自密实混凝土及其制备方法。

背景技术

我国是矿产资源大国，也是钼矿资源大国，随着钼矿开采量的增加，产生了大量钼尾矿，钼尾矿数量巨大，占地广，环境污染且潜在危害性大。钼尾矿的资源化利用问题已迫在眉睫。实践证明，尾矿的综合利用不仅能变废为宝，还能将危害转化为利润，是经济建设的需要和保护环境的需要，有利于实现“双碳”目标。为了发展经济，我国正在进行大规模的基础建设，混凝土材料是工程建设中用量最大的材料，对水泥、砂石和掺合料等原材料需求量巨大，建材化是钼尾矿资源化利用的重要发展方向。

自密实混凝土(self-compacting concrete，SCC)是指在自身重力作用下，具有较好的流动性、能够密实成型，即使存在致密钢筋也能完全填充模板，同时获得很好均质性，且不需要附加振动的混凝土。由于其优异的性能，目前在土木工程领域获得了广泛应用。然而SCC中胶凝材料掺量大，单方胶材总量≧500kg，且胶材中的掺合料≧30％，砂率大，砂率≧48％，SCC对原材料的要求高，因此，获取高品质的原材料成为了制备自密实混凝土的关键[1]。

目前SCC所用掺合料主要是粉煤灰，然而粉煤灰的品质(如氧化物组成、细度、烧失量等关键技术参数)易受煤品质的影响而发生较大波动，由于环保要求，目前大量粉煤灰为脱硝灰，该类型粉煤灰与水泥和水拌合后将产生氨气，对SCC质量造成不利影响[2,3]。受季节影响，自然界中获取的天然砂和机制砂多为粗砂，细度大于2.9，即砂子中0.3mm以下颗粒含量少，而机制砂则级配差，来源不稳定，采用这些砂子很难制备出性能稳定的SCC[4,5]。如图1所示，采用以上原材料制备的SCC不稳定性主要表现为：①SCC坍落扩展度(SF)损失大，②SCC含气量随时间变化波动大，③SCC表层有较厚浮浆气泡层，③硬化后的SCC内部切开后易出现粗骨料下沉，④SCC在施工过程中容易出现泌水和离析。

[1]王振，李化建，易忠来，黄法礼，谢永江.自密实混凝土稳定性机理及其影响因素研究新进展[J].材料导报,2017,31(S1):379-383.

[2]马传杰，王升平，周斌.脱硫灰对水泥性能的影响及硫含量的测定[J].水泥，2019(10):4-7.

[3]苏艺凡,李琴.劣质粉煤灰对混凝土性能的影响及简易辨别方法[J].广东建材,2022,38(05):34-36.

[4]谢清泉,于连山,马昆林,刘婉婉.细骨料对充填层SCC施工稳定性的试验研究[J].铁道建筑技术,2020(06):10-13+22.

[5]莫文波,马昆林,徐占军,张威振,龙广成,曾晓辉,唐卓.细骨料对板式轨道充填层SCC性能的影响[J/OL].铁道科学与工程学报:1-12[2022-10-28].DOI:10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20221301.

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种高稳定自密实混凝土及其制备方法，利用钼尾矿微粉替代SCC常用粉煤灰掺合料，同时直接利用钼尾矿砂作为粗砂中0.3mm以下细颗粒的补充，对SCC用砂的细度进行调控，制备出性能稳定的SCC，既有效降低水泥用量，还解决了砂子细度大的SCC制备难题，实现了固废资源利用，提升了钼尾矿的利用价值。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种高稳定自密实混凝土，每立方米混凝土中，包括以下质量份的原料：

其中，钼尾矿微粉为钼尾矿砂球磨加工而成，其45μm方孔筛筛余≤10％，需水量比≤105％，28d活性指数≥60％，烧失量≤5％，含水率≤1％，亚甲蓝含量≤6g/kg，氯离子含量≤0.06％，三氧化硫含量≤3％；

其中，复配砂为砂和钼尾矿砂的混合物，其0.3mm以下颗粒含量为12～15wt％，细度模数(Mx)为2.4～2.7。

进一步地，钼尾矿砂中主要含有SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃，且三者含量之和不低于80wt％，钼尾矿砂中0.1～0.3mm之间的颗粒含量不少于90wt％。

进一步地，钼尾矿微粉的具体制备过程为：先将钼尾矿砂和水按照质量比为1：1.0～1.2充分混合，再加入占钼尾矿砂质量0.04～0.08％的三乙醇胺、占钼尾矿砂质量0.1～0.2％的葡萄糖酸钠和占钼尾矿砂质量0.05～0.15％聚羧酸减水剂，在球磨转速为100～200r/min，球料比为1～3：1的条件下混合球磨20～30min，干燥后即得钼尾矿微粉；其中所述聚羧酸减水剂采用甲基烯丙基聚氧乙烯醚大单体合成，固含量≥40％，为浅黄色粘稠液体。

进一步地，砂为河砂或机制砂，其细度模数≥3.0，且0.3mm以下颗粒含量低于10wt％。

进一步地，碎石为粒径5～25mm的石灰石碎石。

进一步地，水泥为等级P.O 42.5及以上的普通硅酸盐水泥；膨胀剂为市售II型膨胀剂；减水剂为聚羧酸减水剂，减水率≥30％；粘度调节剂为乙烯/醋酸乙烯酯共聚物和甲基烯丙基聚氧乙烯醚按照质量比为1:1的比例复配而成；含气量调节剂为脂肪醇磺酸盐类引气剂；缓凝剂为柠檬酸钠或葡萄碳酸钠。

本发明还提供了上述高稳定自密实混凝土的制备方法，包括如下步骤：

(1)将钼尾矿砂与砂复掺得到复配砂，使得复配砂中0.3mm以下颗粒含量达到12～15％，细度模数达到2.4～2.7；

(2)将钼尾矿砂和水按照质量比为1：1.0～1.2充分混合，再加入占钼尾矿砂质量0.04～0.08％的三乙醇胺、占钼尾矿砂质量0.1～0.2％的葡萄糖酸钠和占钼尾矿砂质量0.05～0.15％聚羧酸减水剂，在球磨转速为100～200r/min，球料比为1～3：1的条件下混合球磨20～30min，干燥后即得钼尾矿微粉；其中所述聚羧酸减水剂采用甲基烯丙基聚氧乙烯醚大单体合成，固含量≥40％，为浅黄色粘稠液体；

(3)按照配合比设计，将碎石、复配砂、水泥、钼尾矿微粉、膨胀剂和粘度调节剂依次投入搅拌机中，搅拌混匀；

(4)将含气量调节剂、缓凝剂、减水剂和水混合搅拌均匀得到混合溶液，然后将混合溶液加入搅拌机中，搅拌时间不少于3min，即得到高稳定自密实混凝土。

本发明的优势在于：

(1)本发明采用钼尾矿微粉替代了SCC常用粉煤灰掺合料，避免了由于粉煤灰品质不稳定造成的SCC性能不稳定的难题。

(2)本发明直接采用钼尾矿砂对SCC用砂进行了细度模数和0.3mm以下颗粒含量的有效调控，确保了复配砂(砂和钼尾矿砂)的细度模数在2.4～2.7之间，0.3mm以下颗粒含量为12～15wt％，进一步提高了SCC稳定性。

(3)相比较采用常规材料制备的SCC，采用本发明制备的SCC，1h的T500波动降低了140％，含气量波动降低了87.5％，有效提高了新拌SCC的稳定性，且28d抗压强度提高了33.1％，耐久性参数电通量降低了44.1％，显著提高了SCC的强度和耐久性能。

附图说明

图1为现有SCC稳定性不佳实物图，其中(a)为SCC泌水，离析；(b)为粗骨料下沉，浆体上浮；

图2为钼尾矿砂和钼尾矿微粉的实物图；

图3为实施例2制得的SCC静置1h后的坍落度测试图。

具体实施方式

以下通过实施例进一步详细说明本发明，但不局限于实施例。

需要说明的是，本实施例采用的钼尾矿砂来源于黑龙江伊春鹿鸣矿业集团在提炼钼金属后产生的钼尾矿，主要含有SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃，且三者含量之和不低于80wt％，钼尾矿砂中粒径为0.1～0.3mm的颗粒含量占95wt％，亚甲蓝值(MB)≤1.4％，表观密度≥2500kg/m³，放射性和重金属含量合格。

试验用原材料均来自某商品混凝土拌合站，其中粉煤灰为F类II级粉煤灰，粉煤灰和钼尾矿微粉作为掺和料占胶凝材料(即水泥、掺和料、膨胀剂和粘度调节材料)的19.6wt％，砂为河砂，有3.0和3.3两种细度模数。3.0细度模式的河砂0.3mm以下颗粒含量为7.5wt％，3.3细度模式的河砂0.3mm以下颗粒含量为5.3wt％。

实施例1

一种高稳定自密实混凝土，其原料配比参见表1：

其中，钼尾矿微粉的具体制备过程为：将钼尾矿砂和水按照质量比为1：1充分混合后，放入球磨机，再加入占钼尾矿质量0.04％的三乙醇胺、0.2％的葡萄糖酸钠和0.1％的聚羧酸减水剂，在球磨机转速150r/min，球料比为2：1的条件下，混合球磨20min，最后在50℃下烘干，即得钼尾矿微粉；测得45μm方孔筛筛余≤10％，需水量比≤105％，28d活性指数≥60％，烧失量≤5％，含水率≤1％，亚甲蓝含量≤6g/kg，氯离子含量≤0.06％，三氧化硫含量≤3％，安定性合格，放射性和重金属含量合格。

复配砂中，砂为河砂，细度模数为3.0，0.3mm以下的颗粒含量为7.5wt％，掺入53.76kg的钼尾矿砂后，复配砂的细度模数为2.61，0.3mm以下的颗粒含量为14.5wt％。

水泥为等级P.O 42.5及以上的普通硅酸盐水泥；膨胀剂为市售II型膨胀剂；减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水率≥30％；粘度调节剂为乙烯/醋酸乙烯酯共聚物和甲基烯丙基聚氧乙烯醚按照质量比为1:1的比例复配而成；含气量调节剂为脂肪醇磺酸盐类引气剂；缓凝剂为柠檬酸钠或葡萄碳酸钠。

高稳定自密实混凝土的具体制备过程为：

(1)将钼尾矿砂与河砂复掺得到复配砂，补充粗砂中0.3mm以下颗粒含量，使复配砂中0.3mm以下颗粒含量达到12～15wt％，细度模数达到2.4～2.7之间；

(2)按照配合比设计，将碎石、复配砂、水泥、钼尾矿微粉、膨胀剂和粘度调节剂依次投入搅拌机中，搅拌30s混匀；

(3)将含气量调节剂、缓凝剂、减水剂和水混合，搅拌30s均匀，然后将其加入搅拌机中，搅拌时间不少于3min，即得到高稳定自密实混凝土。

测试新拌SCC初始坍落扩展度为645mm，T500时间为5.5s，初始含气量为4.1％，放置1小时后，坍落扩展度为635mm，T500时间为6.8s，含气量为3.8％，混凝土无泌水，均质性较好，新拌SCC稳定性显著改善。

实测28d抗压强度为46.2MPa，电通量为685C。

实施例2

原料配比参见表1，同实施例1，区别在于采用的河砂细度模数为3.3，0.3mm以下的颗粒含量为5.3wt％，掺入68.35kg的钼尾矿砂后，复配砂的细度模数调控为2.66，0.3mm以下的颗粒含量为14.2wt％。

测试新拌SCC初始坍落扩展度为640mm，T500时间为5.8s，初始含气量为4.6％，放置1小时后，坍落扩展度为630mm，T500时间为6.5s，含气量为4.3％，混凝土无泌水，均质性较好，新拌SCC稳定性显著改善。

实测28d抗压强度为48.2MPa，电通量为721C。

对比例1

原料配比参见表1，同实施例1，区别仅在于将钼尾矿微粉替换为F类II级粉煤灰；砂仅采用细度模数为3.0，0.3mm以下的颗粒含量为7.5wt％的河砂，未掺钼尾矿砂。

测试新拌SCC初始坍落扩展度为650mm，T500时间为2.8s，含气量为9.1％，1小时后，坍落扩展度为660mm，T500时间增大为7.6s，含气量降低为3.6％，混凝土出现泌水现象，石子出现下沉，砂浆上浮，SCC稳定性不佳。

实测28d抗压强度为36.2MPa，电通量为1290C。

对比例2

原料配比参见表1，同实施例2，区别仅在于将钼尾矿微粉替换为F类II级粉煤灰；砂仅采用细度模数为3.3，0.3mm以下的颗粒含量为5.3wt％的河砂，未掺钼尾矿砂。

测试新拌SCC初始坍落扩展度为670mm，T500时间为2.5s，含气量为9.6％，1小时后，坍落扩展度为665mm，T500时间增大为7.5s，含气量降低为3.1％，混凝土出现较明显的泌水现象，新拌阶段的SCC稳定性不佳。

实测28d抗压强度为33.6MPa，电通量为1520C。

对比例3

原料配比参见表1，同实施例1，区别仅在于砂仅采用细度模数为3.0，0.3mm以下的颗粒含量为7.5wt％的河砂，未掺钼尾矿砂。

测试新拌SCC初始坍落扩展度为650mm，T500时间为4.2s，含气量为7.8％，放置1小时后，坍落扩展度为645mm，T500时间增大为6.6s，含气量降低为3.8％，混凝土有一定的泌水，但新拌SCC稳定性较对比例1和2有一定改善。实测28d抗压强度为41.2MPa，电通量为885C。

对比例4

原料配比参见表1，同实施例2，区别仅在于砂仅采用细度模数为3.3，0.3mm以下的颗粒含量为5.3wt％的河砂，未掺钼尾矿砂。

测试新拌SCC初始坍落扩展度为655mm，T500时间为4.1s，含气量为8.1％，放置1小时后，坍落扩展度为655mm，T500时间为7.8s，含气量降低为3.5％，混凝土有一定的泌水，但新拌SCC稳定性较对比例1和2有一定改善。实测28d抗压强度为38.6MPa，电通量为950C。

仅采用河砂条件下，相比较对比例1和对比例2采用粉煤灰作为掺合料，对比例3和对比例4采用钼尾矿微粉作为掺合料后，SCC的初始含气量和1h含气量的变化显著降低，且SCC泌水显著得到改善，强度提高，电通量降低。

相比较对比例1～4，实施例1和2采用钼尾矿微粉作为掺合料，且通过直接掺入钼尾矿砂增加了河砂中0.3mm以下的细颗粒含量，降低了粗砂的细度，满足了制备SCC材料的性能。而且采用实施例1和2制备的SCC，工作性能稳定，1h工作性参数变化非常小，且混凝土均匀性好，无泌水、离析等现象。28d抗压强度明显高于对比例1～4组，耐久性参数电通量值也明显低于对比例1～4组。

采用本方法制备SCC，既实现了钼尾矿的高品质资源化利用，同时制备出了高稳定性的SCC。

表1实施例1-2和对比例1-4的SCC原料配比/kg/m³

表2实施例1-2和对比例1-4制得的新拌SCC性能对比

Claims

1.一种高稳定自密实混凝土，其特征在于，每立方米混凝土中，包括以下质量份的原料：

水泥 330~370份；

钼尾矿微粉 80~120份；

复配砂 750~800份；

碎石 850~900份；

膨胀剂 38～42份；

粘度调节剂 18～22份；

减水剂 9~12份；

含气量调节剂 1.5~3.0份；

缓凝剂 4~8份；

水 170~180份；

其中，钼尾矿微粉的具体制备过程为：先将钼尾矿砂和水按照质量比为1：1.0~1.2充分混合，再加入占钼尾矿砂质量0.04~0.08%的三乙醇胺、占钼尾矿砂质量0.1~0.2%的葡萄糖酸钠和占钼尾矿砂质量0.05~0.15%聚羧酸减水剂，在球磨转速为100~200r/min，球料比为1~3：1的条件下混合球磨20~30min，干燥后即得钼尾矿微粉，其45μm方孔筛筛余≤ 10%，需水量比≤105%，28d活性指数≥60%，烧失量≤5%，含水率≤1%，亚甲蓝含量≤6g/kg，氯离子含量≤0.06%，三氧化硫含量≤3%；其中所述聚羧酸减水剂采用甲基烯丙基聚氧乙烯醚大单体合成，固含量≥40%，为浅黄色粘稠液体；

其中，复配砂为砂和钼尾矿砂的混合物，其0.3mm以下颗粒含量为12~15wt%，细度模数为2.4~2.7。

2.根据权利要求1所述的高稳定自密实混凝土，其特征在于，钼尾矿砂中主要含有SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃，且三者含量之和不低于80wt%，钼尾矿砂中0.1~0.3mm之间的颗粒含量不少于90wt%。

3.根据权利要求1所述的高稳定自密实混凝土，其特征在于，砂为河砂或机制砂，其细度模数 ≥ 3.0，且0.3mm以下颗粒含量低于10wt%。

4.根据权利要求1所述的高稳定自密实混凝土，其特征在于，碎石为粒径5～25mm的石灰石碎石。

5.根据权利要求1所述的高稳定自密实混凝土，其特征在于，水泥为等级P.O 42.5及以上的普通硅酸盐水泥；膨胀剂为市售II型膨胀剂；减水剂为聚羧酸减水剂，减水率≥30%；粘度调节剂为乙烯/醋酸乙烯酯共聚物和甲基烯丙基聚氧乙烯醚按照质量比为1:1的比例复配而成；含气量调节剂为脂肪醇磺酸盐类引气剂；缓凝剂为柠檬酸钠或葡萄碳酸钠。

6.权利要求1-5任一项所述的高稳定自密实混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将钼尾矿砂与砂复掺得到复配砂，使得复配砂中0.3mm以下颗粒含量达到12~15wt%，细度模数达到2.4~2.7；

（2）将钼尾矿砂和水按照质量比为1：1.0~1.2充分混合，再加入占钼尾矿砂质量0.04~0.08%的三乙醇胺、占钼尾矿砂质量0.1~0.2%的葡萄糖酸钠和占钼尾矿砂质量0.05~0.15%聚羧酸减水剂，在球磨转速为100~200r/min，球料比为1~3：1的条件下混合球磨20~30min，干燥后即得钼尾矿微粉；其中所述聚羧酸减水剂采用甲基烯丙基聚氧乙烯醚大单体合成，固含量≥40%，为浅黄色粘稠液体；

（3）按照配合比设计，将碎石、复配砂、水泥、钼尾矿微粉、膨胀剂和粘度调节剂依次投入搅拌机中，搅拌混匀；

（4）将含气量调节剂、缓凝剂、减水剂和水混合搅拌均匀得到混合溶液，然后将混合溶液加入搅拌机中，搅拌时间不少于3min，即得到高稳定自密实混凝土。