CN116425563A - 铝土尾矿基泡沫轻质土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝土尾矿基泡沫轻质土及其制备方法，属于建筑材料技术领域。所述铝土尾矿基泡沫轻质土的原料按重量份计，包括：水泥50份、粉煤灰20份、矿粉30份、流态铝土尾矿泥(含水率为200～300％)60～90份、硅烷偶联剂改性硬脂酸钙0.3～0.5份、减水剂1～2份、水和泡沫400～1100L/m3；其中，水灰比为0.6。本发明通过以高含水量的流态铝土尾矿泥为原料，配合硅烷偶联剂改性硬脂酸钙及其他组分，不仅能制备出强度高、抗渗性好、密度可调的泡沫轻质土；还能解决目前铝土尾矿泥堆积的问题。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种铝土尾矿基泡沫轻质土及其制备方法。
背景技术
泡沫轻质土是一种轻质多孔材料，不含粗骨料，因具备良好的轻质性、强度密度可调节性、自流平、耐火环保、经济性高等优点，目前在国内外已广泛应用于保温隔热材料、公路扩宽、软基处理、管道填埋及采空区充填等领域，其轻质、经济的特点是普通混凝土不能胜任的。
目前的铝工业主要采用选矿拜耳法对中低品位铝土矿进行处理加工，与常规的拜耳法相比，选矿拜耳法增加了选洗工艺，除了产生赤泥废弃物以外，在选矿过程中又产生了大量高含水量的铝土尾矿泥，新吹填尾矿含水量可高达300％，且在排泥库内堆存十几年后含水量仍高达180％，表面呈无承载力流塑状态，大型作业设备无法进场。由于铝土尾矿泥中含有大量高岭石等粘土矿物，具有颗粒细小、不易固结、压缩性差和吸水性强等特点，在南方多雨气候的降水降雨作用下其亲水吸水的特点使其长期处于含水量高的流态泥浆状态，无法在平地上堆存，必须构筑坝体，库容量需求极高。
目前对于高含水量的铝土尾矿泥，缺乏有效的利用手段。如何有效利用高含水量的铝土尾矿泥以减轻铝工业的生产压力，是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝土尾矿基泡沫轻质土及其制备方法。通过以高含水量的流态铝土尾矿泥为原料，配合硅烷偶联剂改性硬脂酸钙及其他组分，制备出强度高、抗渗性好、密度可调的泡沫轻质土。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明技术方案之一：提供一种铝土尾矿基泡沫轻质土，按重量份计，原料包括：
水泥50份、粉煤灰20份、矿粉30份、流态铝土尾矿泥60～90份、硅烷偶联剂改性硬脂酸钙3～5份、减水剂0.3～0.5份、泡沫400～1100L/m3和水；
其中，水灰比为0.6；所述流态铝土尾矿泥中水与铝土尾矿泥的比例为(1～2):1。
本发明所述的水灰比为所述水与流态铝土尾矿泥中水的总质量与胶凝材料的比例，胶凝材料为：水泥、粉煤灰、矿粉和铝土尾矿泥(干重)。
优选地，所述硅烷偶联剂改性硬脂酸钙为硅烷偶联剂与硬脂酸钙按质量比1:10混合后干法表面改性所得。
更优选地，所述硅烷偶联剂为Y-氨丙基三乙氧基硅烷；所述干法表面改性的温度为65～80℃。
本发明加入的硅烷偶联剂改性硬脂酸钙能够提高泡沫的粘度，降低泡沫流动性，从而具备稳泡作用；所加入的硅烷偶联剂改性硬脂酸钙还能够伸入水泥、粉煤灰、矿粉和铝土尾矿泥的毛细孔内，增强胶凝材料之间的黏结效果和连接强度，从而增强泡沫轻质土的黏聚性，有效提升泡沫轻质土的无侧限抗压强度和抗渗性能。
优选地，所述矿粉为水淬高炉矿渣经干燥、粉磨后所得，粒径为1～100μm。
本发明所用矿粉是用水淬高炉矿渣，经干燥、粉磨等工艺得到的高细度、高活性粉料，是优质的混凝土掺合料和水泥混合材料，是公认的配制高性能混凝土的重要材料，加入到泡沫轻质土中作为胶凝材料，能够有效提升泡沫轻质土的力学性能。
优选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率＞25％。
优选地，所述泡沫的密度为40～60kg/m3。
优选地，所述泡沫由高分子复合型发泡剂加40倍质量的水稀释后通入压缩空气制备得到。
本发明技术方案之二：提供一种上述铝土尾矿基泡沫轻质土的制备方法，包括以下步骤：
将水泥、粉煤灰和矿粉混合均匀，加入流态铝土尾矿泥，按照水灰比0.6加入所需水，搅拌均匀，加入减水剂、硅烷偶联剂改性硬脂酸钙和泡沫，搅拌均匀，浇筑、养护，得到铝土尾矿基泡沫轻质土。
本发明的有益技术效果如下：
本发明提供了一种以铝土尾矿泥为原料制备泡沫轻质土的方法，能够用于解决铝土尾矿泥堆积的问题，具有较大的经济价值和推广应用潜力。
本发明通过以高含水量的流态铝土尾矿泥为原料，配合硅烷偶联剂改性硬脂酸钙及其他组分，制备出强度高、抗渗性好、密度可调的泡沫轻质土。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明实施例及对比例中的含水率为铝土尾矿泥干物质与流态铝土尾矿泥或软塑态铝土尾矿泥的比例。
本发明实施例及对比例所用水泥为市售42.5级普通硅酸盐水泥；所用粉煤灰为II级粉煤灰；所用矿粉的粒径为1～100μm(原料为水淬高炉矿渣)；所用减水剂为减水率＞25％的聚羧酸减水剂。
本发明所用硅烷偶联剂改性硬脂酸钙的制备步骤如下：
按照质量比1:10分别称取Y-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550和硬脂酸钙，将Y-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550和硬脂酸钙加入到干法表面改性设备中，在70℃下混合3h，卸料，得到硅烷偶联剂改性硬脂酸钙。
本发明所用流态铝土尾矿泥中铝土尾矿泥干物质的成分表见表1。
表1铝土尾矿泥中矿物成分
实施例1
泡沫轻质土的制备步骤：
(1)水泥浆的制备：
将水泥50kg，粉煤灰20kg、矿粉30kg加入到搅拌机中，搅拌均匀后加入48kg水，60kg含水率为200％的流态铝土尾矿泥和0.5kg的减水剂，继续搅拌10min，得到水泥浆；
(2)泡沫的制备：
向高分子复合型发泡剂SF中加入40倍质量的水，随后向稀释后的发泡剂内部通入压缩空气，通过气泡机的发泡制成密度为50(±1)kg/m3的泡沫；
(3)泡沫轻质土的制备：
将步骤(1)的水泥浆搅拌均匀后加入硅烷偶联剂改性硬脂酸钙3kg和步骤(2)制备的泡沫，泡沫加入量为400L/m3，搅拌均匀后得到泡沫轻质土湿料；浇筑到模具中，在湿度95(±2)％、温度22(±2)℃的条件下进行养护28天，得到泡沫轻质土试件。
实施例2
泡沫轻质土的制备步骤：
(1)水泥浆的制备：
将水泥50kg，粉煤灰20kg、矿粉30kg加入到搅拌机中，搅拌均匀后加入30kg水，78kg含水率为260％的流态铝土尾矿泥和0.4kg的减水剂，继续搅拌10min，得到水泥浆；
(2)泡沫的制备：
向高分子复合型发泡剂SF中加入40倍质量的水，随后向稀释后的发泡剂内部通入压缩空气，通过气泡机的发泡制成密度为50(±1)kg/m3的泡沫；
(3)泡沫轻质土的制备：
将步骤(1)的水泥浆搅拌均匀后加入硅烷偶联剂改性硬脂酸钙3kg和步骤(2)制备的泡沫，泡沫加入量为700L/m3，搅拌均匀后得到泡沫轻质土湿料；浇筑到模具中，在湿度95(±2)％、温度22(±2)℃的条件下进行养护28天，得到泡沫轻质土试件。
实施例3
泡沫轻质土的制备步骤：
(1)水泥浆的制备：
将水泥50kg，粉煤灰20kg、矿粉30kg加入到搅拌机中，搅拌均匀后加入18kg水，90kg含水率为300％的流态铝土尾矿泥和0.3kg的减水剂，继续搅拌10min，得到水泥浆；
(2)泡沫的制备：
向高分子复合型发泡剂SF中加入40倍质量的水，随后向稀释后的发泡剂内部通入压缩空气，通过气泡机的发泡制成密度为50(±1)kg/m3的泡沫；
(3)泡沫轻质土的制备：
将步骤(1)的水泥浆搅拌均匀后加入硅烷偶联剂改性硬脂酸钙3kg和步骤(2)制备的泡沫，泡沫加入量为1100L/m3，搅拌均匀后得到泡沫轻质土湿料；浇筑到模具中，在湿度95(±2)％、温度22(±2)℃的条件下进行养护28天，得到泡沫轻质土试件。
对比例1
泡沫轻质土的制备步骤：
与实施例1相比，区别仅在于，将步骤(1)中加入的60kg含水率为200％的流态铝土尾矿泥替换为48kg含水率为160％的软塑态铝土尾矿泥，另外补加12kg水。
对比例2
泡沫轻质土的制备步骤：
与实施例2相比，区别仅在于，将步骤(1)中加入的78kg含水率为260％的流态铝土尾矿泥替换为48kg含水率为160％的软塑态铝土尾矿泥，另外补加30kg水。
对比例3
泡沫轻质土的制备步骤：
与实施例3相比，区别仅在于，将步骤(1)中加入的90kg含水率为300％的流态铝土尾矿泥替换为48kg含水率为160％的软塑态铝土尾矿泥，另外补加42kg水。
对比例4
泡沫轻质土的制备步骤：
与实施例1相比，区别仅在于，将步骤(3)加入的硅烷偶联剂改性硬脂酸钙替换为等质量的硬脂酸钙。
对实施例1～3及对比例4制备的泡沫轻质土试件的无侧限抗压强度和体积吸水率进行测定。
无侧限抗压强度的测定方法：采用微机控制电液伺服万能试验机测量各组试件的无侧限抗压强度，加载速率为2kN/s，各组测定三个试件取平均值，测定结果见表2。
体积吸水率的测定方法：将各组在20℃下浸泡于水中，40d后每隔5d测定一次重量，直至重量不再增加，记录吸水饱和的时间，同时计算体积吸水率(VA)，计算公式如下，各组测定三个试件取平均值，测定结果见表3：
上式中，mi为饱和吸水时试件的质量(kg)，m0为试件初始质量(kg)，V0为试件初始体积，ρw为水的密度1000kg/m3。
表2各组试件的无侧限抗压强度
表3各组试件的饱和吸水时间及体积吸水率
| 饱和吸水时间/d | 体积吸水率 | |
| 实施例1 | 100 | 10.3％ |
| 实施例2 | 85 | 14.6％ |
| 实施例3 | 60 | 20.1％ |
| 对比例1 | 100 | 10.1％ |
| 对比例2 | 80 | 14.2％ |
| 对比例3 | 50 | 20.3％ |
| 对比例4 | 60 | 10.6％ |
从表2中能够看出，采用软塑态的铝土尾矿泥对泡沫含量高的泡沫轻质土的抗压性能影响较大，对泡沫含量低的泡沫轻质土的抗压性能几乎没有影响，原因可能是流动性好的铝土尾矿泥所制得水泥浆与泡沫的相容性好，气孔产生破裂连通情况减少，形成的气孔相对均匀，而泡沫本身含量较少时，铝土尾矿泥的流动性对泡沫稳定性影响不大。添加硅烷偶联剂改性的硬脂酸钙相对于仅能提高泡沫稳定性的硬脂酸钙，能使泡沫轻质土的抗压强度明显提升。
从表3中能够看出，软塑态的铝土尾矿泥对泡沫含量高的泡沫轻质土的抗渗性能影响不大，对泡沫含量高的泡沫轻质土抗渗性能影响较大，进一步验证了铝土尾矿泥的流动性会对泡沫的稳定性造成影响，泡沫含量高的泡沫轻质土由于泡沫连通，气孔不均匀，导致抗渗性能降低。添加硅烷偶联剂改性的硬脂酸钙相对于硬脂酸钙，能够提升泡沫轻质土的抗渗性。
本发明实施例及对比例所制得泡沫轻质土湿料的流动度依照《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》CJJ/T 177-2012进行测定，经测定流动度均在160～200mm的范围内，符合泡沫轻质土的施工要求。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种铝土尾矿基泡沫轻质土，其特征在于，按重量份计，原料包括：
水泥50份、粉煤灰20份、矿粉30份、流态铝土尾矿泥60～90份、硅烷偶联剂改性硬脂酸钙3～5份、减水剂0.3～0.5份、泡沫400～1100L/m3和水；
其中，水灰比为0.6；所述流态铝土尾矿泥中水与铝土尾矿泥的比例为(1～2):1。
2.根据权利要求1所述的铝土尾矿基泡沫轻质土，其特征在于，所述硅烷偶联剂改性硬脂酸钙为硅烷偶联剂与硬脂酸钙按质量比1:10混合后干法表面改性所得。
3.根据权利要求2所述的铝土尾矿基泡沫轻质土，其特征在于，所述硅烷偶联剂为Y-氨丙基三乙氧基硅烷；所述干法表面改性的温度为65～80℃。
4.根据权利要求1所述的铝土尾矿基泡沫轻质土，其特征在于，所述矿粉为水淬高炉矿渣经干燥、粉磨后所得，粒径为1～100μm。
5.根据权利要求1所述的铝土尾矿基泡沫轻质土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率＞25％。
6.根据权利要求1所述的铝土尾矿基泡沫轻质土，其特征在于，所述泡沫的密度为40～60kg/m3。
7.根据权利要求6所述的铝土尾矿基泡沫轻质土，其特征在于，所述泡沫由高分子复合型发泡剂加40倍质量的水稀释后通入压缩空气制备得到。
8.一种权利要求1～7任一项所述铝土尾矿基泡沫轻质土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将水泥、粉煤灰和矿粉混合均匀，加入流态铝土尾矿泥，按照水灰比0.6加入所需水，搅拌均匀，加入减水剂、硅烷偶联剂改性硬脂酸钙和泡沫，搅拌均匀，浇筑、养护，得到铝土尾矿基泡沫轻质土。
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