專利名稱：一種利用粉煤灰和鐵尾礦制備高強混凝土材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于資源綜合利用領(lǐng)域，提供了一種利用粉煤灰和鐵尾礦制備高強混凝土材料的方法。
背景技術(shù)：
隨著中國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，尾礦的排放量逐年增加。我國尾礦累積堆存120億t以上，年產(chǎn)出量達(dá)到13億t，占全世界尾礦產(chǎn)出量的50%以上，而尾礦的綜合利用率只有14%，絕大多數(shù)尾礦尚未被綜合利用。大量堆存的尾礦不僅占用土地、浪費資源，污染環(huán)境，而且具有嚴(yán)重的安全隱患。目前，我國尾礦的再利用主要有尾礦提取有價元素，尾礦制作建筑材料和尾礦作為充填材料等方面，利用價值和經(jīng)濟效益遠(yuǎn)未得到充分發(fā)揮。 發(fā)明專利CN101182141A《一種利用鐵尾礦制備高強結(jié)構(gòu)材料的方法》公開了一種以鐵尾礦為主要原料制備膠凝材料和以鐵尾礦為細(xì)骨料制備細(xì)骨料混凝土的高強結(jié)構(gòu)材料方法。其特征在于對鐵尾礦進(jìn)行超細(xì)粉磨使其比表面積達(dá)到700m2/kg以上，再加入一定量的高爐水淬礦渣粉共同替代部分水泥作為膠凝材料，再將此種含有超細(xì)鐵尾礦粉的膠凝材料與粗粒鐵尾礦按一定比例配制成細(xì)骨料混凝土，通過高溫蒸養(yǎng)或蒸壓養(yǎng)護(hù)得到抗壓強度達(dá)到IOOMPa以上的高強結(jié)構(gòu)材料。該技術(shù)雖然能夠消納鐵尾礦和節(jié)約天然砂石資源，但是工藝流程中需要鐵尾礦具有很高的比表面積，這就造成了生產(chǎn)過程中粉磨能耗過高，不利于節(jié)能減排和降低成本；另外工藝流程還規(guī)定需要蒸汽常壓養(yǎng)護(hù)或蒸壓養(yǎng)護(hù)，也造成了生產(chǎn)條件要求苛刻，基建和維護(hù)成本過高。因此利用該專利中的高強結(jié)構(gòu)材料代替目前大量應(yīng)用的C60-C80混凝土構(gòu)件在生產(chǎn)成本上不具競爭力。發(fā)明專利C04B 28/18《采用鐵尾礦和高鈣粉煤灰渣生產(chǎn)砌筑水泥的方法》和發(fā)明專利CN101671146A《鐵尾礦混凝土》能夠利用固體廢棄物制備出水泥或者混凝土，降低水泥和天然砂石的用量，但是以上兩種專利不能制備出抗壓強度超過SOMPa的高強混凝土預(yù)制件和抗壓強度超過IOOMPa的超高強混凝土預(yù)制件，因此其產(chǎn)品附加值低，不適合遠(yuǎn)距離運輸，也就無法解決尾礦集中產(chǎn)出量大，綜合利用受到限制的難題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決因鐵尾礦超細(xì)粉磨和混凝土蒸壓養(yǎng)護(hù)而造成的成本過高等技術(shù)難題，同時還能夠提高尾礦產(chǎn)品附加值，使綜合利用受產(chǎn)品與市場運距限制的問題得以緩解。通過摻入粉煤灰，并與礦渣、脫硫石膏和少量水泥熟料進(jìn)行粒級與活性的雙重協(xié)同優(yōu)化，配制成復(fù)合膠凝材料，然后通過與作為細(xì)骨料的原始粒級磁鐵石英巖型鐵尾礦進(jìn)行邊界反應(yīng)與材料力學(xué)協(xié)同，低成本制備出強度達(dá)到IOOMPa以上的超高強混凝土結(jié)構(gòu)材料。本發(fā)明利用粉煤灰和鐵尾礦制備抗壓強度超過SOMPa的高強混凝土預(yù)制件和抗壓強度超過IOOMPa的超高強混凝土材料，以實現(xiàn)大比例消納粉煤灰和鐵尾礦、降低能源消耗和降低CO2排放的目的?！N利用粉煤灰和鐵尾礦制備高強混凝土材料的方法，具體步驟如下
I、采用梯級混磨工藝，即前一階段粉磨的出料作為后一階段粉磨的部分原料即首先將高爐水淬礦渣磨細(xì)至比表面積250m2/kg 350m2/kg，然后將此種磨細(xì)后的高爐水淬礦渣與水泥熟料、脫硫石膏混合在一起，其中三種物料質(zhì)量百分比為磨細(xì)高爐水淬礦渣粉40% 45%、水泥熟料40% 45%、脫硫石膏10% 20%，最后將混合好的三種物料磨至比表面積550m2/kg 650m2/kg,得到膠凝材料I。2、將質(zhì)量百分比為55% 65%的膠凝材料I與35% 45%的原狀粉煤灰混合，得到制備尾礦高強混凝土結(jié)構(gòu)材料的專用膠凝材料2。3、將質(zhì)量百分比為40% 50%的膠凝材料2與50% 60%的作為細(xì)骨料的原始粒級磁鐵石英巖型鐵尾礦混合得到無粗骨料的混凝土干基混合料。然后外加占膠凝材料2干基質(zhì)量O. 3% I. 4%的高效減水劑和占膠凝材料2干基質(zhì)量20% 23%的水，攪拌均勻后澆注到模具中振動成型，經(jīng)常溫濕養(yǎng)護(hù)或標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后得到一種以粉煤灰和鐵尾礦為主要原料制備的高強混凝土結(jié)構(gòu)材料。4、所述高強混凝土結(jié)構(gòu)材料的配料組成質(zhì)量百分比為磁鐵石英巖型鐵尾礦50% 60%，粉煤灰16% 20%，礦渣10. 4% 13%，水泥熟料10. 4% 13%，脫硫石膏3. 2% 4%。然后外加占膠凝材料2干基質(zhì)量O. 3% I. 4%的高效減水劑和占膠凝材料2干基質(zhì)量20% 23%的水。制成的細(xì)骨料混凝土試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天抗折強度16. 8MPa 20. 6MPa，28天抗壓強度92. 7MPa 100. IMPa0 本發(fā)明的優(yōu)點或積極效果
(I)由于粉煤灰比磨細(xì)鐵尾礦具有更高的火山灰活性，把磨細(xì)鐵尾礦用粉煤灰取代，可以解決粉磨能耗過高和養(yǎng)護(hù)條件相對苛刻的難題，并且能夠?qū)崿F(xiàn)常溫養(yǎng)護(hù)條件下低成本制備出28天抗壓強度達(dá)到IOOMPa以上的高強混凝土材料，能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益。(2)相對于普通硅酸鹽水泥來說該體系膠凝材料中水泥熟料所占比例降低50%以上，而粉煤灰、礦渣和脫硫石膏的比例大幅度提高。一方面這種膠凝材料體系可以大幅度節(jié)省水泥熟料，從而減排CO2，并能利用大量的固體廢棄物。另一方面相對于尾礦生產(chǎn)C60以下的混凝土，本發(fā)明由于可以低成本生產(chǎn)抗壓強度在SOMPa以上的高強混凝土預(yù)制件和抗壓強度在IOOMPa以上的超高強混凝土預(yù)制件，可以克服傳統(tǒng)尾礦綜合利用產(chǎn)品附加值低的缺點，解決鐵尾礦集中產(chǎn)出和受產(chǎn)品與市場之間運距限制的難題。
具體實施例方式 實施例I:
步驟I、采用梯級混磨工藝，即前一階段粉磨的出料作為后一階段粉磨的部分原料。首先將高爐水淬礦渣磨細(xì)至比表面積350m2/kg，再將質(zhì)量百分比為45%的磨細(xì)礦渣粉、45%的水泥熟料、10%的脫硫石膏混磨至比表面積580m2/kg，得到膠凝材料I。步驟2、將質(zhì)量百分比為60%的膠凝材料I與40%的原狀粉煤灰混合，得到制備尾礦高強混凝土結(jié)構(gòu)材料的專用膠凝材料2。步驟3、將質(zhì)量百分比為50%的膠凝材料2與50%的作為細(xì)骨料的原始粒級磁鐵石英巖型鐵尾礦混合得到無粗骨料的混凝土干基混合料。然后外加占膠凝材料2干基質(zhì)量1%的UNF-5萘系高效減水劑和占膠凝材料2干基質(zhì)量23%的水，拌勻后在模具內(nèi)澆注，振動成型，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)24h后脫模，放在水中濕養(yǎng)，分別測試3天、7天和28天的抗折強度與抗壓強度，鐵尾礦高強混凝土材料的強度性能如下表所示
表I實施例I所得產(chǎn)品強度性能
權(quán)利要求
1.一種利用粉煤灰和鐵尾礦制備高強混凝土材料的方法，其特征是具體步驟如下 (1)采用梯級混磨工藝，即前一階段粉磨的出料作為后一階段粉磨的部分原料即首先將高爐水淬礦渣磨細(xì)至比表面積250m2/kg 350m2/kg，然后將此種磨細(xì)后的高爐水淬礦渣與水泥熟料、脫硫石膏混合在一起，其中三種物料質(zhì)量百分比為磨細(xì)高爐水淬礦渣粉40% 45%、水泥熟料40% 45%、脫硫石膏10% 20%，最后將混合好的三種物料磨至比表面積550m2/kg 650m2/kg,得到膠凝材料I ; (2)將質(zhì)量百分比為55% 65%的膠凝材料I與35% 45%的原狀粉煤灰混合，得到制備尾礦高強混凝土結(jié)構(gòu)材料的專用膠凝材料2 ； (3)將質(zhì)量百分比為40% 50%的膠凝材料2與50% 60%的作為細(xì)骨料的原始粒級磁鐵石英巖型鐵尾礦混合得到無粗骨料的混凝土干基混合料；然后外加占膠凝材料2干基質(zhì)量0. 3% I. 4%的高效減水劑和占膠凝材料2干基質(zhì)量20% 23%的水，攪拌均勻后澆注到模具中振動成型，經(jīng)常溫濕養(yǎng)護(hù)或標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后得到一種以粉煤灰和鐵尾礦為主要原料制備的高強混凝土結(jié)構(gòu)材料。
全文摘要
一種利用粉煤灰和鐵尾礦制備高強混凝土材料的方法，屬于資源綜合利用領(lǐng)域。材料的配料組成為磁鐵石英巖型鐵尾礦50%～60%，粉煤灰16%～20%，高爐水淬礦渣10.4%～13%，水泥熟料10.4%～13%，脫硫石膏3.2%～4%。然后外加占膠凝材料2干基質(zhì)量0.3%～1.4%的高效減水劑和占膠凝材料2干基質(zhì)量20%～23%的水。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)尾礦綜合利用產(chǎn)品附加值低的缺點，解決了鐵尾礦集中產(chǎn)出和受產(chǎn)品與市場之間運距限制的難題。相對于普通硅酸鹽水泥來說該體系膠凝材料中水泥熟料所占比例降低50%以上，而粉煤灰、礦渣和脫硫石膏的比例大幅度提高，能大幅度節(jié)省水泥熟料，從而減排CO2，并能利用大量的固體廢棄物。
文檔編號B28C5/00GK102658596SQ201210177390
公開日2012年9月12日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者于淼, 倪文, 劉佳, 吳輝, 湯暢, 耿碧瑤, 范敦城 申請人:北京科技大學(xué)