專利名稱：一種利用鐵尾礦制備活性粉末混凝土的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到利用エ業(yè)固體廢棄物制備混凝土的技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及到一種利用鐵尾礦制備活性粉末混凝土的エ藝方法。
背景技術(shù)：
活性粉末混凝土是法國人P. Richard在20世紀(jì)90年代開發(fā)的ー種新型水泥基復(fù)合材料?；钚苑勰┗炷辆哂谐呖箟簭?qiáng)度，同時(shí)具有很高的抗折強(qiáng)度，從而有效的克服普通高性能混凝土脆性高的特點(diǎn)，使其在土木、市政、海洋、核電等工程及軍事設(shè)施中有良好的應(yīng)用前景。改善組成結(jié)構(gòu)是提高混凝土性能的重要途徑。活性粉末混凝土通過提高組份的活性和細(xì)度，減少材料內(nèi)部缺陷，改善內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，獲得高強(qiáng)度和高耐久性。所采取的主要 措施包括剔除粗骨料，僅采用細(xì)骨料，提高材料的勻質(zhì)性；優(yōu)化顆粒級配，使用高效減水劑，提高材料的密實(shí)度；摻加活性組份和低水膠比改善微觀結(jié)構(gòu)；摻入鋼纖維，提高韌性等。ー些國家如法國、美國、加拿大等國家對活性粉末混凝土技術(shù)的研究較為深入，應(yīng)用也比較廣泛。我國研究人員自1997年以來對活性粉末混凝土的配合比和主要性能進(jìn)行了初歩研究，但缺乏系統(tǒng)的性能研究、施工エ藝研究以及應(yīng)用于工程實(shí)踐研究?；钚苑勰┗炷了眉?xì)骨料基本選用石英砂或河砂，活性粉末組份主要由水泥、石英粉和硅灰組成。這些原料成本較高，并且大量消耗自然資源。清華大學(xué)曹峰在水泥基體中復(fù)合使用粉煤灰，減少了硅灰用量，降低活性粉末混凝土的成本。武漢理工大學(xué)胡曙光等發(fā)明了一種采用硅酸鹽水泥、鋼渣粉、粉煤灰、硅灰、河砂等材料制備的低成本活性粉末混凝土材料，專利申請?zhí)?00910060802.0 ;公開號CN 101486554A。東南大學(xué)李剛選用超細(xì)粉煤灰、超細(xì)高爐礦渣、硅粉以及煅燒高嶺土和硅酸鹽水泥作為活性粉末混凝土材料的基材，采用多元復(fù)合的技術(shù)路線，運(yùn)用纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料理論，通過大量試驗(yàn)找出了最優(yōu)配比，成功制備出了抗壓強(qiáng)度達(dá)200MPa的活性粉末混凝土材料。并結(jié)合市政工程的需要，利用此材料制備了窖井蓋。以上研究或發(fā)明均有益于部分的降低活性粉末混凝土材料成本，改善活性粉末混凝土材料性能，但仍未解決活性粉末混凝土材料大量使用石英砂或河砂等天然資源的問題，限制了活性粉末混凝土材料的大范圍推廣應(yīng)用。鐵尾礦是選礦后的廢棄物，是エ業(yè)固體廢棄物的主要組成部分。目前我國鐵尾礦的資源綜合利用率不到10%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家60%的水平。由于鐵尾礦綜合利用率低，尾礦大量堆積，維護(hù)管理費(fèi)用高，給環(huán)境造成嚴(yán)重的污染和危害，同時(shí)帶來了占用土地、資源浪費(fèi)等諸多問題。目前比較成熟的尾礦利用技術(shù)主要是生產(chǎn)低附加值的建材制品。例如免燒磚、燒結(jié)磚、建筑砌塊以及作為混凝土細(xì)骨料等。由于產(chǎn)品附加值較低，受運(yùn)距限制，銷售半徑小，企業(yè)不能獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明的目的就是要利用鐵尾礦制備活性粉末混凝土，解決活性粉末混凝土材料大量消耗石英砂或河砂等天然資源的問題，擴(kuò)大了活性粉末混凝土材料的大范圍推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的ー種利用鐵尾礦制備活性粉末混凝土的エ藝方法是通過對鐵尾礦進(jìn)行篩分和機(jī)械カ化學(xué)活化，利用篩分后部分尾礦作為活性粉末混凝土的細(xì)骨料，將活化后的尾礦作為活性粉末的組份，制備出鐵尾礦活性粉末混凝土材料，本發(fā)明的方法是一、首先進(jìn)行原料選取鐵尾礦細(xì)骨料選取SiO2質(zhì)量百分含量為60% 85%的鐵尾礦，利用方孔篩對鐵尾礦進(jìn)行篩分，篩取粒度為O. 08 I. 25mm范圍內(nèi)的鐵尾礦作為活性粉末混凝土材料的細(xì)骨料；活化鐵尾礦利用球磨機(jī)或超細(xì)粉磨設(shè)備將鐵尾礦細(xì)骨料篩余部分進(jìn)行磨細(xì)，粉磨后的鐵尾礦比表面積達(dá)到550 IOOOmVkg作為活性粉末混凝土材料的活性粉末組份；
水泥42. 5 62. 5的硅酸鹽水泥或者普通硅酸鹽水泥；粉煤灰比表面積彡400m2/kg，需水量比不大于95% ；礦渣比表面積彡400m2/kg ；硅灰比表面積16000 22000m2/kg，其中SiO2含量彡85% ；高效減水劑采用萘系或氨基磺酸系或聚羧酸高效減水劑或復(fù)合減水劑，減水率彡 25% ；鋼纖維長度為10 60mm,直徑為O. 2 O. 6mm,長徑比為50 100,抗拉強(qiáng)度1500 2000MPa。ニ、原料選定后活性粉末混凝土材料中各組份按下列重量)配制水泥17 30;粉煤灰或礦渣或粉煤灰與礦渣復(fù)合4 9活化鐵尾礦4 10;硅灰3 9 ;鐵尾礦細(xì)骨料34 51 ;高效減水劑O. 5 I. 2 ;鋼纖維O 8 ;水6 15。三、活性粉末混凝土材料各組份選定后其エ藝步驟為I.將水泥、粉煤灰或礦渣或粉煤灰與礦渣復(fù)合料、活化鐵尾礦、硅灰作為活性粉末混凝土材料的活性粉末組份，與鐵尾礦細(xì)骨料按比例混合，在攪拌機(jī)內(nèi)攪拌2 3min ；2.將高效減水劑溶于水，加入攪拌機(jī)拌和I 3min，再加入剩余拌和用水，攪拌
2 5min。3.加入鋼纖維攪拌至均勻，澆注于模具內(nèi)，經(jīng)振動成型后放置在溫度20±3°C，相對濕度不小于90%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)24h后拆模。4.脫模后的試件可以在以下4種條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。第一，在溫度20±3°C，相對濕度不小于90%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，或在在溫度為20±3°C的不流動水中養(yǎng)護(hù)；第二，在溫度為60 90°C的熱水中養(yǎng)護(hù)24 72h ;第三，先在溫度為60 90°C的熱水中養(yǎng)護(hù)24 72h，然后在200°C的高溫中養(yǎng)護(hù)6 12h ;第四，先在溫度為60 90°C的熱水中養(yǎng)護(hù)24 72h，然后在150 200°C的溫度條件和I. O I. 4MPa大氣壓下進(jìn)行蒸壓養(yǎng)護(hù)6 12h。按以上條件養(yǎng)護(hù)至相應(yīng)齡期后進(jìn)行性能測試。本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)是采用機(jī)械カ活化后的鐵尾礦和粉煤灰或礦渣代替部分水泥、石英粉和硅灰，篩分后的鐵尾礦細(xì)骨料代替石英砂或河砂，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)或者高溫高壓養(yǎng)護(hù)條件下均可制得高強(qiáng)度活性粉末混凝土材料，該方法與傳統(tǒng)方法相比，降低了原料成本，提高了鐵尾礦的綜合利用率，減少了天然資源的消耗量，對保護(hù)生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有良好的推動作用。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :采用SiO2含量為69%的鐵尾礦，篩取O. 16mm I. 25mm的 鐵尾礦作為鐵尾礦細(xì)骨料，將剩余尾礦磨至比表面積達(dá)到600m2/kg的活化鐵尾礦作為活性粉末組份，與標(biāo)號為42. 5的普通硅酸鹽水泥、比表面積450m2/kg的II級粉煤灰、比表面積20000m2/kg的硅灰、萘系UNF-5型高效減水劑混合，原料選定后活性粉末混凝土材料中各組份按下列重量)配制42. 5的普通硅酸鹽水泥25 ；比表面積450m2/kg的II級粉煤灰 . 5 ；活化鐵尾礦6. 5 ；比表面積20000m2/kg的娃灰5 ；鐵尾礦細(xì)骨料44.2;萘系UNF-5型高效減水劑O. 8 ；水11?；钚苑勰┗炷敛牧细鹘M份選定后其エ藝步驟為I.將鐵尾礦細(xì)骨料與活性粉末組份混合，在攪拌機(jī)內(nèi)攪拌2min ；2.將高效減水劑溶于水,加入攪拌機(jī)拌和Imin,再加入剩余拌和用水,攪拌3min ;3.攪拌均勻后澆注于40mm X40mm X 160mm的模具內(nèi)，經(jīng)振動成型后放置在溫度20±3°C，相対濕度不小于90%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)24h后拆模；4.脫模后的試件分別于以下條件下養(yǎng)護(hù)至相應(yīng)齡期第一，試件I在溫度為20±3°C的不流動水中養(yǎng)護(hù)28d ;第二，試件2在溫度為90°C的熱水中養(yǎng)護(hù)48h ;第三，試件3先在溫度為90°C的熱水中養(yǎng)護(hù)48h，然后在200°C的高溫中養(yǎng)護(hù)8h ；具體實(shí)施結(jié)果見表I。表I實(shí)施例I強(qiáng)度測試結(jié)果
ロ ?？拐蹚?qiáng)度I—抗壓強(qiáng)度 試樣編號,、
__(MPa)__(MPa) 一_I__13.5__99.8 一
一 2__15. 7__110. I 一
一 3 I 18.3137.4 —
實(shí)施例2 采用SiO2含量為69%的鐵尾礦，篩取O. 16mm I. 25mm的鐵尾礦作為鐵尾礦細(xì)骨料，將剩余尾礦磨至比表面積達(dá)到600m2/kg的活化鐵尾礦作為活性粉末組份，與標(biāo)號為52. 5的普通硅酸鹽水泥、比表面積450m2/kg的高爐礦渣、比表面積20000m2/kg的硅灰、萘系DNF型高效減水劑混合，原料選定后活性粉末混凝土材料中各組份按下列重量)配制52. 5的普通硅酸鹽水泥24比表面積450m2/kg的高爐礦渣7. 2 ；活化鐵尾礦6 ；比表面積20000m2/kg的娃灰4. 8 ；鐵尾礦細(xì)骨料47. 15 ；
萘系DNF型高效減水劑O. 85 ；水10?；钚苑勰┗炷敛牧细鹘M份選定后其エ藝步驟為I.將鐵尾礦細(xì)骨料與活性粉末組份混合，在攪拌機(jī)內(nèi)攪拌2min ；2.將高效減水劑溶于水,加入攪拌機(jī)拌和Imin,再加入剩余拌和用水,攪拌3min ;3.攪拌均勻后澆注于40mmX40mmX160mm的模具內(nèi)，經(jīng)振動成型后放置在溫度20±3°C，相対濕度不小于90%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)24h后拆模；4.脫模后的試件分別于以下條件下養(yǎng)護(hù)至相應(yīng)齡期第一，試件I在溫度為20±3°C的不流動水中養(yǎng)護(hù)28d ;第二，試件2在溫度為80°C的熱水中養(yǎng)護(hù)72h ;第三，試件3先在溫度為80°C的熱水中養(yǎng)護(hù)48h，然后在200°C的高溫中養(yǎng)護(hù)IOh ；具體實(shí)施結(jié)果見表2。表2實(shí)施例2強(qiáng)度測試結(jié)果
試件編號I■
(MPa)(MPa)_I__15. 7__109. 8 —
一 2__19. 9__134. O 一
3 I: 20.6 1_ 152.0實(shí)施例3 采用SiO2為72%的鐵尾礦，篩取O. 08mm I. 25mm的鐵尾礦作為鐵尾礦細(xì)骨料，將剩余尾礦磨至比表面積達(dá)到580m2/kg的活化鐵尾礦作為活性粉末組份，與標(biāo)號為42. 5的普通硅酸鹽水泥、比表面積450m2/kg的II級粉煤灰、比表面積20000m2/kg的硅灰、13mm活性粉末混凝土專用鍍銅鋼纖維、萘系UNF-5型高效減水劑混合，原料選定后活性粉末混凝土材料中各組份按下列重量)配制42. 5的普通硅酸鹽水泥23. 7 ；比表面積450m2/kg的II級粉煤灰7. I ；活化鐵尾礦5.9;比表面積20000m2/kg的硅灰4. 7 ；
鐵尾礦細(xì)骨料41.55;13mm活性粉末混凝土專用鍍銅鋼纖維6.2;萘系UNF-5型高效減水劑O. 85 ；水10?；钚苑勰┗炷敛牧细鹘M份選定后其エ藝步驟為I.將鐵尾礦細(xì)骨料與活性粉末組份混合，在攪拌機(jī)內(nèi)攪拌2min ;2.將高效減水劑溶于水，加入攪拌機(jī)拌和lmin，再加入剩余拌和用水，攪拌3min ；3.加入鋼纖維攪拌均勻后，澆注于40mmX40mmX 160mm的模具內(nèi)，經(jīng)振動成型后 放置在溫度20±3°C,相對濕度不小于90%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)24h后拆模；4.脫模后的試件分別于以下條件下養(yǎng)護(hù)至相應(yīng)齡期第一，試件I在溫度為20±3°C的不流動水中養(yǎng)護(hù)28d ;第二，試件2在溫度為90°C的熱水中養(yǎng)護(hù)48h ;第三，試件3先在溫度為90°C的熱水中養(yǎng)護(hù)48h，然后在200°C的高溫中養(yǎng)護(hù)8h。具體實(shí)施結(jié)果見表3。表3實(shí)施例3強(qiáng)度測試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種利用鐵尾礦制備活性粉末混凝土的工藝方法，其特征在于 一、首先進(jìn)行原料選取 鐵尾礦細(xì)骨料選取SiO2質(zhì)量百分含量為60% 85%的鐵尾礦，利用方孔篩對鐵尾礦進(jìn)行篩分，篩取粒度為O. 08 I. 25mm范圍內(nèi)的鐵尾礦作為活性粉末混凝土材料的細(xì)骨料； 活化鐵尾礦利用球磨機(jī)或超細(xì)粉磨設(shè)備將鐵尾礦細(xì)骨料篩余部分進(jìn)行磨細(xì)，粉磨后的鐵尾礦比表面積達(dá)到550 IOOOmVkg作為活性粉末混凝土材料的活性粉末組份； 水泥42. 5 62. 5的娃酸鹽水泥或者普通娃酸鹽水泥； 粉煤灰比表面積彡400m2/kg，需水量比不大于95% ； 礦渣比表面積彡400m2/kg ； 硅灰比表面積16000 22000m2/kg，其中SiO2含量彡85% ； 高效減水劑采用萘系或氨基磺酸系或聚羧酸高效減水劑或復(fù)合減水劑，減水率^ 25% ； 鋼纖維長度為10 60mm,直徑為O. 2 O. 6mm,長徑比為50 100,抗拉強(qiáng)度1500 2000MPa 二、原料選定后活性粉末混凝土材料中各組份按下列重量)配制 水泥 17 30 ; 粉煤灰或礦渣或粉煤灰與礦渣復(fù)合4 9 活化鐵尾礦4 10 ; 娃灰 3 9 ; 鐵尾礦細(xì)骨料34 51 ; 高效減水劑O. 5 I. 2 ; 鋼纖維O 8 ; 水 6 15 ; 三、活性粉末混凝土材料各組份選定后其工藝步驟為 (一)將水泥、粉煤灰或礦渣或粉煤灰與礦渣復(fù)合料、活化鐵尾礦、硅灰作為活性粉末混凝土材料的活性粉末組份，與鐵尾礦細(xì)骨料按比例混合，在攪拌機(jī)內(nèi)攪拌2 3min ； (二)將高效減水劑溶于水，加入攪拌機(jī)拌和I 3min，再加入剩余拌和用水，攪拌2 5min ； (三)加入鋼纖維攪拌至均勻，澆注于模具內(nèi)，經(jīng)振動成型后放置在溫度20± 3 °C，相對濕度不小于90%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)24h后拆模； (四)脫模后的試件可以在以下4種條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，第一，在溫度20± 3°C，相對濕度不小于90%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，或在在溫度為20±3°C的不流動水中養(yǎng)護(hù)；第二，在溫度為60 90°C的熱水中養(yǎng)護(hù)24 72h ;第三，先在溫度為60 90°C的熱水中養(yǎng)護(hù)24 72h，然后在200°C的高溫中養(yǎng)護(hù)6 12h ;第四，先在溫度為60 90°C的熱水中養(yǎng)護(hù)24 72h，然后在150 200°C的溫度條件和I. O I. 4MPa大氣壓下進(jìn)行蒸壓養(yǎng)護(hù)6 12h，按以上條件養(yǎng)護(hù)至相應(yīng)齡期后進(jìn)行性能測試。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用鐵尾礦制備活性粉末混凝土的工藝方法，其特征在于采用SiO2含量為69%的鐵尾礦，篩取O. 16mm I. 25mm的鐵尾礦作為鐵尾礦細(xì)骨料，將剩余尾礦磨至比表面積達(dá)到600m2/kg的活化鐵尾礦作為活性粉末組份，與標(biāo)號為42. 5的普通硅酸鹽水泥、比表面積450m2/kg的II級粉煤灰、比表面積20000m2/kg的硅灰、萘系UNF-5型高效減水劑混合，原料選定后活性粉末混凝土材料中各組份按下列重量(％)配制 . 42. 5的普通硅酸鹽水泥25 ； 比表面積450m2/kg的II級粉煤灰7.5; 活化鐵尾礦6.5; 比表面積20000m2/kg的娃灰5 ； 鐵尾礦細(xì)骨料44.2; 萘系UNF-5型高效減水劑0.8; 水 11。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用鐵尾礦制備活性粉末混凝土的工藝方法，其特征在于采用SiO2含量為69%的鐵尾礦，篩取0. 16mm I. 25mm的鐵尾礦作為鐵尾礦細(xì)骨料，將剩余尾礦磨至比表面積達(dá)到600m2/kg的活化鐵尾礦作為活性粉末組份，與標(biāo)號為52. 5的普通硅酸鹽水泥、比表面積450m2/kg的高爐礦渣、比表面積20000m2/kg的硅灰、萘系DNF型高效減水劑混合，原料選定后活性粉末混凝土材料中各組份按下列重量)配制 . 52.5的普通硅酸鹽水泥24 比表面積450m2/kg的高爐礦渣7. 2 ； 活化鐵尾礦6; 比表面積20000m2/kg的娃灰4. 8 ； 鐵尾礦細(xì)骨料47.15; 萘系DNF型高效減水劑0.85; 水 10。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用鐵尾礦制備活性粉末混凝土的工藝方法，其特征在于采用SiO2為72%的鐵尾礦，篩取0. 08mm I. 25mm的鐵尾礦作為鐵尾礦細(xì)骨料，將剩余尾礦磨至比表面積達(dá)到580m2/kg的活化鐵尾礦作為活性粉末組份，與標(biāo)號為42. 5的普通硅酸鹽水泥、比表面積450m2/kg的II級粉煤灰、比表面積20000m2/kg的硅灰、13mm活性粉末混凝土專用鍍銅鋼纖維、萘系UNF-5型高效減水劑混合，原料選定后活性粉末混凝土材料中各組份按下列重量)配制 .42. 5的普通硅酸鹽水泥23. 7 ； 比表面積450m2/kg的II級粉煤灰7. I ； 活化鐵尾礦5.9; 比表面積20000m2/kg的娃灰4. 7 ； 鐵尾礦細(xì)骨料41.55; .13mm活性粉末混凝土專用鍍銅鋼纖維6. 2 ； 萘系UNF-5型高效減水劑0.85; 水 10。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用鐵尾礦制備活性粉末混凝土的工藝方法，通過對鐵尾礦進(jìn)行篩分和機(jī)械力化學(xué)活化，利用篩分后部分尾礦作為活性粉末混凝土的細(xì)骨料，將活化后的尾礦作為活性粉末的組份，制備出鐵尾礦活性粉末混凝土材料，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)是采用機(jī)械力活化后的鐵尾礦和粉煤灰或礦渣代替部分水泥、石英粉和硅灰，篩分后的鐵尾礦細(xì)骨料代替石英砂或河砂，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)或者高溫高壓養(yǎng)護(hù)條件下均可制得高強(qiáng)度活性粉末混凝土材料，該方法與傳統(tǒng)方法相比，降低了原料成本，提高了鐵尾礦的綜合利用率，減少了天然資源的消耗量，對保護(hù)生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有良好的推動作用。
文檔編號C04B18/12GK102850011SQ201110182930
公開日2013年1月2日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者鄭永超, 路國忠, 周紅, 朱延臣, 鄭學(xué)松 申請人:北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司