1.本发明涉及混凝土，特别是涉及铁尾矿-脱硫灰-钢渣多元体系混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.随着现代化发展、社会进步以及经济发展，矿产资源得到了很大程度的开发，促进了国家的兴旺发达。与此同时，矿产资源利用过程中形成了大量不宜分选回收再利用的尾矿废弃物，造成了矿产资源极大的浪费以及地质环境问题。因此，尾矿的资源化利用是矿产资源绿色化发展的前提。随着钢铁工业的快速发展，铁尾矿存储量以及其增长速率正日益迅猛增长，已成为堆积量最多但利用率最低的一种固体废弃物。目前我国尾矿的堆积总量已超过146亿t，铁尾矿的存储量达到50亿t，而其综合利用率却不到10%，与综合利用率已达到60%的发达国家相比差距是非常大的。铁尾矿的大量堆存不仅极大浪费了土地资源，还大量增加了尾矿库维护成本，同时造成了环境污染，极大的危害着当地的生态环境。因此，积极开展铁尾矿大宗有效综合利用工作已迫在眉睫。
3.近年来，铁尾矿的资源化利用主要集中在金属的二次回收、水泥的生产制备、土壤改良剂以及矿井充填等领域，有效的发挥其本身的 有价金属、富含硅元素以及微量元素的优势，为其资源化利用开辟了途径。然而，作为一种富硅尾矿材料，铁尾矿晶体结构组成中富含的非活性硅酸盐矿物，可经高温、机械力以及化学活化等手段处理后，使其结晶程度降低，晶格缺陷变大，提高其潜在的火山灰胶凝活性，可用于混凝土的矿物掺合料，大幅的提高其利用率和降低存储量，促进其资源化利用的发展。铁尾矿经高温热处理活化后其胶凝活性得到了有效的提高，但其工艺复杂，成本大幅提高，阻碍了其作为矿物掺合料的发展。较高温热活化而言，机械力与化学活化手段无须高温煅烧、工艺流程较简单，可实现节约能源和资源的目的。然而，铁尾矿经单一机械力与化学活化后其潜在的火山灰激发效率较低，无法满足混凝土掺合料的需求。并且单一铁尾矿掺合料的引入，反应初期活性低，形成少量的水化产物，导致其孔隙率增大，抗压强度较低，对混凝土早期强度和工作性能有负面的影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供铁尾矿-脱硫灰-钢渣多元体系混凝土及其制备方法，本发明采用梯级机械活化激发铁尾矿活性，改善拌合物工作性能和混凝土孔结构，弥补机制砂天然缺陷，经济效益和环境效益好。
5.为了解决现有技术存在的问题，本发明采用的技术方案如下：铁尾矿-脱硫灰-钢渣多元体系混凝土，每方混凝土包括以下重量的原料：水180kg、水泥240-260kg、铁尾矿基掺合料143-208kg、机制砂720kg、铁尾矿废石1150 kg、减水剂4 kg；所述铁尾矿基掺合料是由以下组份按下述重量份数比组成：铁尾矿：脱硫灰：钢渣：氯化钙：硅灰=2:1:1:1:0.2。
6.进一步地，所述机制砂为三区细砂，细度模数为2.1，石粉含量为1-2%。
7.进一步地，所述水泥为p
·
o42.5普通硅酸盐水泥。
8.进一步地，所述铁尾矿废石为5-20mm连续级配粗骨料，含泥量0.2%，针片状含量2%，压碎指标为7%，岩石抗压强度为86mpa。
9.进一步地，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
10.铁尾矿-脱硫灰-钢渣多元体系混凝土的制备方法，包括以下步骤：1）利用0.08mm方孔筛对铁尾矿进行筛分分级，筛下部分用于制作掺合料；2）按照所述比例将筛下部分铁尾矿加入到球磨机磨30分钟；3）按照所述比例将钢渣和脱硫灰加入至步骤2）铁尾矿中，继续磨30分钟；4）按照所述比例将氯化钙和硅灰加入至步骤3）混合料中，磨10分钟后得到铁尾矿基掺合料；5）将步骤4）制备的铁尾矿基掺合料与所述重量的水泥、机制砂混合，搅拌均匀；6）将所述重量的减水剂与水混合，搅拌均匀成减水剂混合液；7）将步骤6）制备的减水剂混合液加入到步骤5）制备的混合物中，利用搅拌机搅拌2-3min；8）将所述重量的铁尾矿废石加入到步骤7）制成的浆体中，搅拌均匀制得所述混凝土。
11.本发明所具有的优点和有益效果是：1）本发明由于铁尾矿基掺合料研磨时间较长比表面积较大，在混凝土中起到的微集料填充效应，从而降低了混凝土中的孔隙率，使混凝土结构更加致密，提高了其早期强度，其次铁尾矿基掺合料中氯化钙的加入起到早强作用，它既可以与水泥水化中的铝酸三钙反应，生成水化硫铝酸钙，又能与水泥水化产物氢氧化钙反应生成氧氯化钙，初期氢氧化钙浓度降低有利于水泥中硅酸三钙水化，同时氯铝酸钙和氧氯化钙固相可以形成骨架，提高早期强度。
12.2）机械活化使铁尾矿比表面积和粒径变小、自由能增加、反应活性增加，梯级研磨的同时在钢渣微球磨效应的作用下，铁尾矿活性会进一步增强。
13.3）机制砂本身由于天然级配逊于天然砂，会导致混凝土泌水和耐久性不良等问题，但是机制砂质地坚硬，表面粗糙、棱角多，有助于提高集料与基体的机械咬合力，进而提高混凝土强度。为了弥补机制砂天然缺陷发挥其优势，掺合料中加入硅灰，并且搭配减水剂使用，保持混凝土工作性能的情况下，会提高其保水性和黏聚性。由于硅灰中含有较多的活性二氧化硅，与水泥水化后产生的氢氧化钙反应生成水化硅酸钙凝胶，填充混凝土空隙，改善界面结构和孔隙结构，提高混凝土密实度，进而改善混凝土耐久性能。
14.4）使用铁尾矿基掺合料替代部分水泥，减水水泥使用量，利用机制砂和铁尾矿废石替换天然骨料，减小环境压力，缓解天然资源紧张局势，大大节约经济成本。
具体实施方式
15.下面结合实施例对本发明进行详细描述：实施例1：铁尾矿-脱硫灰-钢渣多元体系混凝土，每方混凝土包括以下重量的原料：
水180kg、水泥250kg、铁尾矿基掺合料156kg、机制砂720kg、铁尾矿废石1150kg、减水剂4kg；所述铁尾矿基掺合料是由以下组份按下述重量份数比组成：铁尾矿：脱硫灰：钢渣：氯化钙：硅灰=2:1:1:1:0.2。本实施例中铁尾矿为60kg，脱硫灰为30kg，钢渣为30kg，氯化钙为30kg，硅灰为6kg。
16.所述机制砂为三区细砂，细度模数为2.1，石粉含量为1-2%。所述水泥为p
·
o42.5普通硅酸盐水泥。所述铁尾矿废石为5-20mm连续级配粗骨料，含泥量0.2%，针片状含量2%，压碎指标为7%，岩石抗压强度为86mpa。所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
17.所述铁尾矿使用普通固废铁尾矿即可。本实施例所使用的铁尾矿按质量百分比含二氧化硅85%-90%、氧化铁5%-13%、氧化铝0.2%-1.2%、氧化钙0.5%-0.8%。
18.所述脱硫灰使用普通固废脱硫灰即可。本实施例所使用的脱硫灰按质量百分比含氯化钙4.2%-7.7%、三氧化硫33.8%-42%、三氧化二铁0.5%-3.2%、氧化钙35.6%-48%、氧化镁2%-6%、氧化铝0.1%-1.5%、二氧化硅0.5%-4%。
19.所述钢渣使用普通固废钢渣即可。本实施例所使用的钢渣按质量百分比含氧化钙40%~50%、三氧化二铁5%~20%、二氧化硅10%~20%、氧化亚铁7%-10%、氧化铝2%~5%、氧化镁4%-10%。
20.所述硅灰使用普通固废硅灰即可。本实施例所使用的硅灰按质量百分比含二氧化硅90%-95%、氧化钙0.1%-2%、氧化铝0.1%-2%、氧化铁1%-3%、氧化镁1%-3%。
21.本实施制备例铁尾矿-脱硫灰-钢渣多元体系混凝土的制备方法，包括以下步骤：1）利用0.08mm方孔筛对铁尾矿进行筛分分级，筛下部分用于制作掺合料；2）取所述重量的筛下部分铁尾矿加入到球磨机磨30分钟；3）将所述重量的钢渣和脱硫灰加入至步骤2）铁尾矿中，继续磨30分钟；4）将所述重量的氯化钙和硅灰加入至步骤3）混合料中，磨10分钟后得到铁尾矿基掺合料；5）将步骤4）制备的铁尾矿基掺合料与所述重量的水泥、机制砂混合，搅拌均匀；6）将所述重量的减水剂与水混合，搅拌均匀成减水剂混合液；7）将步骤6）制备的减水剂混合液加入到步骤5）制备的混合物中，利用搅拌机搅拌2-3min；8）将所述重量的铁尾矿废石加入到步骤7）制成的浆体中，搅拌均匀制得所述混凝土。
22.实施例2：本实施例与实施例1的区别在于：制备铁尾矿-脱硫灰-钢渣多元体系混凝土的原料的含量不同。
23.本实施例铁尾矿-脱硫灰-钢渣多元体系混凝土，每方混凝土包括以下重量的原料：水180kg、水泥260kg、铁尾矿基掺合料143kg、机制砂720kg、铁尾矿废石1150kg、减水剂4kg；所述铁尾矿基掺合料是由以下组份按下述重量份数比组成：铁尾矿：脱硫灰：钢渣：氯化钙：硅灰=2:1:1:1:0.2。本实施例中铁尾矿为55kg，脱硫灰为27.5kg，钢渣为27.5kg，氯化钙为27.5kg，硅灰为5.5 kg。其余同实施例1。
24.本实施例制备铁尾矿-脱硫灰-钢渣多元体系混凝土的方法同实施例1。
25.实施例3：本实施例与实施例1的区别在于：制备铁尾矿-脱硫灰-钢渣多元体系混凝土的原料的含量不同。
26.本实施例铁尾矿-脱硫灰-钢渣多元体系混凝土，每方混凝土包括以下重量的原料：水180kg、水泥240kg、铁尾矿基掺合料208kg、机制砂720kg、铁尾矿废石1150kg、减水剂4kg；所述铁尾矿基掺合料是由以下组份按下述重量份数比组成：铁尾矿：脱硫灰：钢渣：氯化钙：硅灰=2:1:1:1:0.2。本实施例中铁尾矿为80kg、脱硫灰为40kg、钢渣为40kg、氯化钙为40kg、硅灰为8kg。其余同实施例1。
27.本实施例制备铁尾矿-脱硫灰-钢渣多元体系混凝土的方法同实施例1。 7d立方体抗压强度28d立方体抗压强度实施例141.2mpa52.5mpa实施例240.3mpa49.5mpa实施例344.6mpa55.9mpa
28.根据《混凝土物理力学性能试验方法标准》gb/t50081-2019中相关规定，由多组150mm*150mm*150mm立方体试件测得立方体抗压强度如下表，在掺合料高掺量的情况下其早期强度高，后期强度发展良好。