一种利用冶金固废制备抗渗耐腐蚀混凝土及其方法技术

本发明专利技术公开了一种利用冶金固废制备抗渗耐腐蚀混凝土及其方法，混凝土各组分为：胶凝材料100份，粗骨料196～370份，细骨料132～325份，高效减水剂0.5～2.2份；以及由纳米碳酸钙粉0.1～4份、冷轧废乳化液0.5～20份、氧化铁粉0.00625～0.0125份、硫酸钠0.0125～0.025份、乙二醇0.0125～0.025份组成的外加剂，水32～62份。制备方法为：按照上述原料配比先将粗、细骨料混合，加入胶凝材料混合，再加高效减水剂和水搅拌均匀，在加入减水剂和水之前或者同时加入经分散处理后的纳米碳酸钙粉。该混凝土具有有害气孔少、强度高、抗渗、吸收氯离子、耐腐蚀等特点，混凝土中冶金固废掺量≥75％，实现冶金固废的高值化利用，减少CO2排放。排放。

【技术实现步骤摘要】
一种利用冶金固废制备抗渗耐腐蚀混凝土及其方法


[0001]本专利技术属于建筑材料领域，特别涉及一种利用冶金固废制备抗渗耐腐蚀混凝土及其方法。

技术介绍

[0002]近年来，研究人员通过不断探索掺加纳米材料改性混凝土的方法，发现纳米材料对混凝土力学和耐久性的提高主要由于其可促进水化，使水化产物均匀、晶体细化、密实，改善界面区，降低孔隙率及使荷载下微裂缝细化等机制。采用纳米组装技术，将纳米材料生长或嫁接到微米级矿物矿物掺合料和纤维上，形成微纳多尺度材料，一方面可以解决纳米材料在较大掺量下仍能均匀分散于混凝土中，另一方面可以通过纤维空间网络、微纳尺度效应和纳米材料对纤维表面的处理来显著改善混凝土的微观结构，变形能力和抗震性远优于普通高强混凝土。纳米材料对混凝土力学和耐久性的增强或改性主要由于其可促进水化，使水化产物均匀、晶体细化、密实，改善界面区，降低孔隙率及孔径，使荷载下微裂缝细化，使混凝土抗渗能力增强，起到耐腐蚀作用。
[0003]虽然纳米材料能够提高混凝土抗压强度、抗渗能力等性能指标，但由于含量、均匀程度等因素，相关指标提高程度有限。如果强化混凝土的特定性能，需要对纳米混凝土进行进一步处理。
[0004]1、一种防渗、防腐蚀混凝土制备方法(申请号：CN202010232989.4)在所述的专利技术中，通过在混凝土中添加聚乙烯醇、环氧树脂、三聚磷酸钾和甲基丙烯酸丁酯，使混凝土具有较强的防渗、防腐蚀功能，可以有效的防止混凝土内部的钢筋受到腐蚀，延长混凝土的使用寿命，通过添加格蕾丝纤维和碳纤维，可以提高混凝土的抗裂性能。过多的有机物质添加，短期能解决钢筋锈蚀问题，对混凝土的长期耐久性会造成影响，长期使用中有机物质有逐渐老化趋势，所添加的纤维成本过高，不具有推广价值。
[0005]2、一种抗渗再生混凝土及其制备方法(申请号：CN201911354638.4)，所述方法采用膨胀剂来增强混凝土的抗渗性能，用石灰石、白云石、高镁铁矿石，研磨煅烧得到膨胀熟料；向膨胀熟料中加入高钙粉煤灰、陶土以及可再分散性乳胶粉，研磨加热后，得到抗渗膨胀剂。该专利技术通过多种膨胀源的抗渗膨胀剂，可以保证持续而稳定的膨胀，从而可以提高混凝土的抗渗性能。依靠膨胀剂来提高混凝土的抗渗性能不容易精准控制，分散均匀性也不容易控制，局部或整体容易造成过度膨胀，形成应力而造成裂纹。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在提供一种利用冶金固废制备抗渗耐腐蚀混凝土及其方法，利用纳米碳酸钙粉、纳米氧化铝粉、改性粉煤灰来改善混凝土性能，提高矿山废石、铁尾矿砂等冶金固废的利用率，制备出抗渗耐腐蚀性能的混凝土。
[0007]本专利技术制备的混凝土所用砂石料可完全使用冶金固废，混凝土中冶金固废掺量≥75％。
[0008]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0009]一种利用冶金固废制备抗渗耐腐蚀混凝土，各组分的质量份数为：胶凝材料100份，粗骨料196～370份，细骨料132～325份，高效减水剂0.3～2.2份，以及由纳米碳酸钙粉0.1～4份、冷轧废乳化液0.5～20份、氧化铁粉0.00625～0.0125份、硫酸钠0.0125～0.025份、乙二醇0.0125～0.025份组成的外加剂，水32～62份。
[0010]进一步的，胶凝材料包括水泥50～75份，矿渣微粉13～7份，钢渣微粉13～6份，改性粉煤灰12～6份，铁尾矿粉12～6份；所述高效减水剂为聚羧酸类、萘基中的一种或两种混合；所述水为混凝土配比用水，包括对纳米碳酸钙粉分散用冷轧废乳化液所含水、补充用水。
[0011]水泥采用硅酸盐水泥(P.Ⅰ，P.Ⅱ)、普通硅酸盐水泥(P.O)、复合硅酸盐水泥(P.C)，42.5、52.5。矿渣微粉、钢渣微粉细度在400目以上，推荐使用S75及以上级别。粉煤灰要达到Ⅱ级以上，粒度达400目以上。铁尾矿粉由铁尾矿粉磨加工而成，粒度达400目以上。所用水泥、矿渣微粉、钢渣微粉具有水硬活性；粉煤灰中玻璃微珠能改善和增强混凝土的结构强度，提高均质性和致密性，大量活性二氧化硅和氧化铝与碱性物质生成水化硅酸钙及水化铝酸钙等胶凝物质，堵塞混凝土的毛细组织，提高抗渗性；铁尾矿粉具有界面活性高的特点，上述材料均能参与或促进水化产物形成，增强混凝土的抗压强度和抗折强度。
[0012]进一步的，所述粗骨料为连续级配的矿山废石石子，粒度范围在5～20mm；细骨料为矿山废石人工砂和铁尾矿砂，其中矿山废石人工砂占比90％～10％，铁尾矿砂占比10％～90％，二者混合形成连续级配，粒径≤5mm。
[0013]矿山废石为矿山开采过程排放的剥岩和矿石加工处理后废弃的石块，莫氏硬度为5～7，碎石强度达到石灰岩和玄武岩硬度，强度高，在混凝土中起到骨架和支撑作用。
[0014]将矿山废石加工粉碎成20mm及以下尺寸，其中≤5mm的废石人工砂作细骨料；矿山废石石子尺寸在5～20mm作粗骨料，压碎值≤10％，为连续级配，有利于强度提高和泵送。
[0015]按照相关行业标准，细骨料按照细度模数分：粗砂3.1～3.7，中砂2.3～3.0，细砂1.6～2.2。本专利技术细骨料压碎值≤25％，其中矿山废石人工砂细度模数为2.2～3.6，属中砂或粗砂范围；细骨料中铁尾矿砂分粗细两种，其中粗铁尾矿砂为预选工艺分选出来的废砂石，细度模数为2.1～3.5，达到中砂甚至粗砂范围；细铁尾矿砂为磁铁矿经过磨细通过磁选工艺选铁后的矿石废料，与水搅拌混合经管道排往尾矿库，沉降下来的砂石，细度模数为0.7～1.8，其细度模数小于细砂模数，属极细砂，粒径d≤0.16mm的量占细铁尾矿砂量的8％～20％。细铁尾矿砂界面活性高，促进与胶凝材料的水化反应。
[0016]进一步的，改性粉煤灰是由电厂粉煤灰改性而成，电厂粉煤灰中SiO2和Al2O3含量≥80％，Al2O3含量≥25％，粒径≤270μm。
[0017]进一步的，纳米碳酸钙粉粒径为10～80nm，亲水型；氧化铁粉粒径为0.1～1μm。
[0018]胶凝材料中的改性粉煤灰制备方法：首先称取一定质量的粉煤灰，按每克粉煤灰8～12mL的量添加1.5～1.8mol/L HNO3溶液，静止反应60～70分钟，再按粉煤灰质量的25％～35％添加CaCO3作为发泡剂，再加入相当于粉煤灰质量6％～10％的CaO作为助熔剂，研磨至均匀后加入粉煤灰质量1％～2％、双氧水，搅拌、烘干，最后置于马弗炉内，升温至880～900℃煅烧50～60分钟，自然冷却后研磨至50目以下，得到煅烧灰；将纳米碳酸钙和纳米氧化铝按照(6～10):1的质量比混匀，得到纳米钙
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铝混合灰；按照8～10份煅烧灰、1份纳米
钙
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铝混合灰共同混合摇匀，制成改性粉煤灰。纳米氧化铝粉粒径10～60nm，晶型为γ
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Al2O3。
[0019]粉煤灰经过酸改性、高温改性后，由于Si
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O和Al
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O的部分断裂，活性点位增多，提高了对Cl
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用冶金固废制备抗渗耐腐蚀混凝土，其特征在于，各组分的质量份数为：胶凝材料100份，粗骨料196～370份，细骨料132～325份，高效减水剂0.3～2.2份，以及由纳米碳酸钙粉0.1～4份、冷轧废乳化液0.5～20份、氧化铁粉0.00625～0.0125份、硫酸钠0.0125～0.025份、乙二醇0.0125～0.025份组成的外加剂，水32～62份。2.根据权利要求1所述的一种利用冶金固废制备抗渗耐腐蚀混凝土，其特征在于，胶凝材料包括水泥50～75份，矿渣微粉13～7份，钢渣微粉13～6份，改性粉煤灰12～6份，铁尾矿粉12～6份；高效减水剂为聚羧酸类、萘基中的一种或两种混合；水为混凝土配比用水，包括对纳米碳酸钙粉分散用冷轧废乳化液所含水、补充用水。3.根据权利要求2所述的一种利用冶金固废制备抗渗耐腐蚀混凝土，其特征在于，改性粉煤灰是由电厂粉煤灰改性而成，电厂粉煤灰中SiO2和Al2O3含量≥80％，Al2O3含量≥25％，粒径≤270μm。4.根据权利要求1所述的一种利用冶金固废制备抗渗耐腐蚀混凝土，其特征在于，纳米碳酸钙粉粒径为10～80nm，亲水型；氧化铁粉粒径为0.1～1μm。5.根据权利要求1所述的一种利用冶金固废制备抗渗耐腐蚀混凝土，其特征在于，粗骨料为连续级配的矿山废石石子，粒度范围在5～20mm，莫氏硬度为5～7，压碎值≤10％；细骨料为矿山废石人工砂和铁尾矿砂，压碎值≤25％，矿山废石人工砂占比90％～10％，铁尾矿砂占比10％～90％，二者混合形成连续级配，粒径≤5mm；细骨料中矿山废石人工砂细度模数为2.2～3.6，铁尾矿砂分粗细两种，粗铁尾矿砂细度模数为2.1～3.5，细铁尾矿砂细度模数为0.7～1.8，粒径d≤0.16mm的量占细铁尾矿砂量的8％～20％。6.根据权利要求1～5任意一项所述的利用冶金固废制备抗渗耐腐蚀混凝土的方法，先将粗、细骨料在搅拌罐中混合，加入胶凝材料混合，之后加入高效减水剂和补充水混合，搅拌均匀后注入混凝土运输车；其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿继双，王飞，徐鹏飞，吴文浩，马光宇，胡绍伟，杨大正，姜成林，李亚娜，钱峰，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：