[發明專利]一種利用鐵尾砂的水泥基復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201911068907.0
• 申請日: 2019-11-04
• 公開（公告）號: CN110877968A
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發明（設計）人: 張偉峰;顧曉薇;胥孝川;趙昀奇;李曉慧
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C04B28/02
• 分類號: C04B28/02
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 徐笑陽

一種利用鐵尾砂的水泥基復合材料及其制備方法，由膠凝材料、骨料、減水劑及水組成，所述膠凝材料包括水泥及硅灰，膠凝材料中水泥的質量分數為75％～80％；所述骨料包括鐵尾砂及機制石英砂，骨料中鐵尾砂的質量分數為≤70％；所述水泥基復合材料的水膠比為0.16～0.2；所述減水劑為膠凝材料質量的2.0％～2.4％。本發明水泥基復合材料及其制備方法將尾礦庫鐵尾砂應用于生態可持續型超高性能建筑材料，實現了工業固廢鐵尾砂大摻量制備高附加值建筑材料的目標，不僅經濟效益顯著，也降低了尾礦庫的維護成本。

技術領域

本發明涉及鐵尾礦回收利用領域，具體涉及一種利用鐵尾砂的水泥基復合材料及其制備方法。

背景技術

我國尾礦排量逐年上升，占世界尾礦排出量的50％以上，尾礦目前已經成為我國排出量最大、綜合利用率最低的固體廢棄物。其中鐵尾礦堆存量占全部尾礦總堆存量的近1/3，每年排出量近3億噸，但其綜合利用率很低，不足20％。尾礦常以自然堆積法儲存于尾礦庫中，不僅占用±地，耗費建庫資金，而且由于顆粒一般較細，容易被風揚起，經常造成周圍地區的局部沙塵暴，經遇洪水時，又經常由于庫壩決口造成泥石流災害，造成極其嚴重的經濟損失。

近年來，超高強水泥基復合材料已廣泛應用于高層建筑、預制構件、基礎設施以及核廢料儲存容器等特殊設施中，構建體積的減小也提供了更廣闊的使用空間。同時由于剔除了粗骨料，這種材料主要由水泥、硅灰、粉煤灰、河砂等組成，大量活性粉末以及高性能減水劑共同鑄就了其內部均勻致密、孔隙率較低、高強、高耐久等優越性能。然而，高額的制備成本限制了它的廣泛應用。因此，為了降低成本，一些企業研發了新的方法，利用工業副產品，如粉煤灰和礦渣粉等，在不犧牲超高強水泥基復合材料原有性能的基礎上作為活性摻合料替代其中的部分水泥。然而由于我國建筑設施規模的龐大，活性摻合料的消耗量不斷上升，已經出現供不應求的局面，導致其價格不斷升高。同時由于對生態環境環保意識的增強，天然河砂在國內大部分地區已經禁止開采。與此帶來機制砂的價格也不斷飆升。原有耗材價格的不斷上漲，勢必引導我們急需尋找一種生態可持續的方法來制備這種性能優越的材料。

鐵尾砂化學成分主要含有SiO₂、Al₂O₃、CaO、Fe₂O₃、MgO等以及少量的K₂O、Na₂O、S、P等元素，幾乎沒有活性，同時顆粒尺寸比水泥顆粒要大。雖然鐵尾砂在一定條件下激發可以獲得一定的活性，但活性普遍較低，無論是物理還是化學等激發方式都會帶來高額的成本投入，因此精細化預處理鐵尾砂并不是一種有效利用手段。目前我國鐵礦資源趨于雜、貧、細，很多企業為了選出更多的鐵精礦，增大鐵礦石的粉磨程度，因而得到的鐵尾砂也越來越細，這些細鐵尾砂已經不適合應用到普通混凝土中。

發明內容

本發明的技術任務是針對以上現有技術的不足，而提供一種利用鐵尾砂的水泥基復合材料及其制備方法。

本發明一方面提供一種利用鐵尾砂的水泥基復合材料，由膠凝材料、骨料、減水劑及水組成，所述膠凝材料包括水泥及硅灰，膠凝材料中水泥的質量分數為75％～80％；所述骨料包括鐵尾砂及機制石英砂，骨料中鐵尾砂的質量分數為≤70％；所述水泥基復合材料的水膠比(即水與膠凝材料之比)為0.16～0.2；所述減水劑為膠凝材料質量的2.0％～2.4％。

優選，所述水泥基復合材料各原料配比如下：水泥750～800kg/m³、硅灰190～240kg/m³、鐵尾砂600～700kg/m³、機制石英砂250～350kg/m³、減水劑20～24kg/m³、水160～200kg/m³。

優選，所述鐵尾砂中SiO₂質量分數≥70％。

優選，所述骨料中鐵尾砂的質量分數為65％～70％，其余為機制石英砂。