阅读说明：本技术 一种机制砂尾料的处理方法及利用该机制砂尾料制备的混凝土 (Processing method of machine-made sand tailings and concrete prepared by utilizing machine-made sand tailings ) 是由 *** 何建乔 韩玉 池浩 翁怡令 凌忠 冯春萌 袁征 李威 李彩霞 黄建斌 于 2019-12-05 设计创作，主要内容包括：本发明涉及建筑材料领域,特别涉及机制砂尾料的处理方法及利用该机制砂尾料制备的混凝土。本发明的混凝土由以下重量份的原料组成：水泥250-400份,机制砂尾料15-90份,粉煤灰0-90份,机制砂700-1000份,碎石900-1200份,水140-220份和减水剂4-10份。本发明选用机制砂生产“废料”作为新型矿物掺合料应用于混凝土中,可降低施工成本,同时可以满足混凝土各项指标要求,且具有优异的工作性能和均匀的外观质量,明显优于传统混凝土。机制砂尾料在混凝土中的应用实现了废固物再利用,“变废为宝”、绿色节能环保的目的。(The invention relates to the field of building materials, in particular to a method for treating machine-made sand tailings and concrete prepared by using the machine-made sand tailings. The concrete of the invention is composed of the following raw materials in parts by weight: 400 portions of cement 250-containing materials, 15-90 portions of machine-made sand tailings, 0-90 portions of fly ash, 1000 portions of machine-made sand 700-containing materials, 1200 portions of broken stone 900-containing materials, 220 portions of water 140-containing materials and 4-10 portions of water reducing agents. The invention selects the 'waste material' produced by the machine-made sand as the novel mineral admixture to be applied to the concrete, can reduce the construction cost, can meet the requirements of various indexes of the concrete, has excellent working performance and uniform appearance quality, and is obviously superior to the traditional concrete. The application of the machine-made sand tailings in the concrete realizes the purposes of recycling waste solids, changing waste into valuable, saving energy and protecting environment.)

一种机制砂尾料的处理方法及利用该机制砂尾料制备的混 凝土

【技术领域】

本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种机制砂尾料的处理方法及利用该机制砂尾料制备的混凝土。

【背景技术】

天然砂是一种不可再生的地方资源，随着国家基本建设规模的日益扩大和农田、河道环境保护措施的逐步加强，天然砂资源的使用受到限制。天然砂几十年的过度开采对河道带来毁灭性的破坏，严重影响河床稳定和防洪安全，目前天然砂资源已经大为减少，接近枯竭，混凝土用砂供需矛盾尤为突出。据不完全统计，机制砂在混凝土的使用正逐步增多，2008年以来我国砂石用量逐年增加，砂石骨料总用量已超过200亿吨，机制砂用量占砂石总用量的比例也逐年增加，机制砂用量超过180亿吨，占比接近90％。预计3-5年后，机制砂将完全替代天然砂。

机制砂生产过程不可避免的产生大量尾料，目前制砂设备的生产率为15％-35％之间，每年全国将产生不少于40亿吨尾料。路基回填、水泥掺合等方法仅可以消耗50％左右，堆放填埋仍是最主要的处理方式，严重影响耕地、林地生态恢复，机制砂尾料环境污染和资源浪费问题已十分严峻。

现有技术鲜有提到将机制砂尾料作为混凝土原料的使用，且机制砂尾料制备的混凝土施工性能差的问题仍没有得到很好解决。

【

发明内容

】

有鉴于此，本发明目的在于选用机制砂生产“废料”作为新型矿物掺合料应用于混凝土中，可降低施工成本，同时可以满足混凝土各项指标要求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种机制砂尾料的处理方法，该处理方法包括以下步骤：

(1)将机制砂尾料进行收集，将收集后的机制砂尾料采用选粉吹干或热风吹干，使得机制砂尾料的含水量低于1％；

(2)将干燥后的机制砂尾料放入破碎机中进行破碎，接着经磨细加工至粒径为325-600目，细度不大于10％；机制砂尾料研磨过程采用雷蒙研磨生产线。

本发明中，进一步地，所述步骤(2)将机制砂尾料磨细加工至粒径为400-500目，细度为6％。

本发明中，进一步地，所述机制砂尾料为机制砂生产过程中形成的固体废弃物，所述机制砂尾料碳酸钙含量大于75％，亚甲蓝值不大于1％，比表面积为600m²/kg。

本申请还提供一种混凝土，是采用经上述处理方法处理得到的机制砂尾料作为原料，该混凝土具体是由以下重量份的原料组成：水泥250-400份，机制砂尾料15-90份，粉煤灰0-90份，机制砂700-1000份，碎石900-1200份，水140-220份和减水剂4-10份。水泥采用华润水泥生产的硅酸盐水泥。

本发明中，进一步地，所述混凝土由以下重量份的原料组成：水泥333份，粉煤灰32份，机制砂尾料32份，机制砂825份，碎石1010份，水170份和减水剂5.2份。

本发明中，进一步地，所述机制砂细度模数为2.6-3.0，含泥量小于1.0％，泥块含量小于0.5％，MB值小于1.0，石粉含量为8-10％。

本发明中，进一步地，所述粉煤灰为I级粉煤灰或II级粉煤灰。

本发明中，进一步地，所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘系减水剂或氨基减水剂中的一种或它们的任意组合。

本发明中，进一步地，所述减水剂优选为减水率大于25％、固含量大于30％的聚羧酸减水剂。

本发明中，进一步地，所述碎石为粒径为5-30mm的连续级配碎石，其空隙率小于40％，压碎值指标不大于7％，针片状颗粒含量不大于5％。

本发明中，进一步地，所述混凝土是通过以下方法制备得到：

1)将机制砂尾料、水泥、粉煤灰、机制砂和碎石混合，搅拌10-30s，得到物料A；

2)将水和减水剂混合搅拌均匀，接着与步骤1)所得物料A混合，搅拌120-180s，即得所述混凝土。

本发明中，进一步地，所述步骤1)搅拌时间优选为15s，步骤2)搅拌时间优选为120s。

现下的机制砂尾料的处理方式多为填埋，不仅对环境造成危害，也浪费了资源，但由于机制砂尾料本身为“废料”，其各方面性能都很难满足混凝土的指标要求；申请人通过选取碳酸钙含量为75％以上的机制砂尾料，进行一系列处理，得到粒径为400-500目，细度为6％的机制砂尾料，并通过试验证明该机制砂尾料在混凝土中具有填充效应改善骨料颗粒级配、提高致密程度的作用；当水泥水化反应过程中，机制砂尾料吸附在水泥表面产生钙离子，避免氧化钙在局部生长成为大晶体，一定程度上促进了水泥水化；且，本申请选用比表面积为600m²/kg的机制砂尾料，研究发现，在该比表面积下，能够有效促进水泥的水化，同时满足混凝土的强度要求，此时，机制砂尾料中碳酸钙与水泥中的铝酸盐反应生成具有一定强度的水化碳铝酸钙。申请人发现，经过本申请的方式处理后的机制砂尾料具有细度小、遇水易结团等特点，因而机制砂尾料的细度并不是越小越好，研究发现，采用250目的组别与采用800目的组别得到的混凝土的性能均不如本申请限定下的细度所得到的混凝土，因而确定最佳目数为400-500目；另外，申请人还发现，当将机制砂尾料直接与水搅拌时机制砂尾料分散不均匀，导致混凝土拌合物流动性能差，同时影响水泥的水化反应，导致混凝土力学性能降低。对比第七组和第十二组发现，即使第十二组的制备方法中增加搅拌时间也不能缓解机制砂尾料的分散问题。综合判定机制砂尾料可以有效改善混凝土的流动性能和强度，但其粒径、制备混凝土的处理过程等都影响混凝土的性能，本申请通过多次试验结合申请人多年的建筑工作经验，得出最佳选材范围、参数及处理过程。

本发明具有以下有益效果：

本发明选用机制砂生产过程中的固体废弃物-机制砂尾料，经过处理后作为新型矿物掺合料用于混凝土中，在满足规范各项技术要求的同时，提高了混凝土拌合物长期工作性能、改善了混凝土外观质量，且可大量消化机制砂尾料，解决了机制砂尾料污染环境问题，实现废固再利用，减少混凝土对粉煤灰等矿物掺合料的依赖，降低混凝土成本的同时提高混凝土质量；本申请不仅解决上述问题，申请人还对混凝土工作性能、力学性能等进行研究，通过优化原料组分、制备参数等对混凝土的施工性能进行改进，通过该配方以及方法制备的机制砂尾料混凝土具有稳定的工作性能、优异的力学性能和均匀的外观质量。

【附图说明】

图1为试验例中第一组的混凝土外观状态图；

图2为试验例中第四组的混凝土外观状态图。

【

具体实施方式

】

下面结合附图和实施例和试验对本发明作进一步说明。

实施例1：

本实施例提供了一种机制砂尾料的处理方法，该处理方法包括以下步骤：

(1)将机制砂尾料进行收集，将收集后的机制砂尾料采用热风吹干，使得机制砂尾料的含水量低于1％；机制砂尾料为机制砂生产过程中形成的固体废弃物，所述机制砂尾料碳酸钙含量大于75％，亚甲蓝值不大于1％；

(2)将干燥后的机制砂尾料放入破碎机中进行破碎，接着经磨细加工至比表面积为600m²/kg。

本实施例还提供一种混凝土，该混凝土经上述的处理方法处理得到的机制砂尾料作为原料，该混凝土具体是由以下重量份的原料组成：水泥333份，粉煤灰32份，机制砂尾料32份，机制砂825份，碎石1010份，水170份和减水剂5.2份；上述组成混凝土的原料中，机制砂细度模数为2.8，含泥量小于1.0％，泥块含量小于0.5％，MB值小于1.0，石粉含量为9％；粉煤灰为I级粉煤灰或II级粉煤灰；减水剂为减水率大于25％、固含量大于30％的聚羧酸减水剂，购自天津悦鸣科技发展有限公司；碎石为粒径为20mm的连续级配碎石，其空隙率小于40％，压碎值指标不大于7％，针片状颗粒含量不大于5％；

本实施例还提供上述混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)将机制砂尾料、水泥、粉煤灰、机制砂和碎石混合，搅拌15s，得到物料A；

2)将水和减水剂混合搅拌均匀，接着与步骤1)所得物料A混合，搅拌120s，即得所述混凝土。

实施例2：

本实施例提供了一种机制砂尾料的处理方法，该处理方法包括以下步骤：

(1)将机制砂尾料进行收集，将收集后的机制砂尾料采用热风吹干，使得机制砂尾料的含水量低于1％；机制砂尾料为机制砂生产过程中形成的固体废弃物，所述机制砂尾料碳酸钙含量大于75％，亚甲蓝值不大于1％；

(2)将干燥后的机制砂尾料放入破碎机中进行破碎，接着经磨细加工至粒径为500目，细度不大于10％。

本实施例还提供一种混凝土，该混凝土经上述的处理方法处理得到的机制砂尾料作为原料，该混凝土具体是由以下重量份的原料组成：水泥250份，机制砂尾料15份，粉煤灰0份，机制砂700份，碎石900份，水140份和减水剂4份；上述组成混凝土的原料中，机制砂细度模数为2.6，含泥量小于1.0％，泥块含量小于0.5％，MB值小于1.0，石粉含量为8-10％；粉煤灰为I级粉煤灰或II级粉煤灰；减水剂为氨基减水剂，具体为AS型氨基减水剂，购自青岛鼎昌新材料有限公司；碎石为粒径为5mm的连续级配碎石，其空隙率小于40％，压碎值指标不大于7％，针片状颗粒含量不大于5％；

本实施例还提供上述混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)将机制砂尾料、水泥、粉煤灰、机制砂和碎石混合，搅拌10s，得到物料A；

2)将水和减水剂混合搅拌均匀，接着与步骤1)所得物料A混合，搅拌180s，即得所述混凝土。

实施例3：

本实施例提供了一种机制砂尾料的处理方法，该处理方法包括以下步骤：

(1)将机制砂尾料进行收集，将收集后的机制砂尾料采用选粉吹干，使得机制砂尾料的含水量低于1％；机制砂尾料为机制砂生产过程中形成的固体废弃物，所述机制砂尾料碳酸钙含量大于75％，亚甲蓝值不大于1％；

(2)将干燥后的机制砂尾料放入破碎机中进行破碎，接着经磨细加工至粒径为400目，细度不大于10％。

本实施例还提供一种混凝土，该混凝土经上述的处理方法处理得到的机制砂尾料作为原料，该混凝土具体是由以下重量份的原料组成：水泥400份，机制砂尾料90份，粉煤灰90份，机制砂1000份，碎石1200份，水220份和减水剂10份；上述组成混凝土的原料中，机制砂细度模数为3.0，含泥量小于1.0％，泥块含量小于0.5％，MB值小于1.0，石粉含量为10％；粉煤灰为I级粉煤灰或II级粉煤灰；减水剂为萘系减水剂，购自青岛鼎昌新材料有限公司；碎石为粒径为30mm的连续级配碎石，其空隙率小于40％，压碎值指标不大于7％，针片状颗粒含量不大于5％；

本实施例还提供上述混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)将机制砂尾料、水泥、粉煤灰、机制砂和碎石混合，搅拌30s，得到物料A；

2)将水和减水剂混合搅拌均匀，接着与步骤1)所得物料A混合，搅拌150s，即得所述混凝土。

试验例

首先，申请人为确定机制砂尾料的最优目数，进行以下试验：

本试验选用经过雷蒙磨机生产线处理后的机制砂固体废弃物-机制砂尾料作为新型矿物掺合料。为确定机制砂尾料的最优目数，研磨200目、325目、350目、400目、500目、600目的机制砂尾料制备机制砂尾料混凝土。并将各规格目数机制砂尾料的性能指标记录如表1所示。

表1为各规格目数机制砂尾料的性能指标

注：指标要求采用《用于水泥、砂浆和混凝土中的石灰石粉》GB/T 35164-2017中规定。

根据测试结果、机制砂尾料性能及生产能耗角度综合考虑，制定机制砂尾料的颗粒大小指标(目数)，确定目数为不小于325目，优选为325-600目，更优选为400-500目，比表面积约为600m²/kg。

申请人分两大组对下列组别的混凝土进行力学性能和工作试验测试：

第一大组：

第一组：一种混凝土，每立方米的重量组分组成：水泥335kg，机制砂尾料37kg，粉煤灰0kg，机制砂776kg，碎石1072kg，水160kg和减水剂5.58kg；除混凝土组成如上所述外，其他方式严格按照实施例1进行。

第二组：一种混凝土，每立方米的重量组分组成：水泥316kg，机制砂尾料56kg，粉煤灰0kg，机制砂776kg，碎石1072kg，水160kg和减水剂5.58kg；除混凝土组成如上所述外，其他方式严格按照实施例1进行。

第三组：一种混凝土，每立方米的重量组分组成：水泥298kg，机制砂尾料74kg，粉煤灰0kg，机制砂776kg，碎石1072kg，水160kg和减水剂5.58kg；除混凝土组成如上所述外，其他方式严格按照实施例1进行。

第四组：一种混凝土，每立方米的重量组分组成：水泥372kg，机制砂尾料0kg，粉煤灰0kg，机制砂776kg，碎石1072kg，水160kg和减水剂5.58kg；除混凝土组成如上所述外，其他方式严格按照实施例1进行。

第五组：一种混凝土，每立方米的重量组分组成：水泥335kg，机制砂尾料37kg，粉煤灰0kg，机制砂776kg，碎石1072kg，水160kg和减水剂5.58kg；其中，机制砂尾料采用目数为250目(比表面积约为250m²/kg)；除混凝土组成和机制砂尾料目数如上所述外，其他方式严格按照实施例1进行。

对上述五组中混凝土的工作性能、力学性能进行测试，工作性能测试结果见表2，力学性能测试结果见表3。

表2混凝土工作性能测试结果

表3力学性能测试结果

	7d抗压强度(MPa)	28d抗压强度(MPa)
			第一组	33.2	39.5
第二组	29.3	38.6
			第三组	28.4	38.3
第四组	34.6	36.0
			第五组	22.6	34.1

由表2和表3得知，采用机制砂尾料作为混凝土掺合料在混凝土中应用，混凝土的和易性、坍落度、扩展度、强度等工作性能满足规范要求，且有效提升混凝土的力学性能，改善工作性能。根据现场观察，发现添加机制砂尾料的第一组，混凝土的外观质量比未添加机制砂尾料的第四组要好，说明机制砂尾料的加入使得混凝土外观质量也得以有效改善(见图1-2)。

对比不在本发明保护范围内的250目机制砂尾料制备的混凝土第五组的工作性能不如第一组至第三组，且可以明显看到7d强度仅为22.6MPa，难以适应快捷施工要求。

第二大组：

第六组：一种混凝土，每立方米的重量组分组成：水泥333kg，机制砂尾料16kg，粉煤灰47kg，机制砂825kg，碎石1009kg，水180kg和减水剂8.33kg；除混凝土组成如上所述外，其他方式严格按照实施例1进行。

第七组：一种混凝土，每立方米的重量组分组成：水泥333kg，机制砂尾料32kg，粉煤灰32kg，机制砂825kg，碎石1009kg，水180kg和减水剂8.33kg；除混凝土组成如上所述外，其他方式严格按照实施例1进行。

第八组：一种混凝土，每立方米的重量组分组成：水泥333kg，机制砂尾料47kg，粉煤灰16kg，机制砂825kg，碎石1009kg，水180kg和减水剂8.33kg；除混凝土组成如上所述外，其他方式严格按照实施例1进行。

第九组：一种混凝土，每立方米的重量组分组成：水泥333kg，机制砂尾料90kg，粉煤灰0kg，机制砂825kg，碎石1009kg，水180kg和减水剂8.33kg；除混凝土组成如上所述外，其他方式严格按照实施例1进行。

第十组：一种混凝土，每立方米的重量组分组成：水泥333kg，机制砂尾料0kg，粉煤灰63kg，机制砂825kg，碎石1009kg，水180kg和减水剂8.33kg；除混凝土组成如上所述外，其他方式严格按照实施例1进行。

第十一组：一种混凝土，每立方米的重量组分组成：水泥333kg，机制砂尾料32kg，粉煤灰32kg，机制砂825kg，碎石1009kg，水180kg和减水剂8.33kg；其中机制砂尾料为机制砂生产线未处理尾料，比表面积为200-300m²/kg；除上述限定外，其他方式严格按照实施例1进行。

第十二组：一种混凝土，每立方米的重量组分组成：水泥333kg，机制砂尾料32kg，粉煤灰32kg，机制砂825kg，碎石1009kg，水180kg和减水剂8.33kg；其中机制砂尾料为机制砂生产线未处理尾料，混凝土的制备方法为：将机制砂尾料、水泥、粉煤灰、机制砂、碎石、水和减水剂搅拌均匀，搅拌时间为150s；除上述限定外，其他方式严格按照实施例1进行。

第十三组：一种混凝土，每立方米的重量组分组成：水泥333kg，机制砂尾料32kg，粉煤灰32kg，机制砂825kg，碎石1009kg，水180kg和减水剂8.33kg；其中采用的机制砂尾料目数为850目；除上述限定外，其他方式严格按照实施例1进行；

第十四组：一种混凝土，每立方米的重量组分组成：水泥333kg，机制砂尾料32kg，粉煤灰32kg，机制砂825kg，碎石1009kg，水180kg和减水剂8.33kg；其中采用的机制砂尾料比表面积为800m²/kg；除上述限定外，其他方式严格按照实施例1进行；

第十五组：一种混凝土，每立方米的重量组分组成：水泥333kg，机制砂尾料32kg，粉煤灰32kg，机制砂825kg，碎石1009kg，水180kg和减水剂8.33kg；其中采用的机制砂尾料比表面积为400m²/kg；除上述限定外，其他方式严格按照实施例1进行。

对第六组至第十五组中混凝土的工作性能、力学性能进行测试，工作性能测试结果见表4，力学性能测试结果见表5。

表4工作性能测试结果

表5力学性能测试结果

由表4和表5得知，本发明采用机制砂尾料混凝土配合比的混凝土和易性、坍落度、扩展度、强度等工作性能满足规范要求，特别地，56d强度高，达42.0MPa以上。不在本发明保护范围内的第九组，混凝土工作性能良好，但力学性能明显差于第六组至第八组。第十组虽力学性能优异，但工作性能不如第六组至第八组好。综合分析，第六组至第八组的配合比优于第九组至第十三组。

从表4中可以看到，第十一组使用未处理的机制砂尾料作为混凝土掺合料时，混凝土的工作性能差。从表5中可以看到，第十一组的力学性能也明显差于第六组至第八组，且难以满足规范要求。因此不再本发明保护范围内的未处理机制砂尾料不能满足施工要求，而处理后的机制砂尾料作为混凝土掺合料可以满足规范要求且各项性能优异。

第七组工作性能明显优于第十二组，说明不在本发明专利保护范围内的机制砂尾料混凝土制备方法制备的混凝土工作性能和强度步入本发明专利保护范围内的制备方法。主要原因为处理后的机制砂尾料具有细度小、遇水易结团等特点，当其直接与水搅拌时机制砂尾料分散不均匀，导致混凝土拌合物流动性能差，同时影响水泥的水化反应，导致混凝土力学性能降低。对比第七组和第十二组发现，即使第十二组的制备方法中增加搅拌时间也不能缓解机制砂尾料的分散问题。

对比第七组和第十三组得知，两者的工作性能和力学性能相差无几。申请人通过对两组混凝土板的裂缝数量统计，如表6所示：

表6第七组与第十三组的混凝土板的裂缝数量统计

	裂缝数量(条/m<sup>2</sup>)	裂缝平均长度(cm/条)
			第七组	3	5
第十三组	6	8

由表6可知：第七组的裂缝数量为3条/m²、裂缝平均长度为5cm/条，第十三组的裂缝数量为6条/m²、裂缝平均长度为8cm/条。第十三组的裂缝明显比第七组多且严重，而裂缝是影响混凝土耐久性的重要指标之一，因此不在本专利范围内的第十三组耐久性能明显差于第七组。

对比第七组和第十四组、第十五组，发现第七组与第十五组工作性能和力学性能接近，而第十五组的力学性能和工作性能都相对比其他两组差。申请人通过对两组混凝土板的裂缝数量统计，如表7所示：

表7三组的混凝土板的裂缝数量统计

	裂缝数量(条/m<sup>2</sup>)	裂缝平均长度(cm/条)
			第七组	3	5
第十四组	7	8
			第十五组	3	5

由表7可知：第七组的裂缝数量为3条/m²、裂缝平均长度为5cm/条，第十四组的裂缝数量为7条/m²、裂缝平均长度为8cm/条；第十五组裂缝数量为3条/m²、裂缝平均长度为5cm/条。第十四组的裂缝明显比第七组和第十五组的多且严重，而裂缝增加外部空气侵蚀钢筋机率，最终影响混凝土结构耐久性。第十四组由于比表面积大，强度相对较高，但由于细颗粒吸水严重，混凝土开裂机率增大，所以比表面积并非越大越好。第十五组的裂缝数量较少，甚至优于第七组，但根据表5可知，混凝土的工作性能和力学性能均比第七组差。通过上述试验，得出机制砂尾料的最佳比表面积为600m²/kg。

此外，申请人还对第七组和第十组的成本核算对比，如表8所示：

表8成本核算

由表8可知，机制砂尾料混凝土比粉煤灰混凝土的单方成本降低6.4元(降低比例2.1％)，本发明采用机制砂尾料作为混凝土掺合料可达到降低施工成本，废固物再利用“变废为宝”、节能环保的目的。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。