利用极细钼尾矿的phc管桩用混凝土掺合料和管桩
阅读说明：本技术 利用极细钼尾矿的phc管桩用混凝土掺合料和管桩 (Concrete admixture for PHC (prestressed high-strength concrete) tubular pile by utilizing ultra-fine molybdenum tailings and tubular pile ) 是由 耿碧瑶 施士虎 吴世剑 谢盛青 朱维根 于 2021-09-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用极细钼尾矿的PHC管桩用混凝土掺合料和PHC管桩。所述PHC管桩用混凝土掺合料的制备包括：将极细钼尾矿经压滤或过滤脱水,烘干；将脱硫石膏烘干；将烘干的极细钼尾矿和脱硫石膏,按质量比为(9～10):1配比,并在球磨机中粉磨至物料比表面积为700m～(2)/kg～1000m～(2)/kg,得到所述混凝土掺合料。本发明通过利用极细钼尾矿制备混凝土掺合料,采用该混凝土掺合料来制备PHC管桩,可以提高PHC管桩混凝土的抗压强度,密实度和耐久性,可以降低管桩生产成本,同时可实现钼尾矿和脱硫石膏的资源化利用,具有显著的环境效益和经济效益。(The invention discloses a concrete admixture for a PHC (prestressed high-strength concrete) tubular pile and the PHC tubular pile by using ultra-fine molybdenum tailings. The preparation method of the concrete admixture for the PHC tubular pile comprises the following steps: carrying out filter pressing or filter dehydration on the ultrafine molybdenum tailings, and drying; drying the desulfurized gypsum; mixing the dried ultrafine molybdenum tailings and the desulfurized gypsum according to the mass ratio of (9-10) to 1, and grinding in a ball mill until the specific surface area of the material is 700m 2 /kg～1000m 2 And/kg, obtaining the concrete admixture. According to the invention, the concrete admixture is prepared by using the ultrafine molybdenum tailings, and the PHC tubular pile is prepared by using the concrete admixture, so that the compressive strength, compactness and durability of the PHC tubular pile concrete can be improved, the production cost of the tubular pile can be reduced, the resource utilization of the molybdenum tailings and the desulfurized gypsum can be realized, and the concrete admixture has obvious environmental benefit and economic benefitIt is beneficial to.)
技术领域
本发明涉及PHC管桩制备技术领域，特别是涉及一种利用极细钼尾矿的PHC管桩用混凝土掺合料和管桩。
背景技术
预应力高强度混凝土管桩简称PHC管桩，广泛应用于建筑、交通、水利等工程建筑中，PHC管桩混凝土的抗压强度要求在80MPa以上。目前制备PHC管桩时普遍需要使用天然石英粉等作为硅质原料，其成本较高，会使PHC管桩的生产成本增加。部分制备PHC管桩工艺中矿渣粉和粉煤灰的用量也较大，一定程度上也增加了生产成本。
随着采矿业的发展，尾矿的综合利用成为资源化利用和环境保护的重要课题。以尾矿为主要原料的制品已在诸多领域得到应用与推广，其中尾矿制备建筑材料是尾矿的主要应用方向之一。但是，由于稀有金属钼产生的固体废弃物，其尾矿颗粒极细，使得目前钼尾矿的利用难度较大，现阶段关于钼尾矿制备建筑材料的研究和应用报道也较少。
目前现有技术中利用钼尾矿制备的混凝土，其28天龄期抗压强度也仅达到70MPa。虽在一定程度上实现了钼尾矿的资源化利用，但是，其制备得到的混凝土强度均无法满足PHC管桩对抗压强度、密实度、耐久性等方面的要求，而且现有技术中也没有将极细钼尾矿应用于PHC管桩生产中的相关报道。
发明内容
基于此，本发明的目的在于提供一种利用极细钼尾矿的PHC管桩用混凝土掺合料和PHC管桩。通过采用极细钼尾矿与脱硫石膏经粉磨制备得到PHC管桩用混凝土掺合料，采用该混凝土掺合料制备PHC管桩，可以在满足PHC管桩混凝土强度等性能的要求下，节省PHC管桩的生产成本，实现钼尾矿和脱硫石膏的资源化利用，解决钼尾矿大量堆存污染环境问题，具有显著的环境效益和经济效益。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
根据本发明的第一个方面，本发明提供的一种利用极细钼尾矿的PHC管桩用混凝土掺合料，所述PHC管桩用混凝土掺合料是是将烘干的极细钼尾矿和脱硫石膏按质量比为(9～10):1配比并在球磨机中粉磨至物料比表面积为700m2/kg～1000m2/kg得到。
可选地，所述烘干的极细钼尾矿是将极细钼尾矿经压滤或过滤脱水，处理至含水率不高于20％，再用烘干机进行烘干得到。
可选地，所述极细钼尾矿中二氧化硅含量≥70％；
可选地，所述脱硫石膏中三氧化硫含量大于35％。所述脱硫石膏购买于火电厂。
可选地，采用共同粉磨或者分别粉磨后混合均化。优选地，采用共同粉磨方式进行粉磨，粉磨时间为15min～30min。
可选地，所述极细钼尾矿为0.5mm筛余＜10％的钼尾矿。
根据本发明的另一个方面，本发明提供的一种利用极细钼尾矿的PHC管桩，所述PHC管桩的原料，按照重量份数计，包括：
其中，所述混凝土掺合料为本发明所述的利用极细钼尾矿的PHC管桩用混凝土掺合料。
可选地，所述PHC管桩的制备包括：将原料按照重量份数配比，采用强制式搅拌机搅拌均匀，经成型和压蒸养护得到PHC管桩。
可选地，所述PHC管桩抗压强度大于90MPa。
与现有技术相比，本发明通过采用极细钼尾矿与脱硫石膏经粉磨制备得到具有优异性能的PHC管桩用混凝土掺合料，采用该PHC管桩用混凝土掺合料制备PHC管桩，提高了PHC管桩混凝土强度等性能，避免了天然石英粉的使用，节省了PHC管桩的生产成本，且实现了钼尾矿和脱硫石膏的资源化利用，解决钼尾矿大量堆存污染环境问题，具有显著的环境效益和经济效益。另外，本发明也无需使用粉煤灰。
本发明的优点主要体现在以下几个方面：
(1)本发明利用钼尾矿和脱硫石膏本身颗粒细和易磨性好的特点，仅需要粉磨加工，就能制备高性能PHC管桩用混凝土掺合料，生产成本较低。
(2)本发明PHC管桩用混凝土掺合料中粉磨到超细的钼尾矿中超细二氧化硅含量高，在PHC管桩生产的压蒸工艺条件下，能够替代天然石英粉和部分矿渣粉或部分水泥，与胶凝材料中的对强度不利的氢氧化钙发生反应，生成对强度有贡献的托贝莫来石，增加混凝土的密实程度。本发明脱硫石膏能补充胶凝材料中硫酸盐含量的不足，从而促进水泥、矿渣和钼尾矿中硅(铝)酸盐的进一步水化。可在不降低PHC管桩强度的前提下，节省管桩生产成本。
(3)本发明实现了钼尾矿和脱硫石膏的资源化利用，解决钼尾矿大量堆存污染环境问题，具有显著的环境效益和经济效益。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种利用极细钼尾矿的PHC管桩用混凝土掺合料，是通过将烘干的极细钼尾矿和脱硫石膏按照质量比为9:1～10:1配比，并在球磨机中粉磨至物料比表面积为700m2/kg～1000m2/kg得到。其中，粉磨可以采用共同粉磨或分别粉磨约15～30分钟后再混合均化。所述极细钼尾矿中二氧化硅含量≥70％。所述脱硫石膏从火电厂购买得到，所述脱硫石膏中三氧化硫含量大于35％。
本发明PHC管桩用混凝土掺合料利用极细钼尾矿和脱硫石膏本身颗粒细和易磨性好的特点，仅通过粉磨加工，就能制备得到。且该PHC管桩用混凝土具有高性能，生产成本低的优点，同时实现了钼尾矿的资源化利用，解决钼尾矿大量堆存污染环境问题。
本发明提供的一种利用极细钼尾矿的PHC管桩，是通过采用本发明所述的利用极细钼尾矿的PHC管桩用混凝土掺合料替换原料中天然石英砂等制备得到。本发明PHC管桩通过采用本发明混凝土掺合料替换天然石英砂，提高了PHC管桩抗压强度等性能，节省了PHC管桩的生产成本。
在一可选实施例中，利用极细钼尾矿的PHC管桩的制备包括如下步骤：
1)将二氧化硅含量≥70％的极细钼尾矿进行压滤或过滤脱水，处理至含水率不高于20％，再用烘干机烘干；其中，所述极细钼尾矿是粉磨之前的细钼尾矿，即0.5mm筛余＜10％的钼尾矿。
2)将火电厂脱硫石膏烘干，其中，所述脱硫石膏中的三氧化硫含量(质量百分比)大于35％；
3)将步骤1)烘干得到的极细钼尾矿与步骤2)烘干得到的脱硫石膏，按质量比为9:1～10:1，在球磨机中共同粉磨15～30分钟或者分别粉磨15～30分钟后再混合均化，使物料比表面积为700m2/kg～1000m2/kg，即得到PHC管桩用混凝土掺合料；
4)采用步骤3)制备得到的PHC管桩用混凝土掺合料替代现有PHC管桩制备中的天然石英粉和部分矿渣粉或部分水泥，按重量份数设计PHC管桩混凝土的原料组合物。其中，PHC管桩原料按重量份数计，包括：P·O42.5水泥：220～350份；混凝土掺合料：70～140份；矿渣粉：30～90份；细骨料：650～900份；粗骨料：1000～1300份；水：110～135份；聚羧酸系减水剂：4～15份。其中，所述细骨料为天然中砂；所述粗骨料5～20mm碎石；所述矿渣粉为满足GB/T 18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中S95级要求的粒化高炉矿渣粉；所述聚羧酸系减水剂例如可以为满足GB 8076-2008《混凝土外加剂》中标准型高性能减水剂要求的聚羧酸系减水剂(含固量20％)。
5)将以上原料用强制式搅拌机搅拌均匀，经成型和压蒸养护即可得到PHC管桩。
本发明PHC管桩，利用二氧化硅含量≥70％的极细钼尾矿和火电厂的脱硫石膏制备混凝土掺合料，一方面替代高硅质原料，降低管桩生产成本；另一方面，胶凝体系中由于掺合料的大量掺入，水泥中的石膏已被稀释，脱硫石膏补充胶凝体系中硫酸盐含量的不足，促进水泥、矿粉和钼尾矿中硅(铝)酸盐的水化，提高管桩混凝土的强度。
本发明PHC管桩，利用极细钼尾矿和脱硫石膏本身良好的易磨性和微细粒径，在较低能耗下将钼尾矿和脱硫石膏混合粉磨到700～1000m2/kg的细度，在PHC管桩混凝土中能够发挥活性效应和填充效应，提高混凝土的密实度、强度和耐久性能。
下面结合具体实施例和对比例对本发明的技术方案做进一步描述：
实施例一
该实施例中钼尾矿取沙坪沟钼尾矿，对该钼尾矿进行化学全分析，具体分析结果如表1所示。其中，该钼尾矿中二氧化硅含量为77.17％。
表1 沙坪沟钼尾矿试样化学成分
制备PHC管桩过程如下：
1)将尾矿场的钼尾矿送入高压压滤机进行压滤，滤饼含水率为15％～20％，经破碎机破碎后进入烘干机烘干；
2)外购火电厂脱硫石膏，经化验脱硫石膏中三氧化硫含量(质量百分比)为40.2％，将脱硫石膏用烘干机烘干；
3)将烘干的钼尾矿与烘干的脱硫石膏按质量比为10:1送入球磨机，共同粉磨到比表面积750±50m2/kg，得到混凝土掺合料；
4)用混凝土掺合料代替天然石英粉和部分矿渣粉，按照表2所示的混凝土配合比生产PHC管桩。
对比例一
该对比例按照表2所示的混凝土配合比生产PHC管桩。
将实施例一和对比例一，成型150mm×150mm×150mm试块，经压蒸养护后抗压强度对比如表2所示。
表2 实施例一与对比例一PHC管桩混凝土抗压强度对比
实施例二
该实施例二以承德某地钼尾矿为原料，对钼尾矿进行化学全分析，分析结果如表3所示。其中，该钼尾矿中二氧化硅含量为74.57％，
表3 承德某地钼尾矿试样化学成分
制备PHC管桩过程如下：
1)将尾矿场的钼尾矿送入高压压滤机进行压滤，滤饼含水率为13％～16％，经破碎机破碎后进入烘干机烘干；
2)外购火电厂脱硫石膏，经化验脱硫石膏中三氧化硫含量(质量百分比)为38.5％，将脱硫石膏用烘干机烘干；
3)将烘干的钼尾矿与烘干的脱硫石膏按质量比为9:1送入球磨机，共同粉磨到比表面积950±50m2/kg，得到混凝土掺合料；
4)用混凝土掺合料代替天然石英粉和部分水泥，按照表4所示的混凝土配合比生产PHC管桩，
对比例二
该对比例按照表4所示的混凝土配合比生产PHC管桩。
将实施例二和对比例二，成型150mm×150mm×150mm试块，经压蒸养护后抗压强度对比如表4所示。
表4 实施例二与对比例二PHC管桩混凝土抗压强度对比
本发明上述实施例将钼尾矿和脱硫石膏按质量比为(9～10):1配比，利用极细钼尾矿和脱硫石膏本身良好的易磨性和微细粒径，在较低能耗下将钼尾矿和脱硫石膏混合粉磨到700m2/kg～1000m2/kg的细度，在PHC管桩混凝土中能够发挥活性效应和填充效应，从而提高了PHC混凝土的密实度、强度和耐久性能，其中，抗压强度达到了90MPa以上，不仅满足PHC管桩抗压强度要求，而且还可以适应更复杂地形。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。