一种铜尾渣粉活性粉末混凝土及制备方法
阅读说明：本技术 一种铜尾渣粉活性粉末混凝土及制备方法 (Copper tailing powder active powder concrete and preparation method thereof ) 是由 赵云鹏 王帅 金生吉 苗林 成前 岳子建 杨宇豪 于 2021-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明专利属于工业固废在高性能混凝土应用以及道路桥梁结构应用领域,主尤其涉及一种铜尾渣粉活性粉末混凝土及制备方法。一种铜尾渣粉活性粉末混凝土,包括以下重量份原料：水泥100～120份,硅灰25～35份,钢纤维16～22份,石英砂107～135份,铜尾渣50～75份,水18～26份,高效减水剂1～3份。本发明专利的铜尾渣成分有害物质含量极低,且矿物成分形状多为粒状,可以进行紧密堆积,有效提高RPC的密实度,改善其力学性能。本发明专利的铜尾渣粉活性粉末混凝土抗压强度、抗折强度十分可观,且可用于混凝土声屏障单元板、公路路缘石和防撞墙等工程结构,施工便利且成本低。(The invention belongs to the field of application of industrial solid wastes in high-performance concrete and application of road and bridge structures, and mainly relates to copper tailing powder reactive powder concrete and a preparation method thereof. The copper tailing powder reactive powder concrete comprises the following raw materials in parts by weight: 100-120 parts of cement, 25-35 parts of silica fume, 16-22 parts of steel fiber, 107-135 parts of quartz sand, 50-75 parts of copper tailings, 18-26 parts of water and 1-3 parts of a high-efficiency water reducing agent. The copper tailings disclosed by the invention are extremely low in content of harmful substances, and most of mineral components are granular, so that the copper tailings can be closely stacked, the compactness of RPC is effectively improved, and the mechanical property of the RPC is improved. The copper tailing powder active powder concrete disclosed by the invention has considerable compressive strength and flexural strength, can be used for engineering structures such as concrete sound barrier unit plates, highway curb stones and anti-collision walls, and is convenient to construct and low in cost.)
技术领域
本发明专利属于工业固废在高性能混凝土应用以及道路桥梁结构应用领域，主尤其涉及一种铜尾渣粉活性粉末混凝土及制备方法。
背景技术
活性粉末混凝土也称RPC，最早从法国被制作成出来后，一直被应用至今。它剔除了粗骨料，加入了硅灰、钢纤维减水剂等组分，既提高了RPC的密实度又大大增加了其抗压强度指标和耐久性能，钢纤维的加入增加了它的韧性，使其脆性大大降低。
工程构件上的日益更新，多元化发展。普通强度的水泥混凝土已经越来越无法满足现如今构件的要求，目前工程构件方面，由于活性粉末混凝土本身制作成本较高，大规模利用有一定困难，从高性能以及经济效益角度出发，值得进一步探讨和研究。
铜尾渣是铜经火法冶炼过程中产生的工业废渣，属于工业固废。据统计我国铜渣排放量在4000～5000万吨，是排渣量非常大的一种有色金属。大量堆积不仅会占用土地面积，时间过长还容易产生酸性与碱性物质，对土地以及环境造成不可逆转的危害。本发明以铜渣粉作为活性粉末混凝土的细骨料成分去制备活性粉末混凝土，增加了铜尾渣的利用率，积极响应国家政策，减少土地环境方面的负担。
发明内容
基于以上背景的技术领域下，本发明目的在于提供一种铜尾渣粉活性粉末混凝土及制备方法。不仅降低了成本，还将环境污染、土地占用问题有效的解决。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种铜尾渣粉活性粉末混凝土，包括以下重量份原料：水泥100～120份，硅灰25～35份，钢纤维16～22份，石英砂107～135份，铜尾渣50～75份，水18～26份，高效减水剂1～3份。
进一步地，所述水泥为42.5的普通硅酸盐水泥。
进一步地，所述钢纤维为平直型钢纤维，直径为200～210μm，长度为12-14mm。
进一步地，所述硅灰的化学成分含量按百分比表示为：SiO2：90％-93％、MgO：0.2％-0.4％、C：2％-2.1％、CaO：0.9％-1％、Al2O3：0.7％-0.75％、Fe2O3：0.4％-0.5％、Na2O：0.1％-0.15％，粒径大于1000目。
进一步地，所述石英砂为SiO2含量高于95％的白色石英砂。
进一步地，所述铜尾渣粉的化学成分含量按百分比表示为：Fe：40％-42％、SiO2：24.3％-24.5％、Ag:32.10％-32.15％、Cu：4.10％-4.20％、Al2O3：1.20％-1.25％、Pb：0.25％-0.30％、CaO：0.65％-0.70％、Na2O：0.10％-0.15％。
进一步地，所述减水剂为西卡高性能聚羧酸粉末减水剂，减水率≥30％。
一种铜尾渣粉活性粉末混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：
1、将铜尾渣经球磨机进行磨细备用。
2、将搅拌机润湿，同时均匀刷上脱模剂在模具上(涂抹之前用粘贴将底部空洞沾上，以防脱模困难)，备用。
3、在事先拌合备用的水泥、硅灰、石英砂混合物中加入备好的各粒级铜尾渣粉、钢纤维匀速搅拌120-180s。
4、在拌合后的骨料混合物中加入已经搅拌均匀的减水剂水溶液匀速搅拌300-480s，取出拌合料立即测量流动度，同时装模振捣。
5、将试件放置在相对湿度95％和温度条件20℃环境中，静置24h后脱模。
6、将脱模后的试件放入高温蒸养箱中进行高温蒸养，时间设为72h，养护温度设置升温到85-90℃，初始温度15-20℃，升、降温速率为15℃/h，定期观察养护箱内部情况并及时排干积水。
进一步地，所述步骤1中铜尾渣磨细后，经振筛机筛分后的粒径分为0.6mm-0.3mm、0.3mm-0.15mm、小于0.15mm三个粒级，三个粒级的铜尾渣比例为(0.6～1.2):(1.3～2.4):(1.9～2.8)。
进一步地，所述步骤3中石英砂细砂粒径为0.3-0.6mm，中细砂粒径为0.15-0.3mm，特细砂粒径为小于0.15mm，中细、细、特细砂比例为：(2.2～2.7):(1.2～1.5):(1.6～1.9)。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下。
(1)本发明专利的铜尾渣成分有害物质含量极低，且矿物成分形状多为粒状，可以进行紧密堆积，有效提高RPC的密实度，改善其力学性能。
(2)铜尾渣中有大量玻璃体和一定量的磁铁矿，与胶凝材料组分反应更彻底，保证它的长期力学性能。
(3)掺入铜尾渣粉去制备活性粉末混凝土，不止能够降低活性粉末混凝土的成本，还能解决铜尾渣的土地堆积问题，且铜尾渣的加入为提高活性粉末混凝土的强度指标起到了促进作用。
(4)本发明专利的铜尾渣粉活性粉末混凝土抗压强度、抗折强度十分可观，且可用于混凝土声屏障单元板、公路路缘石和防撞墙等工程结构，施工便利且成本低。
附图说明
图1为磨细铜尾渣的球磨机。
图2为振筛磨细铜尾渣的振筛机。
图3为拌合中的搅拌机。
图4为铜尾渣活性粉末混凝土试件。
图5为浇筑防撞墙所需模具。
图6为浇筑防撞墙所需模具。
图7为拆模后的铜尾渣RPC防撞墙构件。
图8为拆模后的铜尾渣RPC防撞墙构件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种铜尾渣粉活性粉末混凝土，包括以下重量份原料：水泥100～120份，硅灰25～35份，钢纤维16～22份，石英砂107～135份，铜尾渣50～75份，水18～26份，高效减水剂1～3份。
进一步地，所述水泥为42.5的普通硅酸盐水泥。
进一步地，所述钢纤维为平直型钢纤维，直径为200～210μm，长度为12-14mm。
进一步地，所述硅灰的化学成分含量按百分比表示为：SiO2：90％-93％、MgO：0.2％-0.4％、C：2％-2.1％、CaO：0.9％-1％、Al2O3：0.7％-0.75％、Fe2O3：0.4％-0.5％、Na2O：0.1％-0.15％，粒径大于1000目。
进一步地，所述石英砂为SiO2含量高于95％的白色石英砂。
进一步地，所述铜尾渣粉的化学成分含量按百分比表示为：Fe：40％-42％、SiO2：24.3％-24.5％、Ag:32.10％-32.15％、Cu：4.10％-4.20％、Al2O3：1.20％-1.25％、Pb：0.25％-0.30％、CaO：0.65％-0.70％、Na2O：0.10％-0.15％。
进一步地，所述减水剂为西卡高性能聚羧酸粉末减水剂，减水率≥30％。
一种铜尾渣粉活性粉末混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：
1、将铜尾渣经球磨机进行磨细备用。
2、将搅拌机润湿，同时均匀刷上脱模剂在模具上(涂抹之前用粘贴将底部空洞沾上，以防脱模困难)，备用。
3、在事先拌合备用的水泥、硅灰、石英砂混合物中加入备好的各粒级铜尾渣粉、钢纤维匀速搅拌120-180s。
4、在拌合后的骨料混合物中加入已经搅拌均匀的减水剂水溶液匀速搅拌300-480s，取出拌合料立即测量流动度，同时装模振捣。
5、将试件放置在相对湿度95％和温度条件20℃环境中，静置24h后脱模。
6、将脱模后的试件放入高温蒸养箱中进行高温蒸养，时间设为72h，养护温度设置升温到85-90℃，初始温度15-20℃，升、降温速率为15℃/h，定期观察养护箱内部情况并及时排干积水。
进一步地，所述步骤1中铜尾渣磨细后，经振筛机筛分后的粒径分为0.6mm-0.3mm、0.3mm-0.15mm、小于0.15mm三个粒级，三个粒级的铜尾渣比例为(0.6～1.2):(1.3～2.4):(1.9～2.8)。
进一步地，所述步骤3中石英砂细砂粒径为0.3-0.6mm，中细砂粒径为0.15-0.3mm，特细砂粒径为小于0.15mm，中细、细、特细砂比例为：(2.2～2.7):(1.2～1.5):(1.6～1.9)。
示例1。
本发明所述实施例组分按重量份计包括：0.6mm-0.3mm粒径的50份细石英砂、0.3mm-0.15mm粒径的27份中细石英砂、小于0.15mm粒径的35份特细石英砂、18份钢纤维、100份水泥、25份硅灰、0.6mm-0.3mm粒径的10份铜尾渣粉、0.3mm-0.15mm粒径的23份铜尾渣粉、小于0.15mm粒径的32份铜尾渣粉，2份减水剂与24份水。
具体实施步骤如下：
(1)在事先拌合备用的水泥、硅灰、石英砂混合物中加入备好的各粒级铜尾渣粉、钢纤维匀速搅拌180s。
(2)在拌合后的骨料混合物中加入已经搅拌均匀的减水剂水溶液匀速搅拌300s，取出拌合料测量流动度200mm，同时装模振捣。
(3)将试件放置在相对湿度95％和温度条件20℃环境中，静置24h后脱模。
(4)脱模后的试件放入养护箱中养护3d取出。
经测定实施例1抗压强度为：118MPa；抗折强度为：17MPa。同配比下不掺铜尾渣粉活性粉末混凝土对照例1抗压强度为：110MPa，抗折强度为：17MPa。
示例2。
本发明所述实施例组分按重量份计包括：0.6mm-0.3mm粒径的55份细石英砂、0.3mm-0.15mm粒径的25份中细石英砂、小于0.15mm粒径的35份特细石英砂、18份钢纤维、110份水泥、25份硅灰、0.6mm-0.3mm粒径的15份铜尾渣粉、0.3mm-0.15mm粒径的20份铜尾渣粉、小于0.15mm粒径的35份铜尾渣粉，3份减水剂与26份水。
具体实施步骤如下：
(1)在事先拌合备用的水泥、硅灰、石英砂混合物中加入备好的各粒级铜尾渣粉、钢纤维匀速搅拌120s。
(2)在拌合后的骨料混合物中加入已经搅拌均匀的减水剂水溶液匀速搅拌480s，取出拌合料测量流动度195mm，同时装模振捣。
(3)将试件放置在相对湿度95％和温度条件20℃环境中，静置24h后脱模。
(4)脱模后的试件放入养护箱中养护3d取出。
经测定实施例2抗压强度为：122MPa；抗折强度为：21MPa。同配比下不掺铜尾渣粉活性粉末混凝土对照例2抗压强度为：112MPa，抗折强度为：20MPa。
示例3。
本发明所述实施例组分按重量份计包括：0.6mm-0.3mm粒径的55份细石英砂、0.3mm-0.15mm粒径的28份中细石英砂、小于0.15mm粒径的35份特细石英砂、18份钢纤维、112份水泥、25份硅灰、0.6mm-0.3mm粒径的10份铜尾渣粉、0.3mm-0.15mm粒径的20份铜尾渣粉、小于0.15mm粒径的40份铜尾渣粉，3份减水剂与26份水。
具体实施步骤如下：
(1)在事先拌合备用的水泥、硅灰、石英砂混合物中加入备好的各粒级铜尾渣粉、钢纤维匀速搅拌180s。
(2)在拌合后的骨料混合物中加入已经搅拌均匀的减水剂水溶液匀速搅拌300s，取出拌合料测量流动度171mm，同时装模振捣。
(3)将试件放置在相对湿度95％和温度条件20℃环境中，静置24h后脱模。
(4)脱模后的试件放入养护箱中养护3d取出。
经测定实施例3抗压强度为：125MPa；抗折强度为：21MPa。同配比下不掺铜尾渣粉活性粉末混凝土对照例3抗压强度为：120MPa，抗折强度为：20MPa。
示例4。
本发明所述实施例组分按重量份计包括：0.6mm-0.3mm粒径的55份细石英砂、0.3mm-0.15mm粒径的25份中细石英砂、小于0.15mm粒径的40份特细石英砂、18份钢纤维、115份水泥、25份硅灰、0.6mm-0.3mm粒径的10份铜尾渣粉、0.3mm-0.15mm粒径的30份铜尾渣粉、小于0.15mm粒径的25份铜尾渣粉，3份减水剂与24份水。
具体实施步骤如下：
(1)在事先拌合备用的水泥、硅灰、石英砂混合物中加入备好的各粒级铜尾渣粉、钢纤维匀速搅拌120s。
(2)在拌合后的骨料混合物中加入已经搅拌均匀的减水剂水溶液匀速搅拌480s，取出拌合料测量流动度192mm，同时装模振捣。
(3)将试件放置在相对湿度95％和温度条件20℃环境中，静置24h后脱模。
(4)脱模后的试件放入养护箱中养护3d取出。
经测定实施例4抗压强度为：135MPa；抗折强度为：22MPa。同配比下不掺铜尾渣粉活性粉末混凝土对照例4抗压强度为：117MPa，抗折强度为：19MPa。
统计后配比与数据指标见下表1-表4。
表1示例1-4原料组成与配比表。
表2对照组1-4原料组成与配比表。
表1、2中胶凝材料为水泥和硅灰的拌合物。
表3示例1-4性能指标表。
表4对照组1-4性能指标表。
通过以上的示例1-4掺入铜尾渣粉制备得到的一种铜尾渣粉活性粉末混凝土与对照组不掺入铜尾渣粉的对照组1-4利用石英砂制备得到的标准活性粉末混凝土结果分析发现，当掺入铜尾渣粉制备得到活性粉末混凝土后其流动度效果优异，而且抗压强度和抗折强度均有所提高，这进一步证明了这种铜尾渣粉活性粉末混凝土优秀的力学性能和耐久性能。
应用性实例：铜尾渣RPC公路防撞墙构件。
对照性能指标，以较为突出的示例4为配比制备得到的铜尾渣活性粉末混凝土作为防撞墙构件实体的材料，将其浇筑到防撞墙模型中制备成型，模具见图5-6。
按示例4所述配比制备铜尾渣RPC防撞墙，经材料拌合，构件成型，在标准条件下养护得到的铜尾渣RPC防撞墙构件见图7-8。
普通混凝土防撞墙因自身强度较低且易腐蚀，表面容易开裂，从而产生裂缝，而RPC防撞墙因其用到的活性材料则不容易出现以上问题，尤其是强度指标尤为突出，致使这种防撞墙本身的造价较高，而铜尾渣RPC不仅在此基础上强度超越了标准配比的RPC，且降低了制作成本，使铜尾渣这种工业废物重新被利用。且因铜尾渣本身活性被激发，本身不易开裂受腐蚀，在工程意义与经济效益上优势都非常明显。
综上所述，本发明通过掺入铜尾渣粉作为RPC中的骨料去制备活性粉末混凝土，制作出的公路防撞墙构件不仅在制备活性粉末混凝土的经济效益方面起到促进作用，积极响应国家政策，还把铜尾渣这种工业废渣重新高值利用了起来；本发明所描述的这种铜尾渣粉活性粉末混凝土的抗压强度和抗折强度高，制备工艺简易方便，而且适用于混凝土声屏障单元板、公路路缘石和防撞墙等工程结构构建当中去，施工便利且成本低。
上述示例性实施例选取的是本发明专利具有代表性的实施案例，且将指标优异的示例4配比作为公路防撞墙的浆体材料去制备，将试验结果与实际工程应用相结合，具体试验案例不仅限于上述4个实施例，具体应用实例也不仅限于上述实例。本技术领域的其他专业人员，在不违背本发明专利的精神实质与原理下进行的各种修改、变换、简化以及修饰均可作为等效的置换方式，仍旧包含在本发明专利的保护范围之内。
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