本发明涉及建筑材料技术领域，更具体地说，它涉及一种c30尾矿砂混凝土及其制备方法。
背景技术：
随着现在房地产业的不断升温，混凝土在建筑行业中的大量使用，使河砂资源需求量越来越多，造成我国的砂资源大量减少，致使现在的混凝土生产成本大幅度增加，因而产生了不正当竞争，并给建筑业的质量控制带来了难度。尾矿是选矿后的废弃物，是工业固体废弃物的主要组成部分，大量的尾矿砂不仅占用土地，而且产生的扬尘污染环境，目前，我国的尾矿综合利用率只有7％，因此，尾矿的综合回收利用问题已经受到全社会的广泛关注。
现有技术中，申请号为cn201410193087.9的中国发明专利申请文件中公开了一种大掺量铁尾矿砂高强度混凝土及其制备方法，它是由下述组分的原料制成的：混合砂、水泥、粉煤灰、矿粉、碎石、水、复合外加剂，混合砂为铁尾矿砂、天然中砂，铁尾矿砂取代天然中砂的重量百分比即铁尾矿砂占混合砂总重量的百分比为60％-70％，铁尾矿砂的细度模数为1.9-2.6。
现有的这种混凝土中掺入大量的铁尾矿，因为铁尾矿的吸水率较大，表面粗糙，孔隙率较大，所以掺量较大时，铁尾矿易吸收混凝土内较多的自由水，造成混凝土的坍落度损失较大，和易性较差，同时这种大掺量铁尾矿混凝土无法满足水下施工的要求，在水下施工时，混凝土容易分散，强度降低，因此，研发一种和易性好、坍落度损失小，且在水下施工时不易分散的c30尾矿砂混凝土是需要解决的问题。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种c30尾矿砂混凝土，其具有和易性好，坍落度损失小，且在水下施工时不易分散的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种c30尾矿砂混凝土的制备方法，其具简单已操作的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种c30尾矿砂混凝土，包括以下重量份的组分：250-270份水泥、735-797份砂子、240-370份尾矿砂、914-934份石子、180-200份水、50-70份粉煤灰、60-80份矿渣粉、8.36-9.36份外加剂；
所述尾矿砂的细度模数为2.1-2.3，含泥量＜5％；
所述外加剂由减水剂、絮凝剂、增强组分和改性膨润土按照质量比为1:(0.8-1.2):(4.5-5.5):(0.04-0.06)混合配制而成；
所述增强组分由三乙醇胺、聚二甲基硅氧烷和改性煤矸石粉按照质量比为1:(0.4-0.6):(1.2-1.5)混合配制而成。
通过采用上述技术方案，尾矿砂的细目模数小，含泥量少，能够提高混凝土的强度，使尾矿砂与粉煤灰、石子、砂子和矿渣粉形成良好的级配，填充于混凝土内部结构内，降低混凝土的孔隙率，增加混凝土密实度，同时添加的粉煤灰和矿渣粉具有的“形态效应”和“微集料效应”，可大幅度减少坍落度损失，有效消除尾矿砂对混凝土坍落度损失带来的负面影响，使用具有抗分散、增加抗压强度的外加剂，对混凝土的抗分散性能和在水下的力学性能进行改善，使混凝土在水下施工时，水泥流失量降低，不易分散，且抗压强度较好。
外加剂中通过采用减水剂、絮凝剂、增强组分和改性膨润土进行配制，减水剂能够降低絮凝剂在通过水层时增加的吸水量，增加混凝土的流动性，提高混凝土强度，絮凝剂能够增加混凝土的粘聚力，改善混凝土的流动性，减水剂和絮凝剂之间的相容性好，改性膨润土提高混凝土的强度，改善混凝土拌合物的黏聚性，提高混凝土的水下抗分散能力。
增强组分中三乙醇胺能提高混凝土的早期强度，加速水泥在水中的水化速度，促进混凝土早期强度的发展，具有早强功能和减水增强功能，使混凝土早期在水中不易分散，聚二甲基硅氧烷具有消泡功能，有助于改善混凝土拌合物的流动性，提高混凝土的强度，消除絮凝剂引入混凝土拌合物中的气泡，降低含气量，改性煤矸石粉的活性较大，能够提高混凝土的抗压强度。
进一步地，所述改性膨润土由以下方法制成：将粘土加入水中，制成浓度为5％的粘土悬浮液，将100-150ml悬浮液在50-60℃的水浴中加热，缓慢加入50-60ml浓度为70-80g/l的十六烷基三甲基溴化铵溶液，高速搅拌1-1.5h，抽滤，用去离子水反洗涤，在120-130℃下干燥，将所得物和与其质量比为1:0.7-0.9的硅灰混合，并研磨至100-120目。
通过采用上述技术方案，由于经过十六烷基三甲基溴化铵的改性，使膨润土的层间距增大，疏水性明显增大，从而可避免膨润土在水中凝结时，在水中分散，与硅灰混合，能够改善拌合物的水性抗分散性能，增加混凝土拌合物的粘度。
进一步地，所述改性煤矸石粉由以下方法制成：将煤矸石挑选去除杂质，用水浸泡2-3h后，干燥、粉碎至平均粒径为3.0-3.5μm；用8-10份水溶解1-1.5份硅烷偶联剂，加入20-25份煤矸石粉，在80-90℃下搅拌反应，洗涤、抽滤，在110-120℃下干燥，制得改性煤矸石粉。
通过采用上述技术方案，偶联剂与煤矸石粉之间能够形成化学键，使煤矸石粉的表面活性增加，改性后的煤矸石粒径变小，粒子形状由原来的片状向半椭圆形转变，棱角的尖锐程度降低，粒子表面粗糙程度增大，说明偶联剂能够覆盖在煤矸石的表面，使煤矸石的平均粒径变小，均匀性提高，颗粒表面活性增大，能够提高混凝土的强度，改善混凝土的耐久性。
进一步地，所述尾矿砂的掺量为砂子掺量的30-50％，尾矿砂中二氧化硅的含量为60-70％，三氧化二铝的含量为12-24％，三氧化二铁的含量为13-25％。
通过采用上述技术方案，尾矿砂含量适宜，避免尾矿砂含量较多，导致的坍落度损失较大。
进一步地，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、木质素磺酸钠、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中的一种或几种。
通过采用上述技术方案，聚丙烯酰胺溶于水后产生的链条式化合物填充于混凝土内部空隙，提高混凝土的致密性，从而增加混凝土的粘聚性，防止混凝土在水中分散，聚丙烯酸钠能够使水泥颗粒分散均匀，从而提高混凝土强度和稳定性；木质素磺酸钠具有很强的分散能力，具有减水和增强作用，甲基丙烯酸二甲氨基乙酯能够增加混凝土拌合物的粘聚力，从而提高其抗分散能力。
进一步地，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂或萘系高效减水剂中的一种。
通过采用上述技术方案，聚羧酸高效减水剂的减水率高，可明显提高混凝土的早期强度，同时降低坍落度损失，使混凝土的工作性能和粘聚性好；萘系高效减水剂可混凝土初始坍落度提高，对混凝土具有显著的早强、增强效果，能改善混凝土的和易性，提高混凝土的力学性能，降低坍落度损失。
进一步地，所述粉煤灰为ii级粉煤灰，密度为1.95-2.35g/cm3，堆积密度为0.63-0.75g/cm3，烧失量为2-2.6％。
通过采用上述技术方案，粉煤灰的活性成分为二氧化硅和三氧化二铝，与水泥和水混合后，能够生成较为稳定的胶凝材料，从而使混凝土具有较高的强度，同时粉煤灰中70％以上的颗粒是无定型的球形玻璃体，主要起到滚珠轴承作用，在混凝土拌合物中发挥润滑作用，改善混凝土拌合物的和易性，且粉煤灰与砂子、陶粒等构成合理级配，使彼此之间互相填充，能有效增加混凝土密实度，进一步提高混凝土的抗压强度。
进一步地，所述矿渣粉为s95级矿渣粉，流动度比为95-100％，28d活性为95-105％，比表面积为400-450m2/kg。
通过采用上述技术方案，矿渣粉矿物掺和料具有“活性效应”、“界面效应”、“微填效应”和“减水效应”等诸多综合效应，矿渣粉等矿物掺和料不仅可以改善流变性能，降低水化热，降低坍落度损失，减少离析和泌水，还可以改善混凝土结构的孔结构和力学性能，提高后期强度和耐久性。
进一步地，所述石子为粒径为5-31.5mm的连续级配石子，含泥量为0.4-0.5％；砂子的细度模数为3.1-3.3，含泥量为1.8-2.0％。
通过采用上述技术方案，在该细度模数范围内的中砂和粒径为5-31.5mm连续级配的石子，有助于增加各骨料之间的填充效果，减少组分之间的孔隙，从而提高组分之间的连接紧密性，起到一定的润滑作用，改善混凝土的和易性，防止混凝土离析，增大成型后混凝土的抗压强度。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种c30尾矿砂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
s1、将尾矿砂在800-1450℃下煅烧1-2h，冷却到常温；
s2、将煅烧冷却后的尾矿砂、砂子、石子、水泥、粉煤灰和矿渣粉加入搅拌机中，干拌20-30s；
s3、加入外加剂，干拌20-30s；
s4、将水加入到步骤s3所得的干混料中，搅拌5-8min，制得c30尾矿砂混凝土。
通过采用上述技术方案，经过煅烧后的尾矿砂与粉煤灰、矿渣粉的相容性较好，既能改善混凝土拌合物的工作性能，又能保证混凝土在水下的7天抗压强度和28天抗压强度，从而增加混凝土的水下抗分散能力和力学性能。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、由于本发明采用尾矿砂、粉煤灰和矿渣粉等制备在水下不易分散的混凝土，实现尾矿砂的转化利用，减少其堆积量，充分发挥土地应有的价值，减少环境污染，同时添加由减水剂、絮凝剂、增强组分和改性膨润土制备的外加剂，改善混凝土的和易性、水下抗分散能力和力学性能，由于减水剂能够降低混凝土的吸水量，絮凝剂能够增加混凝土粘度，增强组分能够增加早期强度，促进水泥水化，降低絮凝剂加入时的气体引入量，从而使混凝土在水下能够快速凝结，早期强度高，不易分散。
第二、本发明中优选采用十六烷基三甲基溴化铵对粘土进行改性，并掺入硅灰制备改性膨润土，粘土的层间距增大，疏水性提高，能增加混凝土的疏水效果，以防止混凝土在水中分散，同时硅灰和粘土共混后，能够增加胶凝材料的粘结度，提高混凝土水下抗分散性能和强度。
第三、本发明的方法，通过先将尾矿砂进行煅烧活化，增加尾矿砂与矿渣粉、粉煤灰的相容性，使尾矿砂在混凝土中混合更加均匀，提高混凝土的和易性和抗压强度，使混凝土在水中不易分散。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
改性煤矸石粉的制备例1-3
制备例1-3中煤矸石粉选自安徽淮南市望风岗选煤厂煤矸石，主要成分(wt％)为二氧化硅56.35，三氧化二铝32.79，三氧化二铁5.85，氧化钙3.11，氧化镁1.18，硅烷偶联剂选自河南伟晨化工产品有限公司出售的型号为kh-550的硅烷偶联剂。
制备例1：将煤矸石挑选去除杂质，用水浸泡2h后，干燥、粉碎至平均粒径为3.0μm；用8kg水溶解1kg硅烷偶联剂，加入20kg煤矸石粉，在80℃下搅拌反应，洗涤、抽滤，在110℃下干燥，制得改性煤矸石粉。
制备例2：将煤矸石挑选去除杂质，用水浸泡2.5h，干燥、粉碎至平均粒径为3.3μm；用9kg水溶解1.3kg硅烷偶联剂，加入23kg煤矸石粉，在85℃下搅拌反应，洗涤、抽滤，在115℃下干燥，制得改性煤矸石粉。
制备例3：将煤矸石挑选去除杂质，用水浸泡3h，干燥、粉碎至平均粒径为3.5μm；用9kg水溶解1.5kg硅烷偶联剂，加入25kg煤矸石粉，在90℃下搅拌反应，洗涤、抽滤，在120℃下干燥，制得改性煤矸石粉。
改性膨润土的制备例4-6
制备例4-6中粘土选自灵寿县巨石矿产品加工厂出售的货号为js-tt的粘土、十六烷基三甲基溴化铵、硅灰选自灵寿县百胜矿产品加工厂出售的货号为004的硅灰。
制备例4：将粘土加入水中，制成浓度为5％的粘土悬浮液，将100ml悬浮液在50℃的水浴中加热，缓慢加入50ml浓度为70g/l的十六烷基三甲基溴化铵溶液，高速搅拌1h，抽滤，用去离子水反洗涤，在120℃下干燥，将所得物和与其质量比为1:0.7的硅灰混合，并研磨至100目。
制备例5：将粘土加入水中，制成浓度为5％的粘土悬浮液，将130ml悬浮液在55℃的水浴中加热，缓慢加入55ml浓度为75g/l的十六烷基三甲基溴化铵溶液，高速搅拌1.3h，抽滤，用去离子水反洗涤，在125℃下干燥，将所得物和与其质量比为1:0.8的硅灰混合，并研磨至110目。
制备例6：将粘土加入水中，制成浓度为5％的粘土悬浮液，将150ml悬浮液在60℃的水浴中加热，缓慢加入60ml浓度为80g/l的十六烷基三甲基溴化铵溶液，高速搅拌1.5h，抽滤，用去离子水反洗涤，在130℃下干燥，将所得物和与其质量比为1:0.9的硅灰混合，并研磨至120目。
实施例
实施例1-3中聚羧酸高效减水剂选自廊坊新业化工产品销售有限公司出售的型号为109的聚羧酸高效减水剂、萘系高效减水剂选自济南山海化工科技有限公司出售的fdn-c型萘系高效减水剂、聚丙烯酰胺选自郑州紫坤环保科技有限公司出售的型号为pam的聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠选自郑州万搏化工产品有限公司出售的型号为3047的聚丙烯酸钠、木质素磺酸钠选自山东安广石油科技有限公司出售的货号为353746的木质素磺酸钠、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯选自广州三旺化工材料有限公司出售的货号为dmaema的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、三乙醇胺选自天津市信诺威商贸有限公司出售的型号为op-10的三乙醇胺、聚二甲基硅氧烷选自东莞市华悦科明贸易有限公司出售的kf-96-100的聚二甲基硅氧烷。
实施例1：一种c30尾矿砂混凝土，其原料配比如表1所示，该c30尾矿砂的制备方法包括以下步骤：
s1、将240kg/m3尾矿砂在800℃下煅烧1h，冷却到常温，尾矿砂的细度模数为2.1，含泥量＜5％，尾矿砂的掺量为砂子掺量的30％，尾矿砂中二氧化硅的含量为60％，三氧化二铝的含量为14％，三氧化二铁的含量为6％；
s2、将煅烧冷却后的尾矿砂、797kg/m3砂子、934kg/m3石子、260kg/m3水泥、70kg/m3粉煤灰和80kg/m3矿渣粉加入搅拌机中，干拌20s，砂子的细度模数为3.1，含泥量为1.8％，石子为粒径为5-31.5mm的连续级配石子，含泥量为0.4％，水泥为p.o42.5水泥，粉煤灰为ii级粉煤灰，密度为1.95g/cm3，堆积密度为0.63g/cm3，烧失量为2％，矿渣粉为s95级矿渣粉，流动度比为95％，28d活性为95％，比表面积为400m2/kg；
s3、加入8.36kg/m3外加剂，干拌20s，外加剂由减水剂、絮凝剂、增强组分和改性膨润土按照1:0.8:4.5:0.04的质量比混合配制而成，减水剂为聚羧酸高效减水剂，絮凝剂为聚丙烯酰胺，增强组分由三乙醇胺、聚二甲基硅氧烷和改性煤矸石粉按照1:0.4:1.2的重量比混合配制而成，改性煤矸石粉由制备例1制成，改性膨润土由制备例4制成；
s4、将200kg/m3水加入到步骤s3所得的干混料中，搅拌5min，制得c30尾矿砂混凝土。
表1实施例1-3中c30尾矿砂混凝土的原料配比
实施例2：一种c30尾矿砂混凝土，其原料配比如表1所示，该c30尾矿砂的制备方法包括以下步骤：
s1、将317kg/m3尾矿砂在1100℃下煅烧1.5h，冷却到常温，尾矿砂的细度模数为2.2，含泥量＜5％，尾矿砂的掺量为砂子掺量的40％，尾矿砂中二氧化硅的含量为65％，三氧化二铝的含量为10％，三氧化二铁的含量为15％；
s2、将煅烧冷却后的尾矿砂、797kg/m3砂子、914kg/m3石子、270kg/m3水泥、60kg/m3粉煤灰和70kg/m3矿渣粉加入搅拌机中，干拌25s，砂子的细度模数为3.2，含泥量为1.9％，石子为粒径为5-31.5mm的连续级配石子，含泥量为0.45％，水泥为p.o42.5水泥，粉煤灰为ii级粉煤灰，密度为2.15g/cm3，堆积密度为0.7g/cm3，烧失量为2.3％，矿渣粉为s95级矿渣粉，流动度比为98％，28d活性为100％，比表面积为430m2/kg；
s3、加入9.36kg/m3外加剂，干拌25s，外加剂由减水剂、絮凝剂、增强组分和改性膨润土按照1:1:5:0.05的质量比混合配制而成，减水剂为萘系高效减水剂，絮凝剂为聚丙烯酸钠，增强组分由三乙醇胺、聚二甲基硅氧烷和改性煤矸石粉按照1:0.5:1.3的重量比混合配制而成，改性煤矸石粉由制备例2制成，改性膨润土由制备例5制成；
s4、将180kg/m3水加入到步骤s3所得的干混料中，搅拌6min，制得c30尾矿砂混凝土。
实施例3：一种c30尾矿砂混凝土，其原料配比如表1所示，该c30尾矿砂的制备方法包括以下步骤：
s1、将370kg/m3尾矿砂在1450℃下煅烧2h，冷却到常温，尾矿砂的细度模数为2.4，含泥量＜5％，尾矿砂的掺量为砂子掺量的50％，尾矿砂中二氧化硅的含量为70％，三氧化二铝的含量为5％，三氧化二铁的含量为15％；
s2、将煅烧冷却后的尾矿砂、735kg/m3砂子、924kg/m3石子、250kg/m3水泥、50kg/m3粉煤灰和60kg/m3矿渣粉加入搅拌机中，干拌30s，砂子的细度模数为3.3，含泥量为2.0％，石子为粒径为5-31.5mm的连续级配石子，含泥量为0.5％，水泥为p.o42.5水泥，粉煤灰为ii级粉煤灰，密度为2.35g/cm3，堆积密度为0.75g/cm3，烧失量为2.6％，矿渣粉为s95级矿渣粉，流动度比为100％，28d活性为105％，比表面积为450m2/kg；
s3、加入10.36kg/m3外加剂，干拌30s，外加剂由减水剂、絮凝剂、增强组分和改性膨润土按照1:1.2:5.5:0.06的质量比混合配制而成，减水剂为萘系高效减水剂，絮凝剂为重量比为1:1的木质素磺酸钠和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，增强组分由三乙醇胺、聚二甲基硅氧烷和改性煤矸石粉按照1:0.6:1.5的重量比混合配制而成，改性煤矸石粉由制备例3制成，改性膨润土由制备例6制成；
s4、将190kg/m3水加入到步骤s3所得的干混料中，搅拌8min，制得c30尾矿砂混凝土。
对比例
对比例1：一种c30尾矿砂混凝土，与实施例1的区别在于，未添加外加剂。
对比例2：一种c30尾矿砂混凝土，与实施例1的区别在于，外加剂中未添加改性膨润土。
对比例3：一种c30尾矿砂混凝土，与实施例1的区别在于，外加剂中未添加增强组分。
对比例4：一种c30尾矿砂混凝土，与实施例1的区别在于，尾矿砂的掺量为砂子掺量的60％。
对比例5：以申请号为cn201310028238.0的中国发明专利申请文件中实施例6制备的一种机制砂水下抗分散混凝土作为对照，各组分按重量份计为：水泥100、js水下抗分散剂2、硅灰5、粉煤灰10、增强剂2、机制砂145、碎石149、水37.6，增强剂为甲酸钙，水下抗分散剂为7:20:2的温轮胶、聚羧酸类减水剂和聚醚改性聚硅氧烷消泡剂。
性能检测试验
按照实施例1-3和对比例1-5中方法制备混凝土，并按照以下检测方法检测混凝土的各项性能，检测结果记录于表2：
1、坍落度：按照gb/t50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行检测；
2、抗压强度：按照gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行检测；
3、抗分散性能：按照dl/t5117-2000《水下不分散混凝土试验规程》进行检测。
表2各实施例和各对比例制备的混凝土性能检测结果
由表2中数据可以看出，按照实施例1-3制备的c30尾矿砂混凝土的坍落度损失在2.9％以内，坍落度损失较小，且实施例1-3制备的7天水陆强度比在87.6-88.8％，28天水陆强度比在90-91.3％，水泥流失量在0.83％以内，说明实施例1-3制备的混凝土具有良好的抗分散性能和力学性能，同时坍落度损失小，和易性较好。
对比例1因混凝土中未添加具有抗分散性能的外加剂，对比例1制备的混凝土坍落度损失为35mm，7天水陆抗压强度比为70.2％，28天抗压强度比为72.2％，与实施例1-3相比，水陆抗压强度比明显增大，且水泥流失量为2.53％，流失量较大，说明添加外加剂，能够使混凝土在水下具有较好的力学性能和工作性能。
对比例2因混凝土中外加剂内未添加改性膨润土，对比例3为外加剂中未添加增强组分，由检测结果可以看出，与实施例1-3制备的混凝土相比，对比例2和对比例3制备的混凝土在水中抗压强度降低，水陆抗压强度比减小，水泥流失量明显增大，说明添加改性膨润土和增强组分能够使混凝土的抗分散性能得到提升。
对比例4中尾矿砂的掺量是砂子掺量的60％，尾矿砂掺量较大，混凝土的流动性较差，坍落度损失明显变大，且水下抗压强度降低，水陆抗压强度比较小，说明尾矿砂掺量过大，易引起混凝土坍落度损失较大，抗分散性能降低。
对比例5为现有技术制备的抗分散混凝土，与本发明实施例1-3制备的混凝土相比，对比例5制备的混凝土水陆抗压强度比小，水泥流失量大，说明本发明制备的混凝土和易性和抗分散性能好。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。