高镁废石粉基复合矿物掺合料及在高强度混凝土中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种高镁废石粉基复合矿物掺合料及其在高 强度混凝土中的应用。
【背景技术】
[0002] 随着水泥和混凝土行业的不断发展，大量优质的石灰石资源不断被消耗，石灰石 矿山的废弃矿物也逐年增加，这些废弃物长期堆存于地表，不仅占用了大量土地资源，也对 环境有着潜在的危害，如造成土壤和水环境的污染、破坏植被等。因此，如何处理石灰石矿 山废弃物，进而节省堆存土地，减轻环境压力，是水泥行业亟待解决的重要课题。
[0003] 众所周知，在开采石灰石矿山时，优质的石灰石资源质地纯正，主要成分为CaCO3, 可直接用于煅烧水泥。部分石灰石中含镁较高，对水泥安定性产生影响，因此，国标对水泥 中氧化镁的含量有一定限制，通常要求不超过5.0%。这就直接限制了含镁石灰石在水泥中 的利用，只能做废弃处理。
[0004] 随着国家节能减排、可持续发展等政策的提出，国内研宄者、企业对高镁废石进行 了呕心沥血的研宄，也取得一定成果，主要有用高镁废石配水泥生料煅烧生产熟料、作为水 泥混合材、用高镁废石作混凝土粗细骨料三方面，但未有用高镁废石做混凝土掺合料的相 关报导。高镁废石适量用于配制水泥生料时，其在高温状态形成方镁石晶格，可降低水泥熟 料液相量形成温度；适量作为混合材或骨料时，镁主要以碳酸镁等惰性镁存在，可类似于普 通石灰石使用，降低水泥生产成本。
[0005] 高镁废石应用较少，综合利用有限，且用作水泥生料时，必须严格控制镁含量，否 则煅烧后的水泥易引起安定性不良；用于混合材时，受比表面积等国家标准指标、使用习惯 等影响，限制了高镁石灰石的使用量；用作骨料时，普遍认为会引起碱碳酸反应，推广受到 限制。总之，目前高镁废石大多当废弃物处理，造成资源浪费。
[0006] 导致上述缺陷的原因有：
[0007] ⑴国标对水泥中氧化镁的含量有一定限制，通常要求不超过5.0%，限制高镁废 石的运用，且高镁废石煅烧后，含镁矿物转化成活性MgO,在水泥水化过程中易引起水泥膨 胀开裂；
[0008] (2)我国JC/T 600-2010《石灰石硅酸盐水泥》规定石灰石作混合材时，碳酸钙含 量不小于75. 0 %，三氧化二铝含量不大于2. 0 %，水泥中石灰石含量小于25 %，且水泥比表 面积一般控制在400m2/kg以下；
[0009] (3)在人们的观念中，高镁废石作骨料时，易发生碱碳酸反应，引起混凝土体积膨 胀开裂，因此一般不会用高镁废石做骨料。
[0010] (4)湿排粉煤灰由于与水、炉底灰等一起混排，导致其活性较低、杂质含量较高、匀 质性差，限制了湿排粉煤灰的推广应用，还可能具有潜在危害性。
[0011] 另外，随着建筑行业的不断发展，混凝土的需求量也逐渐增大。主流掺合料是干排 粉煤灰、矿粉和硅粉（也叫硅灰），也有采用普通石灰石粉单独做掺合料或和矿粉、干排粉 煤灰等混合作矿物掺合料。但现在普遍使用的硅灰价格昂贵，粒径小质量轻，用于配制混凝 土时，收缩较严重，加之生产时多为人工添加，长期被人体吸入时，造成身体肺部伤害；而干 排粉煤灰和矿粉已供不应求，有的地区甚至无掺合料可用，价格也节节攀升，"假干排灰"等 不合格品日渐增多，造成混凝土的成本增加且质量极其不稳定，生产难以控制。
[0012] 湿排粉煤灰由于与水、炉底灰等一起混排，导致其活性较低、杂质含量较高、匀质 性差，限制了湿排粉煤灰的推广应用，长年堆放将占用土地资源、污染土壤和地下水等，威 胁人类健康。
[0013] 加之近年来，我国锰工业的发展迅速，锰渣治理以及综合回收利用问题也日益突 出。目前大量未经处理的锰渣直接长期堆积，将会对周围环境造成严重污染。
[0014] 因此，用高镁废石、湿排粉煤灰、工业锰渣等工业废渣制备混凝土用掺合料是解决 废石堆积、干排粉煤灰、锰渣堆积的新途径，同时也可缓解干排煤灰、矿粉、硅粉等掺合料的 紧缺问题。
【发明内容】
[0015] 针对上述技术、资源、观念等方面的问题，本发明的首要目的在于提供一种高镁废 石粉基复合矿物掺合料的制备方法。
[0016] 本发明的另一目的在于提供由上述方法制得的高镁废石粉基复合矿物掺合料。
[0017] 本发明的再一目的在于提供上述的高镁废石粉基复合矿物掺合料在高强度混凝 土中的应用，本发明的高镁废石粉基复合矿物掺合料仅含有少量熟料和矿渣，应用于混凝 土中时，可替代现有的掺合料和部分水泥，并可降低混凝土用水量，进而降低成本。同时，可 改善混凝土工作性能，增加混凝土的密实性。
[0018] 同时，本发明所采用的混凝土粗细骨料也可为高镁废石，改变了传统上避免使用 高镁废石作混凝土粗细骨料的观念；并提供一种使用高镁废石掺合料、高镁废石粗细骨料 的混凝土。
[0019] 本发明的目的通过下述技术方案实现：
[0020] 一种高镁废石粉基复合矿物掺合料的制备方法，包括以下步骤：
[0021] (1)将高镁废石、湿排粉煤灰、锰渣、矿渣烘干至含水率为1. 0%以下；
[0022] (2)将烘干的高镁废石70~85份、湿排粉煤灰10~20份、锰渣0~10份、矿渣 0~10份与0~10份熟料混合，然后粉碎至物料的比表面积为901~1200m 2/kg，得到高镁 废石粉基复合矿物掺合料；或者将上述份数的原料分别粉碎至比表面积为901~1200m2/ kg，再混合，得到高镁废石粉基复合矿物掺合料；所述的份数为重量份。
[0023] 将这几种材料共同粉磨或分别粉磨，可提高湿排灰和锰渣的利用价值，少量的熟 料、矿粉及大量的高镁废石粉配制的掺合料能取代更多的矿粉和干排粉煤灰，且能使其发 生水化协同作用，提高掺合料的活性和在混凝土中的工作性及耐久性。高镁废石作混凝土 掺合料时，可把高镁废石粉磨更细，使其具有普通掺合料性能的同时，更具有填充效应和水 化效应，提高混凝土的工作性和强度；这与高镁废石用作水泥生料、混合材或骨料时所起的 作用是不同的。
[0024] 所述的高镁废石是MgO含量为3. 5~12. 6 %的石灰石；
[0025] 所述湿排粉煤灰为III级以上粉煤灰，需水量< 115 %，烧失量< 15 %，45 μ m方孔 筛筛余< 45% ;
[0026] 所述锰渣为工业冶炼金属锰后的废渣，矿渣是工业废渣，两者是由不同工艺产生 的，其成分不同，不宜将两者混同；
[0027] 所述的熟料可采用本领域常用的水泥熟料，优选硅酸盐水泥熟料。
[0028] 上述方法制得的高镁废石粉基复合矿物掺合料可应用于高强度混凝土中，替代现 有的掺合料和部分水泥；
[0029] 所述的高强度混凝土是指强度等级在C65以上的混凝土。
[0030] 一种强度等级为C65的混凝土，含有本发明的复合矿物掺合料，每立方米混凝土 原料配比如下：
[0031] 水泥： 370-390 kg 干排粉煤灰： 0-50 kg 矿粉： 0-80 kg 本发明的复合矿物掺合料：90-120kg 水·· 150-160 kg 砂： 780-920 kg 石灰石碎石和/或高镁碎石：850-1000 kg 外加剂： 9,7-10.0kg〇
[0032] 一种强度等级为C70的混凝土，含有本发明的复合矿物掺合料，每立方米混凝土 原料配比如下：
[0033] 水泥： 400-450 kg 干排粉煤灰： 0-50 kg 矿粉： O-IOOkg 本发明的复合矿物掺合料：90-1 OOkg 水： 145-155 kg 砂： 750-800 kg 石灰石碎石和/或高镁碎石：850-900 kg 外加剂： 10.0-11.0 kg。
[0034] 所述的砂是指高镁废石机制砂、普通石制机制砂或天然砂中的一种以上。
[0035] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0036] (1)本发明提供一种高镁废石利用的有效新途径，提高高镁废石的利用率，变废为 宝，能缓解废石堆埋等对环境造成的危害。同时，本发明的掺合料能与高镁废石粗细骨料共 同应用于混凝土中，大大提高高镁废石的利用率。
[0037] (2)本发明的掺合料可广泛应用于混凝土中，仅利用少量熟料和矿渣及大量高镁 废石配制而成，在混凝土体系中可等质量取代50~100%干排粉煤灰或硅粉，可一定程度 减少水泥用量，降低混凝土用水量或外加剂用量，进而降低原材料成本，且能有效解决目前 掺合料的地区性供应紧张压力及减少〇) 2的排放。
[0038] (3)本发明利用高镁废石粉的形态效应及填充效应，增加混凝土拌合物的密实度， 提高混凝土的流动性，且坍落度损失小，对聚羧酸等外加剂的吸附很低，同时使混凝土早期 强度发展较快，后期强度发展稳定。
[0039] (4)本发明采用湿排灰、锰渣或矿渣等工业废渣及高镁废石、熟料共同粉磨或分别 粉磨，提高湿排灰细度及利用价值，减少其堆积对环境造成的污染，也消耗了锰渣等工业废 渣，具有明显的经济效益及社会效益、环境效益。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0041] 实施例