本发明涉及一种混凝土生产工艺，特别涉及一种低成本混凝土生产工艺，更特别地涉及一种包含铁尾矿和路面铣刨料的低成本混凝土及其生产工艺。
背景技术：
随着市场商品混凝土的日益增多，商品混凝土市场竞争日趋激烈，商品混凝土企业的高利润时代早已成为过去。面对这种形势，降低商品混凝土的生产成本，才能够增加商品混凝土在市场上的竞争力。如何合理有效的成本控制，是商品混凝土厂家生存和发展的关键。另外，近些年来，随着矿山的快速发展，矿山尾矿量不断增加，据不完全统计，目前每年约有7亿吨的选铁尾矿被丢弃，这些选铁尾矿砂总体积达3亿立方米以上。大量尾矿及其不合理堆存产生的诸多问题，引起国内相关部门及有识之士的高度重视。CN103467014A公开了一种混凝土，包括以下组分，各组分按照重量份分别为：水泥180～280重量份；矿粉50～70重量份；粉煤灰50～80重量份；石子920～980重量份；碎屑700～750重量份；砂100～200重量份；水170～200重量份；减水剂5～9重量份；CTF混凝土增效剂1.8～2.5重量份。CN105152566A公开了一种混凝土添加剂，包括如下重量份数的原料：粉煤灰4～16份、二氧化硅粉4～10份、聚丙烯纤维4～16份、钙粉1～9份、木质素磺酸钙粉1～9份、丙烯酸乳液4～10份。CN103524096A公开了一种纤维混凝土，所述纤维混凝土组分及重量份如下：骨料：2.5-30％；混凝土：20-90％；钢纤维或碳纤维：1-20％；外加剂：1-10％；聚丙乙烯纤维：0-10％。CN105060752A公开了一种活性更高，制作成本更低的混凝土掺合料，混凝土掺合料的原材料包括卵石粉、粉煤灰、石灰石粉，所述卵石粉、粉煤灰、石灰石粉混合均匀。CN103819148A公开了一种钢渣混凝土，由以下组分组成：水泥、水、重晶砂、石子、烧结球、奈系高效减水剂、膨胀剂、粉煤灰。CN103482938A公开了一种抗裂混凝土，抗裂混凝土的组分和含量如下：1m3混凝土中含有水泥220-480kg、细骨料680-740kg、粗骨料650-800kg、橡胶颗粒220-415kg、粉煤灰12-45kg、废旧聚苯乙烯泡沫颗粒10-35kg、水160-190kg、外加剂4.5-8.0kg、矿粉3.5-6.5kg。“中低强度混凝土低成本高性能化的研究”，马保国等，混凝土，2004(8)：45-46，公开了一种中低强度混凝土C20-C50，指出高性能化和生产成本是目前混凝土行业急需解决的关键问题，通过研究，进一步指出粉煤灰、矿粉复掺代替普通硅酸盐水泥40％～60％，能够有效改善混凝土工作、耐久性能，同时生产成本降低6～7元/m3。随着我国公路事业的迅猛发展，高速公路的里程越来越长。一些早期修建的高速公路面临着大修或扩建，如何利用已损坏的路面面层、特别是沥青面层逐渐受到人们的重视。近年来针对尾矿的综合利用开展了一些科学研究工作，通常均是采用铁尾矿代替水泥熟料生产硅质原料，以降低生料粉磨能耗并明显改善生料易烧性。如果能够将所述各种废料加以利用，则能够合理降低混凝土的成本。然而，如何利用所述废料生产出满足标准要求的混凝土，则存在诸多技术障碍，一直给低成本混凝土的生产带来困难。本领域需要一种低成本混凝土及其生产工艺。
技术实现要素：
为克服现有技术中存在的上述技术问题，本发明人经过深入研究和大量试验，分析了各组分的特点和相互作用关系，提供了以下技术方案。在本发明的一方面，提供了一种低成本混凝土，其由如下组分混制而成：40-70重量份的道路铣刨废料，5-15重量份的铁尾矿，15-30重量份的水泥，0.02-0.2重量份的外加剂，和10-50份的水；所述铣刨废料为由沥青混凝土路面铣刨废料制得的级配骨料。本发明人发现，道路铣刨废料、尤其是路面铣刨废料中含有较多的沥青，因此能够将铁尾矿实现较好的包覆，从而使得能够与氧和外界有效隔绝，避免了铁尾矿的氧化。任选地，该混凝土的制备原料中还包含0.1-2.0重量份的增强碳纤维。所述碳纤维的表面优选用改性环氧树脂进行涂覆来进行增强。优选地，所述由沥青混凝土路面铣刨废料制得的级配骨料通过包括以下步骤的方法获得：(1)对沥青混凝土路面进行铣刨，第一层铣刨厚度为2-6cm，第二层铣刨厚度为7-10cm；(2)对第一层铣刨料进行筛分，收集10-30mm的颗粒，将大于30mm的颗粒破碎后再次进行筛分，获得10-30mm的颗粒，记作颗粒A；将小于10mm的颗粒收集备用，该颗粒记作颗粒B；(3)对第二层铣刨料进行破碎，筛分收集10-20mm的颗粒，记作颗粒C，将颗粒A、颗粒B和颗粒C以(40-50):(5-10):(20-30)的重量份比例进行级配混合，获得级配骨料。在本发明中，充分考虑到第一层铣刨料和第二层铣刨料的组成和性质，将其以所述特定的粒径和比例进行级配，使各种粒径的铣刨料能够实现充分的性能互补，例如在混凝土中能够实现骨料密实填充，使制得的混凝土具有较高的强度。又如，第一层铣刨料具有较高的沥青含量，不易破碎，具有较强的韧性，可以采用较大粒径，第二层铣刨料含有较多的砂石，具有较高的强度。与现有技术中将路面铣刨料简单粉碎相比，本发明的该级配方法能够使混凝土的强度提高1倍以上。特别优选地，在步骤(3)的级配混合中，还加入0.5-1.5重量份的慢裂快凝阳离子型乳化沥青。所述乳化沥青优选是通过使用N-[2-羟基-3-壬基酚聚氧乙烯醚]丙基三甲基氯化铵作为乳化剂对沥青进行乳化制得。本发明人发现，当使用该乳化剂来制备乳化沥青时，能够以最低的用量实现较大的乳化效果，使沥青具有较好的再生效果。所述铁尾矿中SiO2含量优选为35.0-45.0重量％，Fe2O3含量优选为20.0-22.0％，Al2O3含量优选为13.5-16.5，CaO含量优选为6.0重量％-10.0重量％，MgO含量优选为3.0-3.3重量％，并且优选掺有基于铁尾矿总重量计1.0-5.0％，优选2.0-3.0％的氢氧化钙。本发明人发现，在本发明中，铣刨料(特别是细颗粒铣刨料)和铁尾矿能够发生相互协同激发作用，例如可以通过如下反应激发铣刨料和铁尾矿中的铁、钙、铝活性物质：3Ca(OH)2+Al2O3＋3CaSO4+28H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O；3Ca(OH)2+Al2O3+3CaSO4+9H2O→3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O其中硫酸钠同氢氧化钙可以反应生成的硫酸钙，硫酸钙可以与水化铝酸钙分别生成高硫型和低硫型水化硫铝酸钙晶体，起到胶结、密化稳定矿尾砂结构的作用。因此本发明人发现，在铁尾矿中掺入氢氧化钙可以使铁尾矿结构进一步稳定、致密，并且还可以减少激发剂中氢氧化钙的消耗。本发明人研究发现，通过在铁尾矿中掺入1.0-5.0重量％的氢氧化钙，道路铺筑材料的强度通常可提高5-10％。本发明中优选高硅、高钙和高铁含量的铁尾矿，更有利于上述反应的进行和铁尾矿的稳定和密化。在本发明中，所述混凝土外加剂特别优选包含或者是通过使如下单体(I)和单体(II)共聚获得的共聚物：其中R1为C1-C6的烷基，例如乙基，R2为C2-C8的烷基，例如丙基，n为3-6的整数；和(II)α,β-芳族不饱和羧酸；其中单体(I)和(II)的重量比为60-90:10-40，所述共聚物的重均分子量为600-1800。在所述单体(I)的结构中，重复的乙氧基单元的存在进一步增强了混凝土的减水性能，从而克服了由再生料(特别是道路铣刨料)制得的混凝土减水性不足的缺陷。最优选地，所述α,β-芳族不饱和羧酸具有如下化学结构式：发现通过在苯环两个间位用F取代，由于电子效应，与单F取代或非取代形式相比，可以进一步增强共聚物的减水性能，从而可以在混凝土配制中加入低至0.01重量％的所述外加剂就可以实现所需减水性能。本发明的这种具有优异减水性能的外加剂聚合物尚未有报导。聚合方法可以采用本领域常规的聚合方法来进行，例如本体聚合、溶液聚合、乳液聚合法或悬浮聚合。本发明人经过研究发现，通过加入这样的外加剂，可以提供优异的减水性能，防止混凝土的流动性随着时间降低，非常有利于在混凝土填筑中进行施工，并且使得能够有效减少水泥的使用，克服再生料的减水性能和强度不足的缺陷，使得混凝土构筑件强度高，满足所需要求。所述改性环氧树脂化合物优选为硅氧烷化合物改性的环氧树脂化合物。特别优选地，所述硅氧烷化合物优选为下式(III)所示的化合物：其中，Me代表甲基，R为乙基或丙基，优选为乙基，n为5-20，优选为8。当采用该硅氧烷化合物进行改性时，能够使环氧树脂由松散线性结构形成牢固的紧密网状结构，该网状结构进而可以有效包覆和固定碳纤维，并且使碳纤维之间可以形成交联，从而极大地增强混凝土的强度。经测试，用本发明方法的改性环氧树脂涂覆的碳纤维，其拉伸强度是普通环氧树脂涂覆的碳纤维约2.3倍。在本发明的另一方面，还提供了上述低成本混凝土的生产工艺，其通过将混凝土各组分混合。具体实施方式通过以下具体实施例和对比例，进一步描述本发明，但是实施例仅用于说明，并不能限制本发明的范围。在本发明中，各项性能测试可以参照下列标准进行：1、GB/T1346《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》；2、混凝土减水剂质量标准和试验方法JGJ56-84；和3、JTGE51-2009公路无机结合料稳定材料试验规程。实施例1混凝土外加剂的制备单体(I)的化学结构式为：其中R1为甲基，R2为乙基，n为5，该单体可以通过将聚乙二醇和甲基基丙烯酸按照常规酯化方法进行酯化、然后将酯化产物与乙氧基氯按照常规消除反应制得，或者可以直接商购自Aldrich公司；单体(II)的化学结构式为：该单体同样可商购自Aldrich公司；采用乳液聚合法，向500mL带有机械搅拌装置的圆底烧瓶中加入80g单体(I)和13g单体(II)以及200mL去离子水，搅拌下通氮气，然后加入0.1g过硫酸铵作为引发剂，升温至聚合温度，聚合温度为80℃，保持反应4小时，结束反应后回收聚合产物，经测量所得共聚物的重均分子量为约1650。实施例2由如下组分混合来制备混凝土：50重量份的道路铣刨废料，10重量份的铁尾矿，20重量份的水泥，0.03重量份的实施例1制备的外加剂，和30份的水；所述铣刨废料为由沥青混凝土路面铣刨废料制得的级配骨料；所述由沥青混凝土路面铣刨废料制得的级配骨料通过以下步骤获得：(1)对107国道的待翻新沥青混凝土路面进行铣刨，第一层铣刨厚度为5cm，第二层铣刨厚度为10cm；(2)对第一层铣刨料进行筛分，收集10-30mm的颗粒，将大于30mm的颗粒破碎后再次进行筛分，获得10-30mm的颗粒，记作颗粒A；将小于10mm的颗粒收集备用，该颗粒记作颗粒B；(3)对第二层铣刨料进行破碎，筛分收集10-20mm的颗粒，记作颗粒C，将颗粒A、颗粒B和颗粒C以50:10:25的重量份比例进行级配混合，获得级配骨料。所述铁尾矿为来自马鞍山铁矿的全尾砂，比表面积为约180m2/g，密度为约2.41g/cm3，d50粒径为约42.00μm，加入有2.0％氢氧化钙。按照标准公路设计规范，将所述混凝土材料作为公路上基层进行铺筑，测试其7d抗压强度。经测量，其7d抗压强度为3.67MPa，完全符合高速公路对基层7d抗压强度的要求；同时，测得其减水剂收缩率比(％)为88％。对比例1重复实施例2的操作，不同之处在于使用常规市售聚羧酸系高性能减水剂混凝土外加剂。测得其减水剂收缩率比(％)为100％。对比例2重复实施例2的操作，不同之处仅在于铁尾矿中不加入氢氧化钙。测试其7d抗压强度为2.03MPa，不符合高速公路对上基层的7d抗压强度的要求，仅仅符合普通公路例如一级公路对交通基层材料的要求。由上述实施例和对比例明显可知，通过采用本发明工艺，能够使路面铣刨料和废铁尾矿得到充分再利用，并且以较低的生产成本获得完全满足需要的混凝土，例如其强度提高，收缩率明显降低，使得能够大量减少混凝土中水的用量和水泥的用量。这样的技术效果是先前所未预料到的。本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域技术人员能够制造和使用本发明。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可以包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或者如果这种其它实例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这种其它实例意图处于权利要求书的范围之内。在不会造成不一致的程度下，通过参考将本文中参考的所有引用之处并入本文中。