本发明涉及混凝土生产技术领域，尤其涉及一种大掺量铁尾矿混凝土及其制备方法。
背景技术：
在我国较多省份中，如河北唐山、张家口地区，储存着丰富的尾矿资源得不到有效利用，尾矿的巨大堆积对周围的环境造成严重影响。尾矿堆存需要占用大量土地，截至2013年，我国尾矿堆放占用土地达2300多万亩，随着新的尾矿库不断增加，必将占用更多的土地；但是，尾矿只是放错了地方的资源，由于我国矿业起步晚，技术发展不平衡，不同时期的选冶技术差距很大，大量有价值资源存留于尾矿之中，造成资源巨大浪费；另外，尾矿所含重金属离子，甚至砷、汞等污染物质，会随尾矿水流入附近河流或渗入地下，严重污染河流及地下水源，自然干涸后的尾砂，遇大风形成扬尘，吹到周边地区，对环境造成危害；很多尾矿库超期使用，甚至违规操作，使尾矿库存在极大安全隐患，对周边地区人民财产和生命安全造成严重威胁，建国以来，我国多次发生过尾矿库溃坝事故，造成大量人员伤亡，等等，尾矿的巨大堆积危害严重，亟待我们想出办法解决这一难题。
因此，尾矿有如此多的不利影响，如何充分利用这些废弃物，使其生产为高附加值的产品成为当前我们面临的一大难题，正适逢我国对环境问题越发重视，利用这些废弃物，也有利于改变“垃圾围城”、粉尘漫天等情况，提高城市及周边地区空气质量。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种大掺量铁尾矿混凝土及其制备方法，用以解决我国目前尾矿堆存量大，利用价值低，影响城市及周边环境的技术问题。
本发明技术方案如下。
一种大掺量铁尾矿混凝土，每立方米所述混凝土中各组分用量如下：
水泥：395.1kg～431.0kg；
铁尾矿粉：301.7kg～309.7kg；
铁尾矿砂：908.5kg～991.3kg；
硅灰：98.8kg～107.8kg；
粉煤灰：248.9kg～271.5kg；
减水剂：11.1kg～12.2kg；
水：245.1kg～267.3kg；
所述铁尾矿粉与铁尾矿砂的质量和占所用组分总质量的53％～57％。
优选的，所述减水剂掺量为胶凝材料重量的1.5％，水胶比为0.33；其中胶凝材料为水泥、硅灰和粉煤灰的混合物，各组分的比例为水泥、硅灰和粉煤灰＝1:0.25:0.63。
优选的，所述水泥为普通硅酸盐水泥或者强度等级大于等于42.5的硅酸盐水泥；所述硅灰为二氧化硅含量大于等于90％的硅灰；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。
优选的，所述铁尾矿粉的粒径小于或等于0.3mm。
优选的，所述铁尾矿砂粒径为0.08mm～2.5mm。
优选的，所述的铁尾矿砂与铁尾矿粉均为矿场排放的废弃物，经过过筛后制得。
优选的，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂或者萘系高效减水剂。
一种大掺量铁尾矿混凝土的制备方法，包括步骤如下。
步骤一，将铁尾矿砂、铁尾矿粉、水泥、硅灰和粉煤灰按所述配比称量材料，倒入搅拌机中搅拌，使其搅拌均匀。
步骤二，将称量好的减水剂与水混合，搅拌均匀。
步骤三，将步骤二中制好的混合液分两次加入搅拌机中，每次搅拌1min～2min；第二次加入混合液搅拌上述时间后，静停30s，再继续搅拌，直到浆体搅拌均匀，所述铁尾矿混凝土制作完成。
优选的，步骤一中的搅拌时间为1min～2min。
优选的，所述的铁尾矿砂与铁尾矿粉均为矿场排放的废弃物，经过过筛后制得，不再通过机器磨细；铁尾矿粉的粒径小于或等于0.3mm，铁尾矿砂粒径为0.08mm～2.5mm。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。
1、本发明用铁尾矿完全代替常用自然砂石，得以节省砂石资源，保护生态环境，变废为宝，提高产品附加值，制备一种新型绿色环保的高强度铁尾矿混凝土。
2、本发明中同时加入了铁尾矿砂和铁尾矿粉，一方面将不同粒径的工业废弃物铁尾矿均利用起来，增加了使用量，提高铁尾矿利用率；另一方面，铁尾矿粉粒径小于铁尾矿砂，能够起到填充作用，提高铁尾矿混凝土密实度，改善混凝土耐久性。
3、本发明中铁尾矿用量占各个成分的总量高达57％，此种大掺量铁尾矿混凝土配合比，在保证混凝土高强度的前提下，较大程度的提高了铁尾矿的掺量，同时降低高成本的硅灰使用量以及水泥用量；因此，这种配比下的混凝土，不仅单方成本相对最低，而且还极大程度使用了铁尾矿，有利于废物利用，解决尾矿堆积带来的种种问题。
4、本发明采用的是三元胶凝体系，即胶凝材料为水泥、硅灰和粉煤灰，硅灰粒径较水泥更细,在拌合过程中硅灰发生水化反应，生成硅酸钙凝胶，将铁尾矿等凝聚为一体，并且硅灰的火山灰效应反应剧烈，对于提高混凝土强度有决定性作用；同时硅灰粒径更细，更好的填充铁尾矿之间的空隙，提高混凝土密实度，有利于提高混凝土的耐久性和抗渗性。
5、本发明中硅灰是所有原材料中成本最高的，但又对于混凝土强度有决定性作用，其用量过低会导致混凝土强度的急剧降低，用量较高又会快速增加混凝土成本，从而由混凝土强度和成本两方面考虑硅灰用量；在本发明中，使用二氧化硅含量大于90％的硅灰，同时使用占胶凝材料总量34％的粉煤灰代替部分硅灰和水泥用量，并且在向三元胶凝体系中加入适量的铁尾矿，这几种原材料在混凝土的拌合过程中，相互作用，不仅保证混凝土强度和耐久性不受影响，而且降低了硅灰和水泥的用量而且还减少了温室气体排放量，达到了降低生产成本、无害化、资源化生产的目的。
6、本发明中的铁尾矿砂与铁尾矿粉均为矿场排放的废弃物，经过过筛后制得，直接使用，不再通过机器磨细，减少二次能源消耗。
7、本发明所述的大掺量铁尾矿混凝土，大量消耗了废弃物铁尾矿，为我国正蓬勃发展的建筑行业提供了一种环保、节能的绿色混凝土，满足基础设施建设、城镇化及棚户区改造工程的需要，具有显著的经济效益和环境效益。
8、铁尾矿在建筑材料中的综合应用可实现铁尾矿的减量化、无害化、资源化，是矿山企业节能减排的有效途径，实现资源的二次利用，符合可持续发展、循环经济的国策，利用尾矿制备新建材有良好的经济效益和社会效益。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为大掺量铁尾矿混凝土制备流程图。
具体实施方式
本发明为了解决我国目前尾矿堆存量大，利用价值低，影响城市及周边环境问题，提供了一种利用铁尾矿制备新型绿色环保的大掺量铁尾矿混凝土技术。所用材料为：普通硅酸盐P·O42.5水泥，Ⅰ级粉煤灰，聚羧酸系高效减水剂，铁尾矿砂与铁尾矿粉均为张家口某矿场排放的废弃物，经过简单过筛后直接使用，不再通过机器磨细，减少二次能源消耗。铁尾矿砂粒径约为0.08～2.5mm，铁尾矿粉粒径不大于0.3mm。
实施例1
所述混凝土组成成分及配比为，水泥：硅灰：粉煤灰：铁尾矿粉：铁尾矿砂＝1:0.25:0.63:0.78:2.51，减水剂掺量为胶凝材料(水泥、硅灰和粉煤灰)重量的1.5％，水胶比为0.33。
这种大掺量铁尾矿混凝土，每立方米所述混凝土中各组分用量如下。
水泥：395.1kg；
铁尾矿粉：309.7kg；
铁尾矿砂：991.3kg；
硅灰：98.8kg；
粉煤灰：248.9kg；
减水剂：11.1kg；
水：245.1kg；
所述铁尾矿粉与铁尾矿砂的质量和占所用组分总质量的56.6％。
本实施例中，所述减水剂掺量为胶凝材料重量的1.5％，水胶比为0.33；其中胶凝材料为水泥、硅灰和粉煤灰的混合物，各组分的比例为水泥、硅灰和粉煤灰＝1:0.25:0.63。
本实施例中，所述水泥为普通硅酸盐P·O42.5水泥；所述硅灰为二氧化硅含量大于等于90％的硅灰；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。
当然在其他实施例中，水泥还可以用强度等级大于等于42.5的硅酸盐水泥；
本实施例中，所述铁尾矿粉的粒径小于或等于0.3mm。
本实施例中，所述铁尾矿砂粒径为0.08mm～2.5mm。
本实施例中，所述的铁尾矿砂与铁尾矿粉均为矿场排放的废弃物，经过过筛后制得；其中铁尾矿粉和铁尾矿砂的成分如下。
铁尾矿粉的化学成分(％)
铁尾矿砂的化学成分
在铁尾矿中主要组成成分为二氧化硅，其对于提高铁尾矿的硬度有重要作用。
本实施例中，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
当然在其他实施例中，减水剂也可以使用萘系高效减水剂。
一种大掺量铁尾矿混凝土的制备方法，包括步骤如下。
步骤一，将铁尾矿砂、铁尾矿粉、水泥、硅灰和粉煤灰按所述配比称量材料，每方所述大掺量铁尾矿混凝土各组分用量为：铁尾矿粉：309.7kg、铁尾矿砂：991.3kg、水泥：395.1kg、硅灰：98.8kg、粉煤灰：248.9kg，将称量好的材料按顺序倒入强制式搅拌机中，搅拌约1～2分钟，使其搅拌均匀。
步骤二，将称量好的减水剂11.1kg与水245.1kg混合均匀，分两次加入搅拌机中，每次搅拌约1～2分钟，第二次加入减水剂与水的混合液搅拌上述时间后，静停30s，再继续搅拌，最后直到浆体搅拌均匀，所述大掺量铁尾矿混凝土制作完成。
本实施例中，所述的铁尾矿砂与铁尾矿粉均为矿场排放的废弃物，经过过筛后制得，不再通过机器磨细；铁尾矿粉的粒径小于或等于0.3mm，铁尾矿砂粒径为0.08mm～2.5mm。
将制备完成的所述大掺量铁尾矿混凝土制作了若干100mm×100mm×100mm，质量为2.3kg的立方体试块，90℃高温蒸汽养护72h后，根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002中试验规定，进行了大掺量铁尾矿混凝土抗压强度与劈裂抗拉强度试验，试验结果如下表所示。
实施例2
本实施例中，所述混凝土组成成分及配比为水泥：硅灰：粉煤灰：铁尾矿粉：铁尾矿砂＝1:0.25:0.63:0.70:2.11，减水剂掺量为胶凝材料(水泥、硅灰和粉煤灰)重量的1.5％，水胶比为0.33。
这种大掺量铁尾矿混凝土，每立方米所述混凝土中各组分用量如下。
水泥：431.0kg；
铁尾矿粉：301.7kg；
铁尾矿砂：908.5kg；
硅灰：107.8kg；
粉煤灰：271.5kg；
减水剂：12.2kg；
水：267.3kg；
所述铁尾矿粉与铁尾矿砂的质量和占所用组分总质量的52.6％。
本实施例中，所述减水剂掺量为胶凝材料重量的1.5％，水胶比为0.33；其中胶凝材料为水泥、硅灰和粉煤灰的混合物，各组分的比例为水泥、硅灰和粉煤灰＝1:0.25:0.63。
本实施例中，所述水泥为普通硅酸盐P·O42.5水泥；所述硅灰为二氧化硅含量大于等于90％的硅灰；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。
当然在其他实施例中，水泥还可以用强度等级大于等于42.5的硅酸盐水泥。
本实施例中，所述铁尾矿粉的粒径小于或等于0.3mm。
本实施例中，所述铁尾矿砂粒径为0.08mm～2.5mm。
本实施例中，所述的铁尾矿砂与铁尾矿粉均为矿场排放的废弃物，经过过筛后制得；其中铁尾矿粉和铁尾矿砂的成分如下。
铁尾矿粉的化学成分(％)
铁尾矿砂的化学成分
在铁尾矿中主要组成成分为二氧化硅，其对于提高铁尾矿的硬度有重要作用。
本实施例中，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
当然在其他实施例中，减水剂也可以使用萘系高效减水剂。
这种权利要求1中所述的大掺量铁尾矿混凝土的制备方法，包括步骤如下。
步骤一，每方所述大掺量铁尾矿混凝土各组分用量为：铁尾矿砂908.5kg、铁尾矿粉301.7kg、水泥431.0kg、硅灰107.8和粉煤灰271.5kg，将称量好的材料按顺序倒入强制式搅拌机中，搅拌约1～2分钟，使其搅拌均匀。
步骤二，将称量好的减水剂12.2kg与水267.3kg混合均匀，分两次加入搅拌机中，每次搅拌约1～2分钟，第二次加入减水剂与水的混合液搅拌上述时间后，静停30s，再继续搅拌，最后直到浆体搅拌均匀，所述大掺量铁尾矿混凝土制作完成。
本实施例中，所述的铁尾矿砂与铁尾矿粉均为矿场排放的废弃物，经过过筛后制得，不再通过机器磨细；铁尾矿粉的粒径小于或等于0.3mm，铁尾矿砂粒径为0.08mm～2.5mm。
将制备完成的所述大掺量铁尾矿混凝土制作了若干100mm×100mm×100mm，质量为2.3kg的立方体试块，90℃高温蒸汽养护72h后，根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002中试验规定，进行了大掺量铁尾矿混凝土抗压强度与劈裂抗拉强度试验，试验结果如下表所示。
实施例3
1、一种大掺量铁尾矿混凝土，其特征在于，每立方米所述混凝土中各组分用量如下：
水泥：413.0kg；
铁尾矿粉：305.6kg；
铁尾矿砂：950.0；
硅灰：103.3kg；
粉煤灰：260.2kg；
减水剂：11.6kg；
水：256.2kg；
其中，各组分的质量比为水泥：硅灰：粉煤灰：铁尾矿粉：铁尾矿砂＝1:0.25:0.63:0.74:2.3；减水剂掺量为胶凝材料重量的1.5％，水胶比为0.33；其中胶凝材料为水泥、硅灰和粉煤灰的混合物。
本实施例中，所述水泥为普通硅酸盐P·O42.5水泥；所述硅灰为二氧化硅含量大于等于90％的硅灰；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。
当然在其他实施例中，水泥还可以用强度等级大于等于42.5的硅酸盐水泥；
本实施例中，所述铁尾矿粉的粒径小于或等于0.3mm。
本实施例中，所述铁尾矿砂粒径为0.08mm～2.5mm。
本实施例中，所述的铁尾矿砂与铁尾矿粉均为矿场排放的废弃物，经过过筛后制得。
本实施例中，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
当然在其他实施例中，减水剂也可以使用萘系高效减水剂。
本实施例中，所述的铁尾矿砂与铁尾矿粉均为矿场排放的废弃物，经过过筛后制得；其中铁尾矿粉和铁尾矿砂的成分如下。
铁尾矿粉的化学成分(％)
铁尾矿砂的化学成分
在铁尾矿中主要组成成分为二氧化硅，其对于提高铁尾矿的硬度有重要作用。
一种大掺量铁尾矿混凝土的制备方法，包括步骤如下。
步骤一，每方所述大掺量铁尾矿混凝土各组分用量为：铁尾矿砂950.0kg、铁尾矿粉305.6kg、水泥413.0kg、硅灰103.3kg和粉煤灰260.2kg，将称量好的材料按顺序倒入强制式搅拌机中，搅拌约1～2分钟，使其搅拌均匀。
步骤二，将称量好的减水剂11.6kg与水256.2kg混合均匀，分两次加入搅拌机中，每次搅拌约1～2分钟，第二次加入减水剂与水的混合液搅拌上述时间后，静停30s，再继续搅拌，最后直到浆体搅拌均匀，所述大掺量铁尾矿混凝土制作完成。
本实施例中，所述的铁尾矿砂与铁尾矿粉均为矿场排放的废弃物，经过过筛后制得，不再通过机器磨细；铁尾矿粉的粒径小于或等于0.3mm，铁尾矿砂粒径为0.08mm～2.5mm。
将制备完成的所述大掺量铁尾矿混凝土制作了若干100mm×100mm×100mm立方体试块，90℃高温蒸汽养护72h后，根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002中试验规定，进行了大掺量铁尾矿混凝土抗压强度与劈裂抗拉强度试验，试验结果如下表所示。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围涵盖本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。