汕头水善坊搞一次多少钱

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            鐵尾礦在泡沫混凝土中的應用研究

            日期:2019-10-25 16:32:28

            鐵尾礦是礦石經破碎、篩分、研磨、分級等工藝處理后余下的部分,是選礦后的廢棄物。鐵尾礦是工業固體廢棄物的主要組成部分,我國的鐵尾礦總量大、顆粒細、種類多,其長期堆放容易帶來危害。近年來隨著固體廢棄物帶來的環境問題、安全問題日益凸顯,國家相繼頒發了一系列政策鼓勵綜合治理固廢。建材行業是大宗工業固廢應用的最大市場,約70%工業固廢主要應用在建材領域。本文主要以某鐵礦企業排放的鐵尾礦為研究對象,探索研究其在泡沫混凝土中的應用。

            1、試驗
            (1)試驗原材料
            鐵尾礦:某鐵礦企業排放的鐵尾礦,顏色為土灰色,顆粒較細,狀態為類似團狀的土顆粒;
            水泥:基準水泥,滿足GB 8076—2008要求;
            減水劑:聚羧酸類減水劑,固體粉狀;
            促凝劑:自制促凝劑、偏鋁酸鈉、水玻璃、硫鋁酸鹽水泥;
            激發劑:自制激發劑,由幾種組分混合而成,占比最多的為具有活性的摻合料;
            泡沫劑:自制泡沫劑,使用時將發泡劑與水按照1:40質量比混合均勻,通過發泡機發泡。
            (2)試驗方法
            制備工藝:(1)將鐵尾礦、水泥、自制激發劑以一定比例混合均勻,在膠砂攪拌機中均勻攪拌2.5min,將減水劑與水同時緩慢加入,攪拌5min(慢4.5min,快0.5min);(2)將發泡劑與水按照1:40質量比混合均勻,用發泡機發泡,通過改變加入的泡沫量調整漿體容重,加入泡沫后,攪拌2min(慢1.5min,快0.5min);(3)迅速加入速凝劑,快速攪拌約10~15s,然后成型試塊。
            養護制度:20℃±2℃、55%±5%濕度靜養12h~16h,在90℃條件下蒸養6h(加熱2h,恒溫4h),脫模冷卻至室溫后,在20℃、90%濕度養護箱中養護至規定齡期進行測試。
            測試方法:(1)干密度參考JG/T 266—2011試驗方法;(2)膠砂試驗參考GB/T 17671—1999,泡沫混凝土抗壓強度所用試模為70.7×70.7×70.7mm,一組三塊,測試方法參考JG/T 266-2011;(3)化學成分分析,主要利用X射線熒光光譜儀進行主要元素分析。

            表1鐵尾礦化學成分/%

            項目

            SiO2

            CaO

            Fe2O3

            Al2O3

            K2O

            SO3

            MnO

            鐵尾礦

            43.0

            21.6

            13.8

            9.2

            2.1

            1.6

            1.2


            2、試驗結果與分析
            (1)鐵尾礦基本性能研究
            鐵尾礦的主要化學元素含量見表1。某鐵礦企業排放的鐵尾礦如圖1所示。圖1中鐵尾礦顏色為土灰色,顆粒較細,呈團狀土塊,加水攪拌后,可慢慢形成泥漿,但塊狀顆粒溶解不充分,泥漿中會夾雜較少1~2mm的小顆粒。
            參照GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的?;郀t礦渣粉》試驗方法,對鐵尾礦活性指數進行檢測,將鐵尾礦取代30%基準水泥,測試其1d蒸養活性、28d活性;以水泥+鐵尾礦為膠材,水膠比定為0.5,成型干密度為800~850kg/m3的泡沫混凝土,研究鐵尾礦摻量對泡沫混凝土的影響。
            膠砂強度測試結果及對比如圖2所示。由圖2可知,引入30%鐵尾礦后,1d蒸養活性指數為70%,28d強度降幅較大,活性指數只有52%。隨著鐵尾礦摻量的逐漸增大,泡沫混凝土的抗壓強度逐漸降低,當鐵尾礦摻量為50%時,強度只有2.2MPa,約為對比組(4.8MPa)的45%(如圖3所示)。綜上可知,鐵尾礦的加入會顯著降低材料體系的抗壓強度,摻量越多,降幅越大,因此需引入改性組分對材料體系的強度進行優化。
            (2)促凝劑對鐵尾礦泡沫混凝土的影響
            將鐵尾礦、水泥、激發劑、減水劑(外摻)以50:30:20:0.005比例混合,水膠比為0.38、0.42,將發泡劑與水按照1:40質量比混合均勻,用發泡機發泡,通過改變加入的泡沫量調整漿體容重800kg/m3~900kg/m3,引入不同的促凝劑,成型試塊靜置3~4h,觀察漿體塌陷程度。試驗主要對比了偏鋁酸鈉、水玻璃、硫鋁酸鹽水泥、自制促凝劑的促凝效果。

            促凝劑對泡沫混凝土的影響見表2。由表2可知,偏鋁酸鈉與水玻璃的引入,對體系凝結時間影響很大,極易造成瞬時凝結,這兩種促凝劑的可操作性較差;硫鋁酸鹽水泥的引入并沒有有效抑制塌模,可能是由于鐵尾礦與激發劑總占比為70%,水泥只占30%,引入的硫鋁酸鹽水泥不足以體現出其凝結快的特性;自制促凝劑在外摻情況下,當水膠比較低時(0.38),3%摻量即可抑制塌模,當水膠比較高時(0.42),6%摻量較合適,且自制促凝劑的加入不會使漿體產生瞬間凝結,可操作性較好。

            表2促凝劑對泡沫混凝土的影響

            促凝劑種類

            摻量(%

            水膠比

            可操作性

            塌模情況

            綜合評價

            偏鋁酸鈉

            (外摻)

            1

            0.38

            凝結較快,不易控制

            /

            不適合作為泡沫混凝土促凝劑

            0.42

            水玻璃

            (外摻)

            1

            0.38

            凝結較快 , 不易控制

            /

            不適合作為泡沫混凝土促凝劑

            0.42

            硫鋁酸鹽水泥(內摻)

            3

            0.38

            合適

            塌模

            不適合作為泡沫混凝土促凝劑

            0.42

            6

            0.38

            合適

            塌模

            0.42

            10

            0.38

            合適

            略有塌模

            0.42

            自制促凝劑

            (外摻)

            3

            0.38

            合適

            不塌

            水膠比為0.38時最佳摻量為3%,水膠比為0.42時,最佳摻量為6%

            0.42

            略有塌陷

            6

            0.38

            合適

            不塌

            0.42

            不塌

            9

            0.38

            對漿體流動性有一定影響

            不塌

            0.42

            不塌

            (3)激發劑對鐵尾礦泡沫混凝土的影響
            試驗驗證表明,鐵尾礦在泡沫混凝土中的應用主要受兩個方面的制約,一是當引入較多鐵尾礦后,如鐵尾礦摻量提高至50%,材料強度大幅降低;二是若按照標準養護條件進行養護,試塊強度增長緩慢,這兩方面均較難滿足實際需求。本文嘗試研發一種激發劑,在提高材料整體強度的同時,經過高溫蒸汽養護,材料1~2d的抗壓強度也可達到較高水平。經過前期大量基礎試驗摸索,基于優勢互補、超細顆粒效益等原理,研發了兩種不同配比組成的激發劑,簡稱激發劑1、激發劑2。兩種激發劑均由幾種不同組分混合而成,占比最多的為具有潛在活性的摻合料,激發劑1為幾種組分機械混合而成,激發劑2中特別引入了經實驗室活化磨細處理的超細組分。經前期基礎試驗探索得出(具體基礎試驗不再一一列出),當鐵尾礦摻量為50%時,激發劑最佳摻量約為20%,本文主要對比測試了兩個密度等級泡沫混凝土強度,主要配比組成及強度見表3。

            表3激發劑對鐵尾礦泡沫混凝土強度的影響

            干密度等級

            組別

            尾礦/%

            水泥/%

            促凝劑(外摻)/%

            減水劑(外摻)/%

            水膠比

            激發劑

            實測干密度(kg/m3

            30h抗壓強度/MPa

            類別

            摻量/%

            800

            空白組1

            50

            50

            6

            0.5

            0.42

            /

            /

            760

            1.3

            實驗組1

            50

            30

            6

            0.5

            0.42

            激發劑1

            20

            780

            2.6

            實驗組2

            50

            30

            6

            0.5

            0.42

            激發劑2

            20

            770

            2.9

            900

            空白組2

            50

            50

            3

            0.5

            0.38

            /

            /

            860

            2.0

            實驗組3

            50

            30

            3

            0.5

            0.38

            激發劑1

            20

            880

            3.8

            實驗組4

            50

            30

            3

            0.5

            0.38

            激發劑2

            20

            850

            4.1


            由表3可知,激發劑的引入大幅提高了試塊強度。在水泥摻量只有30%條件下,實驗組分別引入20%激發劑1及激發劑2,比水泥摻量為50%的空白組,30h抗壓強度800密度等級的分別提高了100%、123%,900密度等級的分別提高了90%、105%。激發劑之所以能促進強度快速提增長,主要是在鐵尾礦元素分析基礎上針對性進行優勢互補,基于摻合料潛在活性、超細顆粒效應,在高溫蒸汽及堿性條件作用下,體系內發生快速水化反應,同時也激發了部分鐵尾礦參與水化反應,使得短期強度得到快速提升。


            3.小結
            (1)鐵尾礦基本無任何活性,其摻入越多,體系強度降低越大,當引入鐵尾礦替代30%水泥時,膠砂28d活性指數只有52%。
            (2)當鐵尾礦摻量達50%,用于制備泡沫混凝土時,為了保證有足夠強度,需引入減水劑降低水膠比,減水劑的引入容易導致泡沫混凝土的氣泡不穩定,造成塌模;通過引入自制促凝劑可抑制塌模,當水膠比為0.38時,促凝劑最佳摻量為3%,當水膠比為0.42時,最佳摻量為6%。
            (3)自制激發劑基于各組分之間的優勢互補、摻合料活性、超細顆粒效應等因素,在高溫蒸汽及堿性條件作用下,可使體系短期強度得到快速提升,30h抗壓強度800密度等級的分別提高了100%、123%,900密度等級的分別提高了90%、105%。

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