[发明专利]超高强铁尾矿砂水泥基灌浆料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料工程领域，具体涉及一种超高强尾矿砂水泥基灌浆料及其制备方法。

背景技术

建筑行业、冶金行业、电力行业、交通行业都在趋于超大型化发展，工程项目越来越复杂。其中灌浆料在这些行业的基础设施建设中起到重要的作用，如大型桥梁的支座灌浆、风力发电机灌浆、特大机电设备安装的螺栓锚固、设备基础二次灌浆等等。水泥基灌浆料是以优质的高强度颗粒状材料作为细骨料，以水泥等活性材料作为胶凝材料，并用高减水率、微膨胀、防离析等外加剂辅助配制而成的特种砂浆。它在施工现场加以一定量的水，搅拌均匀后即可使用。灌浆料要满足自流性好、高强、无收缩、微膨胀等优异性能来保证工程应用的要求。我国现行水泥基灌浆材料的国家规范《水泥基灌浆材料应用技术规范》（GB/T 50448-2008）和建材行业标准《水泥基灌浆材料》（JC/T986-2005）对灌浆料的1d、3d和28d抗压强度指标要求分别是20MPa、40MPa和60MPa，对弹性模量未作要求。在实际工程施工中，一些大型和超大型的设备在安装时由于质量非常大，运行时负荷大，对灌浆料的力学性能和疲劳强度提出了更高的要求，而现有水泥基灌浆料的28d强度基本在60MPa~80MPa左右，不能满足日益增多的大型工程项目对灌浆料的超高强度、高模量的技术要求。目前，国内对抗压强度超过110MPa、弹性模量超过45GPa的超高强度、高模量水泥基灌浆料的研究和生产的报道极少，高品质、超高强水泥灌浆料的使用只能依赖进口。仅有中国专利 CN 101921086 A一种水泥基超高强无收缩灌浆料28d抗压强度达到超过120MPa，但其高强度是由于配比中掺有5%~10%的普通钢纤维或异型钢纤维以及使用了优质石英砂，大大增加了灌浆料的生产成本，使用费用和进口灌浆料没有明显优势。

细骨料是制备灌浆料的主要原材料，在灌浆料中重量占比一般为50%，工程中对灌浆料巨大的需求量导致工程中要耗费大量的细骨料。目前，细骨料的来源大多数是精选的天然砂或优质石英砂，然而天然砂是一种地方资源，分布很不均匀，短期内不可再生，很多地区天然砂资源短缺或优质天然砂资源储量日益减少，或为保护河道和生态环境而限制开采，天然砂的供应日趋紧张，而优质石英砂主要用于玻璃原料，价格昂贵。因此减少灌浆料中天然砂和石英砂的使用量对于缓解砂资源短缺是一条有效途径。

尾矿砂是指矿山中开采的矿石经选矿流程处理后剩余的固体废弃物，其组成成分中多数含有尚未完全回收的矿物。据不完全统计，我国由于矿产资源开发而产生的尾矿累积堆存量已达100亿吨以上，年产出量达到了12亿吨，占全世界尾矿产出量的50%以上。其中铁尾矿占全部尾矿堆存总量的60%。目前在我国的各类工业固体废弃物中，煤矸石的综合利用率达到了62.5%，粉煤灰达到了67%，而尾矿的综合利用率只有14%，相比之下，尾矿的综合利用大大滞后。尾矿已成为我国目前产出量最大、综合利用率很低的固体废弃物。目前铁尾矿利用状况主要是铁尾矿再选与有价元素的综合回收、复垦植被、用作土壤改良剂及微量元素肥料、生产建筑材料等方面。在利用尾矿制备建筑材料的研究和应用领域，国内外目前主要集中在利用尾矿制砖、制备水泥、加气混凝土、制备建筑陶瓷、微晶玻璃和新型玻璃材料等方面。

通过研究，铁尾矿砂主要矿物成分是石英、长石、方解石、辉石、石榴石、角闪石及少量的赤铁矿等，化学成分主要含有SiO₂、Al₂O₃、CaO、Fe₂O₃、MgO以及少量的K₂O、Na₂O，其物理化学性质稳定，不具备碱活性，是一种偏酸性骨料，可以安全地用于水泥混凝土和水泥砂浆的骨料。铁尾矿砂通过筛选分级后，可以根据使用需要把不同粒级的砂粒按不同比例组合成各种细度的砂。另外，铁尾矿砂颗粒压碎值较低，抵抗外力破坏能力强，作为细骨料具有具有很好的骨架和填充作用，且铁尾矿砂颗粒具有多棱角、表面粗糙凹凸不平的特点，与水泥浆体的界面粘结强度高，能增加混凝土或砂浆材料的强度尤其是抗折强度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供了一种超高强铁尾矿砂水泥基灌浆料及其制备方法，以此减少灌浆料中天然砂和石英砂的使用，缓解天然砂资源短缺，以及由于使用价格昂贵的石英砂带来的灌浆料成本的上升，实现铁尾矿资源高效利用，所得灌浆料具有流动性好，微膨胀，超高强度和高弹性模量的优异性能。