[发明专利]一种含硫废石的高性能绿色混凝土

说明书

本发明涉及营建材料技术领域，公开了一种含硫废石的高性能绿色混凝土，混凝土材料重量配比范围如下：赤泥25‑55％，粉煤灰0‑15％，水淬渣粉5‑30％，电石渣5‑20％，硅酸盐水泥5‑30％，硅酸钠5‑15％，氢氧化钠0‑10％，石膏0‑5％，填充料及骨料10‑50％。以上配比可视原材料性质，免烧砖产品强度要求，当地原材料供给状况等条件，决定适当的配比。其中赤泥为主要的固废填充料与卜作岚材料。低混凝土水泥和水的使用量，增加混凝土的体积稳定性和水密性。断绝钙矾石生成所需的化学反应元素和机制途径，同时在物理上增强其水密性和裂缝填塞的自愈能力，确保内部含硫尾矿材料不受外部的侵蚀氧化，保证了混凝土结构的体积稳定性、耐久性与对环境的无害化。

技术领域

本发明涉及营建材料技术领域，具体涉及一种含硫废石的高性能绿色混凝土。

背景技术

尾矿(矿渣废石等共伴生矿)是国内主要的大宗固废之一，堆存量已有数十亿吨，并且以每年数亿吨的数量产出。含硫分较高的尾矿，碍于建材规范，再利用率一直无法提升。近年来，混凝土的理论基础与工艺技术大幅提升，本专利基于相关理论应用，从物理致密和化学强化两方面着手来开发高硫废石混凝土，使其性能能达到永续绿色混凝土的最终目标，也藉此增加高含硫废石的利用途径及提高利用率。其中物理致密系根据致密配比设计理论来达到混凝土在物理级配上最致密的程度；化学强化则是利用火山灰材料化学反应机理加强混凝土的耐久性。

致密配比设计(DMDA)就是将混凝土中的固体颗粒(包括微、细、粗骨料)根据致密配比实验结果进行配比设计，使得颗粒的堆积达到最密实的程度，在此情况下，颗粒间剩余的间隙会是最小的。其主要的目的是在同样强度性能的要求下，可以达到降低用水量及水泥用量，这不但可以达到节约成本及减碳的效果，同时可以保障混凝土长期体积的稳定性及耐久性。

在以含硫矿渣废石为粗、细骨料的混凝土中添加粉煤灰和其他具有火山灰反应(pozzolanic reaction)活性的材料，在水化过程中，透过碱性物质的激发，缓慢进行火山灰水化反应，形成低密度C-S-H胶体，这些胶体充填微孔隙而提高混凝土的水密性、抗腐蚀性、强度等耐久性能。火山灰反应的增强作用周期较长，通常可超过一年以上。使用火山灰材料可增加产品的工作性、塑性、抗硫、抗酸碱、抗冻、减低碱骨料反应、增加水密性、减低水化热。其最终的耐久性能通常优于水泥混凝土。

火山灰材料也具有胶凝的效果，可取代部分水泥，在致密配比设计的前提下，进一步降低水泥的用量。一般常用的火山灰材料也都是工业副产品，例如粉煤灰、水淬渣粉、电石渣、脱硫渣等，可进一步提高产品的固废利用率。

高硫废石再利用作为建材骨料最大的隐患有三：

1、造成环境二次污染：由于含硫尾矿中可能含有多种重金属等有害毒物，资源化的第一要务就是要确保有效的无害化处理。

2、造成钢筋腐蚀：骨料中所含的硫化矿物氧化后产生的硫酸盐和酸性会对结构中的钢筋造成腐蚀。

3、造成混凝土后期膨胀破坏：硫化矿物氧化后产生的硫酸盐在适当的潮湿环境中，会与铝酸盐发生反应生成三硫型水化硫铝酸钙 (3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O，又称钙矾石)，会对混凝土造成膨胀破坏。生成钙矾石的条件为：铝酸钙(主要是水泥中的C₃A)，石膏(CaSO₄·2H₂O)和潮湿的环境。石膏是水泥水化后产生的Ca(OH)₂与硫酸盐反应后生成的产物

发明内容