[发明专利]高镁废石粉基复合矿物掺合料及在高强度混凝土中的应用

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种高镁废石粉基复合矿物掺合料及其在高强度混凝土中的应用。

背景技术

随着水泥和混凝土行业的不断发展，大量优质的石灰石资源不断被消耗，石灰石矿山的废弃矿物也逐年增加，这些废弃物长期堆存于地表，不仅占用了大量土地资源，也对环境有着潜在的危害，如造成土壤和水环境的污染、破坏植被等。因此，如何处理石灰石矿山废弃物，进而节省堆存土地，减轻环境压力，是水泥行业亟待解决的重要课题。

众所周知，在开采石灰石矿山时，优质的石灰石资源质地纯正，主要成分为CaCO₃，可直接用于煅烧水泥。部分石灰石中含镁较高，对水泥安定性产生影响，因此，国标对水泥中氧化镁的含量有一定限制，通常要求不超过5.0％。这就直接限制了含镁石灰石在水泥中的利用，只能做废弃处理。

随着国家节能减排、可持续发展等政策的提出，国内研究者、企业对高镁废石进行了呕心沥血的研究，也取得一定成果，主要有用高镁废石配水泥生料煅烧生产熟料、作为水泥混合材、用高镁废石作混凝土粗细骨料三方面，但未有用高镁废石做混凝土掺合料的相关报导。高镁废石适量用于配制水泥生料时，其在高温状态形成方镁石晶格，可降低水泥熟料液相量形成温度；适量作为混合材或骨料时，镁主要以碳酸镁等惰性镁存在，可类似于普通石灰石使用，降低水泥生产成本。

高镁废石应用较少，综合利用有限，且用作水泥生料时，必须严格控制镁含量，否则煅烧后的水泥易引起安定性不良；用于混合材时，受比表面积等国家标准指标、使用习惯等影响，限制了高镁石灰石的使用量；用作骨料时，普遍认为会引起碱碳酸反应，推广受到限制。总之，目前高镁废石大多当废弃物处理，造成资源浪费。

导致上述缺陷的原因有：

(1)国标对水泥中氧化镁的含量有一定限制，通常要求不超过5.0％，限制高镁废石的运用，且高镁废石煅烧后，含镁矿物转化成活性MgO，在水泥水化过程中易引起水泥膨胀开裂；

(2)我国JC/T 600-2010《石灰石硅酸盐水泥》规定石灰石作混合材时，碳酸钙含量不小于75.0％，三氧化二铝含量不大于2.0％，水泥中石灰石含量小于25％，且水泥比表面积一般控制在400m²/kg以下；

(3)在人们的观念中，高镁废石作骨料时，易发生碱碳酸反应，引起混凝土体积膨胀开裂，因此一般不会用高镁废石做骨料。

(4)湿排粉煤灰由于与水、炉底灰等一起混排，导致其活性较低、杂质含量较高、匀质性差，限制了湿排粉煤灰的推广应用，还可能具有潜在危害性。

另外，随着建筑行业的不断发展，混凝土的需求量也逐渐增大。主流掺合料是干排粉煤灰、矿粉和硅粉(也叫硅灰)，也有采用普通石灰石粉单独做掺合料或和矿粉、干排粉煤灰等混合作矿物掺合料。但现在普遍使用的硅灰价格昂贵，粒径小质量轻，用于配制混凝土时，收缩较严重，加之生产时多为人工添加，长期被人体吸入时，造成身体肺部伤害；而干排粉煤灰和矿粉已供不应求，有的地区甚至无掺合料可用，价格也节节攀升，“假干排灰”等不合格品日渐增多，造成混凝土的成本增加且质量极其不稳定，生产难以控制。

湿排粉煤灰由于与水、炉底灰等一起混排，导致其活性较低、杂质含量较高、匀质性差，限制了湿排粉煤灰的推广应用，长年堆放将占用土地资源、污染土壤和地下水等，威胁人类健康。

加之近年来，我国锰工业的发展迅速，锰渣治理以及综合回收利用问题也日益突出。目前大量未经处理的锰渣直接长期堆积，将会对周围环境造成严重污染。

因此，用高镁废石、湿排粉煤灰、工业锰渣等工业废渣制备混凝土用掺合料是解决废石堆积、干排粉煤灰、锰渣堆积的新途径，同时也可缓解干排煤灰、矿粉、硅粉等掺合料的紧缺问题。

发明内容

针对上述技术、资源、观念等方面的问题，本发明的首要目的在于提供一种高镁废石粉基复合矿物掺合料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供由上述方法制得的高镁废石粉基复合矿物掺合料。

本发明的再一目的在于提供上述的高镁废石粉基复合矿物掺合料在高强度混凝土中的应用，本发明的高镁废石粉基复合矿物掺合料仅含有少量熟料和矿渣，应用于混凝土中时，可替代现有的掺合料和部分水泥，并可降低混凝土用水量，进而降低成本。同时，可改善混凝土工作性能，增加混凝土的密实性。

同时，本发明所采用的混凝土粗细骨料也可为高镁废石，改变了传统上避免使用高镁废石作混凝土粗细骨料的观念；并提供一种使用高镁废石掺合料、高镁废石粗细骨料的混凝土。