本發(fā)明涉及混凝土材料，尤其涉及一種尾礦砂骨料、超高性能混凝土及其應用。

背景技術：

1、超高性能混凝土（ultra-high?performance?concrete，簡稱uhpc），uhpc以超高的強度、韌性和耐久性為特征，成為實現(xiàn)水泥基材料性能大跨越的新體系。與普通混凝土相比較，超高性能混凝土可以大量減少材料用量，降低建筑成本，節(jié)約資源，減少生產、運輸和施工能耗，采用超高性能混凝土將對保護環(huán)境作出貢獻。

2、尾礦建材資源化利用，將其作為混凝土、砂漿等建材產品的原料是最重要的一種方式。但是，建材化的消納方式仍然存在固廢摻量少、產品性能低、附加值不高、性價矛盾突出等問題。近年來，為高效回收有價金屬，選廠通過超細磨技術提高礦物單體解離度，導致目前產出的尾礦越來越細，難以直接作為普通混凝土的骨料。

3、這些細鐵尾礦可以部分替代石英砂作為制作超高性能的混凝土的骨料。zhao等人和zhu等人研究了用尾礦替代砂土對uhpc性能的影響。20%的置換，uhpc的28天強度仍然與沒有鐵礦石尾礦的uhpc相當。pyo等人使用一種石英基尾礦部分替代uhpc的石英砂（30%質量）石英砂，獲得了與石英砂的uhpc相當?shù)膹姸?。但是，用尾礦完全替代砂會降低uhpc的強度，用尾礦100%替代天然骨料，顯著降低了材料的可加工性和抗壓強度。

4、公開號為cn110698098a的中國專利申請公開了一種抗腐蝕性鐵尾礦（廢石）骨料，包括有以下組分：粒徑為25-27mm、18-20mm、15-17mm、8-10mm、4-5mm和2-3mm六種級配的尾礦石；所述各級配尾礦石的質量百分比分別為4-6%、18-22%、24-26%、24-26%、18-22%和4-6%，可以明顯減少骨料的空隙率，使鐵尾礦骨料密實度更高，達到了增強了鐵尾礦骨料的耐腐蝕性能的效果。進而公開了一種包括所述抗腐蝕性鐵尾礦骨料的抗腐蝕性混凝土，但該現(xiàn)有技術中存在混凝土抗壓強度有待提高的技術問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明第一發(fā)明目的是進一步提高利用尾礦骨料的混凝土的抗壓強度，在此基礎上，本發(fā)明第一方面提供一種尾礦砂骨料，包括質量比為的1:0.6~3:0.4~2的40-90目、90-400目、400-1250目尾礦砂。優(yōu)選所述尾礦砂骨料包括質量比為（20-50）：（30-60）：（20-40）的40-90目、90-400目、400-1250目尾礦砂。

2、一般地，采用尾礦砂骨料替代石英砂時，所用尾礦砂骨料基本都是與原石英砂顆粒同等級的毫米級，但由于尾礦砂的強度比石英砂弱，受力時容易自身或與界面過渡區(qū)發(fā)生開裂，因此，直接采用尾礦骨料替代石英砂作為骨料會降低混凝土的強度。本發(fā)明通過格里菲斯微裂縫理論計算發(fā)現(xiàn)，控制所述尾礦砂骨料粒徑在380微米以下，可以明顯降低裂縫擴展的可能性，進而提升混凝土的強度；基于此，本發(fā)明進一步優(yōu)化尾礦砂的粒徑范圍及級配，使得本發(fā)明提供的尾礦砂骨料用于制備混凝土，可實現(xiàn)混凝土的緊密堆積，進而使該混凝土具有更高的抗折和抗壓強度，所涉及的混凝土包括但不限于超高性能混凝土。

3、優(yōu)選地，所述尾礦砂骨料包括質量比為的1:1~1.5:0.5~1的40-90目、90-400目、400-1250目尾礦砂。更加優(yōu)選所述尾礦砂骨料包括質量比為（30-40）：（40-50）：（20-30）的40-90目、90-400目、400-1250目尾礦砂。

4、本發(fā)明通過進一步優(yōu)化所述尾礦砂骨料的級配，所得混凝土的抗折和抗壓強度等力學性能更好。

5、在本發(fā)明一些實施方式中，所述尾礦砂選自鐵尾礦、釩鈦磁鐵尾礦、鉬尾礦、銅尾礦和金尾礦中至少一種。本發(fā)明采用上述sio2為主要成分的硅質尾礦，顆粒強度高，所得尾礦砂骨料用于制備混凝土，提升混凝土抗折強度和抗壓強度的效果最佳。

6、本發(fā)明提供的尾礦砂骨料，用于制備混凝土可通過材料最緊密堆積提高混凝土的抗壓強度和抗折強度。

7、本發(fā)明第二方面提供一種超高性能混凝土，包含30-85wt%上述尾礦砂骨料。優(yōu)選包含35-70wt%上述尾礦砂骨料。本發(fā)明提供的超高性能混凝土采用上述尾礦砂骨料的高摻量，實現(xiàn)了全固廢尾礦替代混凝土中的石英砂；同時，可大量利用尾礦資源，不僅降低了成本，還合理利用資源，減少環(huán)境污染；同時采用本發(fā)明提供的粒徑控制在380微米以下的尾礦砂骨料，可使所述超高性能混凝土緊密堆積，從而克服了現(xiàn)有技術中使用毫米級尾礦砂骨料替代石英砂導致的抗折強度和抗壓強度的不足，實現(xiàn)了所得超高混凝土的提高抗折強度和抗壓強度等力學性能和采用石英砂所得超高混凝土相當，甚至更高。

8、優(yōu)選地，所述超高性能混凝土還包括膠凝材料，所述膠凝材料與所述尾礦骨料的質量比為1：0.5~2.5，優(yōu)選為1:0.5~2.0，更優(yōu)選為（8-15）：（8-12）。本發(fā)明中，通過maa模型計算，所述膠凝材料與所述尾礦砂骨料比例在此范圍內，可以保證材料整體的緊密堆積。同時，考慮到膠凝材料水化反應后體積收縮，在配料過程中適當提高了膠凝材料的比例。

9、在本發(fā)明一些優(yōu)選實施方式中，所述膠凝材料包括水泥和輔助膠凝材料，所述輔助膠凝材料選自粉煤灰、礦渣粉、硅灰、石灰石粉和沸石粉中至少一種。

10、在本發(fā)明一些優(yōu)選實施方式中，所述輔助膠凝材料的粒徑為10~150μm。

11、在本發(fā)明一些優(yōu)選實施方式中，所述水泥為硅酸鹽水泥，如p.i?42.5水泥或p.i52.5水泥。

12、本發(fā)明采用上述膠凝材料與所述尾礦砂骨料按照特定配比復配，可進一步提高超高性能混凝土的抗折和抗壓強度。

13、在本發(fā)明一些優(yōu)選實施方式中，所述超高性能混凝土還包括外加劑1.5-2wt%。

14、在本發(fā)明一些優(yōu)選實施方式中，所述外加劑選自膨脹劑、減水劑、緩凝劑、消泡劑中至少一種。

15、在本發(fā)明一些優(yōu)選實施方式中，所述超高性能混凝土還包括纖維0.2-20wt%；優(yōu)選所述纖維的長徑比為10-200，更優(yōu)選所述纖維選自聚丙乙烯纖維、鋼纖維、碳纖維、聚甲醛纖維、聚乙烯醇纖維中至少一種。

16、在本發(fā)明一些優(yōu)選實施方式中，按重量份計，所述超高性能混凝土包括組分：水泥400-1500份，尾礦砂骨料600-1800份，硅灰100-200份，粉煤灰0-200份，礦粉0~150份，纖維5-200份，減水劑25-40份，消泡劑0.01-0.2份，水150-190份。

17、在本發(fā)明一些優(yōu)選實施方式中，按重量份計，所述超高性能混凝土包括組分：水泥450-1000份，尾礦砂骨料600-1600份，硅灰120-180份，粉煤灰50-150份，礦粉50-100份，纖維100-150份，減水劑30-40份，消泡劑0.05-0.15份，水160-180份。

18、本發(fā)明提供的超高性能混凝土的制備方法，包括如下步驟：

19、（1）將膠凝材料和尾礦砂骨料混合，攪拌30s，得混合料；

20、（2）將水、減水劑、消泡劑和所述混合料混合，攪拌150s，得新拌混凝土漿體；

21、（3）將纖維與所述新拌混凝土漿體混合，攪拌120s，得新拌超高性能混凝土漿體。

22、本發(fā)明采用上述混料方式有利于物料混合更均勻，混凝土流動性良好，為制備性能優(yōu)異的超高性能混凝土奠定了基礎。

23、本發(fā)明提供的超高性能混凝土具有良好的力學強度，可廣泛應用于建筑材料、路面材料和橋梁工程等領域中。

24、一般地，超高性能混凝土中骨料的界面過渡區(qū)常為混凝土的薄弱環(huán)節(jié)，超高性能混凝土破壞往往從此處開始。本發(fā)明通過格里菲斯微裂縫理論計算發(fā)現(xiàn)，控制骨料粒徑在380微米以下，可以降低裂縫擴展的可能性，進而提升超高性能混凝土的強度，在此基礎上，本發(fā)明通過優(yōu)化了尾礦砂的粒徑及級配，使得本發(fā)明提供的尾礦砂骨料用于制備混凝土，可實現(xiàn)所述超高性能混凝土的緊密堆積，進而使所得混凝土具有更高的抗折強度和抗壓強度等力學性能。

25、本發(fā)明提供的超高性能混凝土，采用上述膠凝材料，可提高其抗折強度和抗壓強度等力學性能；通過優(yōu)化所述膠凝材料與骨料比例，保證了水化產物與骨料整體密實度，從而進一步提升超高性能混凝土的強度；采用所述減水劑可降低水膠比；采用所述消泡劑可消除尺寸較大的有害氣泡，進而提高了超高性能混凝土的抗折和抗壓強度；采用所述纖維可進一步提高超高性能混凝土的抗折和抗壓強度。