钢纤维-海泡石纤维优化铁尾矿砂-石英砂混合砂浆性能试验研究

为了在保证经济性的同时改善铁尾矿砂-石英砂混合砂浆的性能,选用钢纤维、海泡石纤维优化混合砂浆,研究了钢纤维、海泡石纤维单掺和以不同比例混掺对混合砂浆工作性能、力学性能和自然干燥收缩率的影响。结果表明,在单掺情况下,海泡石纤维对流动性的负面影响高于钢纤维,两种纤维分别以合适掺量掺入混合砂浆中,钢纤维对抗折强度和28 d自然干燥收缩率的改善效果优于海泡石纤维,而海泡石纤维对抗压强度的改善效果更佳;钢纤维-海泡石纤维以0.50%-1.0%和0.75%-1.0%组合混掺对矿浆力学性能和干燥收缩改善效果最佳。从性能改善效果和经济性角度综合考虑,确定了最优纤维掺量组合,即钢纤维、海泡石纤维掺量分别为0.50%、1.0%。在此掺量组合下,混合砂浆3 d、7 d和28 d抗折强度分别提升了15.8%、13.0%和12.5%,混合砂浆3 d、7 d和28 d抗压强度分别提升了16.2%、14.7%和13.9%,28 d自然干燥收缩率降低了32.8%,且经济性良好,每吨混合砂浆仅增加28.8元左右的成本。

铁尾砂泡沫混凝土的制备及性能

以铁尾砂为细骨料,采用不同掺量的铁尾砂取代天然砂制备目标密度为900 kg/m~3的铁尾砂泡沫混凝土试件,分析铁尾砂掺量对试件干燥收缩率、吸水率、导热系数、抗压强度、劈裂抗拉强度等性能的影响;并采用扫描电镜及图象分析软件分析试件的微观形貌。结果表明:铁尾砂掺量(质量分数)在0~40%范围内,随铁尾砂掺量的增加,泡沫混凝土的干燥收缩率和吸水率下降,导热系数略有增加;泡沫混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度呈先增后减的趋势,铁尾砂掺量20%时抗压和劈裂抗拉强度最高;掺入适量的铁尾砂可改善泡沫混凝土的孔结构,内部孔径趋向均匀,铁尾砂质量分数超过20%时泡沫混凝土的微观结构劣化,这也是导致其力学性能开始下降的原因。

不同养护方式对铁尾矿砂制备的再生粗骨料性能影响

为了提高铁尾矿沙的利用率,本文采用成球技术使用铁尾矿沙制备粗骨料,将经过界面预处理后的铁尾矿砂采用喷洒预处理液水雾,同时撒入胶凝材料的方式生成骨料颗粒,最后将骨料颗粒进行养护得到再生粗骨料。探究不同的养护方式对再生粗骨料的性能的影响,结合SEM和MIP探究养护方式对再生粗骨料微观形貌和孔结构的影响。结果表明:改进的成球技术制备铁尾矿沙再生粗骨料具有一定的可行性。另外,自然养护条件骨料的性能表现最差,蒸汽养护骨料的压碎指标最小,碳化养护骨料的吸水率最小。从微观结构来看碳化养护的骨料体系结构致密,孔隙和微裂缝含量相对较少,因此骨料吸水率最小;蒸汽养护水化产物含有大量的凝胶状和网状结构的水化硅酸钙、针状钙矾石和少量的氢氧化钙晶体,这是压碎指标小的原因。这些研究结果为铁尾矿沙制备再生粗骨料应用于混凝土的后期服役过程中提供了指导意义。

循环压缩作用下铁尾矿砂混凝土变形破坏试验研究

为了研究循环压缩对不同铁尾矿砂掺量的混凝土疲劳损伤的影响,对铁尾矿砂混凝土开展了拌合物性能和变幅循环压缩试验。结果表明:铁尾矿砂混凝土吸水率均大于普通混凝土且吸水率随掺量增加而增大;铁尾矿砂掺量在40%以内时混凝土流动性较好,且压力泌水率属于可泵送空间;掺有铁尾矿砂的混凝土的循环受压应力-应变曲线由密变疏且变形相对普通混凝土较小;加载变形模量在临近破坏时会突然降低,总输入能和弹性应变能增长速率随着循环受压次数的增加而增大,而耗散能先缓慢增大之后迅速增大。

基于宏-微观测试方法的铁尾矿-沥青界面黏附研究

铁尾矿作为一种新材料加入沥青会产生新的界面,其与沥青的界面黏附性直接影响沥青混合料的路用性能。为揭示铁尾矿-沥青界面黏附的作用机理,通过X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等对铁尾矿砂的化学组成和微观形貌进行分析,运用改进的煮沸试验对沥青在铁尾矿表面的黏附率进行定量分析,并利用分子动力学模拟计算铁尾矿-沥青界面的黏附能,最后基于灰色关联法分析微观测试结果与宏观黏附率的关联度。结果表明:铁尾矿砂、石灰岩和玄武岩的主要化学成分、矿物组成差异较大,铁尾矿砂金属氧化物含量较高,表面存在金属光泽,棱角丰富,铁尾矿与沥青的界面黏附能及沥青在铁尾矿表面的黏附率介于石灰岩和玄武岩之间,微观测试结果与宏观黏附率的关联度排序(从大到小)为表观形貌、CaO+MgO含量、钠长石含量、界面黏附能,可见此铁尾矿与沥青黏附性较好,满足工程要求。研究结果可为铁尾矿在沥青面层的应用奠定基础。

纳米偏高岭土对铁尾矿砂-再生混凝土抗压性能影响及微观结构分析

为综合利用固体废弃物,以再生粗骨料部分取代天然骨料、以铁尾矿砂部分取代天然砂分别作为粗、细骨料,同时以纳米偏高岭土(NMK)部分取代水泥作为胶凝材料制成铁尾矿砂-再生混凝土(IRC),进行立方体抗压强度试验,探究NMK对IRC抗压强度的影响。利用扫描电镜(SEM)及氮吸附法(BJH)研究再生混凝土微观结构的变化规律。研究结果表明:铁尾矿砂取代率的增加会提高再生混凝土强度变化率,且取代率越大,抗压强度变化率越高;适量掺入NMK可以提高再生混凝土的抗压强度,当NMK取代率为5%时,抗压强度最大;掺入适量的NMK可以通过促进二次水化反应生成大量的C-S-H凝胶,提高砂浆内部及砂浆与骨料之间的密实度,提升界面过渡区强度,优化内部孔隙结构,进而提升IRC的抗压强度。

铁尾砂对蒸压加气混凝土性能影响的试验研究

以不同掺量的铁尾砂取代河砂制备蒸压加气混凝土砌块,分析铁尾砂掺量对试件抗压强度、干密度、干燥收缩、抗冻性和导热系数的影响。结果表明,蒸压加气混凝土砌块抗压强度随铁尾砂掺量的增加出现先增加后减小的趋势,干密度随着铁尾砂掺量的增加逐渐减小。随着铁尾砂掺量的增加,蒸压加气混凝土砌块的干燥收缩值逐渐增加,导热系数逐渐下降。铁尾砂掺量<20%时,可以减小蒸压加气混凝土砌块的冻后质量损失平均值。蒸压加气混凝土砌块的冻后强度损失平均值随铁尾砂掺量的增加逐渐增加。

火灾后铁尾矿砂混凝土梁抗弯性能试验研究

为研究铁尾矿砂全部替代天然砂对混凝土梁火灾后抗弯性能的影响,对3根受火45 min和3根非受火混凝土梁进行了静载试验.对比了受火过程中梁内混凝土和钢筋温度分布、梁跨中挠度以及火灾后静载试验荷载-挠度曲线、残余抗弯承载力、破坏形态,验证了平截面假定,分析了铁尾矿砂全部替代天然砂和不同铁尾矿砂混凝土强度对钢筋混凝土梁火灾后抗弯性能的影响.结果表明:铁尾矿砂混凝土梁与天然砂混凝土梁受火过程中混凝土和钢筋温度、跨中挠度无明显差异,受火45 min后满足平截面假定;铁尾矿砂混凝土梁的火灾后残余抗弯承载力与天然砂混凝土梁无明显差异,但破坏时跨中挠度显著增加;不同铁尾矿砂混凝土强度(C30、C40)对梁火灾后抗弯承载力影响不大.

酸激发剂对固废材料活性激发效果的影响

为了探究酸激发剂种类和浓度对固体废弃物的活性激发效果,采用控制变量法,选用三种酸溶液作为激发剂对粉煤灰和矿渣进行活性激发,激发后的粉煤灰和矿渣混合作为胶凝材料取代30%(质量分数,下同)的水泥,选用全铁尾矿砂和全再生骨料两种材料分别作为灌浆料试件的两种细骨料进行试验。试验结果表明:经适量浓度的酸激发剂浸泡激发的固废材料活性得到不同程度的提升;对比全铁尾矿砂试验组和全再生细骨料试验组的强度发现酸激发剂对再生骨料试验组的强度提升效果较好;对于同种细骨料的试验组,盐酸对试件强度提升效果较好。当酸溶液种类相同时,浓度为1%的草酸溶液、1%的醋酸溶液、2%的盐酸溶液对铁尾矿砂试验组的提升效果较好;浓度为1%的草酸溶液、3%的醋酸溶液、1.5%的盐酸溶液的再生骨料试验组提升效果较好。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析发现使用酸激发胶凝材料,试件中石英和钙矾石相对含量上升,说明酸激发能够促进水化反应的进行。

不同应力路径下铁尾矿砂力学性质试验研究

为探究应力路径对铁尾矿砂力学性质的影响,对铁尾矿砂进行了不同应力路径下的三轴固结排水试验,分析不同应力路径下铁尾矿砂的应力-应变特性、抗剪强度、变形特征、割线模量。结果表明:恒围压增轴压应力路径下的试样强度、黏聚力最大,恒轴压卸围压应力路径下的试样强度最小。恒围压增轴压应力路径下的轴向应变随平均有效应力的增加而增大,而卸围压增轴压应力路径下的平均有效应力保持不变,但轴向应变快速增大;恒轴压卸围压应力路径下的轴向应变随平均有效应力的减小而增大。当应力路径转角增大时,其割线模量也增大;当应力路径一定时,割线模量与围压呈正比关系。通过以上研究,可以有效评估其在不同工程条件下的力学性质,为分析尾矿坝的稳定性提供依据。

铁矿剥离废石与铁尾矿用作砂石骨料存在的问题及解决措施

综合统计全国与山西省铁矿床分布、成因、矿石特征及各类铁矿床剥离废石与尾矿特征,结合铁矿剥离废石与尾矿在混凝土中的应用研究进展,分析剥离废石与尾矿制备砂石骨料存在的问题并提出解决措施。

铁尾矿砂对磷酸镁水泥砂浆性能的影响

由于铁尾矿砂大量堆积带来的环境问题以及河砂资源日益枯竭,探讨将铁尾矿砂代替河砂用于制备磷酸镁水泥(magnesium phosphate cement, MPC)修补砂浆。分析了铁尾矿砂替代天然河砂后对MPC砂浆流动度、凝结时间、强度和干燥收缩的影响规律,并利用XRD和SEM分析了影响机理。结果表明:相较于河砂,铁尾矿砂会造成MPC砂浆流动度降低,可以提高砂浆的抗折强度和抗压强度,但对砂浆凝结时间和干燥收缩影响相对较小;XRD和SEM显示铁尾矿砂对MPC砂浆水化产物基本无影响,但优化了砂浆体系的级配,提高了浆体和骨料界面黏结性能,从而提高了抗折和抗压强度。研究成果有助于促进铁尾矿砂的综合利用。

某铁尾矿砂石对混凝土力学性能的影响研究

龙岩某矿山企业为了研究铁尾矿砂石代替天然骨料后对建筑物的影响,采用铁尾矿石代替混凝土粗骨料,铁尾矿砂按0%,25%,50%,75%,100%的比例代替混凝土细骨料,通过试验研究了铁尾矿石和不同铁尾矿砂含量对混凝土抗拉强度、立方体抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量和坍落度等指标的影响。试验结果表明:相比于普通混凝土,铁尾矿砂石混凝土的抗拉强度、立方体抗压强度及轴心抗压强度均更高,可满足不同建筑工程的施工要求;但在使用过程中,需要通过改变水灰比和铁尾矿砂的取代率,将弹性模量控制在一定范围内,以提高铁尾矿砂石混凝土的变形性能和耐久性。

季冻区铁尾矿砂改良路基土动强度特性分析

为研究铁尾矿砂改良粉质黏土在季节性冻土区道路中的使用效果,对冻融循环条件下的动强度特性进行研究。通过测试破坏动应力比,分析不同围压、不同冻融循环次数和不同加载频率条件下铁尾矿砂改良土破坏特性的变化规律、衰减趋势和影响因素。研究结果表明:铁尾矿砂改良土的动破坏特性在第一次冻融循环后出现下降的趋势,以小幅度波动后趋于稳定;围压和冻融循环都是影响改良土动破坏特征的重要因素,加载频率影响相对较小;单指数模型和4项多项式模型都可用于冻融循环后的铁尾矿砂改良土动破坏特征的趋势预测,且单指数模型拟合效果更佳。

铁尾矿砂再生混凝土的力学及耐久性能研究

以C30混凝土为再生粗骨料,采用铁尾矿砂取代天然河砂,制备出不同铁尾矿砂取代率(0,25%,50%,75%和100%(质量分数))的再生混凝土。研究了不同铁尾矿砂取代率对再生混凝土力学性能、微观形貌、耐久性能的影响。结果表明,随着铁尾矿砂取代率的增加,再生混凝土的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度均表现出先增高后降低的趋势,50%(质量分数)铁尾矿砂取代率的再生混凝土力学性能最佳;掺入适量的铁尾矿砂能够填充再生混凝土骨料之间的裂缝和孔隙,提高再生混凝土的结构致密性,改善混凝土的微观结构;50%(质量分数)铁尾矿砂取代率的再生混凝土在碳化处理28 d后的碳化深度最低为4.1 mm,抗碳化性能最优;冻融循环80次后,50%(质量分数)铁尾矿砂取代率的再生混凝土的相对动弹性模量最大为94.53%,质量损失率最低为-0.11%,抗冻性能最佳。综合可知,当铁尾矿砂的取代率为50%(质量分数)时,可以有效改善再生混凝土的力学性能、微观形貌和耐久性能。

大掺量铁尾矿砂在预拌混凝土中的试验研究

采用铁尾矿砂与机制砂混掺成混合砂制备混凝土,主要研究了铁尾矿砂对混凝土工作性能、力学性能、干缩性能的影响。结果表明,制备C30混凝土时,可用50%铁尾矿砂与50%机制砂作混合砂;而制备C50混凝土时,铁尾矿砂与机制砂的合适比例为40%∶60%。铁尾矿砂对混凝土的流动性和坍落度损失影响都较小,但对混凝土的粘聚性影响较大。掺有铁尾矿砂的混凝土力学性能要比基准混凝土高,弹性模量也大;掺有铁尾矿砂的混凝土干燥收缩性能要好于基准混凝土。

铁尾矿机制砂中石粉含量对混凝土性能的影响研究

机制砂在生产过程中会产生大量的石粉,这些石粉的岩性及掺量会对机制砂及混凝土的性能产生较大的影响。本文探究了铁尾矿机制砂中石粉含量对C30、C50铁尾矿机制砂混凝土工作性能、力学性能及耐久性能的影响,并通过SEM、XRD等测试分析了铁尾矿石粉对机制砂混凝土微观结构的影响机理。结果表明:石粉可以在机制砂混凝土中起到“滚珠”效应,降低机制砂颗粒间“摩擦嵌锁”作用,并有效优化铁尾矿机制砂级配,细化混凝土孔结构,提高混凝土工作性能与力学性能;制备C30、C50铁尾矿机制砂混凝土适宜的石粉含量分别为9%~12%和6%~9%,此时C30、C50混凝土抗冻等级分别为F200与F300,氯离子渗透能力均较低。

铁尾砂泡沫混凝土抗冻融性能及可靠性分析

为研究铁尾砂泡沫混凝土抗冻融性能,制备了5组目标密度为900 kg/m 3的泡沫混凝土,在硫酸盐环境下冻融循环后,对比分析不同铁尾砂掺量泡沫混凝土的质量损失、强度损失、孔隙面积率和微观结构。以质量损失和强度损失为衡量指标,评选最优配合比,基于Wiener退化过程进行可靠度分析并预测剩余寿命。结果表明:在硫酸盐冻融循环过程中,泡沫混凝土表面损伤,内部孔隙连通形成裂缝,各试件质量呈先增加后减少的趋势;抗压强度和孔隙面积率持续下降,细粒径铁尾砂的掺入有效缓解了泡沫混凝土的损伤。其中,20%(质量分数)铁尾砂掺量的泡沫混凝土抗冻融能力最强,试件经过约300次冻融循环后失效。本研究可为泡沫混凝土在冻土地区的应用提供思路。

铁尾砂基胶结剂制备及其性能研究

针对充填采矿法存在充填体强度较低、充填成本过高的问题,采用鞍钢某选矿厂铁尾砂作为原料,开展了新型铁尾砂基充填胶凝材料的研究。通过测定不同养护龄期、灰砂比和料浆浓度条件下的充填体抗压强度和料浆的流动性,对比分析P·S 32.5水泥和新型胶凝材料的充填体力学强度和流动性。结果表明:在相同条件下新型胶凝材料充填体强度略高于水泥,且在灰砂比和料浆浓度一定的条件下,铁尾砂基胶结剂料浆流动性高于水泥。同时利用SEM从微观层面对两种胶凝材料进行了对比分析,结果显示新型胶凝材料密实度更高。得出结论:采用鞍钢选矿尾砂制备的新型胶凝材料,其力学强度和流动性均满足矿山充填要求,可以替代水泥用于矿山充填,降低矿山充填成本。

粉煤灰和铁尾矿砂对混凝土抗压强度及微观结构影响试验研究

本文以粉煤灰及铁尾矿砂掺量为变量进行混凝土抗压强度试验,得到粉煤灰及铁尾矿砂对混凝土抗压强度的影响规律,结合氮吸附法和扫描电镜法等微观分析方法探究粉煤灰及铁尾矿砂对混凝土微观孔隙及形貌结构的作用机理,旨在为工业废弃物粉煤灰和铁尾矿砂在混凝土中的再利用提供理论基础。试验结果表明:混凝土的抗压强度随铁尾矿砂掺量的增加呈现先增强后减弱的变化规律,当铁尾矿砂掺量为30%时,抗压强度达到峰值,此时强度较未掺入时增强5%,增强效果有限;掺入粉煤灰后混凝土的抗压强度得到显著提升,并且随着尾矿砂替代率的提升,粉煤灰的增幅效果逐渐加强,粉煤灰的掺入弥补铁尾矿砂活性不足的缺点。在15%粉煤灰、30%铁尾矿砂掺量时,抗压强度达到最大值,此时强度较普通混凝土增幅12.9%。