Study on Carbonation Damage Constitutive Curve and Microscopic Damage Mechanism of Tailing Recycled Concrete

To improve the resource utilization of recycled aggregate concrete(RAC)and make use of the unique pozzolanic activation characteristics of iron ore tailing(IOT),the constitutive curves of tailing recycled concrete(TRC)before and after carbonization were analyzed theoretically,experimentally and microscopically.Firstly,according to the experimental data,the damage constitutive and related damage parameters of TRC were theoretically established by Weibull probability distribution function.Secondly,the comprehensive damage parameter b under different working conditions was studied.Finally,the damage mechanism was formed by EDS and SEM.The results showed that the damage constitutive model based on Weibull probability distribution function was in good agreement with the experimental results.Under each carbonization period,the b first decreased and then rose with the increase of tailings content.When its content was 30%,the b values of TRC were minimized,which were 22.14%,20.99%,25.39%lower than those of NAC,and 41.09%,34.89%,35.44%lower than those of RAC,indicating that IOT had a relatively good optimization effect on the constitutive curve of RAC.The microscopic analysis results also proved that the IOT addition with a proper amount would improve the matrix structure of RAC and increased its compactness,but when the content was higher,it would also cause harmful cracks in its matrix structure and reduced its density.Therefore,the optimal tailing content was about 30%.This paper provided a new method for damage constitutive calculation and analysis of TRC before and after carbonization.

Pavement Performance Research Progress and Evaluation of Asphalt Mixture Incorporating Iron Ore Tailings

In order to solve the problems caused by the storage of iron ore tailings (IOTs), many researchers conducted a series of experimental studies on the reuse of IOTs. The results of many studies showed that it was feasible to use IOTs for road engineering. This paper summarized the composition, gradation and particle characteristics of IOTs from chemical and physical aspects, and proved the feasibility of IOTs replacing traditional aggregate for asphalt concrete. Then, the research on the road performance of asphalt concrete incorporating IOTs were summarized and reviewed, including the evaluation of high-temperature stability, low-temperature crack resistance, fatigue resistance and water stability. The water stability and the improvement of adhesion between asphalt and IOTs aggregate were discussed in detail. Finally, the performance of IOTs as asphalt concrete aggregate and the existing defects were evaluated, and future research directions were proposed.

铁尾矿-钢渣-锂渣混凝土耐酸侵蚀性能研究

目的在混凝土中掺入铁尾矿、钢渣、锂渣,分析混凝土的耐酸侵蚀性能,实现铁尾矿、钢渣、锂渣高效资源化利用。方法将铁尾矿、钢渣、锂渣作为掺合料替代部分水泥,铁尾矿碎石和铁尾矿砂作为粗、细骨料制备混凝土;对制备的混凝土标准养护28 d后进行为期60 d的酸侵蚀试验;通过改变水胶比和水泥替代率分析其质量损失率、抗压强度损失率及侵蚀深度,利用MIP、SEM探究铁尾矿-钢渣-锂渣混凝土耐酸侵蚀的机理。结果掺入铁尾矿、钢渣、锂渣可以降低混凝土的质量损失率、抗压强度损失率和侵蚀深度;其中掺量为30%时,质量损失率为0.12%、抗压强度损失率为-7.8%、侵蚀深度为0.6 mm,均达到最低值;混凝土的质量损失率、抗压强度损失率和侵蚀深度随着水胶比的增大而升高。结论铁尾矿-钢渣-锂渣混凝土中铁尾矿、钢渣、锂渣发挥的填充作用和与水泥发生的二次水化反应使混凝土体系更加致密,很大程度上阻碍了酸的侵入;同时,二次水化消耗了易与酸反应的CH,生成了更稳定的C-S-H凝胶,表现出更好的耐酸侵蚀性能。

铁尾矿—硅锰渣—赤泥协同制备超高性能混凝土力学性能研究

选用铁尾矿粉、硅锰渣粉和赤泥作为矿物掺合料代替部分普通硅酸盐水泥,协同制备了2种不同水胶比的超高性能混凝土,研究了掺入铁尾矿—硅锰渣—赤泥的超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)的力学性能,探究了铁尾矿粉掺量对UHPC的抗弯强度、劈裂抗拉强度和抗压强度的影响。结果表明:①水胶比较低的超高性能混凝土中,铁尾矿粉对混凝土抗弯强度影响较大,对劈裂抗拉强度影响较小;②水胶比较高的超高性能混凝土中,铁尾矿粉对混凝土抗弯强度的影响与对劈裂抗拉强度的影响基本一致;③随着铁尾矿粉掺量增加,水胶比为0.20和0.25的超高性能混凝土抗压强度降低,硅锰渣—赤泥组超高性能混凝土28 d抗压强度最大降低幅度分别为19.2%和22.9%。上述分析进一步反映出:①铁尾矿粉在超高性能混凝土中的掺量不宜超过矿物掺合料总量的40%;②铁尾矿粉的掺加不利于超高性能混凝土的早期抗压强度提升,但适量掺加铁尾矿粉(20%)有利于超高性能混凝土后期抗压强度增长;③三参数模型系数相对于铁尾矿—硅锰渣—赤泥超高性能混凝土的抗压强度和养护龄期关系相对集中,拟合相关系数较高。

竹纤维增强金尾矿砂加气混凝土性能研究

以竹纤维为增强材料制备B06级金尾矿砂加气混凝土,分析了竹纤维掺量和长度对竹纤维砂加气混凝土(BFAAC)料浆流动性、发气高度、干密度和抗压强度等的影响;采用XRD及SEM分析了BFAAC的物相组成和微观结构。结果表明:随着竹纤维掺量的增加,BFAAC的料浆流动性、发气高度逐渐下降,试样干密度逐渐增大,抗压和抗折强度先提高后降低,竹纤维的最佳掺量为0.3%。竹纤维长度对BFAAC浆料性能和制品基本物理力学性能影响不明显。XRD和SEM分析表明,BFAAC的水化产物主要是托贝莫来石和少量C-S-H;竹纤维不参与基体材料之间的水化反应,而是通过物理作用达到增强效果。

利用高硅铁尾矿制备蒸压加气混凝土

利用高硅铁尾矿(HIT)制备高硅铁尾矿蒸压加气混凝土(HIT-AAC),研究了HIT细度、钙硅比对HIT-AAC料浆性能和试块物理力学性能的影响;结合XRD、FTIR和SEM对HIT-AAC进行微观分析。结果表明:随着HIT细度的增大,料浆扩散度、发气速率、发气高度均有所降低,最终发气时间缩短,试块的干密度和抗压强度均有所提高;随着钙硅比的增大,料浆扩散度减小和试块干密度先下降后上升,发气速率和发气高度增加,最终发气时间缩短,抗压强度先提高后降低,当钙硅比为0.65时抗压强度最高,为4.29 MPa。水化产物主要为石英和托贝莫来石,随着钙硅比的增大,托贝莫来石由针棒状结构转为片状结构。

铁尾矿基多固废混凝土抗压性能及微观结构分析

针对铁尾矿堆存困难、综合利用率低和活性低的问题,以铁尾矿钢渣脱硫灰为复合掺合料制备多固废混凝土。通过抗压性能测试,研究复合掺合料掺量、铁尾矿细度对混凝土抗压强度的影响,并利用压汞法(MIP)和背散射电子成像技术(BSE)探究混凝土的微观结构。结果表明:复合掺合料的掺入对混凝土早期抗压强度影响较大,掺量小于20%的混凝土28 d抗压强度与无掺合料组抗压强度基本持平,30%掺量的混凝土抗压强度随铁尾矿比表面积的增大而先增大后减小;掺入复合掺合料和减小铁尾矿细度能够改善混凝土孔结构和提高界面过渡区的密实度。

商洛菱铁尾矿高性能混凝土的制备研究

为提升菱铁尾矿活性从而实现大宗化综合利用,采用机械力-热复合活化工艺激发菱铁尾矿活性,研究活化工艺对活性的影响,然后用活化菱铁尾矿制备胶凝材料,研究菱铁尾矿掺量对其性能的影响,最后用菱铁尾矿细骨料、矿山废石粗骨料、活化菱铁尾矿制备高性能混凝土。结果表明,菱铁尾矿700℃煅烧40 min后球磨60 min,活化效果最好,火山灰活性指数(PAI)值为0.77;用活化菱铁尾矿代替矿渣作胶凝材料,当菱铁尾矿掺量为20%时,试块28 d抗压、抗折强度分别为33.16 MPa和4.89 MPa;在菱铁尾矿掺量大于30%,固废利用率大于80%的条件下,所制混凝土的28 d抗压强度高达52.9 MPa。

黄金尾矿掺量对冻融循环和硫酸盐侵蚀作用下混凝土抗劣化性能的影响

为探究黄金尾矿掺量对混凝土力学性能及在冻融循环和硫酸盐侵蚀联合作用下的抗劣化性,利用电液伺服压力机对细黄金尾矿机制砂掺量为0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%的试件静态力学性能进行了测试分析,并研究了素混凝土及细黄金尾矿机制砂混凝土在冻融循环及硫酸盐侵蚀联合作用下的抗压强度劣化规律。试验结果表明:①黄金尾矿机制砂的掺入能够极大改善混凝土材料的延展性,对提升建筑物的安全性具有重要意义;②相较于未掺尾矿机制砂试件,掺量为5%、10%、15%、20%、25%、30%时试件抗压强度增幅为8.04%、10.87%、21.04%、17.73%、3.31%、-9.22%,抗拉强度增幅为15.04%、20.70%、31.25%、36.72%、29.10%、14.06%,适量黄金尾矿的掺入能够有效提高混凝土材料的力学性能,且最佳掺为20%;③冻融循环及硫酸盐侵蚀联合作用对2种混凝土试件均存在劣化作用,且随着冻融循环次数增加及硫酸盐浓度增大试件劣化程度不断增加;④黄金尾矿机制砂混凝土试件在浓度为0%的硫酸盐溶液下冻融循环50、100、150、200、250次时,试件抗压强度降幅仅为素混凝土的43%、44%、47%、45%、47%,尾矿在试件内部与骨料间良好的黏结作用提高了试件抗外荷载能力以及抗盐侵蚀、抗冻融能力。

铁尾矿-钢纤维双掺混凝土制备及性能研究

铁尾矿长期堆积在尾矿库造成资源浪费和环境破坏,研究铁尾矿-钢纤维混凝土力学性能对开发利用铁尾矿具有重要意义。在混凝土中掺入铁尾矿和钢纤维,研究不同材料配比下混凝土的抗压强度变化。结果表明:铁尾矿掺量过低,生成的胶状聚合物较少,黏结作用较弱,铁尾矿掺量过高会导致混凝土含水量过高,均会降低混凝土抗压强度;钢纤维对混凝土抗压强度具有提升作用;氢氧化钠掺量与水胶比主要影响胶状聚合物的形成,分布均匀、充足的胶状聚合物可有效连接水泥基体和钢纤维,增强混凝土抗压强度;铁尾矿-钢纤维混凝土最优配比为铁尾矿掺量40%、45 mm长度钢纤维体积掺量2%、氢氧化钠掺量40%、水胶比0.2。

高镁磷尾矿作为矿物掺合料应用于混凝土性能研究

高镁磷尾矿是磷矿反浮选过程产生的固体废弃物,主要矿物相为白云石、少量氟磷灰石和石英。将磷尾矿烘干粉磨后制成磷尾矿粉,分析了磷尾矿粉粒径分布、毒害性,参照GB/T51003—2014《矿物掺合料应用技术规范》测定了磷尾矿粉相关性能指标。以水泥、磷尾矿粉、粉煤灰为凝胶材料,制备了不同强度等级C30、C40、C50及C60混凝土,测定了混凝土工作性能、力学性能,并分析了掺磷尾矿粉水泥浆不同水化龄期的矿物组成。结果表明,经过烘干粉磨后,磷尾矿粒径D_(90)由133.1μm降至63.4μm,烧失量为39%、28d活性指数为70%、亚甲蓝值小于1.4、流动度比大于100%。当磷尾矿粉占总凝胶材料10%时配制的C60混凝土,坍落度为230mm、28d强度为64.1MPa、90 d强度为78.6 MPa;在养护龄期为90 d时,磷尾矿粉水泥硬化体中出现新矿物相水滑石,有利于混凝土后期强度增长。磷尾矿粉可作为矿物掺合料用于制备混凝土。

铅锌尾矿/电石渣基加气混凝土的组成及结构

为了综合利用固体废弃物,以铅锌尾矿和电石渣为原料制备加气混凝土(AAC)。综合应用宏观与微观的分析方法,研究了铅锌尾矿的细度和掺量对加气混凝土性能的影响,以及不同养护阶段加气混凝土的物相组成、微观结构和蒸压反应机理。结果表明:随着铅锌尾矿细度减小,料浆的流动性提高,水化反应速度加快。但细度过小,易导致料浆过稠,影响加气混凝土良好气孔结构形成和性能;铅锌尾矿掺量过大,体系内未反应的铅锌尾矿残余颗粒堆积增多,颗粒间缝隙减小,影响了水化产物的生长和结晶,导致加气混凝土制品性能下降;当铅锌尾矿比表面积为420 m^(2)/kg、掺量为63%(质量分数)时,加气混凝土的绝干密度和抗压强度分别为590 kg/m^(3)、4.98 MPa,达到了《蒸压加气混凝土砌块》(GB/T 11968-2020)规定的A3.5、B06级加气混凝土合格品的要求。静停养护前加气混凝土坯体内水化产物为C-S-H凝胶和钙矾石(AFt),经静停和蒸压养护后AFt分解,主要水化产物为C-S-H凝胶和托贝莫来石。

PVA-铁尾矿砂混凝土抗折性能研究

为实现固废再生利用,将铁尾矿砂部分替代细骨料并掺入PVA纤维,制备出具有良好和易性的PVA-铁尾矿砂混凝土,通过标准抗折试验研究了不同铁尾矿砂替代率与PVA纤维掺量对混凝土抗折性能的影响。研究表明,PVA纤维掺量为0%和0.1%(质量分数,下同)时试件发生贯通型开裂脆性破坏,而PVA纤维掺量为0.2%和0.3%的试件破坏时裂缝宽度明显减小且未贯通。当铁尾矿砂替代率为30%、PVA纤维掺量为0.3%时,试件跨中挠度和抗折强度均达到最大值,较普通混凝土分别提高了22.04%和6.57%。当铁尾矿砂替代率超过30%时试件抗折强度和跨中挠度会显著下降。与单掺PVA纤维相比,混掺PVA纤维与铁尾矿砂的试件变形能力增强更明显。由XRD谱可知,30%铁尾矿砂替代率下试件中C-S-H凝胶与钙矾石生成量最多,能显著提高材料强度。

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。

钒钛铁尾矿制备绿色建筑材料的研究进展

钒钛磁铁矿是以铁、钒、钛为主的多金属元素共生的复合矿,在世界分布不均衡。中国是该矿石的主要产出国之一,该矿石分布在五个主要矿带。钒钛铁尾矿是钒钛磁铁矿选矿过程中产生的固体工业废弃物,是一种多金属伴生的铁尾矿。该尾矿在中国的堆存量巨大,富含很多有用化学组分,也被称为人工矿床。该尾矿以硅酸盐为主,主要化学成分是二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙和氧化铁等,主要矿物是脉石矿物。国内外学者对其在绿色建筑材料综合利用方面做了很多有益探索,但总体来看,这些研究更多停留在实验室里。主要原因是(1)不同尾矿库甚至同一尾矿库的钒钛铁尾矿理化性能可能有较大差异,尾矿原料的稳定性不足;(2)受尾矿原料不稳定的理化性能影响,中试结果经常出现较大差异,难以实现规模化利用;(3)钒钛铁尾矿库大多地处偏僻,运输成本高,且缺乏高附加值的尾矿产品,规模以上企业因投入大产出小望而生畏。本文综述了钒钛铁尾矿在中国的地域分布和堆存量,重点研究了其化学组成、矿物组成、粒度分布和重金属浸出,分析了其作为主要原料在绿色建筑材料方面的研究进展,指出了存在问题并展望了发展前景。

全铁尾矿混凝土梁受弯性能试验研究

为了充分利用铁尾矿,对铁尾矿混凝土结构的力学性能进行探究,以铁尾矿粉为掺合料,铁尾矿碎石和铁尾矿砂分别作为粗、细骨料,制备成全铁尾矿混凝土(FITC)梁,并与以粉煤灰作掺合料,普通碎石及河砂作粗、细骨料的常规混凝土(CC)梁进行弯曲试验对比。首先,测试铁尾矿的各项参数,验证其作为混凝土原材料的可行性;其次,基于现行规范公式计算梁各阶段的承载力和挠度;最后,将FITC梁和CC梁的实测数值和计算数值对比分析。结果表明:FITC的强度比CC略低,弹性模量显著降低;FITC梁的开裂弯矩和极限弯矩与CC梁相当,梁的抗裂能力与承载力并未因FITC的强度和弹性模量比CC低而明显降低;在裂缝出现之前,FITC梁的混凝土应变与平截面假定基本一致;在荷载作用下,FITC梁受拉区混凝土应变比CC梁的大;FITC梁的延性、裂缝开裂间距均与CC梁接近,FITC梁弯剪区斜裂缝比CC梁更接近梁的顶部;在同等弯矩下,FITC梁的挠度大于CC梁的挠度,FITC梁的受拉纵筋应变也大于CC梁;中国现行设计规范对FITC梁的承载力计算是安全的,但挠度计算公式需要修正。

低硅铁尾矿制备轻质泡沫混凝土试验研究

为解决低硅铁尾矿堆存量大、利用困难等问题,以杨家湾尾矿库内低硅铁尾矿为矿物掺和料,水泥为胶凝材料,Al粉为发泡剂,制备轻质泡沫混凝土,并考察了水泥掺量、水料比、发泡剂Al粉掺量、激发剂CaO掺量等因素对泡沫混凝土性能的影响。结果表明:在铁尾矿掺量55%、Al粉掺量0.14%、CaO掺量5%、聚丙烯纤维掺量0.3%、稳泡剂掺量0.25%、水料比0.55的条件下,经20±1℃恒温恒湿养护28d,可制备出抗压强度1.84MPa、干密度768.61kg/m^(3)、比强度2.394×10^(-3)Nm/kg的轻质泡沫混凝土,综合性能良好,符合JG/T266—2011《泡沫混凝土》之A08干密度等级、C1强度等级要求。机理分析表明:孔隙率的过度提高会破坏制品内部的孔隙结构,对制品强度造成负面影响;铁尾矿的添加有助于混匀料浆,促进Ca(OH)2的生成,为料浆进一步创造碱性环境,促进钙矾石、C—S—H凝胶等水化产物的生成,其与铁尾矿的交织分布会支撑起孔隙结构,改善力学结构,使泡沫混凝土即使在较低密度下仍表现出较好的力学性能。

黄岩铅锌矿尾矿再利用可行性研究

黄岩铅锌矿有1#尾矿库、2#尾矿库、3#尾矿库,三个尾矿库下游分布重要村庄和饮用水源,当地属于台风影响前沿地区,三个尾矿库闭库多年,但是潜在的安全隐患和固有风险始终存在,只有实施尾矿库销库工程,才能从源头上消除尾矿库固有的安全风险,提升周边环境安全条件。为此,首先要解决尾矿消纳利用问题。黄岩铅锌矿尾矿含有一定价值的铅锌矿物,通过对尾矿开展优先浮选、等可浮选、混合浮选试验研究,其中混合浮选可获得相对较好的分选指标;当磨矿细度-0.045 mm占85%时,通过一粗两精一扫的混合浮选闭路流程,获得产率为1.74%、铅品位为22.42%、锌品位为32.35%、铅回收率为67.63%、锌回收率为57.99%的铅锌混合精矿;对黄岩铅锌矿尾矿开展了生产加气混泥土试验研究,探索最佳原料配方和工艺条件,用铅锌尾矿作为主要原料生产加气混泥土,实验室获得了绝干容重B06合格品、A3.5强度等级的产品。研究结果表明:黄岩铅锌矿尾矿能作为生产加气混泥土的硅质材料;结合当地尾矿用途市场调研,通过方案论证,确定最佳尾矿利用方案,为下一步尾矿库回采销库,提供了工艺思路和市场方向。

掺磷尾矿配制C40混凝土的力学性能试验研究

针对经济快速发展所带来的胶凝材料和河砂等资源短缺问题,研究磷尾矿作为胶凝材料和细骨料对混凝土的影响。结果表明:当掺入5%的磷尾矿粉作为胶凝材料替代水泥时混凝土的力学性能的改善效果最好,当掺入40%的磷尾矿矿砂作为细骨料替代河砂时混凝土的力学性能提高最明显,作为固体废弃物的磷尾矿可以加入到混凝土中使用。

铁尾矿泥对全尾矿混凝土强度及早期收缩性能的影响

为了最大程度地利用铁尾矿资源,实现混凝土的绿色可持续发展,本文采用铁尾矿泥作掺合料,铁尾矿碎石和铁尾矿砂分别作为粗、细骨料,配制强度等级为C30的全尾矿混凝土。将20%、30%和40%(质量分数)比表面积为320和432 m^(2)·kg^(-1)的铁尾矿泥作为全尾矿混凝土掺合料,研究铁尾矿泥掺量和细度对混凝土工作性能、力学性能和早期收缩性能的影响。结果表明:当铁尾矿泥的细度为320~432 m^(2)·kg^(-1)、掺量在20%~30%时,与以粉煤灰为掺合料的常规混凝土相比,全尾矿混凝土劈裂抗拉强度提高了6.6%~12.8%,7 d收缩率减少了10.4%~26.3%。微观结构分析表明,当掺量在20%~30%时,铁尾矿泥作为掺合料可以提高混凝土的密实性,降低全尾矿混凝土的早期收缩。