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。

铁尾矿粉混凝土在荷载与硫酸盐干湿循环耦合作用下的性能劣化机理

铁尾矿粉作为矿物掺合料应用于混凝土有助于固废高值化利用和节能减排,而关于铁尾矿粉混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的研究,大多只考虑了单一条件或者加速条件环境,其在多种环境耦合下的劣化特征尚未得到探究.本文将铁尾矿粉作为矿物掺合料应用于混凝土中,以相对动弹性模量、质量损失率为性能指标,研究荷载-硫酸盐干湿循环耦合作用下铁尾矿粉混凝土劣化过程,探究铁尾矿粉掺量和荷载率对铁尾矿粉混凝土内部劣化的影响,结合扫描电镜(SEM)、X-ray衍射分析(XRD)、压汞(MIP)等微观手段揭示铁尾矿粉混凝土在耦合作用下损伤劣化机理.结果表明:适量铁尾矿粉的掺入有利于其与矿粉的协同水化作用,提高混凝土水化程度和基体密实度,减少硫酸根离子传输路径,提高混凝土抗硫酸盐侵蚀能力;荷载的施加使试块内部微裂纹宽度和数量增加,为硫酸根离子的进入提供更多渗透路径,加速铁尾矿粉混凝土损伤劣化过程;耦合作用使得铁尾矿粉混凝土内部损伤不断累积,在微观上表现为结构的疏松和裂缝的衍生扩展,在宏观上表现为力学性能的衰减和整体结构完整性的下降.

极细铁尾矿粉作为矿物掺合料制备高性能混凝土的研究

为研究细铁尾矿粉掺量对高强混凝土材料孔隙结构及力学性能的影响规律,利用核磁共振检测装置及电液伺服压力机测量了细铁尾矿粉掺量为0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%试件细观孔隙结构、孔隙率以及力学性能,分析了细铁尾矿粉掺量对试件孔隙率及抗拉、抗压强度的影响规律。结果表明:①细铁尾矿粉高强混凝土材料试件T2图谱曲线均呈三峰形,随着细铁尾矿粉掺量增加,试件孔隙率从掺量0%时的2.81%降至掺量为30%时的2.10%,试件孔隙率不断降低,前期试件孔隙率降幅更加显著;②试件内部孔隙结构以微孔与中孔占比为主,随着细铁尾矿粉掺量增加,试件微孔占比不断增大,中孔、大孔及裂隙占比均降低,细铁尾矿粉的掺入使混凝土内部结构得到优化;③铁尾矿粉掺量为20%时对试件抗压、抗拉强度提升效果较好,过量掺入反而会使试件力学性能降低。

铁尾矿粉和磷渣粉对再生混凝土抗氯离子渗透性能的影响

通过RCM试验、电通量试验和氯离子固化试验,研究了铁尾矿粉和磷渣粉分别单掺和复掺(等质量替代30%水泥)对再生混凝土抗氯离子渗透性能的影响。结果表明:单掺和复掺铁尾矿粉与磷渣粉均能提高再生混凝土的抗氯离子渗透性能,且复掺时铁尾矿粉掺量越大,抗氯离子渗透性能越好;随着铁尾矿粉掺量的增加,再生混凝土的氯离子结合能力提高;在氯离子浓度较低的环境下,再生混凝土中的氯离子主要以物理吸附和化学结合两种形式存在;在氯离子浓度较高的环境下,再生混凝土中的氯离子主要以化学结合形式存在,物理吸附作用相对较弱。

基于ABAQUS的圆钢管含铁尾矿砂活性粉末混凝土短柱轴压性能研究

为研究圆钢管含铁尾矿砂活性粉末混凝土(RPC)短柱的轴压性能,综合已有的钢管RPC短柱受压性能的试验结果以及自身的实验结果,借助有限元分析软件ABAQUS,建立了已完成的钢管RPC短柱试验试件的有限元模型。将数值计算所得破坏形态、荷载-应变曲线、极限承载力与试验结果进行对比,论证了模型计算结果的可靠性。同时分析了套箍系数对试件轴压性能的影响。结果表明:圆钢管含铁尾矿砂RPC轴压柱破坏形态为两种,当套箍系数ξ在0.601~0.953之间时,为剪切破坏;当ξ>1时,为腰鼓形破坏。轴压短柱的荷载-应变曲线可分为弹性阶段、弹塑性阶段、承载力下降阶段和承载力上升阶段,部分试件没有承载力下降阶段会直接进入承载力持平阶段或上升阶段。最后根据试验结果拟合其计算公式,与现有文献中的极限承载力数据对比,得出的公式适用性较好,可为工程设计提供参考。

基于ABAQUS和声发射的铁尾矿砂活性粉末混凝土梁受弯性能分析

为研究ABAQUS有限元模型对配置不同钢筋的铁尾矿砂活性粉末混凝土梁的预测效果和其声发射数据特性,制作3根配置不同钢筋的铁尾矿砂活性粉末混凝土梁进行正截面破坏试验和声发射试验。通过分析实验现象和声发射振铃计数、累计振铃计数—荷载关系曲线,发现振铃计数、累计振铃计数与试验梁受弯破坏的3个阶段相对应,从宏观和微观的角度证明高强钢筋和铁尾矿砂活性粉末混凝土适配良好。通过ABAQUS有限元分析建立的模型发现各试验梁挠度、极限承载力开裂荷载的模拟值略高于试验值,预测结果良好。

铁尾矿砂制备活性粉末混凝土的试验研究

为了制备活性粉末混凝土(RPC),将铁尾矿砂代替石英砂,粉煤灰替代部分硅灰,并分别采用28d标准养护和3d高温蒸汽养护两种养护方式对其进行养护。试验结果表明,粉煤灰取代量在20%~40%范围内,替代率增加,混凝土的抗压强度先增大后减小,在粉煤灰取代量为35%时,RPC强度达峰值,随后降低;钢纤维掺量在0~1.5%范围内,掺量增加,混凝土的抗压强度增大;减水剂掺量在2%~5%范围内,掺量增加,混凝土的抗压强度增大;高温养护能显著提高混凝土抗压强度。

矿粉和纤维对活性粉末混凝土工作和力学性能的影响

为研究硅粉和铁尾矿改性混凝土的基本特性,分别用硅粉和铁尾矿粉按照0~20%的比例替代水泥和河砂,并通过力学和氯离子侵蚀实验获得硅粉和铁尾矿粉的较优替代比;然后在此基础上,分别按照体积比为0~2%添加钢纤维、玄武岩纤维和剑麻纤维来改善混凝土的力学特性,结果表明:混凝土的抗压强度和抗拉强度随着硅粉和铁尾矿粉的增加先增后减,其中硅粉和铁尾矿粉的较优替代比分别为15%和10%。三种纤维都能有效地提高混凝土的抗压强度和抗拉强度,但降低混凝土的坍落度。掺入硅粉5%以及10%的铁尾矿粉可以提高混凝土的抗氯离子侵蚀性能,但过多的铁尾矿粉对混凝土的抗氯离子侵蚀性能不利;玄武岩纤维比钢纤维和剑麻纤维能更好地提高混凝土的抗氯离子侵蚀性能,SEM分析也获得相同的结论。

铁尾矿粉-硅粉矿物掺合料对混凝土性能的影响

将研磨后的铁尾矿粉末和硅粉分别按照3∶2和4∶1的比例制备了两种复合矿物掺合料替代水泥进行浆体和混凝土试样的制备。通过微观结构分析、强度和耐久性分析对铁尾矿-硅粉复合矿物掺合料浆体和混凝土的基本性能进行了研究,结果表明:随着复合矿物掺合料掺量的增加,试样的水化反应放热量、抗压强度、劈裂抗拉强度和冻融耐久性均逐渐降低;且加入铁尾矿粉可使的硬化浆体试块孔隙结构变大,导致混凝土的抗压强度和冻融耐久性降低;但增加硅粉的掺量可以提高试样的水化反应强度,降低Ca(OH)_(2)的含量,且硅粉水化反应生产的C-S-H凝胶也可以细化孔结构,从而改善混凝土的微观特性、抗压强度、劈裂抗拉强度和冻融耐久性;弥补铁尾矿粉对混凝土性能的负面影响。整体上,改性混凝土的抗压强度在普通混凝土抗压强的85%以上,能满足工程要求。

铁尾矿粉-硅粉矿物掺合料对混凝土性能的影响

将研磨后的铁尾矿粉末和硅粉分别按照3∶2和4∶1的比例制备了两种复合矿物掺合料替代水泥进行浆体和混凝土试样的制备。通过微观结构分析、强度和耐久性分析对铁尾矿-硅粉复合矿物掺合料浆体和混凝土的基本性能进行了研究,结果表明:随着复合矿物掺合料掺量的增加,试样的水化反应放热量、抗压强度、劈裂抗拉强度和冻融耐久性均逐渐降低;且加入铁尾矿粉可使的硬化浆体试块孔隙结构变大,导致混凝土的抗压强度和冻融耐久性降低;但增加硅粉的掺量可以提高试样的水化反应强度,降低Ca(OH)_(2)的含量,且硅粉水化反应生产的C-S-H凝胶也可以细化孔结构,从而改善混凝土的微观特性、抗压强度、劈裂抗拉强度和冻融耐久性;弥补铁尾矿粉对混凝土性能的负面影响。整体上,改性混凝土的抗压强度在普通混凝土抗压强的85%以上,能满足工程要求。

齐大山铁尾矿制作人工鱼礁材料的研究

以齐大山铁尾矿为主要原料制备了人工鱼礁混凝土,并进行了性能与机理研究。结果表明,铁尾矿掺加量为70%的鱼礁混凝土,标准养护28 d的抗压强度达到47.3 MPa,抗折强度达到8.6 MPa;比表面积达到720m2/kg的铁尾矿球磨细粉具有一定的火山灰活性,在人工鱼礁混凝土中能起到良好的活性粉末填充作用;人工鱼礁材料试块海水浸泡初期,表层有少量OH-溶出,使浸泡液pH值由新鲜海水的8.0升至8.5,但69 d后恢复到正常值;重金属离子溶出检测结果表明,浸泡试样的海水水质符合渔业水质国家标准。因此,大比例掺加齐大山铁尾矿制备的人工鱼礁混凝土不仅具有良好力学性能,还能满足人工鱼礁所要求的低碱、无污染要求,表现出了良好的海洋适应性,使大规模综合利用铁尾矿和海洋渔业增殖成为可能。

铁尾矿粉的活性及在混凝土中的增强效应

进行了掺磨细铁尾矿粉的水泥标准胶砂试验,引入活性指标、强度贡献值、强度贡献率等概念对富硅铁尾矿粉在不同养护条件下的活性及在混凝土中的增强效应进行了表征。结果表明:铁尾矿粉比表面积的增加对铁尾矿活性影响较小,而养护条件对其活性影响显著;铁尾矿粉在标准养护、90℃热水养护及200℃高温养护下基本不具备火山灰活性,对混凝土的增强效应以微集料填充效应为主;蒸压养护条件下具备明显的反应活性,对混凝土的增强效应显著,比表面积为751 m2/kg、掺量为20%的铁尾矿粉3、28、56 d的强度贡献率分别达到23.5%、27.3%、30.9%;铁尾矿粉的比表面积根据构件养护条件的不同以500～750 m2/kg为宜,对水泥的替代量以20%为佳。

铁尾矿粉对C40混凝土性能的影响

随着选矿工艺的精进,铁尾矿排出的粒度越来越细。本文通过系统的试验,重点研究铁尾矿粉作为惰性掺合料对混凝土的力学性能、抗冻性能和抗渗性能的影响。研究结果表明:对于铁尾矿粉掺量为23%的混凝土,强度发展较快,相对于基准混凝土,28 d强度增长了29%;铁尾矿粉的掺入对混凝土的抗冻性能和抗渗性能均有不同程度的改善。

铁尾矿粉对碱矿渣泡沫混凝土力学性能的影响

为了研究铁尾矿粉对碱矿渣泡沫混凝土力学性能的影响,用掺入了铁尾矿粉的碱矿渣泡沫混凝土制成100 mm×100 mm×100 mm的立方体试块,分别将混凝土试块养护3、7、28 d后,测试其抗压强度.结果表明:随着铁尾矿粉碱矿渣泡沫混凝土表观密度的增加,其抗压强度不断增大;当铁尾矿粉的掺量从10%增加到30%时,碱矿渣泡沫混凝土的抗压强度逐渐增大;当铁尾矿粉的掺量从30%增加到50%时,碱矿渣泡沫混凝土的抗压强度逐渐减小,且强度损失较明显,随着铁尾矿粉细度的提高,碱矿渣泡沫混凝土的强度逐渐增大.

铁尾矿粉作为掺合料制备高强混凝土的研究

研究了不同掺量铁尾矿粉对高强混凝土强度的影响,并通过扫描电镜和压汞仪对混凝土的水化产物和孔结构分布特性进行了分析。结果表明,铁尾矿替代胶凝材料20%和30%时,其混凝土达到C60混凝土的强度等级。当铁尾矿为40%时,其混凝土试样达到C50混凝土的强度等级。不同铁尾矿掺量混凝土试样中的孔主要以20~50 nm的少害孔为主。不同掺量铁尾矿粉的孔隙率、平均孔径等有所不同。铁尾矿掺量20%和30%试样的水化产物较为密实,而铁尾矿掺量40%的试样水化产物较为疏松。

基于骨料级配设计的活性粉末混凝土性能的研究

研究基于骨料紧密堆积理论和砂合理级配的规定,调整金尾矿砂、石英砂和普通砂比例,获得了较佳级配的混合砂。设计了不同比例混合砂和砂胶比的配合比,研究了混合砂的比例及胶砂比对活性粉末混凝土性能的影响。结果表明,级配合理的混合砂不仅可以获得较佳的流动性,且制备的胶砂试块抗压强度大于180 MPa,抗折强度大于30 MPa;改变砂胶比可以有效的提高流动性,砂胶比增大,流动性下降,当砂胶比为1.45时,制备的胶砂试块的抗压强度大于185 MPa,抗折强度大于35 MPa,超过国家标准RPC180的要求。

铁尾矿微粉对大流态混凝土性能的影响研究

研究了铁尾矿微粉作为混凝土掺合料不同比例替代粉煤灰对大流态混凝土性能的影响。进行了混凝土和易性、强度、耐久性等一系列试验,结果表明:随着铁尾矿微粉替代粉煤灰的比例增加,混凝土的流动性降低,但铁尾矿比例不大于70%时,各组混凝土坍落度均在220 mm以上;混凝土强度随着尾矿微粉替代量的增大下降幅度不大,当铁尾矿微粉替代量为50%时,铁尾矿混凝土强度均与纯粉煤灰组相比下降幅度在5%左右;在耐久性方面,在铁尾矿微粉替代粉煤灰的量不大于70%,混凝土的抗碳化性能增强。铁尾矿混凝土抗氯离子渗透性能在铁尾矿取代粉煤灰量不大于50%之时;SEM分析结果也表明铁尾矿微粉颗粒在不大于50%比例替代粉煤灰时,在混凝土中堆积、填充作用效果较好,混凝土微结构致密。

组成对铁尾矿加气混凝土性能的影响研究

以铁尾矿为主要原料,以铝粉为发气剂,在固定蒸压条件下,从加气剂的角度研究对加气混凝土抗压强度、表观密度和导热系数的影响。通过对制备的加气混凝土性能的分析评价,确定原材料组成和加气剂的最佳掺量。研究结果表明：当铁尾矿掺量在59%~63%范围内变化时,随着铁尾矿掺量的增加,加气混凝土的抗压强度逐渐升高而后逐渐降低,表观密度逐渐降低,而后趋于稳定,导热系数逐渐减小而后呈现略微增加趋势;当石灰掺量在23%~27%范围内变化时,随着石灰掺量的增加,加气混凝土的抗压强度逐渐增加,表观密度和导热系数均有降低趋势;当水泥掺量在8%~12%范围内变化时,随着水泥掺量的增加,加气混凝土的抗压强度逐渐降低而后逐渐增加,表观密度逐渐降低,导热系数先增加而后逐渐降低。通过正交试验确定的最优配合比为：铁尾矿61%、石灰27%、水泥8%、石膏4%、铝粉0.14%。对应此配合比,加气混凝土的抗压强度为2.91 MPa,表观密度为520 kg/m3,导热系数为0.078 W/（m·K）。

铁尾矿微粉对低熟料胶凝材料混凝土性能的影响研究

以铁尾矿微粉和低熟料胶凝材料体系为对象,主要研究了基准水泥-粉煤灰-矿渣粉组成的低熟料胶凝材料体系在铁尾矿微粉不同掺量下对混凝土的和易性、抗压强度、体积稳定性、耐久性,以及早期水化热的影响规律。结果表明,在混凝土相同流动状态下,掺20%的铁尾矿微粉不会增大混凝土减水剂用量,28 d混凝土强度满足强度等级要求。掺15%的铁尾矿微粉能延长净浆和胶砂体系首次开裂时间,能够减小混凝土的后期干燥收缩。将铁尾矿微粉控制在20%的掺量以内时,不会降低混凝土的耐久性能。通过水化热试验发现,低熟料胶凝材料体系能够明显降低浆体早期水化热和最大放热速率。即便在大掺量下,铁尾矿微粉低熟料胶凝材料混凝土长龄期强度仍可以满足要求,具有应用的技术可行性。

铁尾矿微粉混凝土的力学性能分析

铁尾矿是经过选矿之后形成的品位较低的以硅酸盐矿物为主的废渣,经过机械力粉磨的铁尾矿微粉具有一定活性。本研究将铁尾矿微粉取代部分水泥,进行水泥净浆流动性试验,水泥胶砂强度、混凝土力学性能试验。研究结果表明:铁尾矿微粉与高效减水剂兼容性良好,其掺量对净浆流动度有一定不利影响,当钢渣微粉掺量在30%范围内,减水剂掺量在1.2%时为最佳掺量;随着铁尾矿微粉掺量的增加,水泥砂浆抗折、抗压强度总体呈下降趋势,铁尾矿微粉参与二次水化作用,使胶砂抗折、抗压后期强度得到补偿性增长,7d活性指数达到矿物掺合料活性指数二级,28d活性指数则未达到二级;混凝土的抗折、抗压强度也随着铁尾矿微粉掺量的增加呈减小趋势,铁尾矿掺量超过10%时,混凝土抗折强度的下降速度大于抗压强度的下降速度,抗折强度与抗压强度比值呈现明显下降趋势。