机制砂制备高性能混凝土性能研究.pdf
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1、2 0 1 4 年 第 3 期 (总 第 2 9 3 期 ) Nu mbe r 3 i n 2 0 1 4 ( To t a l No 2 9 3) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 READY M D( ED CONCRETE 铁尾矿砂 机制砂制备高性能混凝土性能研究 张秀芝 1 2 ,付宝华 。 ,刘俊彪 ,周宗辉 1 , 2 ( 1 济南大学 材料科学与工程学院,山东 济南 2 5 0 0 2 2 ;2 山东省建筑材料制备与测试技术重点实验室,山东 济南 2 5 0 0 2 2 ; 3 山东济南荣军建材有限公司 ,山东 济南 2 5 0 0 2 2 ) 摘要 : 通过
2、对铁尾矿砂的性能试验检测分析 , 将符合国家建筑用砂标准的铁尾矿与机制砂按照合理比例混合配制混合砂高性 能混凝土。 对混合砂混凝土新拌性能 、 力学性能 、 抗冻融性能和干燥收缩性能进行试验研究 , 探索铁尾矿砂的比例对混凝土性能 的影响。 结果表明: 铁尾矿砂混凝土相同龄期的抗压强度均高于天然河砂混凝土 , 当铁尾矿砂与机制砂的混合比 6 :4时 , 铁尾矿砂 混凝土的新拌流动性 以及硬化混凝土抗压强度 、 体积稳定性均接近河砂混凝土。 关键词 : 铁尾矿砂 ;混合 比;机制砂 中图分类号: T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 (
3、2 0 1 4 ) 0 3 0 1 1 6 0 3 P r e p a r a t i o n a n d p r o p e r t i e s o f hi g h pe r f o r ma n c e c o n c r e t e ba s e d o n t he i r on t a i l i n g mi x e d m a n u f a c t u r e d s a n d ZHANGXi u z h i 一, FUBa o h u a , LI UJ un b i a o , ZHOUZo n g hu i ( 1 S c h o o l o f Ma t e r i
4、 a l s S c i e n c e a n dE n g i n e e ri n g, Un i v e r s i t yo f J i n a n, J i n a n 2 5 0 0 2 2, C h i n a ; 2 S ha n gd o n gPr o v i nc i a lKe yLa b o r a t o r yof Pr e pa r a t i o na n dM e e me m o f Bui l d i n gMa t e ria l , J i n an 25 0 0 2 2, Chi n a; 3 J i n an R o n g j u B u i
5、 l d i n g Ma t e ri a l C o , L t d , J in an 2 5 0 0 2 2 , C h i n a ) Ab s t r a ct : Hii p e r f o r m c o n c r e t e we r e p r e p a r e d b y u s e i n g i r o n t a i l i n g s wi t h c o n f o r mi n g t o the n a t i o n a l s t a n d ard o f c o n s t r u c t i o n s a n d T h e e ff e c
6、 t o f p r o p o r t i o n i r o n t a i l i n g t o ma n u f a c t u r e d s an d o n c o n c r e t e mi x i n g p e r f o rm an c e , me c h a n i c a l p e rfo r ma n c e , f r e e z i n g tha wi n g r c s i s t i n g p e r f o rm a n c e a nd d r y i ng s hr i n k a g e p e r f o rm a nc e we r
7、e e x pl o r e dRe s ul t s s h o w tha t the c o mp r e s s i ve s t r e ng t h o f c o nc r e t e wi t h i r o n t a i l i n g we r e h i g h e r than c o n c r e t e wi t h n a t u r a l fiv e r s an d, i n s a me a g e s Th e o pt i mu m r ati o o ft h e tui l l i n g t o man u f a c t u r e d s
8、 a nd i s 6: 4, whe n f r e s h mi x t u r e o wn s g o o d fl o wa b i l i ty a n d t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d v o l um e s t a b i l ity o f t h e h a r d e n e d c o n c r e t e a r e c l o s e t o the c o n c r e t e p r e p are d wi t h rive r s a n d Ke yw or ds: i r o nt
9、ui l i n g s; mi xi n g r a t i o; ma n u f a c t u r e d s a nd 0 引言 铁尾矿是将原铁矿石经破碎 、 筛分、 研磨 、 分级、 再经 重选 、 浮选或氰化等选矿工艺流程 , 选 出有用铁等金属后 的剩余部分 1 _ 2 1 。 我 国铁尾矿 的排放量大而综合利用率低 , 堆存 占用土地 , 甚至会污染周边环境 。 根据 中国环境统计 年鉴2 0 0 9 ) 统计 , 全 国黑色金属矿采选业 2 0 0 8 年产生工业 固体废弃物量为 2 2 4 2 4 万 t , 其综合利用率仅 为 2 5 1 , 而 尾矿 的综合利用率只有
10、 7 口 。 尾矿 的堆存 占用大量土地 , 截 至 2 0 0 7年全 国矿业开发 占用和损坏土地面积 1 6 5 8 万m 2 , 其 中尾矿堆放 9 0 9 万 m 2 , 露天采坑 5 2 - 2 万 m2 , 采矿塌 陷 2 0 3 万 m洲。 铁尾矿的大量堆存填埋不仅需要 占用大量土 地, 消耗人力物力财力进行管理 , 并且部分铁尾矿中含有 重金属等有 害物质 以及 细尾矿颗 粒引起 的扬 尘等严重影 响了地下水资源和周边环境5 J 。 另外尾矿库长期堆存造成 安全隐患和安全事故 。 因此 , 大力开展尾矿资源综合利用 , 实现资源开发 与节约 并举 , 提高资源利用率 , 有着
11、十分重 要 的经济效益和社会意义。 混凝 土是 目前最大宗 的建筑材料 , 把铁尾矿砂作为细 骨料用于混凝土中嗣 , 既可以缓解天然砂资源的匮乏压力 , 又能消纳大量铁尾矿砂, 存在很大的研究利用价值。 但是, 由于铁尾矿砂颗粒较小 , 大部分属于细砂或特细砂的范畴 , 直接用于配制混凝土会严重影响拌合物 的工作性 。 目前 , 在预拌混凝土中应用较多的机制砂则存在细度较粗 , 颗粒 级配较差 , 小于 O 3 1 5 1T I I r l 的粒径较少的 , 对混凝土 的新拌 性能也有较大的影响阴 。 本试验针对济南周边铁尾矿砂资源 , 以铁尾矿砂与机 制砂复合作为细集料配制高性能混凝土( H
12、 P C) , 并研究铁 尾矿砂的含量对 H P C工作性能、 力学性能以及收缩 、 抗冻 融等耐久性能的影响 , 为实现铁尾矿的大宗化 资源利用提 供一条经济有效的途径。 收稿 日期 :2 0 1 3 - 0 9 - 3 0 基金项 目:国家 自然科学基金( 5 1 2 0 8 2 2 7 ) ; 山东省 自然科学基金资( Z R 2 0 1 2 E E Q 0 0 3 ) ; 济南大学科研基 ,( X K Y1 0 0 8 ) 1 1 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1试 验 1 1 原材料 ( 1 ) 水泥采用 山水水泥集 团生产 的普通硅酸盐水泥 ,
13、 符 合 G B 1 7 5 2 o 0 7 通用硅酸盐水泥 的 P 0 4 2 5 级水泥标 准 , 比表面积为 4 3 0 m 2 k g , 2 8 d 抗折强度为 8 9 M P a , 抗压 强度 为 5 4 - 3 MP a 。 ( 2 ) 粉煤灰为泰安肥城鲁源粉煤灰有限公司生产的 I I 级 粉煤灰, 4 5 Ix m筛余 8 。 ( 3 ) 粒化 高炉矿 渣为鲁 昂新型建 材有 限公 司生 产 的 S 9 5级 , 比表面积 4 2 0 m 2 k g 。 ( 4 ) 石子为 5 2 5 r n n l , 连续级配 。 ( 5 ) 天然河砂 , 细度模数 2 9 。 ( 6
14、) 机制砂为天然碎石破碎后得 到的砂子 , 表面 比较尖 锐 , 棱角较多, 细度模数为 3 6 , 属于粗砂范围, 石粉含量 1 2 。 1 2 配合 比设计 试验用基准配合比采用水胶 比为 0 - 4 , 胶凝材料用量为 4 0 0 k g m 3 , 水泥 、 粉煤灰和矿渣均 占总胶凝材料用的 2 5 , 砂率 4 5 , 减水剂掺量为胶凝 材料总质量 的 1 5 , 混凝土 的表观密度为 2 4 0 0 k g m 。 2 结果与讨论 2 1 铁尾矿砂性 能分析 2 1 1 化学成分组成以及矿物组成分析 ( 1 ) 化学成分分析 。 表 1 为济南及周边地 区产地 的铁 尾矿砂的化学组
15、成分析 , 结果见表 1 。 表 1 济南地区铁尾矿化学组成 由表 l 可以看出, 尾矿砂中 S i O 含量一般在 6 0 以上 , 除了泰安宁 阳的砂 稍低一些为 4 5 4 5 。 铁尾矿砂 中含有 F e 0 含量由于铁精矿选取工艺不 同而波动 , 一般为 1 0 , 个 别铁尾矿选取工艺 落后的矿 山可能会 到 1 0 - 2 0 , 甚 至更高。 按照 G B T 1 4 6 8 4 建筑用砂标准, 砂 中组分 S O 的质 量 比与其硫化物级硫酸盐 比例一致 , 含量都必须小于 0 5 , 在选取 的 5 个样品砂中, 只有泰安市宁阳县 的铁尾矿砂 的硫 化物以及硫酸盐小于 0
16、5 , 符合建筑用砂的标准。 因些 , 以下 采用符合国家建筑用砂标准的宁阳铁尾矿来进行试验。 ( 2 ) 矿物组成分析 。 图 1 为泰安宁阳铁尾矿砂 的 X R D 图谱 , 从 图谱可 以得知石英是铁尾矿砂 的最主要矿物成分 , 而石英的主要成分就是 S i O , 这也对应了化学成分分析中 , S i O : 的含量是最高的。 除了石英矿物还伴有明显的钠长石 波峰存在嘲 。 5 0 0 4 0 0 3 o 0 垂2 0 0 1 O 0 l 十石英l _ I + 钠长石1 _ - J J I U JU 2U jU 40 5U 6U 2 0, ( 。 ) 图 1 宁阳铁尾矿砂的 X R D
17、图谱 ( 3 ) 砂细度。 根据混凝土经验得知 , 砂子为 I I 区中砂的 细集料配制 出来 的混凝土性 能比较 良好 。 机制砂太粗 , 而 铁尾矿砂太细( 见表 2 ) , 两者如果单独使用 , 配制出来的混 凝土性能较差 , 还会 出现流动 生 不好 , 泌水 、 泌浆现象凹 。 表2 为机制砂与铁尾矿砂混合, 得到混合砂的堆积密度以及细 度模数, 以从中得出机制砂与铁尾矿砂的最佳混合比。 表 2 尾矿砂机制砂混合对细度模数影响 从表 2 可知 , 铁尾矿砂 与机制砂 的混合 比在 5 : 5 和 6 : 4 时 , 松散堆积密度达到最大 , 也就是说 , 此时混合砂的紧密 程度是最佳
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