铁尾矿用于水泥混凝土路面的性能研究.docx

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1、铁尾矿用于水泥混凝土路面的性能研究目录内容导读1摘要1引言21.试验原料及试验方法3L1 .试验原材料31.2. 试验原料31.3. 试验方法32 .试验结果与分析32.1. 铁尾矿砂性能分析及其掺量对混凝土工作性的影响32.2. 铁尾矿砂掺量对混凝土力学性能的影响42.3. 铁尾矿砂掺量对混凝土干缩性能的影响42.4. 铁尾矿砂掺量对混凝土抗渗性能的影响53 .低成本新型充填胶结材料进展54 .试验结果分析64.1. 坍落度试验64.2. 抗压强度试验64.3. 抗弯强度试验64.4. 数值模拟75 .结语76 考文献8内容导读研究采用试验和数值模拟技术对掺加了铁尾矿的水泥混凝土路面性能进行

2、了详细分析。试验结果表明在水泥混凝土中用铁尾矿部分取代天然砂的方法对水泥混凝土的物理性质有一定的改善作用，其取代比例存在一个最优值。掺有铁尾矿的水泥混凝土路面性能满足道路工程相关规范的要求，在节约天然砂资源，减少铁尾矿储量方面有一定的推广价值。摘要研究并分析了铁尾矿砂的物理性能指标，并采用铁尾矿砂替代天然砂，用于道路混凝土的配制。研究了铁尾矿砂掺量对混凝土工作性、抗压强度、抗压弹性模量、抗弯拉强度、劈裂抗拉强度、抗渗性和干缩性能的影响。结果表明，随着铁尾矿砂掺量的增加，混凝土坍落度降低，粘聚性和保水性变差。抗压强度、抗压弹性模量、抗弯拉强度和劈裂抗拉强度逐渐降低，但降幅不大。铁尾矿砂粒度较细，

3、粉尘含量较高，增加了混凝土的干缩应变，但提高了混凝土的抗渗性能。关键词：铁尾矿砂；混凝土；路用性能；力学性能；干缩；抗渗引言铁尾矿砂是选矿厂在铁矿分选作业过程中产生的固体废弃物之一，常采用尾矿库的形式进行堆存处理。尾矿库通常需筑坝拦截山谷口或在平地起坝，势能较高，在外界环境因素作用下，容易溃坝形成泥石流，威胁人民群众的生命和财产安全。尾矿库占用了大量的土地资源。公开资料表明，截止2005年，我国尾矿库占用的土地资源达到1300万亩，而到2010年，该数字将上升到2300万亩。尾矿若未经处理直接堆放于地表或者水源附近，其中的有害组分可能造成严重的水体污染。同时丁铁尾1 .试睑原料及试验方法1.1

4、. 试验原材料铁尾矿：试验中的铁尾矿来自矿产丰富的鞍山地区，其化学组成以SiO2为主，占比73.3%； Fe2O3占比 11.6%； AI2O3 占比 4.07%； MgO 占比 4.22%；残留铁渣 2.18%； CaO 占比 3.04%； K2O 占比 0.95%；Na2O 占比 0.41%； SO3 占比 0.25%； P2O5 占比 0.19%； TiO2 占比 0.16%； MnO 占比 0.14%。试验水泥为32.5矿渣硅酸盐水泥；试验用水为饮用水；粗集料采用质地坚硬、耐磨、洁净的轧制碎石，其针片状颗粒含量为11.02%,压碎值为19.89%；天然砂的细度模数为2.8,上述材料质量

5、均符合公路水泥混凝土路面施工技术细则的要求。1.2. 试验原料水泥：南京中联水泥有限公司生产的P-042.5水泥，性能符合通用硅酸盐水泥(GB 175-2007)的要求。3d抗压强度和抗折强度分别为25.3MPa和4.8MPa, 28d抗压强度和抗折强度分别为49.1MPa和 8.2MPao粗集料：选用产自六合的玄武岩碎石，最大粒径为31.5mm,公称最大粒径为26.5mm,性能符合公路水泥混凝土路面施工技术细则(JTG/TF30-2014)的相关要求。细集料：选用产自安徽的天然河砂，细度模数2.3,属中砂，性能符合公路水泥混凝土路面施工技术细则(JTG/TF30-2014)的相关要求。表面积

6、高于天然砂。同时，铁尾矿砂颗粒粗糙多棱角，不利于混凝土流动性提高。因此，在相同条件下，有可能导致混凝土拌合物粘聚性变差。随着铁尾矿砂掺量的增加，混凝土拌合物的坍落度逐渐降低，保水性和粘聚性也逐渐变差。当铁尾矿砂掺量达到60%时，混凝土出现泌水，粘聚性差，混凝土工作性难以满足要求。为了改善混凝土的工作性，可通过增加单位用水量和胶凝材料用量、降低砂率、增加减水剂用量等方式进行调节。但公路水泥混凝土路面施工技术规范(JTG F30-2003)对用于面层的混凝土单位用水量进行了严格要求，采用滑膜摊铺机施工的碎石混凝土单位用水量不得高于160kg/m3,采用小型机具摊铺的碎石混凝土单位用水量不得高于15

7、0kg/m3。结合基准配合比的单位用水量及经济效益来看，本研究中铁尾矿砂掺量不宜高于40%o1.2. 铁尾矿砂掺量对混凝土力学性能的影响随着铁尾矿砂对天然砂取代率的增加，混凝土的力学性能呈现出一定的降低趋势，但总体上看,降低的幅度并不大。铁尾矿砂对混凝土早期抗压强度有一定影响，7d龄期时，掺入40%和60%铁尾矿砂混凝土的抗压强度比基准组分别降低了 11.6MPa和13.4MPa,降幅分别为17.4%和20%。但在90d龄期时，降幅则分别为10.4%和8.0%。值得注意的是，掺入20%铁尾矿砂的混凝土试件，除7d抗压强度略有降低外，其他龄期的抗压强度基本与基准组相同。铁尾矿砂对混凝土的抗压弹性

8、模量影响较小。与基准混凝土相比，铁尾矿砂掺量为20%、40%、60%时，其抗弯拉强度在90d龄期的降幅分别为9.7%、9.5%和9.3%,而劈裂抗拉强度在90d龄期时的降幅分别为11.6%、12.6%和9.7%。从材料组成上看，铁尾矿砂0.075mm通过率较高，一定程度上可以提高混凝土的致密性，有利于混凝土强度的提高。但铁尾矿砂中含泥量较高，且其颗粒粗糙、棱角较多，当掺量较高时，容易导ixf处河砂,增15s1.4. 铁尾矿砂掺量对混凝土抗渗性能的影响在低水胶比下，混凝土试件均较为密实，在规范要求的压力和时间内，未发生渗穿现象。因此，采用渗水高度对混凝土的渗透性进行衡量。铁尾矿砂的掺入对混凝土抗

9、渗性的提高具有一定的促进作用，随着铁尾矿砂掺量的增加，混凝土的渗水高度由28.5mm逐渐降低为24mm。这主要归因于铁尾矿砂较高的粉尘含量，可对混凝土内的孔隙进行有效填充，减少大孔和联通孔隙数量，改善孔隙结构和分布情况。3 .低成本新型充填胶结材料进展为了研究用铁尾矿取代部分天然砂的水泥混凝土路面的性能，本次研究将采用抗压强度试验、抗弯强度试验、坍落度试验及数值模拟的方法来检测试件的物理学指标，以分析铁尾矿对水泥混凝土路面性能的影响。由于不同粒度的铁尾矿对水泥混凝土路面的影响是不同的。因此，试验将采用两种不同粒径范围(0.150.3mm和0.30.6mm)的铁尾矿进行研究，旦铁尾矿代替天然砂的

10、比例分别设定为10%、20%、25%、35%、50%和60%。标准试验程序采用：初步配合比参考配合比设计配合比f施工配合比的流程。并用混凝土搅拌机拌制混合料，然后制成(10X10X10)07?的立方体试件。每种配合比制备三组试件，每组试件的养护时间分为3d, 7d, 18d和28d四类，并在试件达到规定的期龄后，开始进行抗压强度、抗弯强度试验。采用上述方法确定的标准试件的配合比为：水2.05kg,水泥5.12kg,砂5.22kg,碎石12.16kg,水灰比04 砂率30%。粒径范围为0.150.3mm的铁尾矿试件、粒径范围为0.30.6mm的铁尾矿试件的试验配合比如表1、表2所示，代替率为铁尾

11、矿代替天然砂的比例。表1粒范围径为0.150.3mm的铁尾矿试件的配合比试件编号水灰比砂率替代率铁尾r/H砂伙水泥/%水碎石/%A0.427.92100.524.715.122.0512.160.425.58201.054J85.122.0512.16C0.42438251313 925422.0512.164 .试验结果分析4.1. 坍落度试验各组试件的试验结果均为三次平行试验数据的平均值，通过对比分析发现，各组试件的坍落度随着铁尾矿含量的增加而逐渐减小。铁尾矿代替天然砂的比例为10%时，混凝土的坍落度最大为38mm,铁尾矿代替天然砂的比例为60%时，混凝土的坍落度最小为32mm,各组试件间

12、的坍落度差值并不大,由此可知，铁尾矿的含量对混凝土坍落度结果的影响较小。4.2. 抗压强度试验对于水泥混凝土路面而言，混凝土的抗压强度和抗弯强度是路用性能的两项重要指标。因此本次研究就通过试件的抗压强度、抗弯强度试验结果来研究不同掺量、不同粒径的铁尾矿对水泥混凝土路用性能的影响。各组试件的抗压强度试验结果如表3、表4所示，表中单位均为MPa。表3粒范围径为0.150.3mm的铁尾矿试件的抗压强度值期於ABCDEF标准试件3d13.914.314.615.114.813.814.77d26.527.727.828.628.127.828.218d41.142.542.642.543.143.04

13、2.228d42.84349.448.247.844.648.5表4粒范围径为0.30.6mm的铁尾矿试件的抗压强度值期舲cwDE，F，标准试件3d12.612.813.113.413.313.314.67d26.926.827.727.825.924.627.918d37.737.937.638.83S.238.042.42sd42.142.745.946.344.143J48.6从表3、表4的试验结果可以看出，铁尾矿粒径为0.150.3mm的试件的抗压强度优于铁尾矿粒径为0.30.6mm的试件。各组试件的抗压强度均在期龄28d达到峰值，且在铁尾矿的掺量为25%、粒径为0.150.3mm时的

14、混凝土抗压强度最大，峰值为49.4MPa,高于标准试件的抗压强度值。从整体试验结果来看，掺加了铁尾矿的水泥混凝土也遵循普通水泥混凝土的强度增长定律，铁尾矿的加入对水泥混凝土的抗压强度结果影响不大，但在适宜的添加比例下，铁尾矿的加入会使水泥混凝土的抗压强度有所提高。这是因为当铁尾矿的含量不断增加时，天然砂的含量减少，细集料的粒径分布变得表5表5试件抗弯强度值铁尾矿粒径铁尾矿替代比例010%20%25%35%50%609。0.15 0.3mm30.129.429.829.929.129.029.20.3 0.6mm30.229.329.930.029.729329.3从表5的试验结果可以看出，铁尾矿的抗弯强度受铁尾矿的粒径大小和含量因素的影响有所变化。总体来看，铁尾矿试件的抗弯强度值低于标准试件，但下降幅度不大，且铁尾矿的粒径大小对水泥混凝土的抗弯强度值影响不大。由于铁尾矿的强度比砂低，且受颗粒表面粗糙度的影响，铁尾矿和砂粒之间的连接也比砂更弱，这是掺铁尾矿的水泥混凝土的抗弯强度比普通混凝土的抗弯强度值低的主要原因之一，但两者的抗弯强度值差值并不大，且掺铁尾矿的水泥混凝土的抗弯性能仍能满足