鐵尾礦砂自密實水泥基材料性能試驗研究.pdf

1、隨著資源能源問題的日益突出，采用現(xiàn)代工業(yè)廢棄物取代天然不可再生資源進行水泥基材料生產需要進行深入研究，以消除或減輕對環(huán)境的嚴重影響將成為水泥基新材料研究的一個重點領域。本文以安徽霍邱特大型鐵礦的尾礦砂作為自密實水泥基材料部分細骨料為研究背景，通過試驗，系統(tǒng)地研究了水泥基凈漿、水泥基砂漿以及自密實混凝土性能。探索鐵尾礦砂自密實水泥基材料存在的內部特征以及提高其性能的科學研究方法，對于鐵尾礦砂自密實水泥基材料的研究與應用具有重大的現(xiàn)實意義。

2、本文通過對鐵尾礦砂自密實水泥基材料的研究得出以下結論:
　　 1、通過宏觀性能指標并結合微觀技術手段，本文對于配制鐵尾礦砂自密實水泥基材料的原材料進行了深入分析，給出了各組成成分的宏觀技術指標，采用能譜分析(EDS)對于原材料進行了定性、半定量的元素組成分析，并采用X射線衍射分析(XRD)手段對各原材料進行了組成物相分析，為鐵尾礦砂自密實水泥基材料性能研究提供基礎。
　　 2、研究了鐵尾礦砂水泥基砂漿和鐵尾礦砂自密實混凝

3、土的流變性能宏觀表現(xiàn)特征（工作性能）。以一組普通水泥基砂漿為研究基準，鐵尾礦砂取代率、水膠比為變量，研究鐵尾礦砂水泥基砂漿的工作性能，結果顯示，鐵尾礦砂取代率為40％的鐵尾礦砂水泥基砂漿(簡稱IM-2)與普通水泥基砂漿（簡稱M-1）的工作性能指標值相近，具有較好的性能;以鐵尾礦砂取代率作為配合比設計變量，并對比普通型自密實混凝土，鐵尾礦砂自密實混凝土的工作性能評價采用動態(tài)穩(wěn)定試驗和靜態(tài)穩(wěn)定試驗，綜合評價鐵尾礦砂自密實混凝土的工作性能，試

4、驗結果顯示，鐵尾礦砂摻量為40％的自密實混凝土(簡稱ISCC-2)與普通自密實混凝土(簡稱SCC-1)具有良好的工作性能。
　　 3、首次系統(tǒng)地進行了鐵尾礦砂水泥基砂漿和鐵尾礦砂自密實混凝土的流變性試驗研究。推導了Bingham流體模型和Herschel-Bulkley流體模型的庫爾特逆問題積分和完整的求解流變本構模型過程。試驗結果表明，水泥基砂漿拌合物流變曲線符合非線性特征，符合Herschel-Bulkley流體模型，在相同

5、時間點時，在剪切速率相同的條件下，IM-2的剪切應力更小;自密實混凝土拌合物的流變曲線符合線性特征，符合Bingham流體模型，在相同時間點時，在剪切速率相同的條件下，ISCC-2的剪切應力稍大。
　　 4、系統(tǒng)地進行了鐵尾礦砂水泥基材料基本力學性能試驗，試驗結果表明，摻入特細天然砂的凈漿和摻入鐵尾礦砂的凈漿在抗壓強度隨齡期變化的強度，前者高于后者，而抗折強度則相反，后者高于前者;水泥基砂漿抗壓強度早期強度發(fā)展較快，其中M-1、

6、IM-2的ld強度超過了20MPa;普通型自密實混凝土與鐵尾礦砂自密實混凝土抗壓強度隨齡期變化增長趨勢亦相似，早期強度發(fā)展可分為三個階段:快速發(fā)展期、平穩(wěn)過渡期、穩(wěn)定增長期等三個強度發(fā)展區(qū)域。軸壓比表現(xiàn)為SCC-1、ISCC-2均人于0.80，表現(xiàn)為高強混凝土的性質。彈性模量試驗研究表明，當抗壓強度偏低，未達到高強混凝土范圍時，鐵尾礦砂自密實混凝土彈性模量與普通混凝土相似，當鐵尾礦砂自密實混凝土抗壓強度達到高強混凝土范圍時，采用自密實混

7、凝土彈性模量計算公式進行數(shù)據(jù)擬合對比，結果最為接近，但當抗壓強度繼續(xù)增長時，其曲線偏低，已經(jīng)不適用于鐵尾礦砂自密實混凝土。
　　 5、研究了普通自密實混凝土和不同鐵尾礦砂取代率的鐵尾礦砂自密實混凝土的耐久性能。在碳化時間發(fā)展指數(shù)b和混凝土周圍CO2濃度C一定的條件下，碳化速率系數(shù)a反映了自密實混凝土碳化深度隨碳化時間變化情況，即SCC-1和ISCC-2的碳化速率相近;根據(jù)Tang提出氯離子擴散系數(shù)標準，SCC-1和ISCC-2在

8、標準養(yǎng)護7d、28d和56d之后氯離子抗?jié)B性試驗結果均滿足抗氯離子侵蝕性能較好等級。
　　 6、采用壓汞測孔法(MIP)系統(tǒng)地研究了水泥基凈漿和水泥基砂漿的微細觀孔隙特征參數(shù)以及孔隙體積分形維數(shù)。三種水泥基凈漿孔隙特征參數(shù)隨齡期變化特點沒有明顯的規(guī)律性;水泥基砂漿各特征參數(shù)隨齡期變化無明顯突變，說明材料性能的穩(wěn)定性。加天然砂的SCC-1與摻加40％鐵尾礦砂的ISCC-2孔隙結構特征參數(shù)表現(xiàn)數(shù)據(jù)較為接近，說明加入鐵尾礦砂后，其微觀

9、孔隙結構并未發(fā)生明顯劣化趨勢。本文水泥基材料的孔隙結構分布可以用三個階段的參數(shù)描述，即微孔階段的分形維數(shù)，大孔階段的分形維數(shù)和過渡階段的孔隙特征參數(shù)。
　　 7、采用掃描電鏡(SEM)、X射線能譜分析(EDS)和X射線衍射分析(XRD)的方法，研究了三種水泥基凈漿和兩種自密實混凝土隨齡期變化的微觀形貌、水化產物的特點、微觀缺陷、C-S-H凝膠能譜定性或半定量分析以及物相分析。
　　 三種凈漿和兩種自密實混凝土主要水化產物

10、的早期微觀形貌具有相似的特點。引入原子率(Atomicratio)的概念，采用Ca/Si原子率和(Al+Fe)/Ca原子率的比值反應微區(qū)全譜掃描水化硅酸鈣凝膠晶體的結構致密性。在界面過渡區(qū)，兩種配比的自密實混凝土均表現(xiàn)出明顯偏高的Ca/Si原子率，與水泥漿基體存在明顯的差別，隨著齡期的增長，界面過渡區(qū)的寬度在逐漸減小，同時ISCC-2的界面過渡區(qū)寬度總體偏小于同齡期的SCC-1的寬度。從水化過程來看，鐵尾礦砂物相中，發(fā)現(xiàn)了鐵尾礦砂中的某