鐵尾礦砂自密實(shí)水泥基材料性能試驗(yàn)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(jìn)行水泥基材料生產(chǎn)需要進(jìn)行深入研究，以消除或減輕對環(huán)境的嚴(yán)重影響將成為水泥基新材料研究的一個重點(diǎn)領(lǐng)域。本文以安徽霍邱特大型鐵礦的尾礦砂作為自密實(shí)水泥基材料部分細(xì)骨料為研究背景，通過試驗(yàn)，系統(tǒng)地研究了水泥基凈漿、水泥基砂漿以及自密實(shí)混凝土性能。探索鐵尾礦砂自密實(shí)水泥基材料存在的內(nèi)部特征以及提高其性能的科學(xué)研究方法，對于鐵尾礦砂自密實(shí)水泥基材料的研究與應(yīng)用具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

2、本文通過對鐵尾礦砂自密實(shí)水泥基材料的研究得出以下結(jié)論:
　　 1、通過宏觀性能指標(biāo)并結(jié)合微觀技術(shù)手段，本文對于配制鐵尾礦砂自密實(shí)水泥基材料的原材料進(jìn)行了深入分析，給出了各組成成分的宏觀技術(shù)指標(biāo)，采用能譜分析(EDS)對于原材料進(jìn)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(jìn)行了組成物相分析，為鐵尾礦砂自密實(shí)水泥基材料性能研究提供基礎(chǔ)。
　　 2、研究了鐵尾礦砂水泥基砂漿和鐵尾礦砂自密實(shí)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(zhǔn)，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(jié)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(biāo)值相近，具有較好的性能;以鐵尾礦砂取代率作為配合比設(shè)計變量，并對比普通型自密實(shí)混凝土，鐵尾礦砂自密實(shí)混凝土的工作性能評價采用動態(tài)穩(wěn)定試驗(yàn)和靜態(tài)穩(wěn)定試驗(yàn)，綜合評價鐵尾礦砂自密實(shí)混凝土的工作性能，試

4、驗(yàn)結(jié)果顯示，鐵尾礦砂摻量為40％的自密實(shí)混凝土(簡稱ISCC-2)與普通自密實(shí)混凝土(簡稱SCC-1)具有良好的工作性能。
　　 3、首次系統(tǒng)地進(jìn)行了鐵尾礦砂水泥基砂漿和鐵尾礦砂自密實(shí)混凝土的流變性試驗(yàn)研究。推導(dǎo)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(gòu)模型過程。試驗(yàn)結(jié)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(diǎn)時，在剪切速率相同的條件下，IM-2的剪切應(yīng)力更小;自密實(shí)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(diǎn)時，在剪切速率相同的條件下，ISCC-2的剪切應(yīng)力稍大。
　　 4、系統(tǒng)地進(jìn)行了鐵尾礦砂水泥基材料基本力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，摻入特細(xì)天然砂的凈漿和摻入鐵尾礦砂的凈漿在抗壓強(qiáng)度隨齡期變化的強(qiáng)度，前者高于后者，而抗折強(qiáng)度則相反，后者高于前者;水泥基砂漿抗壓強(qiáng)度早期強(qiáng)度發(fā)展較快，其中M-1、

6、IM-2的ld強(qiáng)度超過了20MPa;普通型自密實(shí)混凝土與鐵尾礦砂自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期變化增長趨勢亦相似，早期強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)混凝土的性質(zhì)。彈性模量試驗(yàn)研究表明，當(dāng)抗壓強(qiáng)度偏低，未達(dá)到高強(qiáng)混凝土范圍時，鐵尾礦砂自密實(shí)混凝土彈性模量與普通混凝土相似，當(dāng)鐵尾礦砂自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到高強(qiáng)混凝土范圍時，采用自密實(shí)混

7、凝土彈性模量計算公式進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合對比，結(jié)果最為接近，但當(dāng)抗壓強(qiáng)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(shí)混凝土。
　　 5、研究了普通自密實(shí)混凝土和不同鐵尾礦砂取代率的鐵尾礦砂自密實(shí)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(shí)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(kuò)散系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，SCC-1和ISCC-2在

8、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7d、28d和56d之后氯離子抗?jié)B性試驗(yàn)結(jié)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(xì)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(diǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)并未發(fā)生明顯劣化趨勢。本文水泥基材料的孔隙結(jié)構(gòu)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(shí)混凝土隨齡期變化的微觀形貌、水化產(chǎn)物的特點(diǎn)、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(shí)混凝土主要水化產(chǎn)物

10、的早期微觀形貌具有相似的特點(diǎn)。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(yīng)微區(qū)全譜掃描水化硅酸鈣凝膠晶體的結(jié)構(gòu)致密性。在界面過渡區(qū)，兩種配比的自密實(shí)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