冰凍-氯鹽循環(huán)下鐵尾礦砂混凝土耐久性

鐵尾礦砂對(duì)混凝土工作性的影響_侯云芬

鐵尾礦砂石對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響_封孝信

尾礦的開發(fā)與利用是解決大量尾礦資源堆棄占地、減輕環(huán)境負(fù)荷、消除潰壩隱患的重要途徑。在研究鐵尾礦基本性質(zhì)的基礎(chǔ)上,利用鐵尾礦砂完全取代天然砂,研究鐵尾礦砂混凝土的工作性與強(qiáng)度特點(diǎn),利用礦物摻合料等手段對(duì)鐵礦尾砂混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明,利用鐵尾礦砂配制的混凝土能夠滿足工作性和強(qiáng)度方面的要求,用尾礦石和尾礦砂分別作粗細(xì)集料可以配制c70以下的泵送混凝土。

按照建筑用砂的標(biāo)準(zhǔn),分別用鐵尾礦砂和天然砂配制了混凝土,并對(duì)比了新拌混凝土的和易性。試驗(yàn)研究和實(shí)際應(yīng)用證明,鐵尾礦砂符合建筑用砂的各項(xiàng)指標(biāo)要求;使用單一品種的鐵尾礦砂時(shí),其所配制的混凝土的和易性不如天然砂拌制的混凝土好;用經(jīng)過調(diào)配后的鐵尾礦砂拌制的混凝土,其和易性與天然砂拌制的混凝土基本一致。提出了在混凝土中使用鐵尾礦砂的具體方法和應(yīng)采取的技術(shù)措施。

通過分析鐵尾礦砂的化學(xué)成分、礦物組成、顆粒級(jí)配以及其他性能研究把鐵尾礦砂用作建筑用砂的可能性.用鐵尾礦砂替代部分天然河砂配制?；⒅楸鼗炷?通過研究鐵尾礦砂的替代率對(duì)玻化微珠保溫混凝土的工作性能、力學(xué)性能以及熱工性能的影響來確定鐵尾礦砂的合理替代率.試驗(yàn)結(jié)果表明:鐵尾礦砂符合建筑用砂的質(zhì)量要求,可以用來替代天然河砂;把鐵尾礦砂的替代率控制在50％是合理的,此時(shí)玻化微珠保溫混凝土的工作性能良好,抗壓強(qiáng)度有所提高,導(dǎo)熱系數(shù)也比較理想.

鐵尾礦砂的特性及對(duì)混凝土拌和物性能的影響

1 《尾礦砂》國家標(biāo)準(zhǔn)編制說明 （一）工作簡況 1.任務(wù)來源 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)國標(biāo)綜合［2008］154號(hào)文件《關(guān)于下達(dá)2008 年第三批國家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃的通知》，國家標(biāo)準(zhǔn)《尾礦砂》列入此編制計(jì)劃。 標(biāo)準(zhǔn)由北京市建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站組織有關(guān)單位起草。 2.本標(biāo)準(zhǔn)主要起草單位 主編單位——北京市建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站 參編單位（排名不分先后）—— 北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司 北京建筑工程學(xué)院 北京新航建材集團(tuán)有限公司 棗莊中聯(lián)混凝土有限公司 豐寧三贏工貿(mào)有限公司 同濟(jì)大學(xué) 北京金隅混凝土有限公司 中國礦業(yè)大學(xué)（北京） 北京首云礦業(yè)股份有限公司 北京威克冶金有限責(zé)任公司 3.標(biāo)準(zhǔn)編制的意義和必要性 礦產(chǎn)資源是人類發(fā)展和生存極為重要的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，其主要特點(diǎn)是不可再 生性和短期不可替代性。隨著礦產(chǎn)資源的大量開發(fā)和利用，礦石日益貧乏，而尾 礦作為二次資源再

為了研究混凝土結(jié)構(gòu)在凍融循環(huán)與氯鹽侵蝕耦合作用下的耐久性退化問題，在分析了凍融循環(huán)及氯鹽侵蝕作用破壞機(jī)理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了混凝土單軸受壓和雙軸受壓條件下的凍融試驗(yàn)，以及凍融循環(huán)與氯鹽侵蝕耦合作用下的單軸受壓試驗(yàn)。結(jié)果表明，凍融循環(huán)次數(shù)越多，混凝土的極限壓應(yīng)力越小，且雙向受壓混凝土的極限抗壓強(qiáng)度大于單向受壓混凝土，在一定凍融次數(shù)以內(nèi)，脆性程度反之。凍融循環(huán)與氯鹽侵蝕雙重因素耦合作用下，比任一單因素作用下混凝土的極限抗壓強(qiáng)度小，且至少比單因素作用下降低10％以上。

通過3.5%nacl溶液、5%na2so4溶液、3.5%nacl+5%na2so4復(fù)合溶液以及模擬海水進(jìn)行干濕循環(huán)腐蝕試驗(yàn),研究干濕循環(huán)條件下,不同腐蝕溶液中混凝土超聲波傳播速度的變化規(guī)律,通過xrd、ct分析混凝土在不同腐蝕環(huán)境下的損傷劣化機(jī)理。結(jié)果表明:干濕循環(huán)顯著加速了混凝土的劣化過程;對(duì)于不配筋混凝土,氯鹽的腐蝕較弱,只有干濕循環(huán)作用下f0組發(fā)生明顯劣化;在氯鹽和硫酸鹽共存環(huán)境下,硫酸根的存在加速了氯離子對(duì)混凝土的腐蝕;模擬海水的腐蝕速度最快;f30s30組混凝土在腐蝕環(huán)境下生成物主要有鈣礬石、f鹽和石膏等,在氯鹽和硫酸鹽共同腐蝕條件下,沒有發(fā)現(xiàn)f鹽的存在。

以河北遷安鐵尾礦砂為原料,采用機(jī)械與化學(xué)-機(jī)械活化粉磨制得鐵尾礦粉為礦物摻合料,研究了其對(duì)混凝土耐久性的影響.通過研究其對(duì)硬化漿體的孔結(jié)構(gòu),混凝土的抗氯離子滲透性能,抗碳化性能以及抗凍融性能的影響得出：化學(xué)-機(jī)械活化鐵尾礦粉最大程度地降低了硬化漿體的總孔隙率與孔隙連通性,同時(shí)其抗?jié)B性能優(yōu)于空白水泥、粉煤灰以及機(jī)械活化鐵尾礦粉,并且具有良好的抗凍性;但其抗碳化能力略低于空白水泥與機(jī)械活化鐵尾礦粉混凝土.

為評(píng)價(jià)包邊土和土工格柵處置鐵尾礦砂路基的效果,充分認(rèn)識(shí)鐵尾礦砂填筑路基的適用性,并提高其利用率,對(duì)4種工況的鐵尾礦砂路基(6m填高)的沉降和穩(wěn)定性進(jìn)行有限元數(shù)值計(jì)算。4種工況分別為:無包邊土,無土工格柵(工況ⅰ);有包邊土,無土工格柵(工況ⅱ);有包邊土,包邊土與鐵尾礦砂交接處鋪設(shè)三向土工格柵(工況ⅲ);有包邊土,滿面鋪設(shè)三向土工格柵(工況ⅳ)。研究結(jié)果表明:工況ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ的最大工后(600d)沉降分別為19.547、19.711、19.540、18.298cm;固結(jié)階段路面頂面中央處的沉降以工況ⅳ最小,工況ⅱ最大;最大水平位移發(fā)生在坡腳下7~8m處,其次發(fā)生在土路肩邊緣處,坡腳下水平位移向路基外側(cè)發(fā)展,而土路肩處水平位移向路基內(nèi)側(cè)發(fā)展;工況ⅳ潛在滑移面貫穿至基底5m深度處,工況ⅰ潛在滑移面位于路基邊坡上,其抵抗滑移的能力最差;同時(shí)滿面鋪設(shè)土工格柵和設(shè)置包邊土對(duì)提高路基穩(wěn)定性的效果最為明顯,安全系數(shù)可提高0.9;鋪設(shè)土工格柵可有效減小鐵尾礦砂路基頂面邊緣的側(cè)向位移,對(duì)有效預(yù)防路基路面縱向開裂具有積極作用,但其不能有效減小基底側(cè)向位移;黏土包邊提高了鐵尾礦砂路基的穩(wěn)定性,但加大了路基的不均勻沉降;設(shè)置包邊土和鋪設(shè)土工格柵的處置措施對(duì)提高填方邊坡穩(wěn)定性效果比減小沉降效果明顯。

介紹了氯離子侵蝕環(huán)境下鋼筋混凝土耐久性研究的幾個(gè)主要內(nèi)容,從腐蝕機(jī)理、評(píng)估準(zhǔn)則和臨界氯離子濃度3各方面介紹了研究進(jìn)展情況。

通過混凝土抗凍性能試驗(yàn),對(duì)保溫混凝土(tic)進(jìn)行氯鹽侵蝕與凍融循環(huán)耦合作用下的耐久性能研究。本文以質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5%的氯化鈉溶液為凍融介質(zhì),對(duì)保溫混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量、質(zhì)量損失率、抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度及氯離子侵蝕情況進(jìn)行了測試分析。結(jié)果表明:氯鹽侵蝕加劇了凍融循環(huán)的破壞程度,250次凍融循環(huán)后tic的相對(duì)動(dòng)彈性模量降低至60%以下。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加,tic的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度與凍融次數(shù)呈線性關(guān)系。氯鹽侵蝕與凍融循環(huán)耦合作用下,tic中氯離子擴(kuò)散規(guī)律滿足fick第二定律。

通過混凝土抗凍性能試驗(yàn),對(duì)保溫混凝土(tic)進(jìn)行氯鹽侵蝕與凍融循環(huán)耦合作用下的耐久性能研究.本文以質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5％的氯化鈉溶液為凍融介質(zhì),對(duì)保溫混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量、質(zhì)量損失率、抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度及氯離子侵蝕情況進(jìn)行了測試分析.結(jié)果表明:氯鹽侵蝕加劇了凍融循環(huán)的破壞程度,250次凍融循環(huán)后tic的相對(duì)動(dòng)彈性模量降低至60％以下.隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加,tic的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度與凍融次數(shù)呈線性關(guān)系.氯鹽侵蝕與凍融循環(huán)耦合作用下,tic中氯離子擴(kuò)散規(guī)律滿足fick第二定律.

以青海德香高速公路大橋橋墩混凝土為依托,對(duì)其沿線主要易溶鹽含量進(jìn)行分析,通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn),配制了7種腐蝕溶液,并設(shè)計(jì)四種配合比混凝土,通過外觀形貌、質(zhì)量損失率和相對(duì)動(dòng)彈模量三方面研究凍融循環(huán)作用下,鹽分對(duì)混凝土耐久性的影響。結(jié)果表明:鹽蝕-凍融循環(huán)作用下,單一鹽類如na2so4、mgso4、nacl溶液對(duì)混凝土破壞形式和程度均不相同;上述幾種鹽的復(fù)合溶液對(duì)混凝土的破壞同時(shí)存在促進(jìn)和抑制作用,即在低濃度鹽溶液中,鹽分加劇混凝土的凍融損傷,在高濃度鹽溶液中,溶液冰點(diǎn)很低,緩解了混凝土凍融損傷。

跨海通道混凝土的耐久性會(huì)受到多方面因素的影響。結(jié)合海洋環(huán)境下混凝土的耐久性作用機(jī)理和影響因素兩方面,同時(shí)參考杭州灣跨海大橋這一實(shí)際工程,本文提出了提高混凝土耐久性的有效技術(shù)措施。

為了研究除冰鹽環(huán)境下聚丙烯纖維混凝土的耐久性能,采用干濕交替與鹽凍循環(huán)方式模擬除冰鹽環(huán)境,分析纖維混凝土的物理力學(xué)性能、質(zhì)量損失、動(dòng)彈模損失、氯離子含量分布及微觀結(jié)構(gòu).結(jié)果表明,纖維混凝土在除冰鹽環(huán)境下的抗折強(qiáng)度、質(zhì)量及動(dòng)彈模的損失率隨纖維摻量增加而減少;纖維摻量為0.1%的試件內(nèi)部致密,隨纖維摻量繼續(xù)增大,試件的抗氯離子侵蝕能力減弱;試件表面氯離子富集區(qū)隨循環(huán)次數(shù)增加而向內(nèi)遷移;氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨干濕交替次數(shù)增加而減小,隨鹽凍循環(huán)次數(shù)增加而增大.

采用滲透系數(shù)法研究了軸向壓力以及強(qiáng)度對(duì)鐵尾礦砂混凝土抗?jié)B性的影響。研究表明:鐵尾礦砂混凝土在軸向壓力作用下,其抗?jié)B性并非一直在劣化,而是在荷載水平0.3~0.4時(shí)逐漸提高;當(dāng)荷載水平為0.4時(shí),出現(xiàn)有壓狀態(tài)下的最大值。當(dāng)荷載水平超過0.5時(shí),鐵尾礦砂混凝土抗?jié)B性能開始快速下降。鐵尾礦砂混凝土相對(duì)滲透系數(shù)與強(qiáng)度之間存在明顯的線性關(guān)系,其抗?jié)B性能隨強(qiáng)度的增大而提高。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城鎮(zhèn)化建設(shè)也在不斷地發(fā)展，混凝土的需求量也越來越大，因此需要更多的配制混凝土的原料用來配制符合國家標(biāo)準(zhǔn)的混凝土。本文通過分析日照當(dāng)?shù)氐蔫F尾礦砂的性能，探索采用鐵尾礦砂配制符合國家標(biāo)準(zhǔn)的各種性能的混凝土，通過分析混凝土新拌性能、力學(xué)性能、抗凍融性能和干燥收縮性能，探索日照市低品位鐵尾礦砂的比例分配對(duì)混凝土性能的影ⅱ向。

首先從氯離子侵蝕混凝土傳輸?shù)臋C(jī)理、擴(kuò)散機(jī)制、對(duì)流機(jī)制、滲透機(jī)制、毛細(xì)吸附作用和遷移機(jī)制進(jìn)行了研究;其次從氯鹽侵蝕速率常用的兩個(gè)計(jì)算模型fick定律計(jì)算模型、darcy定律的計(jì)算模型進(jìn)行研究;最后從試驗(yàn)角度論證了混凝土微環(huán)境對(duì)氯離子侵蝕的影響規(guī)律,證明了:混凝土微環(huán)境溫度升高,提高氯離子活躍度,使氯離子運(yùn)動(dòng)速度加快,加速侵蝕混凝土?；炷廖h(huán)境相對(duì)濕度(空隙水飽和度)提高,在溫度不變的情況下,混凝土空隙水分增多會(huì)減小阻止氯離子傳輸能力,加速侵蝕混凝土。并對(duì)其他影響因素進(jìn)行了淺析研究。

利用鐵尾礦砂石完全取代天然砂和碎石,配制c50混凝土,重點(diǎn)研究鐵尾礦砂石對(duì)混凝土的工作性、強(qiáng)度、抗凍性能和抗?jié)B性能的影響。研究結(jié)果表明:鐵尾礦砂石混凝土7d強(qiáng)度較普通混凝土降低6.6%,28d強(qiáng)度較普通混凝土增長1%;鐵尾礦砂石混凝土的抗凍性、抗水滲透性能、抗氯離子滲透性能均優(yōu)于普通混凝土。

國內(nèi)對(duì)于鐵尾礦砂混凝土的研究越來越多,但鐵尾礦砂混凝土的力學(xué)性能研究處于初始階段。本試驗(yàn)利用鐵尾礦砂完全取代天然砂,利用礦物摻合料等手段對(duì)鐵礦尾砂混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化,研究鐵尾礦砂混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系,結(jié)果表明,其二者的比值在0.8～0.9之間。