铁尾矿建筑砂浆的工程特性研究

摘要

由于天然砂资源短缺,价格上涨,同时考虑环境保护要求,将各类工业固体废弃物制备成细骨料代替天然砂,已成为必然的发展趋势。本研究以试验研究为主,对柞水铁尾矿筛分后循环用作建设用砂进行研究,测试了其制备建筑砂浆的尺寸稳定性能及力学性能等指标,明确了铁尾矿代砂的技术路线。主要内容和结果如下:
　　(1)以天然砂、传统机制砂为对比样,测定了铁尾矿的化学成分及矿物组成,发现其主要以石英为主,但矿物组成较传统骨料更为复杂,特别是含有较多的铁相。热分析试验证明铁尾矿具有可靠的热稳定性且放射性符合标准要求,使用安全性得到了保证。按照建设用砂的要求,对铁尾矿还进行了有机物含量、氯离子含量、硫化物和硫酸盐含量、坚固性等指标的测试,结果符合标准要求。颗粒粒度分析表明,铁尾矿原样的颗粒级配不尽合理,粒度较细,不宜直接用于配制建筑砂浆,应进行筛分处理。
　　(2)为分析铁尾矿在碱性环境中的稳定性,分别进行了铁尾矿水硬活性测试,碱骨料反应测试、铁尾矿在模拟碱环境中离子溶出特性测试、以及铁尾矿中含铁相稳定性测试。结果表明铁尾矿具有和天然砂类似的惰性,不会发生明显的碱骨料反应。首次发现,在不同碱环境中,其离子总体溶出程度弱于天然砂,其化学稳定性优于天然砂。同时发现,其含铁相具有明显的稳定性。
　　(3)采用轮廓比率指标OR值、圆度RK值、等效椭圆周长比AIEEP值、等效圆周长比AIECP值等指标对铁尾矿、天然砂和传统机制砂的颗粒形貌进行了量化分析,并对其微观结构进行系统比较。结果表明铁尾矿的OR值最小,其二维形状尺寸差异比较大。RK值最小,其颗粒轮廓上棱角比较尖锐。铁尾矿的AIEEP值、AIECP值小于天然砂、传统机制砂,其颗粒整体轮廓的嵌所作用较好。上述差异可能对尺寸稳定性造成不利的影响。通过尺寸稳定性试验发现,铁尾矿的AIEEP值和AIECP值明显高于天然砂和传统机制砂,会影响尺寸稳定性。微观形貌表明铁尾矿表面粗糙、结构复杂,表面平整光滑程度明显劣于天然砂,其砂浆的工作性能将可能会受到影响,而颗粒间机械啮合力将会增强,对力学性能的发展有促进作用。
　　(4)将筛分后的铁尾矿分别制备成水泥胶砂及建筑砂浆试件,通过合理的配合比设计,研究和测试了其工作性能、力学性能、耐久性等技术指标,同时分析测定了铁尾矿中磁选颗粒对铁尾矿综合性能的影响。结果表明,铁尾矿砂浆的工程性质与天然砂差异不大,力学性能方面甚至优于天然砂,完全有望代替天然砂,能够满足工程需要。
　　本研究为铁尾矿机制砂的研究与应用提供了研究基础、技术支持,为制定铁尾矿机制砂应用的技术规范提供了重要参考。

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第一章 绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2国内外有关铁尾矿研究的现状

1.3本课题研究的目的、内容及技术路线

第二章 铁尾矿的成分、特性与基本物理性质研究

2.1引言

2.2铁尾矿的成分分析

2.3铁尾矿原料特性分析

2.4铁尾矿基本物理性质

2.5本章小结

第三章 铁尾矿碱性环境中稳定性研究

3.1引言

3.2铁尾矿水硬活性试验

3.3铁尾矿碱骨料反应

3.4 模拟碱环境下铁尾矿离子溶出特性的研究

3.5铁尾矿中含铁相稳定性的研究

3.6本章小结

第四章 铁尾矿微观结构分析及颗粒形貌分析

4.1引言

4.2微观结构分析

4.3颗粒形貌特征分析

4.4铁尾矿颗粒形貌对砂浆尺寸稳定性的影响研究

4.5本章小结

第五章 铁尾矿的工程性质研究

5.1引言

5.2铁尾矿的水泥胶砂性能试验研究

5.3铁尾矿建筑砂浆试验研究

5.4铁尾矿中磁选颗粒对砂浆性能的影响

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间参与科研及获奖情况

致谢