铁尾矿沥青混合料基本性能及老化耐久性研究

为了避免过度使用天然砂石材料做为沥青混合料的骨料以及符合绿色发展的战略方针，采用固体废弃物铁尾矿来代替砂石材料来制备一种新型的铁尾矿沥青混合料。采用质谱仪对所选用铁尾矿进行化学成分分析，并对不同铁尾矿掺量作用下沥青混合料的针入度、锥入度、软化点、延度、粘度以及老化耐久性等方面进行了研究。研究结果表明:铁尾矿沥青混合料的较佳制备温度选定为180℃；综合经济效益和有效性确定铁尾矿的较佳掺量为30%；相对老化后的铁尾矿沥青材料而言，在同一铁尾矿掺量作用下两种不同沥青混合料老化前的针入度和延度均出现了降低的趋势，但是在同一铁尾矿掺量作用下两种不同沥青混合料老化前的软化点却出现了增大的趋势。综合分析得到:温度为180℃以及铁尾矿掺量为30%制备的沥青混合料可以满足公路的路用要求。所有沥青试样的光谱变化规律基本一致，说明了掺入铁尾矿改性沥青的结构与未掺入铁尾矿沥青的结构基本一致；但是随着铁尾矿掺量的增大，沥青的FT-IR光谱在同一波数作用下却呈现出不断减小的变化趋势，说明了铁尾矿可以有效改善沥青的物理性能。      

铁尾矿粉沥青混凝土胶浆-集料粘附性和TG-DSC实验研究

在研究铁尾矿粉掺入沥青混凝土中的力学性能和路用性能的基础上,分析了铁尾矿粉掺量对沥青胶浆-集料粘附性的影响,并开展了不同铁尾矿粉掺量下沥青混凝土的TG和DSC实验。结果表明,综合不同铁尾矿粉掺量作用下沥青混凝土胶浆基本物理性能指标的变化规律,得到在铁尾矿粉掺量为60%时,沥青混凝土各项指标达到较佳值,且此时沥青混凝土的路用性能也能完全满足公路道路的使用要求。随着铁尾矿粉掺量的不断增大,沥青胶浆接触角和表面能与粘附功和剥落功的变化规律呈现出先增大后减小的趋势,且在铁尾矿粉掺量为60%时取得较大值。同时,铁尾矿粉的掺入可以有效地提升沥青混凝土的耐热性能以及有效地提升了沥青混凝土热稳定性。      

铁尾矿砂掺量对混凝土力学性能、耐久性及水化特性的影响研究

为探究铁尾矿砂掺量对铁尾矿砂混凝土力学性能及耐久性的影响,以唐山某铁尾矿砂为骨料,考察了不同铁尾矿掺量下混凝土的抗压抗折强度、抗冲击性能、抗渗性能以及水化特性。结果表明：①随着铁 尾矿砂掺量的增加,混凝土抗压强度与抗折强度均呈现先增大后减小的趋势,铁尾矿砂掺量为10%时抗压强度最大,铁尾矿砂掺量为20%时抗折强度最大;混凝土的冲击功及断裂吸收能量呈现先增大后减小的趋势,铁 尾矿砂掺量为20%时冲击功及断裂吸收能量取得最大值。②随着铁尾矿砂掺量的增加,混凝土的吸水率逐渐降低,而混凝土的碳化深度及渗透深度先减小后增大,当铁尾矿砂掺量为20%时混凝土的抗碳化性能及抗渗性 能最佳。③随着水化反应的持续进行,水化放热速率呈现增、减、增、减的变化趋势,但同一水化时间下混凝土的水化放热速率随着铁尾矿砂掺量的增大而减小;随着水化时间的延长,混凝土的水化放热量呈现不断 增大的趋势;铁尾矿砂掺量增加,同一水化时间下混凝土的水化放热量越小。     

铁尾矿掺量对冻融循环和硫酸盐侵蚀联合作用下混凝土抗劣化性能的影响

为研究铁尾矿掺量在硫酸钠冻融循环作用下的混凝土劣化机理,对铁尾矿混凝土的质量和抗压强度损失率、相对动弹性模量进行了测试,建立了基于威布尔分布的冻融损伤模型。结果表明:硫酸钠冻融150次后,当铁尾矿的替代率为60%时,铁尾矿混凝土的质量损失最大,为1.7%;铁尾矿混凝土的抗压强度损失率随着冻融次数增加不断增大;60次冻融后,IC15组铁尾矿混凝土和IC45组铁尾矿混凝土的抗压强度损失率明显低于普通混凝土;IC30组铁尾矿混凝土的相对动弹性模量损失最小,而IC60组铁尾矿混凝土的相对动弹性模量损失最大。冻融循环0～30次时,相对动弹性模量降低缓慢,损失较小,当铁尾矿替代率为30%时,相对动弹性模量损失最小,抗冻性和抗硫酸盐侵蚀性最佳;铁尾矿混凝土在冻融循环与硫酸盐侵蚀联合作用下的冻融损伤模型符合威布尔分布,相关系数R2大于0.96。     

石墨尾矿混凝土耐久性与抗氯离子侵蚀性研究

以石墨尾矿为研究对象,研究石墨尾矿不同掺量对混凝土结构耐久性、抗渗性、收缩性以及受氯离子侵 蚀性等特性的影响机制。 结果表明:随着石墨尾矿掺量的增加,石墨尾矿混凝土的相对渗透系数呈现出先增大后减 小的变化趋势,且当石墨掺入量超过 30%时,石墨改良混凝土的抗渗性能下降。 随着石墨尾矿掺量的增大,在取样深 度为 0~ 5 mm 时混凝土试样中氯离子含量呈现出先增大再减小后增大的变化趋势,在取样深度为 5~ 10 mm 和 10~ 15 mm 时混凝土试样中氯离子含量呈现出逐渐减小的变化趋势,在取样深度为 15 ~ 20 mm 时混凝土试样中氯离子含量 呈现出先减小后增大再减小的变化趋势。     

基于不同纤维改性的OGFC-13沥青混合料路用性能研究

纤维沥青利用纤维的改性作用改善混凝土材料的路用性能。为探究OGFC-13沥青混合料在各类纤维不同体积掺量条件下的路用性能表现,本文特制备聚丙烯腈纤维、聚酯纤维、木质素纤维、玄武岩纤维4种纤维外掺剂的沥青混合料进行路用性能试验。研究结果表明：1)OGFC-13沥青混合料随纤维掺量的增加,其动稳定度不断增长,当各种纤维掺量超过0.3%时,动稳定度呈下降趋势;2)当纤维体积掺量为0.3%时,含玄武岩纤维的沥青混合料动稳定度为3 252次/mm,高温稳定性表现最佳;3)当聚酯纤维与玄武岩纤维掺量为0.2%时,沥青混合料低温最大弯拉应变相同,为2 834,但聚酯纤维在纤维沥青混合料低温抗裂性能方面的作用存在不稳定性;4)掺入纤维材料的OGFC-13沥青混合料排水性能呈下降趋势,尤其是木质纤维对渗透系数的影响最大,当掺量为0.2%时,渗水系数由1 154 ml/s陡降至635 ml/s,降幅达到44.97%;5)综合来看,玄武岩纤维在OGFC-13沥青混合料中的改性效果最佳,但其掺量体积分数应控制在0.3%以内。本文成果可为温拌沥青薄层罩面的工程应用提供一点借鉴。     

极细铁尾矿粉作为矿物掺合料制备高性能混凝土的研究

为研究细铁尾矿粉掺量对高强混凝土材料孔隙结构及力学性能的影响规律,利用核磁共振检测装置及电液伺服压力机测量了细铁尾矿粉掺量为0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%试件细观孔隙结构、孔隙率以及力学性能,分析了细铁尾矿粉掺量对试件孔隙率及抗拉、抗压强度的影响规律。结果表明:(1)细铁尾矿粉高强混凝土材料试件T₂图谱曲线均呈三峰形,随着细铁尾矿粉掺量增加,试件孔隙率从掺量0%时的2.81%降至掺量为30%时的2.10%,试件孔隙率不断降低,前期试件孔隙率降幅更加显著;(2)试件内部孔隙结构以微孔与中孔占比为主,随着细铁尾矿粉掺量增加,试件微孔占比不断增大,中孔、大孔及裂隙占比均降低,细铁尾矿粉的掺入使混凝土内部结构得到优化;(3)铁尾矿粉掺量为20%时对试件抗压、抗拉强度提升效果较好,过量掺入反而会使试件力学性能降低。     

铁尾矿粉-硅粉矿物掺合料对混凝土性能的影响

将研磨后的铁尾矿粉末和硅粉分别按照3∶2和4∶1的比例制备了两种复合矿物掺合料替代水泥进行浆体和混凝土试样的制备。通过微观结构分析、强度和耐久性分析对铁尾矿-硅粉复合矿物掺合料浆体和混凝土的基本性能进行了研究，结果表明：随着复合矿物掺合料掺量的增加，试样的水化反应放热量、抗压强度、劈裂抗拉强度和冻融耐久性均逐渐降低；且加入铁尾矿粉可使的硬化浆体试块孔隙结构变大，导致混凝土的抗压强度和冻融耐久性降低；但增加硅粉的掺量可以提高试样的水化反应强度，降低Ca(OH)₂的含量，且硅粉水化反应生产的C-S-H凝胶也可以细化孔结构，从而改善混凝土的微观特性、抗压强度、劈裂抗拉强度和冻融耐久性；弥补铁尾矿粉对混凝土性能的负面影响。整体上，改性混凝土的抗压强度在普通混凝土抗压强的85%以上，能满足工程要求。     

改性铁尾矿微粉对中高强混凝土性能的影响研究

将不同掺量的改性铁尾矿微粉完全替代粉煤灰做矿物掺合料制备C50混凝土，并设置与铁尾矿微粉等掺量的粉煤灰组为对照，研究改性铁尾矿微粉对中高强混凝土抗压强度、工作性能和耐久性能的影响。结果表明：改性铁尾矿微粉混凝土具有较好的工作性能；抗压强度随改性铁尾矿微粉掺量的增加而降低，各组较对应的粉煤灰对照组强度略低，相差范围在3.7～4.6 MPa内，在改性铁尾矿微粉的掺量为矿物掺合料总量的30%～60%时，均满足C50混凝土的抗压强度要求。在改性铁尾矿微粉的掺量为矿物掺合料总量的40%～60%时，抗碳化性能随改性铁尾矿粉掺量的增加先增强后减弱，与粉煤灰对照组基本持平；抗渗透性能随铁尾矿粉掺量增加而减弱，但抗渗等级均能与粉煤灰对照组一致，为“非常低”;抗硫酸盐侵蚀性能、抗冻性能均随改性铁尾矿粉掺量增加而增强，抗硫酸盐等级可以达到KS180,抗冻等级均可达到F300,且均优于粉煤灰对照组。综合看来，改性铁尾矿微粉在其掺量为矿物掺合料总量的40%～60%时可替代粉煤灰应用于中高强混凝土中。     

硫铁矿尾矿矿渣改良混凝土力学性质与耐久性

为了研究黔北地区的硫铁矿矿渣在代替混凝土骨料后混凝土的力学性能，采用X衍射仪对黔北地区的硫铁矿尾矿进行物相和矿物成分的分析，用硫铁矿尾矿矿渣来制备硫铁矿尾矿矿渣改良混凝土，并对其力学性质和冻融特性进行研究。结果表明:硫铁矿尾矿矿渣掺量的增大可以延长了改良混凝土的凝结时间，而在硫铁尾矿矿渣掺量为20%以及混凝土的水灰比为0.40时，改良混凝土的7 d抗压强度和28 d抗压强度较大。在同一水化时间下，混凝土的水化放热速率、水化放热量以及DTA值随着硫铁尾矿矿渣掺量的增大不断降低。同时，随着冻融次数的不断增大，混凝土的抗压强度不断减小，且抗冻性指标也不断减小，这说明了冻融循环作用可以削弱水泥固化土抵抗变形能力和降低承载力的作用。      

铁尾矿砂用于混凝土细集料的试验研究

为探索铁尾矿砂用作混凝土细集料的可靠性,将不同比例的铁尾矿砂与天然砂混合制备铁尾矿砂混凝土,进行了铁尾矿砂颗粒级配调整、混凝土稠度和强度试验研究。结果表明：随着铁尾矿砂取代天然砂取代率的提高,其细度模数逐渐增大,过粗颗粒逐渐增多,级配曲线逐渐偏向右下角。选取一定比例的天然砂与铁尾矿砂混合后,颗粒级配得到明显改善;当铁尾矿砂的取代率为50%时,混凝土拌合物的工作性良好,达到了预拌混凝土大流动性的施工要求;掺入铁尾矿砂的混凝土28 d抗压强度高于普通混凝土,且随着尾矿砂取代率的递增,混凝土28 d抗压强度也递增,但劈拉强度表现出递减趋势。     

矿粉和纤维对活性粉末混凝土工作和力学性能的影响

为研究硅粉和铁尾矿改性混凝土的基本特性，分别用硅粉和铁尾矿粉按照0～20%的比例替代水泥和河砂，并通过力学和氯离子侵蚀实验获得硅粉和铁尾矿粉的较优替代比；然后在此基础上，分别按照体积比为0～2%添加钢纤维、玄武岩纤维和剑麻纤维来改善混凝土的力学特性，结果表明：混凝土的抗压强度和抗拉强度随着硅粉和铁尾矿粉的增加先增后减，其中硅粉和铁尾矿粉的较优替代比分别为15%和10%。三种纤维都能有效地提高混凝土的抗压强度和抗拉强度，但降低混凝土的坍落度。掺入硅粉5%以及10%的铁尾矿粉可以提高混凝土的抗氯离子侵蚀性能，但过多的铁尾矿粉对混凝土的抗氯离子侵蚀性能不利；玄武岩纤维比钢纤维和剑麻纤维能更好地提高混凝土的抗氯离子侵蚀性能，SEM分析也获得相同的结论。     

矿物掺合料再生骨料混凝土的力学及耐高温性质研究

为了研究矿物掺合料对再生骨料混凝土的基本特性及耐高温特性的影响,利用飞灰、铁渣和稻壳灰对再生骨料混凝土进行改性,并进行高温和力学实验。结果表明,随着温度的升高,试样的密度和超声波速不断下降;添加法制备的试样的密度和超声波速大于替代法制备的试样;抗压强度和相对弹性模量随着矿物掺量的增加先增后减,在5%~10%时达到较大值。随着温度的增加,抗压强度先增后减,在100℃时达到较大值;且以添加法掺入矿物掺合料时,试样的强度和弹性模量较高。对再生骨料混凝土耐高温性能的增强作用飞灰>铁渣>稻壳灰。此外,采用替代法时混凝土的密度与抗压强度、密度与和弹性模量和超声波速与抗压强度间的相关性较好;而采用添加法时各个参数之间的相关性较差。      

矿区重载路面摩擦测试及抗滑性能研究

为获取矿区重载路面摩擦以及抗滑性能的影响因素以及衰减规律,试验对测试路面进行不同时长的摩擦,并改变路面水膜厚度与路面温度,测试矿区内部二级沥青路面以及主干线沥青路面在不同条件下的动态摩擦系数。试验结果表明,随着摩擦时间的增加,构造深度先增加后减小,动态摩擦系数也随之先上升后下降,与构造深度之间存在一定动态相关性;相同条件下,随着水膜厚度的增加,2种道路的动态摩擦系数都会减小;仅改变路面温度的测试中,随着路面温度升高,2种道路的动态摩擦系数均呈现减小趋势。     

水胶比对铁尾矿混凝土强度的影响

将鞍钢齐大山铁矿尾矿与高炉矿渣、水泥熟料、脱硫石膏进行3级混磨,形成胶凝材料,然后将胶凝材料与作为骨料的原始粒级铁尾矿混合,并加入减水剂制备成无粗骨料的高强混凝土材料。研究了水胶比对混凝土强度的影响,并通过SEM对水化产物及微观结构进行了分析。试验结果表明,随着水胶比的增大,混凝土的流动度也增大,但抗折强度和抗压强度均呈现下降趋势;结合实际生产需要,利用齐大山铁尾矿制备混凝土最合适的水胶比为0.24。     

水泥改良铁尾矿砂路基填料的力学特性研究

以辽宁省鞍山地区的铁尾矿砂为研究对象,采用水泥固化剂对其进行改良,研究改良后尾矿砂的力学特性、冻融循环后试样性能以及水稳定性。结果表明：在相同水泥固化剂用量的条件下,随着养护周期不断增长,改良后铁尾矿砂的无侧限抗压强度逐渐非线性增大,但是在养护初期材料的强度增长幅度较大,随着养护时间的增大强度增长速率有所减缓;在同一水泥固化剂用量的条件下,随着养护周期不断增大,改良后铁尾矿砂的水稳定系数变化规律呈现出先减小后增大的趋势;随着压实度的增大,改良后铁尾矿砂的强度损失率逐渐减小。     

某新建尾矿库的最大安全堆坝速率研究

尾矿砂堆坝速率对尾矿坝安全运行有重大影响。为探讨某新建尾矿库的最大安全堆坝速率。通过有限元流固耦合法分析不同堆坝速率对尾矿坝的安全影响机理,确定合理的堆坝速率。研究表明,随尾砂堆坝速度增大,尾矿粒间有效应力增长速度趋缓,孔隙水压力增长速度趋陡,抬升浸润线埋深,增大下滑力。同时,降低固结度,降低尾砂力学强度,减小抗滑力,从而降低尾矿坝稳定性。综合抗滑稳定系数、最小浸润线埋深以及固结度确定某新建尾矿库的最大安全堆坝速率为15m/a。尾矿安全极限堆坝速率随弹性模量、渗透系数、粘聚力、内摩擦角增大而线性增大,随堆积坝高度增大而线性减小,随干密度、堆积坝坡比先升后降,呈抛物线型关系,存在堆坝速率最大值。