毕业设计（论文）-铁尾矿砂混凝土的泌水特性及对混凝土性能的影响.doc

河北理工大学本科生毕业论文题 目： 铁尾矿砂混凝土的泌水特性及对混凝土性能的影响英文题目： The Bleeding Behavior of Concretes Prepared with Ferrous Mill Tailings and Its Influence on Properties of Concretes 学 院： 材 料 学 院 专 业： 无机非金属材料工程 班 级： 06材3 姓 名： 学 号： 200608010311 指导教师： 2010年 6 月 10 日摘 要摘要尾矿是选矿厂选别矿石后产生的大量脉石废渣，通常以尾矿浆的形式排出。目前所有矿山对尾矿的主要处理方式是就近修建尾矿库，将其堆存起来。这样不仅占用大量土地，而且有很大的安全隐患。人们对天然砂石的过度开采，严重破坏了自然环境，并且还影响到了建筑业的可持续发展。为解决铁尾矿的堆存和天然砂的短缺这一对矛盾，同时为了解决铁尾矿砂本身保水性差，泌水量大的问题，本研究利用铁尾矿砂和铁尾矿粉为基本原材料，通过不同的矿物掺合料、减水剂、铁尾矿粉的掺入，配置出早快型、早慢型、晚快型、晚慢型四种泌水类型混凝土，通过测定不同类型混凝土抗压强度和孔结构特征，分析了对强度造成不同影响的具体原因。试验结果表明，早快型泌水混凝土虽然泌水量大，孔隙率大，但由于塑性收缩，有害孔少，而且实际水灰比低，所以强度依然很高；早慢型泌水混凝土有害孔和多害孔比例高，强度低；晚快型由于加入铁尾矿粉作为微细集料填充，强度也很高，但因为表面开放型气孔多，可能抗渗性不好；晚慢型泌水泌水量少，气孔率低，有害孔少，强度最高，其他性能也最优良，是最佳混凝土泌水类型。 关键词：铁尾矿砂，铁尾矿粉，泌水，混凝土，强度32AbstractThe ferrous mill tailings is plant of gangue slag pulp chosen ore-dressing, which is often proposed in the form of the tail. Currently, the main method dealing with the ferrous mill tailings is to construct tailing dams for storage. This will not only take up much of the land, but also have a lot of security risks. At the same time, as the increases of consumption of the concrete materials used in construction, more and more natural aggregates are needed. The excessive exploitation of natural sand, not only seriously damages the natural environment, but also affects the sustainable development of the construction industry. In order to solve the contradiction of the storage of the ferrous mill tailings ore and the shortage of natural sand, also, in order to solve the problem that the adhesiveness of the ferrous mill tailings ore sand is relatively poor and the bleeding ratio is high, this paper takes the ferrous mill tailings ore in Qianan, Tangshan as Manufactured Fine Aggregate (MFA) and micro fines (powdery the ferrous mill tailings ore). Through adding 15% of FA and GBRS, different super plasticizer as well as fine mill tailings, the bleeding of the mixture can be classified into 4 types , early-rapid , early-slow , late-rapid and late-slow types. The reason for the influence on the concrete performance is analyzed by measuring pressure strength and pore in different type of concrete. The result show that though the bleeding rate of early-rapid type concrete is high and the porosity is big, the harmful pore is less due to plastic shrinkage, also because of actual water-cement ratio decreasing, the strength is high. The ratio of harmful pore is high in early-slow concrete type, so the strength is low .The strength of late-rapid is high because of adding micro fines as fine aggregate but because the pore in surface is open, may affect penetration-proof quality. Late-slow types concrete has low porosity and less harmful pore, the strength is highest, and the other performance is good. It is optimal type of concrete. Key Words： ferrous mill tailings ore, micro fines, bleeding, concrete, strength河 北 理 工 大 学 毕 业 论 文目录第一章 综述21.1铁尾矿砂的研究现状21.1.1尾矿的堆积及危害21.1.2铁尾矿的利用现状31.2建筑用砂的使用现状31.2.1天然砂的缺乏31.2.2人工砂的使用状况41.2.3铁尾矿砂作为人工砂的研究41.3 泌水研究现状41.3.1泌水成因及影响因素41.3.2 泌水对混凝土性能的影响。51.3.3 铁尾矿砂泌水特性研究61.4 存在的问题6第二章 试验研究方案72.1 研究思路72.1.1 研究铁尾矿砂的基本性质的研究72.1.2 研究铁尾矿粉及高炉矿渣、粉煤灰的基本性质72.2.3 研究不同配比铁尾矿混凝土的坍落度大小。72.1.4 研究铁尾矿砂混凝土的泌水特性及类型72.1.5 研究不同类型泌水对混凝土性能的影响72.1.6 研究不同类型泌水影响强度的原及如何改善的方法72.3 试验原材料及仪器设备92.3.1 水泥92.3.2 矿物掺合料92.3.3 集料92.3.4 水和外加剂92.3.5 试验仪器设备92.4 试验方法112.4.1 铁尾矿砂基本性质的测定112.4.2 碎石基本性质的测定112.4.3 水泥基本性质的测定112.4.4 铁尾矿粉基本性质的测定122.4.5 矿渣、粉煤灰基本性能测定122.4.6 不同配比混凝土的试验测定12第三章 试验结果与分析讨论153.1 铁尾矿砂、碎石基本性质试验结果与分析153.1.1 铁尾矿砂的化学成分与主要矿物组成153.1.2 铁尾矿砂的颗粒形貌163.1.3铁尾矿砂的级配163.1.4石的级配173.2 水泥的物理性质183.3 铁尾矿粉的性质183.4 铁尾矿砂混凝土的泌水特性183.4.1 泌水时间的探究203.4.2 泌水类型与强度的关系213.4.3 泌水类型影响强度的原因243.4.4 不同泌水类型混凝土的孔结构分析263.4.5 压力泌水分析28参考文献30致 谢31引言铁尾矿作为选矿的一种副产品，尾矿库堆积数量庞大，溃坝事件时有发生，并且占用大面积土地，严重污染环境，已经引起社会上高度重视。如何消纳和利用尾矿砂，使之变废为宝，已经成为当今的热门研究课题。对此，国内外都进行了很多研究，在提取有用元素，生产建筑材料等方面取得很多成就。但真正消纳和利用尾矿砂，仍需要进一步研究。当今天然砂短缺，铁尾矿砂是生产人工砂的很好原料。本课题基于这个基础，研究铁尾矿砂的各种物理化学性能、粒度分布、表面特征等，在与天然砂对比的同时，研究各组铁尾矿砂混凝土的泌水特性。初步分为早快型、早慢型、晚快型、晚慢型四种类型，并通过试验测定其对混凝土性能的不同影响，从而确定出最佳配比，为实现铁尾矿砂的最佳利用提供依据。第一章 综述1.1铁尾矿砂的研究现状1.1.1尾矿的堆积及危害尾矿是选矿厂选别矿石后产生的大量脉石废渣，通常以尾矿浆的形式排出。尾矿数量庞大，国内外一些大型选矿厂的尾矿常达数亿吨。截止2007年，我国现有大大小小尾矿库10000多个，全部金属矿山堆存的尾矿高达60亿吨以上，而且以每年产出3亿吨尾矿的速度增加，其中仅铁尾矿就约占总量的1/3，唐山地区铁尾矿累计堆存就已达2亿吨以上1。而尾矿库的一起起溃坝事件也让人触目惊心。根据有关报道：2008年9月8日山西省临汾市襄汾县塔儿山铁矿发生了特别重大溃坝事故，坝高50米，垮塌后库区20万立方的泥浆形成了宽约300多米、长约2公里多的泥石流，吞噬了下游的一个农贸集市和两个村子，276人遇难，造成国家经济损失达1105万元。而我们在震惊之余，回头看看，这些悲剧在过去屡见不鲜：2007年11月25日，辽宁海城尾矿库溃坝，16人遇难；2006年4月30日，陕西镇安县黄金尾矿溃坝，17人遇难；1993年，福建省潘洛铁矿库区内发生山体大规模滑坡，14人遇难； 1992年5月24日，河南滦川县赤土店乡钼矿尾矿库发生大规模坍塌，12人遇难； 1985年8月25日湖南柿竹园有色矿牛角垄尾矿库溃坝，49人遇难；1962年9月26日云南锡业公司火谷都尾矿库溃坝，171人遇难尾矿堆积不仅具有很大的安全隐患，给国家和人民生命财产造成巨大损失，而且污染环境.最为典型的例子就是曾经资源丰富的鞍山，由于周边形成的30多平方公里的排岩场和尾矿库，这个全国最大的排岩场和尾矿库内几乎寸草不生，就像一个人工造就的巨大沙漠，它也成为鞍山最大粉尘污染源。不仅如此，尾矿库的渗透水含有多种有害成分，污染水体。随着尾矿堆积不断增加，占用土地面积越来越大，国土资源部发布的2007年度中国地质环境公报中指出“截止2007年全国矿业开发占用损坏的土地面积为165.8万公顷，其中尾矿堆放90.9万公顷”。污染环境，占用土地，危害人民群众生命安全，给国家造成巨大经济损失，使得尾矿的合理有效处理及研究刻不容缓。1.1.2铁尾矿的利用现状目前，铁尾矿综合利用的途径主要有以下几个方面 ：铁尾矿再选与有价元素的综合回收，如铁、钛、硫、钴、金、银等有用成分；利用铁尾矿充填矿山采空区；复垦植被；利用铁尾矿作土壤改良剂及微量元素肥料；开发生产建材产品。例如生产微晶玻璃、瓷砖、草坪砖、空心砖、河砂等。 对铁尾矿的开发研究，国外进行的较早。早在60年代初，前苏联就开始了尾矿建材的研究和生产，主要是把尾矿砂进行适当分级后作为混凝土粗细集料，或者作为原料生产水泥。加拿大除以尾矿墙体材料研究为特色外，魁北克矿山还用磨细的尾矿烧制出耐火硅砖。美国绝大多数尾矿被用作混凝土填料和铺路材料。日本有人将铁尾矿与10的硅藻土混合，烧制成轻质骨料。国外许多金属矿山都将二次资源进行了优化处理，并将剩余的尾矿用于制造尾矿砖和建筑材料等2。国内外对尾矿砂的研究均投人了大量资金，并已取得了明显的经济效益和社会效益。目前，我国高硅铁尾矿建筑材料利用主要集中在高标号水泥、建筑陶瓷、免烧砖和烧结砖、高档装饰材料、微晶玻璃、花岗岩等3。马鞍山矿山研究院利用齐大山选矿厂尾矿加入一定的配料(碎石、砂子、粉煤灰及粘土)及石灰，经一定的处理后作为路面基料，并在沈阳至盘山的12km路段进行了工业试验，经公路部门的测定表明。已达到了二级公路对路基的强度要求。该院还利用齐大山、歪头山细粒尾矿研制免烧砖、饰面砖，其性能达到了100#标准2。从20世纪80年代开始，我国对矿产资源综合利用工作加强了宏观管理，明确了指导方针。并于1986年首次在中华人民共和国矿产资源法中将尾矿综合利用以法律的形式提出，这为开展铁尾矿的综合利用创造了条件。以上研究都有着重要的经济效益和一定的社会效益，但要想大量消纳尾矿，解决大面积土地被占用情况以及有效缓解环境破坏，对尾矿砂的研究还有待深化。1.2 建筑用砂的使用现状1.2.1 天然砂的缺乏在社会高速发展的21世纪，面对实施国家第十一个五年计划的新时期，建筑行业更是发展迅速，砂石在多数地区已面临着天然砂减少、短缺或枯竭。为了满足建筑用砂需求，很多不法开采者对天然砂石集料地随意开采，滥采滥用，破坏农田、河床，造成桥梁塌陷等事故，造成很大经济损失4，而且还影响到建筑业的可持续发展。现在全国各地已制订了一些政策、法规，如广东省颁布了采石取土管理规定、国土资源部发出了关于清理整顿河道采砂的紧急函、济南市颁发了整顿地方建材生产加强生态环境自然景观保护的通知、江西九江市政府作出决定“三百里长江今日起封江禁采”等。如何开发新的混凝土骨料资源人工砂，保证满足国家新时期建设之需要，已是摆在我们面前的一个严峻问题。1.2.2人工砂的使用状况人工砂在工程中的地位越来越重要，成为建筑用砂的重要来源。目前国内人工砂生产主要有3种形式，一种是开矿产石的同时专门生产人工砂，这多属于大型企业（即年产砂石100万吨以上）；一种是在河道里用卵石生产机制砂，或配以少量天然砂生产混合砂，这多属于中型企业（即年产砂石50万吨左右）；再一种是利用各种尾矿生产的，经过简单再加工和筛分，或直接利用，这多属于小型企业（即年产砂石30万吨以下，甚至几万吨）。国标允许使用人工砂，人工砂作为混凝土细集料有其固有的优势，主要有：1.资源优势 可利用各种尾矿废弃物生产，资源广泛，成本低。2.由于产原固定，机械化生产，颗粒大小、级配可调，而且石粉的合理使用可以有效改善混凝土的性能5。1.2.3 铁尾矿砂作为人工砂的研究铁尾矿是生产人工砂很好的原料，平均每吨尾矿可以生产60%-70%作为建筑用人工砂，这是将铁尾矿变废为宝的一个重要途径，也是消纳铁尾矿、实现矿产资源可持续发展的一个有效措施。然而，利用铁尾矿代替天然砂作集料配制砂浆，还缺乏系统的理论研究以及工程应用实际经验的积累。铁尾矿砂作为副产人工砂，其物理化学性能、粒度分布、表面特性等方面与天然砂有一定的差异，相对来说粘聚性保水性较差，用铁尾矿砂代替天然砂需要解决工作性，泌水性对混凝土强度等性能等问题6。因此，本文将根据铁尾矿砂的基本性质，以铁尾矿砂作细集料，研究铁尾矿砂浆的泌水特性以及对混凝土性能的影响，为铁尾矿砂在建筑砂浆中的实际应用做一些基础的研究，使铁尾矿有更大的用武之地7。1.3 泌水研究现状1.3.1 泌水成因及影响因素拌和物的离析指的是拌和物各组分分离，造成不均匀和失去连续性的现象。通常离析指的是砂浆和粗集料产生分离。这种分离有两种类型：一种是较重的混凝土颗粒沉到新拌混凝土底部，另一种是混凝土和粗集料分离，通常这是由于不适当的成形和振动引起的。搅拌均匀的拌和物发生各类颗粒分离的直接原因，是颗粒之间发生可不同的运动而产生不同的位移。例如，拌合物沿着一斜槽下落时，塑性拌合物表面部分比在滑槽底面部分的流动快，颗粒重的部分比颗粒轻的部分速度快，故此而发生离析。泌水通常是由于处在新拌混凝土中的集料颗粒不能吸收所有的拌和水所引起的，实质上也是一种离析。大部分的泌水发生在水泥水化的诱导期，这时胶凝材料还没有充分的水化。在混凝土中用水量和水灰比是影响泌水的主要因素，增加用水量和水灰比也就是增加了泌水所能得到的水分。普通混凝土的用水量增加五分之一，泌水量可增加两倍或一倍半。粉煤灰、磨细矿渣、硅灰及其他火山灰材料的掺入都会减小泌水，这不仅是胶凝材料含量的增加，而且也是由于这些矿物掺合料的微细集料作用明显，而且比表面积大，具有较好的保水性有关。1.3.2 泌水对混凝土性能的影响在新拌混凝土表面产生有少量的泌水是正常现象，这对于新拌混凝土的质量也没有什么不利得影响，如缺少适当的泌水，混凝土表面则会产生塑性收缩开裂，或过干的表面也不易于抹面作业。但是过度的泌水则会导致混凝土性能的下降。1）泌水将导致浆体与集料以及与钢筋材料黏结的下降混凝土的泌水是由下而上的运动，在运动过程，如遇到集料的话，这些水将受阻并在集料下富集起来，形成较大的宏观缺陷。这些缺陷将成为裂纹形成的源泉和裂纹扩展的最短途径，将成为水及有害杂质进入的通道，也将成为冰冻的场所。因此，会导致混凝土的一系列性能的降低。在钢筋混凝土中，泌水还易于积聚在钢筋增强材料及其它预埋构件下面，过多的但过多的积水和孔隙的产生，则会减小钢筋的埋设强度、浆体与钢筋的黏结力，并且可能会导致锈蚀作用的增加。这是因为钢筋未获得浆体的直接保护。孔隙内的水分与碳化作用也会增大钢筋受锈蚀作用的危险9。2）泌水将引起混凝土体积的变化及导致变形的不一致性混凝土的离析泌水导致在混凝土底部或某些其他部位富集较多的集料，而表面富集将多的砂浆或水泥浆。由于表面固体颗粒的位置被水所代替，固体物质的体积会相对减小。即使在表面未观察到泌水的情况下，也会产生沉降。另外，随着水泥的水化进行，富集较多集料的部位将产生较少的变形，而富集较多水泥浆或砂浆的部位将产生较大的变形。这种变形的不一致性叫导致混凝土产生较大的内应力，严重时将导致混凝土开裂。1.3.3 铁尾矿砂泌水特性研究铁尾矿砂作为细集料，表面粗糙，棱角尖锐，比表面积大，彼此的啮合程度高，用它配制的混凝土的砂率比天然砂混凝土的砂率大，坍落度减小，粘聚性不如天然砂混凝土，保水性较天然砂混凝土差，易产生离析和泌水，泌水率明显的比天然砂混凝土大。而且用铁尾矿砂配制的混凝土对外加剂的敏感程度比天然砂的要大10。通过掺加合适的矿物掺合料和一定量的石粉可以有效改善铁尾矿砂混凝土的泌水情况，尽量消除泌水对于混凝土的不良影响，实现最合理利用。1.4 存在的问题 1)利用铁尾矿代替天然砂作集料配制混凝土，还缺乏系统的理论研究以及工程应用实际经验的积累。铁尾矿砂是一种副产人工砂，与天然砂有很大差别，若直接按普通建筑混凝土配合比设计方法配制尾矿砂混凝土，可能会存在下列问题：铁尾矿砂颗粒多棱角、表面较粗糙、级配不良等，会影响混凝土的工作性、强度及其它性能。2）国内外对泌水的研究尚且不足，只进行定性分析而没有定量的研究泌水量及程度对混凝土性能的影响。铁尾矿砂代替人工天然砂，由于级配不良，离析泌水严重，会对混凝土性能产生不良影响。因此，本文拟在研究铁尾矿砂泌水特性及对混凝土性能影响方面，分析早快型、早慢型、晚快型、晚慢型四种泌水类型产生原因，提出最佳配比，优化混凝土性能。第二章 试验研究方案2.1 研究思路2.1.1 研究铁尾矿砂的基本性质的研究测定铁尾矿砂的化学成分、主要矿物组成、表观密度、堆积密度等，研究铁尾矿砂的级配分布特点及细度模数。2.1.2 研究铁尾矿粉及高炉矿渣、粉煤灰的基本性质测定其密度，比表面积，并研究其各自不同掺量对混凝土泌水特性的影响以及对强度的影响。2.2.3 研究不同配比铁尾矿混凝土的坍落度大小测定各组混凝土的坍落度大小，必要时进行坍扩度测量，来检验所配混凝土的工作性好坏。2.1.4 研究铁尾矿砂混凝土的泌水特性及类型测定各组混凝土的普通泌水情况及个别组压力泌水情况，根据回归公式作图分析得出四种泌水类型：早快型、早慢型、晚快型、晚慢型。2.1.5 研究不同类型泌水对混凝土性能的影响测定每组混凝土的3天、7天、28天强度，并分析这四种泌水类型与强度的关系。2.1.6 研究不同类型泌水影响强度的原及如何改善的方法分析不同泌水类型的成因，及对强度造成不同影响的原因。找出最佳泌水类型，使铁卫矿砂的各项性能达到最佳。2.2 技术路线2.3 试验原材料及仪器设备2.3.1 水泥试验用水泥为唐山冀东水泥厂生产的普通硅酸盐水泥（PO42.5）。其化学组成见表2-1，物理性能见表2-2。表2-1 水泥的化学组成 /%样品名称LOISiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2OCl-PO42.5R水泥3.7521.726.502.9357.443.022.461.090.150.02表2-2 水泥的物理性能水泥品种密度细度比面积m2/kg稠度%初凝min终凝min安定性mm抗折(MPa)抗压(MPa)45m80m3d28d3d28dPO42.5R水泥3.054.00.538726.21842380.836.79.229.658.22.3.2 矿物掺合料粉煤灰(FA)：属于级粉煤灰，产自唐山电厂，密度为2.24g/m3 比表面积为414m2/kg；高炉矿渣(GBFS)：产自鑫泉矿粉厂，比表面积411m2/kg； 尾矿粉：用迁安尾矿砂粉磨30min，比表面积为444 m2/kg。2.3.3 集料试验用细集料主要为迁安尾矿砂，试验用粗集料主要为迁安碎石。2.3.4 水和外加剂拌和用水为市供自来水。外加剂为JF-9泵送剂。2.3.5 试验仪器设备试验用一起设备见表2-3表2-3 主要仪器设备仪器名称型号生产厂家水泥胶砂搅拌机水泥标准养护箱水泥胶砂振实台电热鼓风干燥箱强制式单卧轴混凝土搅拌机小球磨机勃氏透气比表面积仪恒温水浴锅托盘天平称电子天平李氏密度瓶容量筒坍落度筒量筒3只吸管振动台捣棒砂浆稠度仪数显式液压压力试验机压力试验机电动抗折试验机泌水筒压力泌水仪NJ-160AGB/T17671-40AZS-15101-2型SJD60型500500mmDBT-127 金怡HH-SDT-100JO105称量20kg186186mm10、50、100mLSZ145型YES-2000A型NYL-300型DKZ-5000型SY-2型无锡建筑材料厂无锡路达试验仪器公司无锡建筑材料机械厂无锡建筑材料机械厂上海英松工矿设备仪器有限公司唐山市陶瓷机械厂无锡建材仪器机械厂金坛市仪器厂浙江岱山中学天平仪器厂济南天辰试验机制造有限公司无锡建筑材料机械厂无锡建筑材料机械厂天津港源仪器厂2.4 试验方法2.4.1 铁尾矿砂基本性质的测定1)铁尾矿砂的筛分析试验按照中华人民共和国行业标准普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准(JGJ52-2006)第6.1节砂的筛分析试验规定的方法测定12。2)铁尾矿砂的表观密度试验按照中华人民共和国行业标准普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准(JGJ52-2006)第6.2节砂的表观密度试验(标准法)规定的方法测定。3)铁尾矿砂的堆积密度试验按照中华人民共和国行业标准普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准(JGJ52-2006)第6.5节砂的堆积密度和紧密密度试验规定的方法测定。4)铁尾矿砂的石粉含量试验按照中华人民共和国行业标准普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准(JGJ52-2006)第6.11节人工砂及混合砂中石粉含量试验(亚甲蓝法)和第6.8节砂中含泥量试验(标准法)规定的方法测定。2.4.2 碎石基本性质的测定按照中华人民共和国行业标准普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准(JGJ52-2006)第7.1节碎石的筛分析试验规定的方法测定，并绘制相应曲线。2.4.3 水泥基本性质的测定1)水泥胶砂强度试验按照中华人民共和国国家标准水泥胶砂强度检验方法(ISO法)(GB/T17671-1999)规定的方法测定13。2)水泥密度按照中华人民共和国国家标准水泥密度测定方法(GB/T208-94)规定的方法测定。3)水泥比表面积按照中华人民共和国国家标准水泥比表面积测定方法(勃氏法)(GB8074-87) 规定的方法测定。4)水泥标准稠度用水量和凝结时间按照中华人民共和国国家标准水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法(GB/T13462001)规定的方法测定。2.4.4 铁尾矿粉基本性质的测定1)铁尾矿粉密度参照中华人民共和国国家标准水泥密度测定方法(GB/T208-94)规定的方法测定。2)铁尾矿粉比表面积参照中华人民共和国国家标准水泥比表面积测定方法(勃氏法)(GB8074-87)规定的方法测定。2.4.5 矿渣、粉煤灰基本性能测定1)矿渣、粉煤灰密度参照中华人民共和国国家标准水泥密度测定方法(GB/T208-94)规定的方法测定矿渣、粉煤灰的表观密度。2) 矿渣、粉煤灰比表面积参照中华人民共和国国家标准水泥比表面积测定方法（勃氏法）(GB/T208-94)规定的方法测定矿渣、粉煤灰的比表面积。2.4.6 不同配比混凝土的试验测定1）坍落度的测定按中华人民共和国国家标准普通混凝土和拌合物性能试验方法标准（GB/T50080-2002）进行测试11。混凝土的坍落度试验采用JG3021-94规定的混凝土坍落度仪。2）混凝土泌水试验普通泌水试验根据国家标准普通混凝土拌合物性能试验方法标准（GB/T50080-2002）规定泌水试验方法：采用内径与高均为186mm，容积为5L的配有盖子的金属容量筒盛拌合物，采用人工捣棒捣实的方法，使混凝土拌合物表面低于试样筒筒口30mm左右，用抹刀抹平后立即计时称量，记录试样筒与试样的总质量。从计时开始后60min内，每隔10min吸取1次试样表面渗出的水。60min后，每隔30min吸取1次直至认为不再泌水为止。每次吸水前2min，将一片35mm厚的垫块垫入筒底一侧使其倾斜，吸水后恢复平稳。吸出的水放入量筒中，记录每次吸水的水量并计算累计水量，精确至1mL。泌水量按下式计算： （2-1）式中 Ba泌水量（mL/mm2）； V最后一次吸水后累计的泌水量（mL）； A试样外露的表面面积（mm2）。泌水率按下式计算： （2-2） （2-3）式中 B泌水率（%）； Vw泌水总量（mL）； Gw试样质量（g）； W混凝土拌和物总用水量（mL）；; G混凝土拌和物总质量（g）； G1试样筒及试样总质量（g）； G0试样筒质量（g）。压力泌水试验根据国家标准普通混凝土拌合物性能试验方法标准（GB/T50080-2002）规定泌水试验方法：采用的压力泌水仪包括压力表、缸体、工作活塞、筛网等。混凝土分两层装入压力泌水仪的缸体容器内，使拌和物表面低于容器口约30mm，用抹刀磨平，安装完毕后加压至3.2MPa，加压至10s时读取泌水量V10，加压至140s时读取泌水量V140。压力泌水计算： 100 （2-4）式中， Bv-压力泌水率（%，精确至%）； V10-加压至10s时的泌水量； V140-加压至140s的泌水量（ml）。3）混凝土抗压强度试验采用尺寸为100mm100mm100mm的立方体试件，按照普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T50081-2002）第6节规定的方法测定。第三章 试验结果与分析讨论3.1 铁尾矿砂、碎石基本性质试验结果与分析3.1.1 铁尾矿砂的化学成分与主要矿物组成所用的迁安铁尾矿砂的化学成分测定结果见表3-1。表3-1铁尾矿砂的化学成分化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2OR2OTotal含量/%68.636.7211.992.763.821.911.981.62.6699.41从化学成分上看，迁安铁尾矿砂的主要化学成分是SiO2，其次是Fe2O3和Al2O3。迁安铁尾矿砂和遵化天然砂的X射线衍射图见图3-1。从X-Ray衍射(XRD)分析可见，迁安铁尾矿砂的主要矿物是石英岩或花岗岩类矿物，多为-石英(SiO2)，其次为长石类矿物，基本与天然砂矿物成分相似，但是从钾长石(KAlSi3O8)、钠长石(NaAlSi3O8)相对石英的比例来看，迁安铁尾矿砂中相对比例较高一些。详见表3-2。(a)迁安铁尾矿砂(b)遵化天然砂图3-1砂的XRD图谱表3-2铁尾矿砂和天然砂的矿物组成(以衍射峰高低为序)主要矿物少量矿物迁安铁尾矿砂-石英钾长石、钙长石、钠长石、磁铁矿遵化天然砂-石英钠长石、丝光沸石、钙霞石3.1.2 铁尾矿砂的颗粒形貌铁尾矿砂和天然砂的外观如图3-2所示。图3-2铁尾矿砂与天然砂的颗粒外观从图3-2可以看出，天然砂较浑圆，而铁尾矿砂则多棱角，形状不规则，表面粗糙。表3-3集料的物理特性表观密度/kgm-3堆积密度/kgm-3紧密密度/kgm-3松堆积空隙率/%含水率/%石粉含量/%尾矿砂迁安28101555174045.17-3.3迁安2190152015603133.53.1.3 铁尾矿砂的级配按照中华人民共和国业标准普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准(JGJ52-2006)第6.1节砂的筛分析试验规定的方法分别对迁安铁尾矿砂1和迁安铁尾矿砂2做筛分试验，试验数据见表3-3，砂的级配曲线见图3-3。迁安铁尾矿砂1各粒径的累计筛余均在区标准上下限(图中虚线)范围内，符合行业标准普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准(JGJ52-2006)中的规定，属于细砂，级配较好。迁安铁尾矿砂2各粒径的累计筛余均在区标准上下限(图中虚线)范围内，也符合规定，属于中砂，级配较好。表3-4的累计筛余百分率及细度模数试样公称粒径/mm细度模数5.002.501.250.6300.3150.160迁安铁尾矿砂10.262.259.5631.6373.1493.342.1迁安铁尾矿砂29.1819.7132.3355.6286.8198.612.7图3-3 铁尾矿砂的级配曲线3.1.4 石的级配碎石为迁安碎石，其筛分试验数据见表3-5级配曲线见图3-4。表3-5石的累计筛余百分率 /%公称粒径/mm20105.02.51.25迁安碎石31.9094.9099.8299.95100.00图3-4 迁安碎石的级配曲线3.2 水泥的物理性质表3-6水泥的物理性质试样名称密度/gcm-3比表面积/m2kg-1实测28天强度/MPaPO42.5水泥3.0538750.23.3 铁尾矿粉的性质在铁尾矿砂的选别工艺中，往往通过滚筒筛(有的筛孔甚至达1mm)或旋流筒把较细的颗粒铁尾矿粉又排回到尾矿库中。为将铁尾矿充分利用，将铁尾矿粉也加以研究利用，但试验所用的铁尾矿粉是用铁尾矿砂经水泥试验磨机粉磨30分钟得到的，铁尾矿粉的物理性质见表3-7。表3-7铁尾矿粉的物理性质试样名称主要成分密度/gcm-3比表面积/m2kg-1铁尾矿粉与铁尾矿砂相同2.814443.4 铁尾矿砂混凝土的泌水特性在确定最佳砂率42%的条件下，分别用粉煤灰(FA)15%、粒化高炉矿渣(GBFS)15%等量取代水泥(冀东PO42.5水泥)；分别用5%、10%、15%铁尾矿粉（P）外掺取代等量的尾矿砂(迁安尾矿砂含石粉3.3%)，外加剂如2.3.4所述。各试样在不同时刻的泌水率见表3-8。表3-8铁尾矿砂混凝土配合比试样编号水粉比水胶比砂率/%原材料用量 (kg/m3)掺合料用量 (kg/m3)外加剂/%坍落度/mm粘聚性离析泌水水水泥尾矿砂石粉煤灰矿渣尾矿粉/%10.560.60422013357541041.2003.31.0125很差严重严重20.560.60422013357541041.2003.30.6190适中无无30.560.60422012357541041.250503.30.6180稍差轻微轻微40.470.50421802527541041.254543.30.6200适中无无50.470.50421802527541041.254543.31.0110偏粘无无60.470.50421802527541041.254543.30.8180适中无无70.430.46421742667541041.257573.30.8180很差严重严重80.390.46421742667541041.257578.30.850偏粘无无90.390.46421742667541041.257578.31.0200适中无轻微100.360.46421742667541041.2575713.31.0180偏粘无无表3-9试样在不同时刻的泌水率/%编号10min20min30min40min50min60min90min120min10.78 0.97 1.36 1.94 2.13 2.18 2.18 2.18 20.24 0.47 1.18 1.77 2.48 2.95 4.25 5.19 33.00 4.21 5.41 6.49 7.21 8.53 9.97 10.81 40.00 0.26 0.64 0.90 1.28 1.79 3.33 5.13 50.00 0.15 0.46 0.76 1.07 1.22 1.98 3.05 60.00 0.00 0.14 0.29 0.43 0.87 2.17 3.76 70.00 0.30 0.45 0.91 1.21 1.81 3.78 5.44 80.00 0.00 0.00 0.00 0.16 0.33 0.49 0.57 90.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.19 1.53 3.62 100.000.000.000.000.000.000.000.00根据表3-9绘制各试样泌水率与静置时间的关系，见图3-5。图3-5 泌水率与静置时间关系3.4.1 泌水时间的探究根据蔡基伟老师的研究，对图3-5各条曲线进行回归分析，根据以下公式 （3-1） （3-2）式中：B混凝土拌和物各时刻的泌水率； Blmt拌和物试样泌水的极限值（%），与游离水量正相关； e欧拉常数，2.7183； t混凝土静置时间（min）； to泌水潜伏时间，即出现泌水之前的时间，tto时开始泌水，与粘聚性或离析程度有关；k与泌水速率相关的系数，取决于保水性，保水性越好，k越大；s当t=to是的曲线斜率，表示泌水初始速率。对于以上两个公式，各参数见下表3-10。表3-10 泌水公式中的参数编号Blmtkt0/mins=kBlmt3#12.716580.01552-6.51480.1973617#5.578920.012312.727470.0686212#6.159510.012555.711460.0773024#5.179740.0124712.064750.0645916#4.654360.0104126.092470.0484529#7.681350.00852.462670.0614515#3.264840.011839.248890.0386231#2.30780.039351.784420.0908128#1.120760.0092532.814790.010367由此可以看出：3#和1#由于t0小(0.08)，属于早快型泌水，主要是由于粘聚性差，保水性差,且游离水量大共同造成,与离析同时发生；2#、7#和4#的t0值偏小(5mint015min)，s值稍大(0.05s25min)，s值相对适中(0.05s25min)，而且s值小(s0.05)，属于典型的晚慢型泌水，主要是粘聚性好，保水性好，游离水量少，无太多的水泌出。3.4.2 泌水类型与强度的关系根据表3-8中数据及以上分析，分析泌水类型与混凝土试块强度的关系。见表3-11。表3-11 泌水类型与混凝土试块强度的关系泌水类型编号3天强度/MPa7天强度/MPa28天强度/MPa早快型泌水3#15.922.732.61#-23.434.9早慢型泌水2#8.817.631.17#12.818.329.54#13.2822.231.7晚快型泌水9#19.124.231.1晚慢型泌水8#18