利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究

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密级：博士学位论文论文题目：利用密云尾矿废石制备咼性能混凝土的基础研究学号：作者：刘佳专业名称：矿业工程年月日 利用密云尾矿废石制备高性能馄凝土的基础研究研究生姓名：刘佳指导教师姓名：倪文北京科技大学土木与环境工程学院北京，中国：： 分类号：；密级：么巧：单位代码：北京科技大学博士学位论文利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究作者：指导教师：教授单位：北京科技大学指导小组成员：单位：单位：论文提交日期：年月日学位授予单位：北京科技大学 北京科技大学博士学位论文致谢时光桂苒，岁月如梭，转眼间我的博士研究生阶段即将结束。回想这六年的硕士、博士研究生生活，心中有说不尽的感恩之情。感谢母校的培育，祝愿母校越来越好，培养出更多的优秀人才。感谢我的导师倪文教授在科研、学习和生活上的指导与关心。研究生期间，在愧文教授的悉心指导下，自己的科研能力不断提升，期间的每一步成长都离不开倪文教授的淳淳教诲与用心培养。愧文教授学识渊博、工作勤奋、积极创新，六年的熏陶使我受益匪浅。在此谨向我的恩师倪文教授表达我最真挚的感激之情！感谢北京科技大学土木与环境工程学院的孙体昌教授、李克庆教授、林海教授、刘娟红教授、杨慧芬教授以及中国地质大学（北京）材料科学与工程学院的白志民教授和中国科学院地质与地球物理研究所的曾荣树教授为本论文提出的宝贵意见！感谢孙春宝教授、汪群慧教授、冯雅丽教授、王化军教授、陈德平副教授、傅平丰副教授、邹安华讲师、李媛讲师和蔻珏讲师给予的指导和帮助！感谢北京威克冶金有限责任公司的谢庆龙经理和杨福祥主任、华能北京热电厂的谭工以及河北冀东水泥厂的王震在试验中提供试验原料，使得试验能够顺利进行！感谢北京科技大学冶金学院张梅老师、宋忠平老师、新金属材料国家重点实验室的何建平老师、方春英老师以及北京北达燕园微构分析测试中心的史老师在分析测试过程中给予的帮助！感谢于淼博士一如既往的帮助与关怀，使我富有于心，成熟于智！感谢师姐罗淑湘和宋振的关心与帮助！感谢郑永超、张玉燕、李莹、王中杰、张静文、刘立国、伏程红、吴辉、黄晓燕、崔兴兰、汤畅、刘晓圣、耿碧瑶、崔孝伟、高术杰、陈杏婕、王建月、金荣振、母绍壮、高锦城、刘英、许成文等同门兄弟姐妹在科研生活中对我的帮助；感谢陈达、邹新奇、林荣汉、高赫、李明、杨鲁等学弟对我在试验中的鼎力相助！最后感谢参与论文评审和答辩的各位专家和教授！ 北京科技大学博士学位论文摘要为了开发大宗工业固体废弃物资源化利用的新途径，满足社会对绿色、高性能、高耐久性建筑材料的需求以及推动混凝土行业的可持续发展，本文以精细化综合利用为目标，釆用铁尾矿和废石为主要原料依次研发出三种新型绿色高性能混凝土：铁尾矿细骨料混凝土、全尾矿废石骨料高性能混凝土和极细铁尾矿粉混凝土。全部利用铁尾矿砂作为骨料制备出标准养护条件下抗压强度达到的铁尾矿细骨料混凝土，固废总利用率达到。铁尾矿细骨料混凝土最优配合比为：铁尾矿比例占，粉煤灰比例占矿渣比例占，水泥熟料比例占，脱硫石膏比例占高效减水剂用量为胶凝材料的水胶比。在铁尾矿细骨料混凝土基础上加入废石作为粗骨料，制备出塌落度为标准养护条件下抗压强度达的全尾矿废石骨料混凝土，其尾矿废石掺量达到水泥熟料掺量仅为，固废总利用率达到，并且其在抗冻融和抗硫酸盐侵蚀等耐久性方面具有优异的性能。通过、、、、、水化放热规律和孔结构测试等分析手段可知，水化各龄期凝胶和钙矾石是强度的主要来源。在全尾矿废石骨料混凝土的基础上，釆用目前难以利用的极细铁尾矿粉作为矿物掺合料，制备出在标准养护条件下抗压强度为的极细铁尾矿粉混凝土，尾矿废石利用率达。并对极细铁尾矿中所含有的石英、钠长石、拉长石、绿泥石和黑云母五种主要矿物成分进行水化反应活性的研究，结果表明标准养护条件下石英、绿泥石和黑云母反应活性较低，而钠长石和拉长石反应活性较高，其水化产物主要为钙矾石类矿物，对水化硬化浆体的强度有所贡献。将铁尾矿和废石等工业固体废弃物应用于高性能混凝土的研发中，不仅可以降低尾矿废石等固废对环境造成的负面影响，还能减少高性能混凝土原材料的碳足迹，并且提高产品附加值，从而有利于整个行业的可持续发展。关键词：铁尾矿，废石，高性能混凝土，粉煤灰，单矿物 北京科技大学博士学位论文，，，， 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究，，：， 北京科技大学博士学位论文目录弓文献综述铁尾矿综合利用研究现状铁尾矿的基本性质铁尾矿的综合利用现状铁尾矿综合利用的发展趋势粉煤灰在混凝土中的研究现状粉煤灰的形成及性质粉煤灰在混凝土中的应用绿色高性能混凝土的研究进展绿色高性能混凝土的概念绿色高性能混凝土的特点绿色高性能混凝土的研究现状研究思路及研究方法研究思路试验方法试验设备试验测试手段参照标准铁尾矿细骨料混凝土的研究制备铁尾矿细骨料混凝土的原料分析铁尾矿其他原料铁尾矿细骨料混凝土的制备工艺优化研究粉煤灰细度对铁尾矿细骨料混凝土强度的影响粉煤灰和矿渣配合比对铁尾矿细骨料混凝土强度的影响铁尾矿掺量对铁尾矿细骨料混凝土强度的影响高效减水剂用量对铁尾矿细骨料混凝土强度的影响水胶比对铁尾矿细骨料混凝土强度的影响 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究养护方式对铁尾矿细骨料混凝土强度的影响铁尾矿细骨料混凝土水化产物分析全尾矿废石骨料高性能混凝土的研究制备全尾矿废石骨料高性能混凝土的原料分析废石的矿物组成分析废石的压碎指标分析全尾矿废石骨料高性能混凝土制备工艺研究胶凝材料用量对废石骨料高性能混凝土的影响粉煤灰掺量对全尾矿废石骨料高性能混凝土的影响细骨料对全尾矿废石骨料高性能混凝土强度的影响砂率对全尾矿废石骨料高性能混凝土的影响用水量对全尾矿废石骨料高性能混凝土的影响高效减水剂用量对全尾矿废石骨料高性能混凝土的影响养护方式对全尾矿废石骨料高性能混凝土强度的影响全尾矿废石骨料高性能混凝土的耐久性全尾矿废石骨料混凝土的力学性能全尾矿废石骨料高性能混凝土的抗冻性全尾矿废石骨料高性能混凝土的抗氯离子渗透性能全尾矿废石骨料高性能混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能全尾矿废石骨料高性能混凝土的抗碳化性能全尾矿废石骨料高性能混凝土的水化反应机理与微观结构全尾矿废石骨料高性能混凝土胶凝材料水化过程研究全尾矿废石骨料高性能混凝土的孔结构分析全尾矿废石骨料高性能混凝土骨料界面结构分析小结极细铁尾矿粉作为矿物掺合料制备高性能混凝土的研究极细铁尾矿粉作为混凝土掺合料的原料研究极细铁尾矿粉的比表面积对其粒度分布的影响极细铁尾矿粉比表面积对胶砂试块抗压强度的影响极细铁尾矿粉作为掺合料制备混凝土的配合比研究极细铁尾矿粉高性能混凝土水化硬化机理分析水化产物分析水化产物分析 北京科技大学博士学位论文水化产物分析水化产物分析小结密云尾矿中单矿物的标准养护反应过程研究铁尾矿中单矿物的原料特征单矿物标准养护反应试验结果与分析石英标准养护反应过程研究钠长石标准养护反应过程研究拉长石标准养护反应过程研究绿泥石标准养护反应过程研究黑云母标准养护反应过程研究小结辦鋳滅作者简历及在学研究成果独创性说明关于论文使用授权的说明学位论文数据集 北京科技大学博士学位论文引言随着钢铁工业的迅猛发展，铁尾矿已成为我国产出量最大、堆存量最多的大宗工业固体废弃物之一。据统计，年全国大宗工业固体废弃物排放总量约为亿吨，其中铁尾矿排放量占全国工业固体废弃物年排放量的左右。在年我国尾矿产出量达亿吨，铁尾矿产生量约为亿吨，占总尾矿产生量的，而综合利用率仅为，远低于国外的利用率，与发达国家相比还有很大的差距。截止年尾矿累积堆存达亿吨，这些巨量的尾矿堆存在一万多座大小不一的尾矿库内，不仅浪费资源，占用土地，增加矿山的维护成本，同时还造成环境污染，给安全生产带来巨大的隐患，制约着我国矿业经济和矿业城市的可持续发展。再者随着矿产资源的大量开发和利用，矿石日渐贫化，资源日渐枯竭，尾矿作为二次资源已在国内外备受关注。以北京威克冶金有限责任公司为例，年至今，年内总共釆剥矿石万吨，生产铁精粉万吨，而尚未利用堆存的废石达万吨（未利用废石包括堆存的废石和铁尾矿。因此，维护成本较高和无地建新尾矿库等现实压力促使矿山企业尽快的开发出大比例高附加值利用铁尾矿和废石的新技术及新产品。由于中国城镇化建设和基础设施建设的高速发展，使得对建筑材料的需求日益增大。据统计，年全国水泥总产量为亿吨，占世界产量的其中用于生产商品混凝土的水泥约占水泥总产量的，即年共有亿吨水泥用于生产商品混凝土。然而在我国环境污染日益严重、温室效应日益显著和自然资源日益枯竭的情况下，迫使混凝土不仅要具备施工性和强度耐久性等高性能，还要具备可持续发展的特性，因此大力发展绿色新型建筑材料是唯一和必然的选择。绿色高性能混凝土是指从生产制造使用到废弃的整个周期中，最大限度地减少资源和能源的消耗，最有效的保护环境，是可以清洁生产和使用的，并且可再回收循环利用的高质量高性能的绿色材料。其主要特征在于：更多的掺加以工业废渣为主的掺合料；控制和减少水泥熟料的用量；更大的发挥混凝土的高性能优势，提高耐久性，延长建筑物的使用寿命，以减少水泥和混凝土的用量。因此，大力发展掺有工业废渔的绿色高性能混凝土，使混凝土这种最大宗人造材料真正成为可持续发展的材料，将会极大地减少矿物资源、能源的消耗及环境负荷。结合尾矿废石的资源化利用和绿色高性能混凝土的需求，提出将铁尾矿和废石应用于高性能混凝土的制备中，一方面，可以提高资源化利用效率， 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究为解决尾矿综合利用问题做出一定的贡献；另一方面可以拓宽高性能混凝土的原材料选择范围，减少原材料的碳足迹，为混凝土行业提供可持续发展的有效途径。铁尾矿砂、废石和极细铁尾矿粉通过以下三种形式作为绿色新型高性能混凝土的原材料：铁尾矿砂作为细骨料、废石作为粗骨料以及极细铁尾矿粉作为矿物掺合料。研究表明，分别釆用不同的原材料及配比制备出的铁尾矿细骨料混凝土、全尾矿废石骨料高性能棍凝土、极细铁尾矿粉掺合料混凝土性能优异。本文另外对尾矿及废石中常见矿物在标准养护条件下的反应过程进行了研究，为综合利用铁尾矿生产高性能混凝土提供理论依据。以上新型绿色高性能混凝土主要从四个方面为混凝土行业可持续发展提供新的思路：增加铁尾矿和废石等大宗工业固体废弃物的利用比例；降低传统高性能混凝土原材料的碳足迹；为本地化制备高性能混凝土提供更多原材料的选择；制备出具有高强度、高工作性和高耐久性的绿色高性能混凝土。因此将铁尾矿和废石等工业固体废弃物应用于高性能混凝土的研发中，在推动建筑领域可持续发展的同时，降低了其他相关行业对环境造成的负面影响，提高大宗工业固体废弃物的综合利用比例，可实现工业生态系统良性循环，为铁路轨枕、大跨度桥梁、地铁隧道盾构管片和大孔洞率人工鱼礁混凝土等预制件产品提供更多性能优异的基础材料，从而有利于整个混凝土行业的可持续发展。 北京科技大学博士学位论文文献综述铁尾矿综合利用研究现状铁尾矿的基本性质尾矿是非煤矿山选矿过程中排放的固体废弃物，是工业固体废弃物的主要组成部分。我国尾矿来源按行业划分主要包括黑色金属尾矿、有色金属尾矿、稀贵金属尾矿和非金属矿尾矿。其中黑色金属尾矿包括铁尾矿、猛尾矿和铬尾矿。大部分铁尾矿、猛尾矿和铬尾矿都含有可进一步提取的残余铁、猛和络，其余组份主要是硅酸盐类矿物。部分铁尾矿和猛尾矿还含有可提取的有色、稀有或稀土金属如四川攀枝花的钒钛磁铁矿型尾矿，内蒙古白云鄂博的稀土多金属伴生型铁尾矿和猛三角地区的部分猛尾矿。由于我国各地矿床的成矿条件与矿床成因不同，使得矿石的尾矿性质和种类繁多复杂。铁尾矿的主要矿物组成包括石英、长石、辉石、角闪石、石權石、云母、绿泥石、烛变矿物等脉石矿物以及少量的金属组分，是一种复合矿物原料；其化学成分主要以娃、锅、铁、韩、镁的氧化物为主，还伴有少量的硫、磷等。多数铁矿石嵌布粒度较细，共生复杂，另外为了获得高品位的铁精矿，采取磨细再选的工艺，使得细粒尾矿的粒度越来越细，据统计目前尾矿粒度小于的占以上。我国铁尾矿按照伴生元素的含量可以分为单金属尾矿和多金属尾矿两类。单金属尾矿可以根据其含有的主要元素选择不同的利用途径，主要有以下四种，分别为：第一种是高娃鞍山型铁尾矿，此类铁尾矿是数量最多的铁尾矿类型，特点是含鞋量高，含量在左右，平均粒度为不含伴生元素。比如首钢密云、大石河、水厂，鞍钢东鞍山、齐大山、弓长岭、大孤山，本钢南芬、歪头山，唐钢石人沟、棒磨山，太钢峨口等矿山选矿厂选出排放的尾矿都属于高娃鞍山型铁尾矿。第二种是高锅马钢型铁尾矿，此类铁尾矿排放量相对较少，主要分布在长江中下游宁完一带，特点是含量较高，大多数不含有伴生元素。比如马钢姑山、江苏吉山、南山和黄梅山等矿山选矿厂选出排放的尾矿都属于髙招马钢型铁尾矿。第三种是髙韩镁邯鄭型铁尾矿，此类尾矿主要集中在邯郸地区，尾矿中主要伴生元素有、及微量的、、、、及等，粒度小于 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究粒级含量占左右。比如玉石娃、玉泉岭、西石门、符山和五家等矿山选矿厂选出排放的尾矿都属于高韩镁那郸型铁尾矿。第四种是低韩、镁、错、桂酒钢型铁尾矿，此类铁尾矿伴生元素主要有、、、和等，含有重晶石和碧玉等非金属矿物，粒度小于的尾矿占左右。多金属类铁尾矿主要分布在我国攀西、内蒙古包头和武钢地区，特点是矿物成分复杂，伴生元素相对较多。从价值来看，回收其中的伴生元素远超过回收其主金属铁的价值。如大冶型铁尾矿，其特点是尾矿中铁含量较高，并含有、、、、、、等元素，其中大冶、金山店、程潮、张家洼和金岭等铁矿所产出的尾矿都属于此类铁尾矿；攀枝花矿尾矿除含有、夕卜，还含有、、、、等元素；包钢选矿厂尾矿属于典型的白云鄂博型铁尾矿，含有左右的铁矿物，左右的稀土矿物，其粒度小于的尾矿占左右。铁尾矿的综合利用现状目前我国至少有尾矿库多座，其中三等以上大中型尾矿库多座，四五等小型尾矿库多座。截止年年底尾矿累积堆存约亿吨，其中年至年连续年产出总量约亿吨以上。其中年我国产出尾矿将近亿吨，铁尾矿产生量约占总尾矿产生量的，而综合利用率仅为左右。尾矿已成为我国产出量最大、堆存量最多的工业固体废弃物，不仅浪费资源，占用土地，增加矿山的维护成本，同时还造成环境污染，给安全生产带来巨大的隐患，从而制约着我国矿业经济和矿业城市的可持续发展。并且随着矿产资源的大量开发和利用，石日渐贫化，资源日渐枯竭，尾矿作为二次资源已在国内外备受关注，目前我国尾矿综合利用主要集中在回收有价组分、充填矿山采空区、生产建筑材料和尾矿库生态恢复及复垦等方面。据统计，全国年利用尾矿总量将近万吨，其中从尾矿中回收有价组分约占尾矿利用总量的，生产建筑材料约占尾矿利用总量的充填矿山采空区约占尾矿利用总量的。可以看出，利用尾矿生产建筑材料和充填矿山釆空区是我国尾矿主要的综合利用途径。尾矿再选技术随着选矿技术的提高，从尾矿中回收有价元素已逐渐得到国内外学者的普遍关注，经过大量的实验研究，证明了提取尾矿中的有价组分是可行的， 北京科技大学博士学位论文并且取得了可观的经济效益。如：山东省一些矿山的磁铁矿尾矿仍含铁，经强磁选机回收可获得品位达的铁精矿。马鞍山矿山研究院与本钢歪头山铁矿采用磁选机对铁矿石尾矿进行再磨再选后，可获得品位高达的优质铁精矿，年产铁精矿量达万吨，经济效益良好。王国生等对四川某铁尾矿进行铁元素回收的选矿试验，通过细蹄预先分级，粗粒物料经过重选给入磨矿，然后利用浮选脱硫，最后磁选得到铁精矿。可从尾矿中获得铁品位和铁回收率分别为和的强磁性铁精矿，及铁品位和铁回收率分别为和的弱磁性铁精矿。叶和江针对上厂铁矿尾矿进行回收赤铁矿的试验和应用的研究。工业生产试验证明，釆用立环脉动高梯度磁选机新工艺新设备回收上厂铁矿尾矿中的铁矿物技术上是可行的，经济效益可观。李国风曾对此尾矿库尾矿进行分析和探讨，釆用不同的途径对库内的瓦斯泥、粉煤灰和浮选铁尾矿进行有价元素的回收，并获得了可观的经济效益。首钢水厂铁选厂开发了尾矿高效回收新工艺，每年处理尾矿万吨，尾矿经过再选后，生产出品位的铁精矿万吨，回收金属量万吨，直接经济价值达亿元。每年少排尾矿量万吨，每年减少占用尾矿库库容万左右。梅山铁矿、昆钢大红山铁选矿厂釆用高梯度强磁选机回收尾矿中的铁矿物，每年可多产精矿万万吨，获得了较好的经济效益。孙达等进行了从铁尾矿中回收铜的试验研究，经过一次粗选、两次扫选及四次精选的闭路浮选流程，由含铜铁尾矿获得铜品位、回收率的铜精矿，再对浮选尾矿进行摇床重选，使尾矿的铜品位降至，回收率提高到。美国的选矿厂采用浮选法，在最佳浮选条件下从铁尾矿中回收钴、镍和铜，回收率分别达到了钴为，镍为，铜为’。印度采用水力和磁力分离技术从铁尾矿中回收含铁品位的精矿。尾矿充填矿山釆空区技术近些年，政策规定不允许新建尾矿库，使得矿山企业越来越多的考虑尾矿充填矿山釆空区技术。如果矿山釆空区回填主要是以废石、尾砂等作为充填料，可以大大降低费用，仅为废石水泥充填费的。因此不仅可以解决充填骨料的来源，又能解决尾矿的排放问题，是综合利用尾矿行之有效的途径之一。如：河北钢铁集团矿业公司石人沟铁矿三期工程和司家营铁矿三期工程都设计采用尾矿充填采矿方法，遵化市和溁县的很多地方采矿企业也都在逐步采用尾矿充填以前形成的老采空区，将能有效地减少尾矿的堆存量。康建华釆用全尾砂胶结充填技术，利用张马屯铁矿选矿厂两端脱水后的尾矿充填采空区效果较好。边同民等利用马庄铁尾矿充填釆空区 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究万，使马庄铁矿塌陷区和尾矿库得到彻底的治理，解决了两个重大危险源°。安徽省太平矿业有限公司前常铜铁矿位于淮河岸边的淮北平原，由于地形及环保等特殊要求，必须将选厂排出的尾矿全部充填于采空区。中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司采用不充填采空区上方直接建尾矿库的方法，解决了无法建立新尾矿库的难题，消除了特大型釆空区上方构建尾矿库的安全隐患。北京科技大学愧文等人以钢渔、矿密、脱硫石膏为胶结剂制备自流微膨胀全尾砂胶结充填材料，不仅采用大比例使用固体废弃物制备充填材料，而且开发出的胶结充填材料具有大流动性、抗离析、高强度和微膨胀等特点从大量的研究和实践来看，以尾砂和废石作为井下充填料是技术上可行、经济上合理的，也是矿山正在研发推广的一项技术。尾矿库生态恢复及复垦。在加拿大、德国、澳大利亚、美国和俄罗斯等矿业发达的国家十分重视尾矿库的复垦工作，矿山的土地复垦率已达以上，与之相比我国矿山的土地复垦工作起步较晚，但近些年发展较快。如：南芬选矿厂通过在旧尾矿库表面覆盖表土的方法，使旧尾矿库复垦造田，治理了尾矿库的粉尘污染，又使造田后的尾矿库成为南芬地区的蔬菜生产基地。尾矿中含有农作物生长发育所需要的、、、、、、和等微量元素，可以制成土壤改良剂。如：马鞍山矿山研究院进行了利用磁化铁尾矿作为土壤改良剂的研究，用特定设计的磁化机对磁选厂铁尾矿进行磁化处理，生产出磁化尾矿，并施入土壤，使早稻等农作物大幅度增产。等研究表明，铁尾矿上种植植被不仅有利于稳定尾矿库和减少水土流失，而且也促进了植被的生长％。尾矿生产建筑材料由于我国铁尾矿嵌布粒度较细，一般都经过二段或者三段磨矿和选别，除预选抛出部分粗尾矿外，所排出的大部分尾矿粒度都较细。再者铁尾矿的化学成分与玻璃、陶瓷材料、砖瓦等建材成分相似，因此综合利用铁尾矿制备建筑材料具备良好的条件。尾矿建材产品主要集中在微晶玻璃、免烧砖、耐火材料、建筑陶瓷、尾矿水泥和建筑用砂等方面。用于研制生产装饰材料。以铁尾矿为主要原料生产微晶玻璃、建筑陶瓷及耐火材料国内外已经有很多学者进行了研究与试验。国内学者张杰利用歪头山铁尾矿成功地生产出彩色地面砖和承重砲块。陈吉春等人在对武钢程潮铁矿低桂铁尾矿的性质进行研究以其为主要原料研制出彩色路面砖，为低娃铁尾矿的综合利用寻求了一个新途径。北京科技大学和武汉钢铁集团矿业有限公司利用铁尾矿研制的不需上釉的通体砖，成为耐磨性较好的建 北京科技大学博士学位论文材装饰用品。北京科技大学以大庙铁尾矿、沈阳建筑工程学院与东北大学利用歪头山铁尾矿研制建筑用微晶玻璃，均获得较好试验效果。陈吉春等以武钢程潮铁矿的低桂铁尾矿为原料，设计一种四元体系的微晶玻璃原料，经选择合理的工艺制度和晶核剂，在一定条件控制下制取以透辉石为主晶相的微晶玻璃，使尾矿利用率达。李静等经过试验研究，利用鞍山高桂型铁尾矿和高镁原料，通过不同的工艺分别制备出了满足高温耐火性能的镁橄榄石轻质保温材料和高密度耐火材料。国外有专家釆用磁场、重力分离和浮选各种方法除去杂质，从铁尾矿中蹄选出优质钾长石精矿用于陶瓷工业。印度利用铁尾矿生产陶瓷地板和墙壁瓷砖，这些地板和瓷砖具有较高的强度和硬度，并符合大多数的标准，取得了良好的经济和社会效益用于研制生产墙体材料。以铁尾矿代替部分粘土，并掺入适量的增塑剂，可以制备不同强度等级的成品砖。牛福生等利用唐山地区鞍山式铁尾矿生产免蒸免烧尾矿砖，质量合格，各项性能及放射性均符合国家建筑材料的有关标准。孙天虎等利用邯郸型高韩、镁尾矿，釆用工业上常用的挤出成型法来制备烧结多孔砖。梅山矿业公司与西安建筑科技大学、山东工业陶瓷研究设计院等单位，围绕梅山铁尾矿生产烧结砖进行了大量的研究，利用梅山铁矿尾矿制备出质量达标的实心砖、多孔砖和空心砖，证实了其代替點土生产烧结砖的可行性。马鞍山矿山研究院采用齐大山、歪头山铁矿的高桂尾矿为主要原料，配入少量骨料、韩质胶凝材料及外加剂，成功地制成免烧砖。张锦瑞、贾清梅等利用唐山地区的高桂铁尾矿为主要原料，加入一定量粗骨料、水泥、粉煤灰和外加剂，成功地研制出尾矿掺量以上的蒸压砖，所制得的尾矿砖抗压、抗折强度均符合相关标准。石棋等在玻化砖配方中除了加入高岭土、瓷石、长石、石英等陶瓷常用原料以外，引入程潮铁尾矿，可以得到以韩长石为主晶相的玻化砖。用于研制生产水泥。水泥是建筑行业中应用最广、使用最多的建材之一。利用尾矿研制生产水泥主要有两种方法：一种是利用尾矿中含铁高的特点，以尾矿替代原料中的铁粉生产水泥，但此种尾矿利用率相对较低，只能占原料的左右；另一种是把尾矿进行预处理，再加入一些其它原料，作为水泥混合材，此种方法尾矿的利用量较大，是综合利用尾矿的一种新思路和新方向。如：李继芳等将铁尾矿在新型干法熟料生产线上成功应用，试验证明完全可用铁尾矿替代传统的硅质、铁质材料，生产出的熟料质量较好，可以稳定生产普通级等高标号水泥。并且每吨熟料成本下降近元，新型干法生产线每年可利用铁尾矿约万吨。山东率庄某水泥厂釆用铁尾矿来部分代替铁矿粉生产水泥，不仅产品质量达标，而且单位能耗和生产 利密云尾矿废制备高性能泥凝土的基础研究成本明显下降，实现了铁尾矿资源开发的合理利用，减少了对环境的污染。刘文永等利用首钢水厂铁尾矿，通过配料和改变制备工艺条件，成功地完成了掺加铁尾矿烧制胶凝材料的试验研究。于淼等利用鞍钢齐大山铁尾矿制备出含有纳米尾矿的鱼礁胶凝材料，将磁铁石英岩型铁尾矿用目蹄网进行分级，将蹄下部分进行烘干并磨细至比表面积。磨细的尾矿与烘干后的高炉水萍矿澄按尾矿，高炉水萍矿渣配料后再进一步混磨至比表面积。将上述尾矿与水萍高炉矿渣的混合细粉再与水泥熟料和脱硫石膏进行配料，混合粉占水泥熟料占，石膏占。将配好的料在球磨机中进行第三次混磨，至比表面积，就得到了含有纳米磁铁石英岩型尾矿的鱼礁材料。此种技术解决了目前极细粒磁铁石英岩型铁尾矿难以利用的难题，与普通桂酸盐水泥相比，胶凝材料中水泥熟料含量降低倍以上，减少了水化产物中的含量，可使人工鱼礁混凝土的碱度大幅度降低。用于研制生产混凝土。建筑用砂和石子是混凝土的基本原料，也是消耗自然资源较多的材料。如果把矿山釆矿和选矿后废弃的废石和尾砂利用起来，既解决了资源供给的紧张程度，又提高了矿山废石和尾砂综合利用的附加值。国内外众多学者研究将铁尾矿幵釆过程中所产生的废石和尾矿应用于混凝土领域，在美国废石除了从中回收蜜石、长石和石英等工业原料以外，还大量用做混凝土骨料、地基及沥青路面材料；在本有人将尾矿与娃藻土混合成型，并在°条件下煅烧，研制出轻质骨料。国内也有越来越多的学者研究铁尾矿废石综合利用，北京建筑工程学院与首钢矿业公司联合进行了“尾矿砂石混凝土技术研究”，实验室研究结果表明：尾矿砂石替代天然砂石配置混凝土拌和物和易性良好，抗压强度提高，抗渗、抗冻、抗炭化与碱活性等耐久性指标均达到设计要求。年月，首钢迁安矿在“高密实尾矿砂石混凝土”试点工程中，使用尾矿人工砂石科学配制栗送混凝土，使得每方混凝土不但节省了近吨的外购天然砂石，而且还节约水泥公斤，经济效益达元。北京科技大学刘佳等人利用铁尾矿与水泥、脱硫石膏通过三级混磨后形成胶凝材料，然后将胶凝材料与作为骨料的粒径大于的铁尾矿中的某一粒级混合，再加入减水剂制备成高强混凝土材料，抗压强度高达成品中尾矿掺量达到。以粉煤灰、铁尾矿和废石为主要原料制备出标准养护条件下抗压强度达的全尾砂废石骨料混凝土，此种混凝土全部以铁尾矿和废石为骨料，其固体废弃物掺量达到。舞阳矿业公司马茂君等人对堆存的尾矿和围岩作为混凝土骨料进行实验室及工业试验，结果证明所配制的混凝土满足设计要求，可创 北京科技大学博士学位论文造可观的经济效益。铁尾矿综合利用的发展趋势目前我国铁尾矿综合利用存在着诸多的问题，主要表现在以下四个方面—是认识不足，缺乏基础数据统计。关于铁尾矿等大宗工业固体废弃物综合利用的统计数据至今不够统一和完整，很难针对实际情况提出科学的政策措施。二是缺乏关键技术支撑和政策支持。国家对于铁尾矿等二次资源的综合利用技术上投入和支持力度不够，企业又缺少投资关键技术的动力和资金，使得国内尤其是二三线城市铁尾矿综合利用的工艺技术和装备水平相对较低。三是标准体系不健全。我国对矿山企业关于铁尾矿等大宗工业固体废弃物的安全堆存和处置有相关的法律要求，但铁尾矿综合利用的国家标准基本处于空白状态，从而抑制了尾矿综合利用产业的健康有序的发展。特别导致了尾矿产品在市场上认可度低，产品应用受到限制，很难大规模的应用和推广。四是产业发展不平衡。近些年，在我国北京、上海、江苏等发达地区铁尾矿综合利用情况较好，并已经形成了一些成熟的技术，却难以推广到铁尾矿等固废产量多的偏远地区，使得大量堆存的固体废弃物难以制备成高附加值的产品。再者随着铁矿石开采品位不断下降和选矿技术的进步，使得未来几年铁尾矿总产生量会越来越大，预计到年我国尾矿产生量将超过亿吨，累积堆存将超过亿吨。全国尾矿综合利用率将达到利用总量将超过亿吨。以尾矿综合利用现状和产生量不断攀升为背景，未来几年我国将攻克一批具有前瞻性的尾矿综合利用重大共性关键技术，推广一批先进成熟技术，在尾矿综合利用重点领域建成一批示范项目。如：铁尾矿中回收有价金属元素，包括对银钛磁铁矿型尾矿中残余钒、钛、铁及其他有价金属元素高效分离回收；生物技术综合回收有色多金属矿尾矿中有价元素和贵金属；尾矿中黄铁矿及其他单矿物高效分选与高值利用等技术进行推广；高铁难选铁尾矿高效联选和深度还原再选中试技术，解决矿物表面作用、硅酸铁还原以及物料与耐火材料粘连等技术；尾矿生产超耐久性高强混凝土技术，釆用“微磨球效应”和“粒级与活性的双重协同优化效应”对原材料进行级配优化和粗细尾矿高效分级，制备成超耐久型大跨度桥梁预制件、超高强度铁路轨枕、地铁盾构片、管桩及大孔洞的人工鱼礁等产品。 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究粉煤灰在混凝土中的研究现状粉煤灰的形成及性质粉煤灰是燃煤电厂或其它燃煤设备排放的废弃物，我国燃煤电厂的主力炉型是煤粉炉，占全部火力发电量的以上。煤粉炉中粉煤灰的产生过程是：煤粉在炉膛中呈悬浮状态燃烧，燃煤中的绝大部分可燃物都能在炉内烧尽，而煤粉中的不燃物（主要为灰粉）大量混杂在高温烟气中。这些不燃物因受到的高温作用而部分溶融，由于表面张力的作用，形成大量细小的球形溶滴，在锅炉尾部引风机的抽风作用下，含有大量灰粉的烟气流向炉底。随着烟气温度的降低，一部分溶滴受到一定程度的极冷呈玻璃体状态，具有较高的潜在活性。在引风机将烟气排入大气之前，上述这些细小的球形颗粒，经过除尘器收集，即为粉煤灰。粉煤灰按氧化韩含量可以分为低丐粉煤灰和高韩粉煤灰两种，其中低韩粉煤灰含有招桂玻璃体，活性通常低于高韩粉煤灰中的韩银桂酸盐玻璃体气低韩粉煤灰中主要晶体矿物为石英、莫来石（、桂线石、赤铁矿和磁铁矿，这些矿物并不具备任何的火山灰活性或者火山灰活性很低。高韩粉煤灰中主要晶体矿物为石英、锅酸三、硫锅酸韩、硬石膏、游离氧化韩、方镁石和碱性硫酸盐。除了石英和方镁石外，其他的晶体矿物均具有较高的活性。粉煤灰之所以能够改善混凝土的诸多性能，主要是因为粉煤灰具有形态效应、填充效应和火山灰活性。其中粉煤灰的形态效应可以产生减水势能。这是因为粉煤灰颗粒中绝大多数为玻璃微珠，是一种表面光滑的球形颗粒，这些玻璃微珠起到类似滚珠轴承作用，减少混凝土单位用水量，从而减少因多余水份在混凝土硬化后形成的大直径孔隙。同时在保证混凝土强度的前提下，减少水泥用量，也可以降低混凝土的绝热温升和混凝土中温度裂缝发生的概率，使得混凝土更加致密，。粉煤灰的微骨料填充效应，可产生致密势能，从而减少硬化混凝土的有害孔的比例，有效提高混凝土的致密性；化学作用产生的水化产物起到骨架作用，提高粘结强度，从而提高混凝土的抗裂性能。另外其火山灰效应能产生反应势能，可以提高混凝土的后期强度。 北京科技大学博士学位论文粉煤灰在混凝土中的应用我国燃煤电厂粉煤灰产量相对较大主要是由于燃煤含灰量高和单位发电量煤耗高。年我国粉煤灰产生量达到亿吨，综合利用量为亿吨，利用率为。至年，我国粉煤灰产生量达到亿吨，综合利用量为亿吨，利用率为。总体来说，随着国家对粉煤灰综合利用的不断重视，粉煤灰的综合利用量也在逐年增大，尤其是在东部经济发达地区，粉煤灰供不应求，除了当年产生的粉煤灰利用外，历年堆存粉煤灰也在利用，在十一五期间，我国粉煤灰综合利用率保持了较高的水平，甚至超过了美国和日本關。合理地推广和应用粉煤灰不仅能节约土地和能源，而且能保护和治理环境。我国粉煤灰综合利用的途径主要有建材制品、化工领域、农业方面和环境保护等方面。粉煤灰作为一种人工火山灰质材料，在混凝土中作为掺和料，可以改善性能，诸如硬化水平、强度和干燥收缩性能等另外可以节约水泥，从而提高工程质量和降低成本。有报道指出，当粉煤灰掺入量为时，其降低水泥泥衆干燥收缩率的效果较好，与波特兰水泥泥装相比，粉煤灰泥衆的干燥收缩率下降，。掺杂粉煤灰还可以降低混凝土的重量，降低混凝土的热传导性，随着粉煤灰掺入量的不断增加，硬化混凝土架体的热传导能力也随之下降另外使用劣等粉煤灰作为高强度粉煤灰质混凝土的接合剂（矿物添加剂，可以提高混凝土的机械性能和耐久性，从而为劣等粉煤灰的使用提供了有效途径鲁丽华等人针对二级粉煤灰对混凝土力学性能及耐久性影响进行了研究，通过对水胶比为，二级粉煤灰掺量分别为、、的种混凝土抗压强度发展规律的试验研究，验证了在混凝土中掺入粉煤灰不仅可以改善混凝土的和易性、泌水性和耐久性，而且还会影响混凝土的抗压强度。随着粉煤灰掺量的增加，粉煤灰混凝土抗压强度与普通混凝土抗压强度相比下降程度越来越大。当粉煤灰掺量为时，其对混凝土强度发展影响较小，从到时，掺有粉煤灰的混凝土抗压强度接近或者大于普通混凝土抗压强度，说明二级粉煤灰掺量存在一个合理范围，另外混凝土中掺入适量粉煤灰，对混凝土性能有很好的改善作用。黄晓晖等人通过系统的室内和工程实践试验，掌握了粉煤灰在潮汕地区地基基础工程中实际应用的数据，为该地区推广利用粉煤灰提供设计依据。试验表明，根据配制的强度等级不同，粉煤灰混凝土既可以用于粉煤灰水泥 利密云尾矿废心制备高性能混凝土的基础研究碎石桩复合地基处理，也可应用于一般桩基工程。应用粉煤灰混凝土比用普通混凝土可节省水泥，采用水泥粉煤灰碎石桩复合地基时，一般情况下和普通桩基相比可节约工程造价。国标上将粉煤灰划分为三个等级，其中一级和二级粉煤灰在混凝土中已得到广泛应用，而三级灰，即低品质粉煤灰，由于其颗粒粗、含碳量大、活性低等缺点使其在混凝土中的应用受到限制。孔亚宁等人对粉煤灰的碱性、硫酸盐和氯盐改性的机理作了分析，并简要论述了目前低品质粉煤灰在混凝土中的主要应用形式，可作为掺合料和细骨料等。常健等人通过对矿渔粉高掺与粉煤灰复合对商品混凝土性能与强度的影响进行了试验与分析。结果表明，矿渔粉的高掺与粉煤灰复合配制商品混凝土可以发挥优势互补效应，使混凝土的性能得到进一步改善，并且成本更为经济。邢世海等人对超掺粉煤灰混凝土在大体积混凝土中的应用进行了研究，探讨了超掺粉煤灰混凝土的配制措施，超掺粉煤灰混凝土应用后期强度值为混凝土抗压强度值，并得出超掺粉煤灰混凝土在大体积混凝土工程中应用的施工技术措施。范锦忠介绍了烧结机法和机械化立窜法生产的粉煤灰陶粒配制混凝土的主要性能和应用概况，主要性能为密度小而相应强度高、隔热保温性能好、耐火性能优、抗渗性能好、抗冻性能优、耐烛性能强、抗冲击性能优、抗震性能好和弹性模量低，但水泥用量稍多；应用概况为陶粒混凝土及其制品建筑工程、桥梁工程、预应力钢筋陶粒混凝土电奸、耐热陶粒混凝土工程和粉煤灰陶粒地下工程等。粉煤灰在混凝土中的应用越来越广泛，但现行的规范一般限制掺量不超过，由于混凝土抗氯离子渗透能力并不好，但当粉煤灰的掺量超过以后，混凝土的抗氯离子的渗透能力逐步增强，掺量达到时，氯离子扩散系数降到，其他性能也随之提高，使之成为高性能混凝土。随着粉煤灰掺量的提高，也增加了对工业废渣利用，对减少固体废弃物的排放、保护环境有积极作用，同时还降低混凝土的成本。尹健等人采用较少的水泥，磨细粉煤灰掺量以上，配制出高工作性，抗压强度以上的高性能混凝土。试验结果表明，高性能复合磨细粉煤灰混凝土具有高流态、低丹落度损失、高弹模、低千缩、高耐久性等特点。该混凝土在大型坡度屋面板混凝土工程中成功应用。提出了该混凝土有关性能间关系的经验公式，可供工程推广应用、设计、质量控制等参考。刘跃伟等人以普通品质的粉煤灰，在水泥用量小于，粉煤灰掺量为°以上的情况下，配制出天强度达以上，且工作性能好，耐久性高的高性能混凝土，并在华南沿海某港口工程中进行了现场应用。 北京科技大学博士学位论文马少军等人通过试验研究了桂粉、粉煤灰、外加剂等因素对混凝土强度、工作性能、耐久性等的影响，采取桂粉和粉煤灰双掺技术成功配制某工程高性能混凝土，确定了最优参数。结果表明，桂粉掺量为，粉煤灰掺量为，高效减水剂用量为，普通减水剂（为时，混凝土抗压强度平均值为，标准差为，离差系数为，保证率为，满足了抗渗、抗冻、抗冲磨、良好的和易性及流动性等一系列高性能要求。严寒地区自然环境条件恶劣，铺筑传统的普通道面混凝土施工难度大，易出现塑性收缩裂纹，以及后期使用中易出现冻胀脱皮、开裂断板、表面磨损等耐久性破坏现象。赵红昌等人通过掺加粉煤灰和引气减水剂等配制适用于严寒地区的高性能道面混凝土。结果表明，与传统的普通道面混凝土相比，粉煤灰和引气减水剂复合的高性能道面混凝土匀质性好，施工方便，抗折强度、抗冻性、抗渗性和耐磨性等均有显著提高，适合在严寒地区机场道面工程中推广应用。陈晓友等人对单掺不同比例二级粉煤灰、不同比例级矿粉和按不同比例双掺两种掺合料进行对比试验，以新拌混凝土的工作性（和易性、坊落度、流动度、讲落度损失、凝结时间等、混凝土的物理力学性能及耐久性综合评价混凝土。结果表明，单掺粉煤灰混凝土早期强度低，单掺矿瘡粉混凝土粘度大，易离析，易泌水。而按粉煤灰和矿渣粉掺加拌制混凝土，混凝土工作性、物理力学性能、耐久性均较好，优于两种单掺混凝土。大掺量粉煤灰混凝土作为一种经济的绿色高性能混凝土，在工程建设中逐步得到广泛应用。混凝土的抗渗，抗冻性能是评价混凝土结构耐久性的重要指标。王鹏等人结合实际工程，研究了大掺量粉煤灰混凝土的抗渗及抗冻性能，对其作用机理进行了分析，试验结果表明，当粉煤灰掺量为时，大掺量粉煤灰混凝土的抗渗及抗冻性能最优，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的抗压强度早期下降幅度较大，后期强度增长较快，在工程建设中大量的应用粉煤灰混凝土仍可满足实际工程需要，降低工程造价，节约资源。谢宇阐述了三级配大掺量高性能粉煤灰混凝土在某引水水库的下琐体面板堆石坝工程中的应用。该三级配高性能混凝土是在保证混凝土强度耐久性的前提下，为降低工程造价，采用一级粉煤灰作为胶凝材料等量替代普通硅酸盐水泥，通过试验优选出一级粉煤灰掺量为的高性能混凝土。由于采用科学合理的施工方法，使得工程质量检测达到优良标准。何泽民等人以超细粉煤灰在高速公路特大桥大体积菜送混凝土结构中的应用为例，对超细粉煤灰高性能大体积混凝土的应用效果进行了测试和 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究评价。试验结果表明超细粉煤灰在该项目工程中取得了很好的应用效果和经济效益。绿色高性能混凝土的研究进展绿色高性能混凝土的概念年美国专家首先提出高性能混凝土（的概念，得到了世界各国专家的认可，从此各研究机构对高性能混凝土开展了大量的科研工作。我国吴中伟院士认为高性能混凝土是在大幅度提高常规混凝土性能基础上采用现代混凝土技术，选用优质原材料，除水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的活性细掺料和高效减水剂的一种新型高技术混凝土。高强度、高工作性和高耐久性成为高性能混凝土的三大特点。目前清华大学冯乃谦教授对于高性能浪凝土提出了新主张，研究成果在实际工程中得到了应用。高性能混凝土主要包括：超高强混凝土，绿色高性能混凝土，机敏型高性能混凝土和普通混凝土的高性能化。其中绿色高性能混凝土是混凝土的发展方向之一，更是混凝土的未来绿色高性能混凝土（是指从生产制造使用到废弃的整个周期中，最大限度地减少资源和能源的消耗，最有效地保护环境，是可以进行清洁生产和使用的，并且可再回收循环利用的高质量高性能的绿色建筑材料其中绿色的涵义，可以表现在节约资源、能源；不破换环境，并应更有利于环境；可持续发展，既满足当代人的需求，又不危及后代人满足其需要的能力。综合绿色和高性能两层含义得出绿色高性能混凝土就是要釆用先进的现代化混凝土技术，在妥善的质量管理条件下，从胶凝材料和骨料两个方面入手，尽量减少使用天然资源和能源，增加使用工业废弃物和城市垃圾制成具有优良耐久性、工作性和经济适用性的混凝土。正如吴中伟院士说未来传统混凝土应该是向着绿色高新能混凝土方向发展和推广。绿色高性能混凝土的特点绿色高性能混凝土能大量降低能耗，更多地掺加以工业废澄为主的掺合料，替代熟料，改善环境，减少二次污染，能更大的发挥高性能混凝土的优势，尽量减少水泥与混凝土的用量，达到节约资源、能源与改善环境的目的。绿色高性能混凝土具有下列特征 北京科技大学博士学位论文更多地节约水泥熟料，减少环境污染众所周知，生产水泥会排放大量的粉尘和气体，对温室效应推波助澜。据统计，生产吨的水泥熟料将排放约吨的气体，年我国的水泥产量约亿吨，是导致我国环境污染指数增长的不可忽视的原因之一，另外最近备受关注的接连打破纪录、雾霾天气频现的现象也越来越引起民众和政府对空气治理的重视，而水泥工业是产生工业粉尘较为严重的行业之一，因此发展新型工艺制备水泥熟料并且减少水泥熟料的用量成为目前关注的热点。水泥基材料作为最主要的建筑结构材料，需求量巨大，如果以大量工业废渣作为活性混合材（如：磨细高炉水萍矿濱、优质粉煤灰和桂灰等）代替水泥熟料，或者将它们复合成绿色高性能混凝土胶凝材料的主要组分，将大大减少的排放，节约能源能耗因此改进水泥品种和生产工艺，生产与环境相容的低能耗水泥基材料，大力发展绿色高性能混凝土是建材行业的发展方向。更多地掺加以工业废澄为主的矿物掺合料据统计，年我国高炉水洋矿渔年产亿吨，粉煤灰年产亿吨，其中优质粉煤灰大量应用于高性能混凝土。国内外众多研究结果也表明，更多的掺加以工业废渣为主的活性掺合料对提髙混凝土性能、改善环境、节约土地与石灰石资源和能源，效果十分明显同时，砂石加工业产生的大量石屑和石粉经粉磨加工成的超细粉具有良好的表面性能，今后可能成为混凝土矿物掺合料的新品种，为我国发展与推广绿色高性能混凝土提供了有利条件。更大地发挥高性能优势，减少水泥和混凝土的用量目前高性能混凝土已经成功应用在高层建筑与大跨度桥梁中，主要是利用其高强的特点，可以减少截面，降低自重，节省模板和工时，减少材料生产与运输能耗，达到减少水泥与混凝土用量的目的，从而在根本上减少对环境造成的负担，产生可观的经济效益具有比传统混凝土更好的力学与耐久性能混凝土具有优异的强度和耐久性是实际工程重点关注的方面之一，如果其耐久性不够，将会是未来沉重的负担，因此提高混凝土的耐久性越发重要。据报道发达国家每年用于建筑维修方面的费用已超过新建建筑的费用，我国目前也已进入大规模修补或者更换已建混凝土结构的时期。如果混凝土提前出现劣化不仅会产生巨量的建筑垃圾，而且需要大量的混凝土原材料进行修建，是一种极大的浪费，与可持续发展路线相悼。正如唐明述院士所说：提高基础设施的耐久性就是节能减排与保护生态环境。国外学者研究表明，高 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究性能混凝土比普通混凝土具有更好的耐久性，可以延长混凝土使用年限，从另一个角度节约了资源、能源、人力等，有利于环境友好型资源节约型社会的建设。利用再生骨料，节约资源生产混凝土中需要大量的砂石作为骨料，一方面砂石料供应比较紧张尤其是一线大城市，另一方面城镇化建设产生了巨量的建筑垃圾，据报道全球每年要产生亿吨的建筑和拆除废弃物。以此为背景，如果能对预处理后的建筑垃圾综合利用，可以解决大量堆存的建筑垃圾占用土地，垃圾围城的难题，又可以节约天然资源。因此再生骨料二次资源的利用对实现混凝土的绿色化具有较大的推动作用。具有与自然环境的协调性传统混凝土材料的密实性使各类混凝土结构缺乏透气性和透水性，调节空气温度和湿度的能力差。目前城市表面以上的面积被建筑物和混凝土路面覆盖，产生所谓的“热岛现象”。雨水长期不能渗入地下，造成城市地下水位下降，影响地表植物生生长，城区绿色面积减少，生态系统失调。因此，生态型混凝土、透水混凝土、植被混凝土将是绿色高性能混凝土另一个重要的方向。绿色高性能混凝土的研究现状由于近些年工业化、城市化进程加快，使得混凝土成为实际工程中最大宗的结构材料，并且使用量巨大，据统计我国每年混凝土用量达亿左右，使得建材行业存在着资源乏，能源高消耗，碳排放量大和污染环境等问题，此种发展模式如果继续发展，将使我国能源、资源和环境不堪重负，不利于社会和经济的循环发展，因此绿色高性能混凝土的研究和应用迫在眉睫。从国际绿色高性能混凝土发展趋势来看，目前我国绿色高性能混凝土主要应用在三个方面：（高性能长寿命混凝土，由于绿色高性能混凝土具有较好的耐久性能和服役寿命，被广泛用于大型水利、桥梁、盾构片、码头、核电站、地下工程等基础设施建设。（大掺量工业废渣混凝土和再生骨料混凝土，其性能已基本满足普通民用和工业建筑的要求，广泛用于住宅、厂房等建筑物。（环保型混凝土，此种混凝土优势较多，应用也较广。如：北京科技大学刘佳等人利用粉煤灰和铁尾矿制备出无粗骨料的高强混凝土，混凝土的抗压强度为，抗折强度为，固体废 北京科技大学博士学位论文弃物掺量达。此研究主要利用粉煤灰比磨细铁尾矿具有更好的火山灰活性，在前述研究成果的基础上用粉煤灰取代磨细铁尾矿，可以解决粉磨能耗过高和养护条件比较荀刻等问题，并且能在常温养护条件下低成本制备出天抗压强度达到以上的高强混凝土刘佳等人以粉煤灰、铁尾矿和废石为主要原料制备出标准养护条件下抗压强度达的全尾砂废石骨料混凝土，此种混凝土全部以铁尾矿和废石为骨料，其固体废弃物掺量达到。如果利用粉煤灰、矿渣、尾矿和废石等固体废弃物为主要原料开发出以上的绿色高性能混凝土，则可以制备轨枕、桥梁和盾构片等混凝土预制件，不仅可以进一步提高固体废弃物的消纳比例，使混凝土生产的碳足迹渐少，提高产品附加值，还能为重大工程提供更多高性能的基础材料郑永超等人采用机械力化学方法对铁尾矿进行活化，釆用粒度分析、射线衍射和扫描电镜等分析机械力化学效应对尾矿活性的影响，以铁尾矿为主要原料制备出抗压强度达，尾矿总掺量达的尾矿高强结构材料°于淼等人利用鞍钢齐大山铁尾矿制备出了铁尾矿含量达人工鱼礁混凝土，此种铁尾矿基人工鱼礁混凝土标准养护条件下天抗压强度达在海水浸泡过程中的浸出液值与海水接近，具有良好的海洋适应性。在海洋和陆地都具有良好的生态效应。黄晓燕等人为了在综合利用固体废弃物的同时减少煅烧石灰所带来的排放，釆用铜尾矿矿渣水泥熟料风积砂原料体系制备加气混凝土，以富興、镁的铜尾矿和矿渣代替传统加气混凝土所需的石灰。具体研究了各原料组份对加气混凝土物理力学性能的影响，得到级铜尾矿加气混凝土的优化配合比为：铜尾矿、矿澄、风积砂、水泥熟料、石膏的质量分数分别为、、、、。所制备的级蒸压加气混凝土的绝干密度为，抗压强度为，达到了《蒸压加气混凝土砲块》（规定的、级加气混凝土合格品的要求。祝丽萍等人选取了级和级两种粉煤灰，以石灰和脱硫石膏为激发剂制备的胶凝材料完全取代传统的胶结剂水泥，以胶砂比为，水胶比为左右制备的粉煤灰全尾砂充填料在±下养护，强度可达，在±下养护强度可达，满足一般矿山对充填料的要求。根据料衆质量分数和坊落度关系曲线，得到了该材料制备成的可栗送膏体质量分数范围为。此实验采用物理激发和化学激发提高粉煤灰的活性后完全取代昂贵的水泥作为胶结剂，同时加入大量的尾矿作为骨料以制备 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究粉煤灰全尾砂矿山充填料，这在大量使用工业固体废物尾矿和粉煤灰以降低成本的同时，还能提高充填材料的强度，扩大其应用范围。伏程红等人通过优化配比组分粒级设计和使用外加剂，制备出一种高掺量矿渔粉煤灰且使用水泥熟料较少的矿澄粉煤灰基高性能混凝土专用胶凝材料。研究了物料粉磨方式、石膏掺量、矿澄与粉煤灰的掺量及比例对复合高性能胶凝材料体系强度的影响，阐明了复合胶凝材料活性与级配协同优化效应。复合胶凝材料胶砂水胶比为时具有较好的流动度，胶砂试块养护抗压强度可以达到，抗折强度达到，并具有良好的抗硫酸盐侵蚀性能和良好的抗碳化性能⑷。绿色高性能混凝土具有调节生态平衡、美化环境景观、实现人类与自然的协调具有积极的作用，在解决地球环境问题、转变人类发展观念，改善人居环境、净化水污染以及废物利用等方面，比普通混凝土具有非常优越的条件，研究和开发绿色高性能混凝土具有很大的现实意义。绿色高性能混凝土正向着智能化、规模化、理论化、体系化和集成化方向发展。 北京科技大学博士学位论文研究思路及研究方法研究思路为了开发大宗工业固废资源化利用的新途径，满足社会对绿色、高性能、高耐久性建筑材料的需求以及推动混凝土行业的可持续发展，本文致力于将大宗工业固体废弃物作为主要原材料制备绿色高性能混凝土的研究。所使用的工业固体废弃物主要包括铁尾矿、废石、粉煤灰、高炉水粹矿渔以及脱硫石膏。主要研究内容包括铁尾矿细骨料混凝土的制备、全尾矿废石骨料高性能混凝土的制备、极细铁尾矿粉作为混凝土掺合料以及密云尾矿中主要桂酸盐单矿物的标准养护反应过程。该研究内容在提高尾矿废石等大宗工业固废总利用率的同时，还推动建筑领域的可持续发展，降低其他相关行业对环境造成的负面影响，减少混凝土生产的碳足迹、提高产品附加值，实现工业生态系统良性循环，为重大工程提供更多性能优异的基础材料，有利于整个混凝土行业的可持续发展。本文以传统的“活性粉末混凝土”和“高性能混凝土”为基础，依据“粒级与活性双重协同优化”和“最紧密堆积”原理，对工业固体废弃物进行系统性的研究，对其组成和微观结构进行优化，开发出具有高强度、高耐久性的绿色高性能混凝土。研究工作主要从以下几个方面展开：对主要原材料进行物理性质和化学性质的研究。主要原材料包括铁尾矿（极细铁尾矿粉、铁尾矿砂、废石、高炉水萍矿渣、粉煤灰、脱硫石膏、水泥熟料，分别对其进行化学成分、矿物组成、粒度分布以及微观形貌等进行分析与观察，充分了解原材料的性质，为后续有针对性的综合利用工业固废制备高性能混凝土奠定基础。主要原材料作为混凝土胶凝材料的研究。对作为胶凝材料的原材料，即粉煤灰、高炉水萍矿澄、脱硫石膏、水泥熟料、极细铁尾矿粉，分别进行粉磨特性的研究，依据“微磨球效应”和“机械粉磨激活”原理，研究各原材料的粒度分布对掺合料活性的影响，确定各物料配比以及磨矿工艺，以求达到“粒级与活性的双重协同优化”。铁尾矿细骨料混凝土的研究。在前期试验的基础上，依托活性粉末混凝土的技术原理，仅以铁尾矿为骨料制备高尾矿掺量的铁尾矿细骨料混凝土，试验研究胶凝材料细度、配合比、胶骨比、水胶比、高效减水剂用量和养护方式等影响因素对铁尾矿细骨料混凝土力学性能的影响，对细骨料混凝 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究土的制备工艺进行优化，制备出大比例掺加铁尾矿的能耗低、养护条件简单的高强度细骨料混凝土。全尾矿废石骨料高性能混凝土的研究。以（的研究结果为基础，依据绿色高性能混凝土技术原理和紧密堆积原理，利用磨细后的粉煤灰、高炉水萍矿澄、水泥熟料和脱硫石膏作为胶凝材料，以铁尾矿砂为细骨料，废石为粗骨料制备全尾矿废石骨料混凝土，试验研究粉煤灰掺量、单方胶凝材料用量、细骨料种类、砂率、水胶比、高效减水剂用量和养护制度等因素对全尾矿废石骨料混凝土力学性能和耐久性能的影响，并利用多种测试手段分析全尾矿废石骨料混凝土的水化硬化机理和微观结构变化规律，最终制备出可以大比例综合利用工业固废的高性能混凝土，此种高性能混凝土可以用来生产铁路轨枕、大跨度桥梁、地铁險道盾构管片和大孔洞率人工鱼礁等髙附加值混凝土预制件产品，在减少固废存量、解决技术难题和提高产品附加值等方面都有所贡献。极细铁尾矿粉作为混凝土掺合料的研究。在（所制备出的全尾矿废石骨料混凝土的基础上，采用极细铁尾矿粉作为混凝土的掺合料，以实现铁尾矿的精细化利用。主要研究极细铁尾矿粉粉磨时间对比表面积和粒度分布的影响；极细铁尾矿粉的细度对胶砂试块力学性能的影响；极细铁尾矿粉作为矿物掺合料的配合比对混凝土力学性能的影响；极细铁尾矿粉高性能混凝土的水化机理分析和微观形貌观察。密云尾矿中主要矿物的单矿物标准养护反应过程研究。为了验证铁尾矿粉作为矿物掺合料的物理化学填充作用，以及铁尾矿中不同矿物组分的反应活性，对密云铁尾矿中主要的单矿物在标准养护条件下的反应过程进行研究，选取铁尾矿中组分含量较高的矿物，即石英、钠长石、拉长石、绿泥石和黑云母五种单矿物作为研究对象，研究它们在相同的条件下，不同龄期内的反应活性，并以胶砂试块的强度作为评定标准，再结合射线衍射、扫描电镜（和能谱分析（测试手段对水化产物进行物相分析及微观形貌的观察，从而得出铁尾矿可作为活性矿物掺合料的依据及其反应机理。根据论文的研究思路，制定课题的技术路线，示意图如所示： ?北京科技大学博士学位论文粉煤灰水碎商炉矿沧水泥熟料脱硫石膏极细铁尾矿丨化‘性机械粉磨激活原理丨粒级与活性的丨！—丨细骨料土惨合巧粗骨料‘——“细度模数！铁尾矿废石—压碎指标丨蹄分‘—「丨铁尾矿细骨料混凝上全尾矿废石骨料高性能混凝土极细铁尾矿作高性能泥凝上掺“「反水骨微应力化耐料观过的，学机久界形程标性理性貌研准能研能结观究养究构察护图利用密云尾矿废石制备高性能混凝土基础研究的技术路线图试验方法原料预处理将粉煤灰、高炉水萍矿渣、水泥熟料、脱硫石膏、铁尾矿和废石等试验原料供干至含水率小于备用。并用方孔蹄对粗骨料废石进行蹄分，选取粒度范围在之间的废石作为混凝土粗骨料。使用球磨机对极细铁尾矿粉、粉煤灰、高炉水萍矿渣、水泥熟料和脱硫石膏等制备胶凝材料的原材料进行二次梯级混磨。粉磨方式二段梯级混磨：首先将原状的高炉水洋矿瘡单独预磨，再将上述磨细后的矿渣粉与原状水泥熟料和脱硫石膏按的比例粉磨。将以上梯级混磨制得的物料（比表面积左右）与单独粉磨后的粉煤灰（比表面积左右）按比例混合装入密封袋备用。 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究细度模数的测定铁尾矿按其粒度大小大致分为四个种类，由于细骨料对于铁尾矿有一定的粒度要求，所以首先要对四种粒度的铁尾矿进行细度模数的测定，细度模数测定由筛分试验来完成，而蹄分试验步骤如下：筛除四种铁尾矿试样中大于的颗粒后，将其放入烘箱在（±°的温度条件下进行烘干。准备试验套筛，套蹄由七只相同蹄框直径不同蹄网孔径的方孔蹄组成，七只试验蹄的蹄孔孔径分别为、、、、和套蹄还包括底盘和盖子各一只，并且蹄框直径为。称取供干后的铁尾矿细骨料试样，倒入按孔径从上到下依次减小的组合套蹄（附蹄底）上，手动蹄分约。然后再按照蹄孔由大至小的顺序逐个手蹄，直至每分钟蹄出量不超过试样总量的时为止。称取套蹄中各蹄蹄余试样和底盘中试样的质量，所有各蹄的分计筛余量和底盘中的剩余量之和与蹄分前的试样总量（相比，相差不得超过。分计蹄余百分率是各号蹄的蹄余量与试样总量之比；累计蹄余百分率是该号蹄的分计蹄余百分率加上该号蹄以上各分计蹄余百分率之和。试块的制备静楽试块的制备：将胶凝材料各物料充分混匀后，采用水泥静梁搅拌机，并按照国家标准《水泥标准调度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行胶凝材料的制备以及标准稠度用水量和凝结时间测定，搅拌后绕注到尺寸为的试模中，振动成型。细骨料混凝土试块的制备：将各物料充分混匀后，采用水泥砂聚搅拌机，并按照国家标准《水泥胶砂强度检验方法（法》中水泥胶砂的拌制规定进行搅拌，其中砂子采用标准砂或者尾矿砂，搅拌后绕注在尺寸为的试模中，振动成型。废石粗骨料混凝土试块的制备：釆用单卧轴强制式混凝土搅拌机，按照《混凝土强度检验评定标准》中的规定将胶凝材料、细骨料铁尾矿砂和粗骨料废石进行搅拌，潘注在尺寸为的试模中，振动成型。养护方式标准养护：试件在制备完成后拆模，放入标准养护箱中养护，温度 北京科技大学博士学位论文为±°，相对湿度不低于至规定龄期测试试件的强度。水中养护：试件在制备完成后拆模，浸入水中养护，水温为±°，至规定龄期测试试件的强度。蒸汽养护：试件在制备完成后拆模，放入°蒸养箱中养护，然后继续放入标准养护箱中养护，至规定龄期测试试件的强度。室温湿养护：试件在制备完成后拆模，放置在室温条件下，温度在°之间，用保湿性较好的毛巾或者麻袋覆盖，洒水养护，至规定龄期测试试件的强度。测试方法静架试块和细骨料混凝土试块参照《水泥胶砂强度检验方法（法》进行强度检测。混凝土试块参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行强度检测。试验设备试验所用主要仪器和设备如下：电热鼓风干燥箱，由重庆四达试验仪器有限公司生产；试验磨，磨机容量磨桶转速，由浙江上虞市道墟栋林化验仪器厂生产；球磨机，功率为，由江苏南京桑力电子设备厂生产；变频行星式球磨机，磨机容量，由江苏南京南大天尊电子有限公司生产；电子天平，精确到量程由上海市恒平科学仪器有限公司生产；型勃氏透气比表面积仪，由江苏无锡市锡仪建材仪器厂生产；水泥净架搅拌机，由沈阳市北方检测仪器厂生产；砂装挽拌机，由浙江德东电机股份有限公司生产；单卧轴强制式混凝土搅拌机，由上海东星建材试验设备有限公司生产；水泥标准稠度测定仪（维卡仪；型水泥胶砂流动度测定仪，由河北沧州路达建筑仪器厂生产；标准塌落度桶，上口直径，下口直径，桶高用以测量混凝土流动性。 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究型水泥胶砂振实台，由江苏无锡市建筑材料仪器试验室生产；型标准恒温恒湿养护箱，温度控制±，湿度±由天津市路达建筑仪器有限公司生产；数显压力试验机，最大负荷，由吉林长春市第一材料试验厂生产；热活性微量热仪；系列高性能全自动压萊仪，；射线衍射仪，由日本玛河科学仪器公司生产；扫描电子显微镜，由日本公司生产。试验测试手段试验所用的主要测试手段如下：化学全分析试验原料由中国地质大学化学分析室进行分析，主要利用分光光度法、容量法和滴定法测定待测样品的化学组分。激光粒度分析试验样品利用日本生产的型激光粒度分析仪测试，其测试范围为，颗粒样品分散介质为无水乙醇。激光粒度分析仪式采用激光衍射技术测量粒度，当激光束穿过分散的颗粒样品时，通过测量散射光的强度来完成粒度测量，然后数据用于分析计算形成该散射光谱图的颗粒粒度分布。压碎指标检验由国家建筑材料测试中心检验，分别根据标准《建筑用砂》和《建筑用碎石、卵石》，检验铁尾矿细骨料样品的单级最大压碎指标和和废石粗骨料样品的压碎指标。射线衍射分析（试验样品利用日本理学粉晶射线衍射仪进行测试分析，该射线衍射仪参数为：，工作电压，电流，扫描速度度分，扫描范围度度，步长度。用于鉴定原材料及反应生成物的矿物成分及结晶度。它的原理是在射线的作用下，待测样品内部原子的射线散射波相互叠加干涉而产生衍射波，对这种衍射波进行记录形成衍射图谱，不同的衍射图谱对应其特定的物质和晶体结构，从而得到材 北京科技大学博士学位论文料成分和原子结构等信息。扫描电子显微镜分析（试验样品利用德国卡尔蔡司公司生产的电镜进行观察，型号为加速电压为。扫描电子显微镜是利用电子和物质的相互作用，来获取被测样品的物理、化学性质信息，如表观形貌和元素组成，再通过能谱分析，可以鉴定物相组成等。热重差示扫描量热分析（试验样品利用德国生产的差热分析仪（进行测试，其加热速率为°测试温度范围为°°加热气氛为氩气。热重分析（是测量待测样品的质量与温度变化关系的一种热分析技术，用来研究材料的热稳定性和组份。差示扫描量热法（是指在程序控制温度下，测量输给待测样品盒参比样的功率差与温度关系的一种热分析技术，可以进行定性，定量分析，对物质进行鉴定。射线光电子能谱（试验样品利用公司的型射线光电子能谱仪进行测试。分析时的基础真空约为。结合能用烧基碳或污染碳的峰（校正。主要应用是测定电子的结合能来实现对表面元素的定性分析，包括价态。待测样品受光照射后内部电子吸收光能而脱离待测物表面形成光电子，通过对光电子能量的分析可了解待测物组成。红外光谱分析（试验样品利用型傅里叶红外光谱仪（，分辨率为。工作条件：湿度，温度°，频率，电压。红外光谱法是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法。在有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当。所以，用红外光照射有机物分子时，分子中的化学键或官能团可发生振动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱上将处于不同位置，从而可获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。参照标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿澄粉》《用于水泥中的粒化高炉矿澄》 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究《通用桂酸盐水泥》《通用桂酸盐水泥检验标准》《矿渣桂酸盐水泥、火山灰桂酸盐水泥及粉煤灰桂酸盐水泥》《水泥化学分析方法》《水泥比表面积测定方法》《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》《水泥胶砂强度检验方法（法》《水泥胶砂流动度测定方法》《建筑用砂》《建筑用碎石、卵石》《普通混凝土配合比设计规程》《混凝土强度检验评定标准》《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》《通用桂酸盐水泥》 北京科技大学博士学位论文铁尾矿细骨料混凝土的研究制备铁尾矿细骨料混凝土的技术是近几年幵发的可以大比例、高附加值利用铁尾矿的一项新技术。郑永超等利用首钢密云铁尾矿制备出蒸汽养护条件下抗压强度为的高强结构材料，但是该材料需要经过对铁尾矿的超细粉磨和对混凝土试件的高温养护才能表现出优异的性能。由于粉煤灰比磨细铁尾矿具有更好的火山灰活性，在前述研究成果的基础上用粉煤灰取代磨细铁尾矿，可以解决粉磨能耗过高和养护条件相对苟刻的难题，并且能够实现常温养护条件下制备出天抗压强度达到以上的低成本高强混凝土。本试验采用细度模数为的铁尾矿砂作为细骨料，粉煤灰和矿渣粉作为矿物掺合料，制备出的铁尾矿细骨料混凝土比传统普通混凝土省水泥熟料用量以上，同时铁尾矿掺量达到。此种细骨料混凝土材料既可以减少能源消耗，降低排放，又能够大比例消纳巨量堆存的铁尾矿，同时还能够提高产品附加值，从而产生较好的经济效益。本章通过试验研究粉煤灰细度、粉煤灰与矿渔配合比、细骨料铁尾矿砂的掺量、高效减水剂用量以及水胶比等制备工艺参数对铁尾矿细骨料混凝土力学性能的影响，并对细骨料混凝土的微观形貌进行观察，使进一步大宗利用铁尾矿、因地制宜利用粉煤灰并开发出高性能高附加值的混凝土预制件成为可能。制备铁尾矿细骨料混凝土的原料分析制备铁尾矿细骨料混凝土所用的主要原料包括粉煤灰、高炉水萍矿渣、脱硫石膏、水泥熟料和高效减水剂，以及铁尾矿砂。铁尾矿铁尾矿的矿物组成和化学成分分析试验所用的铁尾矿砂为北京密云巨各庄铁矿尾矿砂，北京地区铁矿主要以古老变质岩中沉积变质型铁矿为主。铁尾矿砂是将铁矿石破碎磨细，选取有用成分后排放的暂时无法利用的部分。图为铁尾矿砂试样的谱图，从图中可以看出，铁尾矿砂主要矿物组成以石英为主，含少量的角闪石、斜长石、云母、绿泥石和磁铁矿。密云铁尾矿化学成分如表所示，从表中可以看出，铁矿尾矿化学成分中 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究含量近主要以石英的形式存在，属于高桂型铁尾矿。并通过半定量分析，可知铁尾矿中主要矿物的质量百分含量分别为：石英绿泥石，斜长石，云母，微斜长石，闪石。角闪石斜长石云母绿泥石磁铁矿§°图铁尾矿的谱图表铁尾矿主要化学成分（化学成分烧失量百分含量铁尾矿的细度模数分析细骨料的粗细程度是影响新拌混凝土工作性能的重要因素，因此根据《建筑用砂》对密云铁矿提供的不同颗粒级配的铁尾矿进行筛分，以确定其细度模数。试验选用密云铁矿矿山提供的不同粒度的三种原状铁尾矿，并将其分别命名为铁尾矿、铁尾矿和铁尾矿另外将一定比例的铁尾矿和铁尾矿混合配制成铁尾矿。其中配制的铁尾矿由质量分数为的铁尾矿和的铁尾矿充分混合均勾得到。为了测定作为细骨料的四种铁尾矿的细度模数，根据节中细度模数的试验方法进行筛分试验，蹄分铁尾矿的粒级分布试验结果如表所示，累计筛余百分率试验结果如表所示。根据铁尾矿蹄分试验得出的累积蹄余百分率结果，结合细度模数公式： 北京科技大学博士学位论文乂式式中—细度模数；式中、、、、、分别为、、、和筛的累计蹄余百分率。根据细度模数的计算公式，计算四种铁尾矿样品的细度模数，得出铁尾矿细度模数为、铁尾矿细度模数为、铁尾矿细度模数为，铁尾矿细度模数，由此可以看出铁尾矿平均粒径在以上，属于粗砂；铁尾矿平均粒径在之间，属于中砂；铁尾矿平均粒径之间，属于细砂；铁尾矿平均粒径在以下，属于极细砂。表铁尾矿筛分试验结果铁尾矿铁尾矿観矿铁尾矿表铁尾矿累计筛余百分率试验结果粒径铁尾矿铁尾矿铁尾矿铁尾矿制备铁尾矿细骨料混凝土选用铁尾矿作为细骨料，细度模数为平均粒径之间，属于细砂。其他原料粉煤灰：试验所用的粉煤灰为华能北京热电厂粉煤灰，含水量质量百分数，图为粉煤灰试样的谱图，可以看出粉煤灰所含矿物组成包括莫来石、石英、硬石膏和，并从为°°区间的强烈“凸包”背景值和各衍射峰较大的半峰宽，可以看出该粉煤灰中含有大量的非晶相，而且结晶相含量很少，其中硬石膏和可能是烟气脱硫过 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究程的混入物。华能热电厂粉煤灰化学成分如表所示。图是粉煤灰的照片，从图中可以看出，粉煤灰的形貌多为粒径大小不等的玻璃球珠。表粉煤灰主要化学成分（化学成分；烧失量百分含—莫来石■〒石英硬石膏‘‘‘‘—‘°图粉煤灰的谱图图粉煤灰的照片参照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》对粉煤灰进行需水量比的测定，试验按规定进行搅拌，搜拌后的试验混凝土按测定流动度。当流动度在范围内时，记录此时的 北京科技大学博士学位论文加水量；当流动度小于或大于时，重新调整加水量，直至流动度达到范围内。最后测定结果表明此试验用粉煤灰属于级粉煤灰。高炉水萍矿渣：试验所用矿澄为北京首钢高炉水萍矿澄，平均粒级在之间。高炉水萍矿渣是高炉炼铁过程中排出的废渣，由铁矿石的尾矿、焦炭的燃烧物、石灰石以及其他必须添加材料形成，在水萍冷却之前是一种溶融物质，存在于溶炉底部的铁水之上。溶融状态的矿渣经过排渣口排出进行水淬急冷，所得到的矿渔为玻璃质材料，称为水浮矿澄，具有潜在的水硬性，粉磨成矿渣粉，具有较好的水化活性，可用于水泥混合材和混凝土掺合料当中。图为高炉水浮矿渣试样的谱图，从图中可以看出矿澄的结晶度很低，没有明显的结晶峰，基本上呈玻璃态。谱图上略有显示的结晶相为令丐黄长石（。耗黄长石：：‘‘‘‘°图矿遣的谱图高炉水萍矿澄的化学成分如表所示。按照其化学成分中的活性组分和非活性组分的含量，采用质量系数对矿渣活性进行评价。其中式中、、、、和分别是相应氧化物的质量百分数，其反应了矿澄中活性组分与非活性组分之间的比例，为合格品，为优等品，值越大，说明矿澄的活性越高。由表可以计算出首钢高炉水萍矿澄，属于高活性矿澄。 利用密云尾矿废彳制备高性能泡凝土的基础研究表高炉水淳矿造主要化学成分（化学成分烧失鬚：百分含水泥熟料：试验所用水泥熟料为河北唐山冀东水泥厂生产，平均粒级在之间，碱含量低于，属于低碱水泥熟料，从而可以有效预防混凝土中碱集料反应。水泥熟料是由石灰石和粘土等原料按一定的比例进行粉磨，再般烧成部分馆融状态下的块状物质，具有较强的水化活性。图为水泥熟料试样的谱图，从图中可以看出水泥熟料的矿物组成主要为娃酸三丐（、娃酸二丐（、锅酸三妈和铁锅酸四妈水泥熟料的化学成分如表所示，其主要化学成分包括、和少量的和。■—娃酸三°一娃酸二弼■—酸三弼卩口一铁锅酸四丐■丨营‘丨口，減：丨°图水泥熟料的谱图表水泥熟料主要化学成分（化学成分；烧失量百分含—脱硫石膏：试验所用石膏为北京石景山热电厂脱硫石膏，其化学成分如表所示，其与天然石膏化学成分、矿物组成和凝结时间基本相同，主要区别于二者的原始粒度不同。脱硫石膏是电厂选用石灰石石膏湿法工艺对燃煤烟气进行脱硫过程中 北京科技大学博士学位论文的产物。图为脱硫石膏的谱图，由图可以看出其主要矿物组成为二水硫酸韩及其他少量杂质。经过烘干后的脱硫石膏还含有少量的半水石膏（此种半水石膏加水而成的石膏架水化硬化后又会生成二水石膏。☆§☆营☆°图脱硫石裔的谱图表脱硫石裔主要化学成分（化学成分百分含量—高效减水剂：试验用外加剂为粉末状的型聚幾酸高效减水剂，由北京慕湖外加剂有限公司生产。该减水剂适用于大掺合料混凝土中，可以改善工作性能，降低水化放热速率和提高混凝土耐久性。在混凝土中的掺量推荐用量为胶凝材料的质量百分数。铁尾矿细骨料混凝土的制备工艺优化研究粉煤灰细度对铁尾矿细骨料混凝土强度的影响为了进一步考察矿物掺合料中粉煤灰细度对铁尾矿细骨料混凝土力学性能的影响，在配合比不变的情况下优化细骨料混凝土制备工艺，从而提高力学性能。由于抗压强度是检验混凝土的最重要的指标之一，在参数优化中选取的优化配比，均是以对抗压强度和生产成本的影响两方面考虑。 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究试验选用二次梯级混磨的方式制备胶凝材料，首先将原状的矿澄预磨再将上述磨细后的矿渣粉与原状水泥熟料和脱硫石膏按比例粉磨。将以上梯级混磨的物料（比表面积左右）与不同细度的粉煤灰混合装入密封袋备用。改变胶凝材料中粉煤灰的细度，其他试验条件不变，选用细度模数为的铁尾矿砂作为细骨料，不使用粗骨料，进行混凝土试验，胶骨比定为。试验配合比列于表，按表分别配制了、、和四组混凝土，测试、、和四组混凝土的流动度，以及在标准养护条件下的、、混凝土试块的抗折强度和抗压强度。试块成型、养护与强度测试按照节中所示的试验方法进行。图和图分别是粉煤灰细度对铁尾矿骨料混凝土抗折强度和抗压强度的影响曲线。表粉煤灰细度对铁尾矿细骨料混凝土强度影响的试验配合比（编铁尾胶凝材料胶骨水胶减水流动度号矿粉煤矿熟石比比剂（細》灰渣料膏：：；注：减水剂的用量为胶凝材料的———————▲一一一。：‘‘粉煤灰比表面积（图粉煤灰细度对铁尾矿细骨料混凝土抗折强度的影响 北京科技大学博士学位论文从图和图可以看出，随着粉煤灰比表面积的增大，混凝土试块各龄期的抗折强度和抗压强度逐渐增大。当粉煤灰经过粉磨后比表面积达左右时，即编号为的高强混凝土材料抗压强度达到比未经粉磨的原状粉煤灰制备出的编号为的高强混凝土抗压强度高了而当粉煤灰经过粉磨后比表面积达到左右时，即编号为的高强混凝土材料抗压强度仅比粉煤灰比表面积为左右的组高强混凝土高了。由此可见，作为高强混凝土掺合料的经过粉磨的超细粉煤灰可以充分发挥粉煤灰的火山灰活性和物理填充作用，降低菜体中的孔隙率，使结构致密从而提高力学性能。但是粉磨后的粉煤灰达到一定比表面积后，继续提高其细度增大其比表面积对制备出的高强混凝土试块力学性能的提升影响减弱，因此综合粉磨能耗和成本等因素，后续试验过程中釆用粉煤灰的比表面积为左右，此时制备得到的高强混凝土材料在龄期为时抗折强度为，抗压强度为。一▲八森、恶一―一一一一―‘‘粉煤灰比表面积图粉煤灰细度对铁尾矿细骨料混凝土抗压强度的影响粉煤灰和矿遣配合比对铁尾矿细骨料混凝土强度的影响粉煤灰掺量对铁尾矿细骨料混凝土的力学性能具有重要的影响，因此本节试验通过改变粉煤灰和矿渣的配合比进行混凝土试验，试验中选用二次梯级混磨的方式制备胶凝材料，首先将原状的矿渣预磨，再将上述磨细后的矿渣粉与原状水泥熟料和脱硫石膏按比例粉磨。将以上梯级混磨 利用密云尾矿废制备高性能泡凝土的基础研究的物料（比表面积左右）与粉煤灰（比表面积为左右）混合装入密封袋备用。具体试验方法见节。表粉煤灰掺量对铁尾矿细骨料混凝土强度影响试验配合比（胶凝材料编铁尾胶骨水胶减水流动号矿粉煤矿熟七水比比剂度灰渣料有泥：：：：：：注：减水剂的用量为胶凝材料的。试验配合比列于表，按表分别配制了、、、、、和七组混凝土，测试、、、、、和七组混凝土的流动度，以及在标准养护条件下的、、混凝土试块的抗折强度和抗压强度。试块成型、养护与强度测试参照节中提到的试验方法进行。□岡个劣丨粉煤灰掺量（％图粉煤灰惨量对铁尾矿细骨料混凝土抗折强度的影响；；；；；； 北京科技大学博士学位论文□物丨：歡邊粉煤灰掺图粉煤灰掺量对铁尾矿细骨料混凝土抗压强度旳影响；；；；；；图和图给出了粉煤灰掺量对铁尾矿细骨料混凝土抗折强度和抗伍强度的影响。从图和可以看出，随着粉煤灰掺量的增加和矿渣掺量的减少，高强混凝土材料的抗折强度和抗压强度均逐渐降低，掺加粉煤灰的混凝土试件的强度均低于水泥混凝土。当粉煤灰掺量为总质量的，矿澄掺量为总质量的时，抗折强度为，抗压强度为。其龄期时的抗压强度比编号为的混凝土强度低了比普通水泥混凝土低了，其中组混凝土为没有掺加粉煤灰而只有一种矿澄粉作为掺合料的高强混凝土。当粉煤灰掺量超过总质量的后，各龄期抗折强度和抗压强度下降明显，各混凝土试块抗压强度均低于。由此可见在粉煤灰和矿渣粉的比例变化条件下，随着粉煤灰掺量的增大和矿渔粉掺量的减少，制备出的混凝土强度有所降低，并且在粉煤灰掺量超过时，这种强度降低的趋势更为明显。这是因为掺加粉煤灰混凝土的强度增长主要取决于粉煤灰的火山灰效应，随着粉煤灰掺量的增加，二次水化反应活性减慢，粉煤灰中玻璃态的活性氧化娃、氧化与水泥装中的作用生成碱度较小的二次水化娃酸韩、水化锅酸妈的速度减慢，水化产物数量减少，使得混凝土的力学性能随之下降；另一方面由于粉煤灰的早期水化活性不如超细矿澄粉的早期水化活性高，在水化龄期为天的水化前期阶段，相当一部分的粉煤灰还未有水化完全，因此水化产物相对较少，导致了 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究强度降低。另外未掺有粉煤灰而只掺入矿澄粉作为掺合料的高强混凝土的抗折强度和抗压强度均高于普通水泥混凝土相同龄期的抗折和抗压强度，可能是因为超细粉磨的矿粉活性很高，已经接近水泥熟料的活性，并且填充了水泥颗粒间的空隙，与水泥水化生成的发生二次水化反应，产生更多的硅酸妈凝胶等水化产物，产生了更高的强度。因此，混凝土优化的配比为选择铁尾矿掺量，粉煤灰掺量矿澄掺量，熟料掺量，石膏掺量。铁尾矿掺量对铁尾矿细骨料混凝土强度的影响为了能够在细骨料混凝土中尽可能多的利用铁尾矿，根据前期的试验结果，试验中选用二次梯级混磨的方式制备胶凝材料，首先将原状的矿澄预磨再将上述磨细后的矿渣粉与原状水泥熟料和脱硫石膏按比例粉磨。将以上梯级混磨的物料（比表面积左右）与粉煤灰（比表面积为左右）混合装入密封袋备用。选定胶凝材料中粉煤灰：矿澄：熟料：石膏的配料比例为：：，改变作为细骨料的铁尾矿的惨量，进行单因素试验，考察铁尾矿掺加量对铁尾矿细骨料混凝土力学性能的影响，找到综合各因素考虑下的最优铁尾矿掺量。表铁尾矿渗量对铁尾矿细骨料混凝土强度影响试验配合比（胶凝材料高效减水剂丄士，编号铁尾矿粉煤灰確熟料水胶比注：减水剂的用量占胶凝材料质量的。试验配合比列于表，按表分别配制了、和三组混凝土，测试、和三组混凝土在标准养护条件下的、、混凝土试块的抗折强度和抗压强度。试块成型、养护与强度测试按照节中所示的试验方法进行。图和图所示分别为铁尾矿掺入量对铁尾矿细骨料混凝土抗折强度和抗压强度影响的柱状图。从图中可以看出，随着铁尾矿掺量的增加，铁尾矿细骨料混凝土试件在各龄期的抗折强度和抗压强度呈下降趋势。当铁尾矿掺量达到时，下降尤为显著，并且其龄期的抗压强度低于龄期的抗压强度。这是因为铁尾矿本身没有活性，其作为骨料需要较多的衆体填充和包裹，铁尾矿掺量的 北京科技人学博士学位论文增大使得胶凝材料用量相对减少，从而导致水化产物减少，影响混凝土强度。□■—养护龄期（图铁尾矿掺量对铁尾矿细骨料混凝土抗折强度的影响；；。。一一■國一參养龄期（图铁尾矿掺量对铁尾矿细骨料混凝土抗压强度的影响；；另一方面由图和图可以看出，铁尾矿细骨料混凝土的龄期强度仍然有较大幅度的增长，这可能是由于水化相对较慢的粉煤灰填充在混凝土胶凝材料、骨料的界面，持续进行水化反应生成水化产物，使混凝土更加密实，有效提高了铁尾矿细骨料混凝土的后期强度。铁尾矿细骨料混凝 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究土的龄期强度和龄期强度均随着铁尾矿掺量的增加而降低，而其中铁尾矿掺量为和时，试样强度相差不大，但铁尾矿掺量达到时，强度下降相当明显。因此根据试验强度结果以及大比例利用铁尾矿的原则等多方面因素综合考虑，最终选定较优的铁尾矿掺量占铁尾矿和胶凝材料总质量的，此时标准养护条件下制备出的铁尾矿细骨料混凝土试件龄期抗折强度为抗压强度为。高效减水剂用量对铁尾矿细骨料混凝土强度的影响高效减水剂是混凝土中最为重要的外加剂之一，其主要作用是改变物料颗粒在水中的表面性质，使得物料与水充分接触，减少水分的团聚，也就从另外一个方面减少了用水量，降低了硬化装体的孔隙率，有利于混凝土强度的提高。由于试验制备的铁尾矿细骨料混凝土中有相当含量的矿物掺合料，对于此种类型的胶凝材料，减水剂的作用尤为明显。因此设计试验研究高效减水剂用量对于铁尾矿细骨料混凝土力学性能的影响，试验中选用二次梯级混磨的方式制备胶凝材料，首先将原状的矿渣预磨再将上述磨细后的矿澄粉与原状水泥熟料和脱硫石膏按一定的比例粉磨。将以上梯级混磨的物料（比表面积左右）与粉煤灰（比表面积为左右）混合装入密封袋备用。铁尾矿惨量占铁尾矿和胶凝材料总质量的，通过试验考察较优的高效减水剂用量。试验配比如表所示。试验结果如图和图所示。表高效减水剂用量对铁尾矿细骨料混凝土强度影响试验配合比（编号铁尾矿謹石膏高效减水剂水胶比流动度（注：减水剂的用量为胶凝材料的百分比。按表分别配制了、、和四组混凝土，依据国家标准测试、、和四组混凝土的流动度，以及标准养护条件下的、、各龄期混凝土试块的抗折强度和抗压强度。试块成型、养护与强度测试按照节中所示的试验方法进行。 北京科技大学博士学位论文—卜▲一、—■—高效减水剂掺量图高效减水剂用量对铁尾矿细骨料混凝土抗折强度的影晌——▲▲一。—一一咱■舊田、。：、‘‘■高效减水剂掺量（％图高效减水剂用量对铁尾矿细骨料混凝土抗压强度的影响图和图分别为高效减水剂用量对铁尾矿细骨料混凝土试块抗折强度和抗压强度的影响曲线。由图可以看出，随着高效减水剂用量的增加，混凝土试块的各龄期抗折强度和抗压强度均呈现出先增高后降低的趋势，且当高效减水剂用量为胶凝材料用量的时，力学性能达到最优。在含粉煤灰的铁尾矿细骨料混凝土中，合适的高效减水剂用量能更好的分散水化楽体、破坏水化菜体中的凝聚结构，使得吸附水减少、游离水增多，提高水化 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究装体的流动性，进而提升混凝土的工作性能。因此根据试验选定最优的高效减水剂用量为，此时标准养护条件下试件天抗折强度达到、抗压强度达到。水胶比对铁尾矿细骨料混凝土强度的影响混凝土的主要组成包括胶凝材料、骨料、水和外加剂，其中水的用量是影响混凝土力学性能、工作性能和耐久性能的关键因素之一，而用水量的多少一般以用水量与胶凝材料用量的比值表示，称为水胶比。接下来设计试验，研究水胶比对铁尾矿细骨料混凝土力学性能的影响。试验中选用二次梯级混磨的方式制备胶凝材料，首先将原状的矿渣预磨，再将上述磨细后的矿渣粉与原状水泥熟料和脱硫石膏按比例粉磨。将以上梯级混磨的物料（比表面积左右）与粉煤灰（比表面积为左右）混合装入密封袋备用。在物料配比和高效减水剂掺量一定的条件下，进行混凝土试验，考察此条件下较优的水胶比。试验配比如表所示。试验结果如图和图所示。表水胶比对铁尾矿细骨料混凝土强度影响试验配合比（编号铁尾矿罾水胶比“流动度‘饮用知粉煤灰矿渣熟料石膏（％不収注：减水剂的用量为胶凝材料的。按表分别配制了、、和四组混凝土，测试、、和四组混凝土的流动度，以及在标准养护条件下的、、混凝土试块的抗折强度和抗压强度。试块成型、养护与强度测试按照节中所示的试验方法进行。图和图为水胶比对细骨料混凝土抗折强度和抗压强度的影响曲线，可以看出随着水胶比的增大，混凝土试块各龄期的抗折强度和抗压强度均呈现先升高后降低的趋势，并且当水胶比为时试件力学性能最优。在含粉煤灰的铁尾矿细骨料混凝土材料试验中，水胶比小于时水量过少，没有足够多的水来包裹或者润湿胶凝材料和骨料的表面，造成新拌混凝土流动性差，不容易搞震密实，大量气泡较难排出，导致硬化楽体缺陷增多密实度降低，从而最终影响混凝土试块强度。当水胶比高于时水量过大，混 北京科技大学博士学位论文凝土凝结硬化后，硬化衆体内部的多余水分残留在试块中形成水泡，或者水分蒸发后形成气孔，并且这种水泡和气孔的尺寸属于对强度影响非常大的多害孔和有害孔，这些孔洞大大降低了混凝土的密实度和抗荷载能力，从而影响试块的力学性能。因此通过试验得出当水胶比为条件最优，制备出的含粉煤灰铁尾矿细骨料混凝土材料强度最高，此时在标准养护条件下铁尾矿细骨料混凝土试件龄期的抗折强度为、抗压强度为。—“—▲—‘‘‘水胶比图水胶比对铁尾矿细骨料混凝土抗折强度的影响——▲▲虐。層。：界■‘■—一‘‘‘水胶比图‘水胶比对细骨料混凝土抗压强度的影响 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究养护方式对铁尾矿细骨料混凝土强度的影响胶凝材料中掺入大量的粉煤灰和矿渣粉等矿物掺合料，这些掺合料水化速率与水泥熟料中的桂酸三韩等矿物相比水化速率要慢，会使得混凝土早期水化速率减缓、水化放热降低，更适合在构筑大体积混凝土结构的情况下使用，如果施工对象对水化速率要求较高，需要赶施工进度或者提高早期强度，那么则可以通过其它的养护方式来提高混凝土早期的力学性能。为满足不同情况对混凝土早期强度要求，设计养护方式试验来考察养护方式对铁尾矿细骨料混凝土力学性能的影响。试验中选用二次梯级混磨的方式制备胶凝材料，首先将原状的矿渣预磨再将上述磨细后的矿渣粉与原状水泥熟料和脱硫石膏按比例粉磨。将以上梯级混磨的物料（比表面积左右）与粉煤灰（比表面积为左右）混合装入密封袋备用。试验配比如表所示，按表分别配制了、和三组混凝土，测试、和三组混凝土在不同养护条件下的、、混凝土试块的抗折强度和抗压强度。试块成型、养护与强度测试按照节中所示的试验方法进行。试验结果如图和图所示。表养护方式对铁尾矿细骨料混凝土强度影响试验配合比（养护方“胶凝材料减水剂式粉煤灰矿渔熟料石膏（％水养蒸养注：减水剂的用量为胶凝材料的从图中可以看出，不同的养护方式中，各龄期混凝土试块的抗折强度和抗压强度均随着龄期的增长而增大，没有出现强度倒缩的现象；标准养护和水养条件下，试块各龄期的抗折强度和抗压强度相差不大；蒸养条件下，混凝土试块的早期强度均高于标准养护和水中养护条件下的试块，并且龄期时的抗压强度也要比标准养护条件下和水中养护条件下的试块强度稍高。但是可以明显看出蒸养条件下的试块龄期到龄期的强度增长幅度不大，这是由于蒸汽养护条件下，加速了水化反应，在相同的水化令期内产生更多的水化产物，使得早期的力学性能有所提高，但是由于可供水化的物料含量相同，所以随着龄期的增长蒸养条件下的试块强度增长幅度有限。混凝土试块在标准养护条件下抗压强度达在水中养护条件下 北京科技大学博士学位论文抗压强度达。在蒸汽养护条件下，混凝土试块的抗压强度达到比标准养护和水中养护高了和，抗压强度达到后期强度增长相对缓慢。」口廿國标养水养蒸养养护方式图养护方式对铁尾矿细骨料混凝土抗折强度的影响國。。：■广。“例：丨标养水养蒸养养护方式图养护方式对铁尾矿细骨料混凝土抗压强度的影响铁尾矿细骨料混凝土水化产物分析铁尾矿细骨料混凝土中可供水化的主要物料为水泥熟料、矿蜜粉和粉煤 利密云尾矿废制条高性能泡凝土的基础研究灰等具有水化活性的原料，并且以上原料水化产物主要包括凝胶、品体、耗矶石等水合物。而根据不同的配比和不同的制备工艺条件，这些水化产物的形态和数量有所不同。图是铁尾矿质量分数，粉煤灰质量分数，矿澄质量分数，水泥熟料质量分数脱硫石膏质量分数高效减水剂质量分数，水胶比配合制成的胶砂试块，在标准条件养护下、和的图。图为硬化楽体在龄期为时的图。由图可以看出，该试块孔洞内部长满了针状的韩矶石晶体，说明已经进行了一定程度的水化反应。另有表面相对光滑粒度较大的铁尾矿微粒与球形粉煤灰玻璃体被埋嵌在水化产物中。图为的局部放大图，可以看出大量针状的丐巩石晶体之间相互搭接，有利于试块在早期获得一定的强度结构。議；：憂；禱眶图细铁尾矿骨料混凝土的照片图为硬化装体在龄期为时的图。由图可以看出大量丐巩 北京科技大学博士学位论文石晶体进一步增长、互相交错，穿插在凝胶类物质之间，铁尾矿微粒和部分未反应的粉煤灰微球包裹镶嵌在团絮状的凝胶体中，大颗粒间的空隙减少，体系结构的密实度进一步提高。图为的局部放大图。由图可以推断，棒状韩巩石晶体的增长与团状凝胶物质的生成提高了试块强度。图为硬化裝体在龄期为时的图。由图可以看出部分粉煤灰微球镶嵌在胶凝硬化体系中，试块表面结构比较致密，使得试块具有较好的力学性能。图为的局部放大图。由图可以看出，随着水化时间的延长，越来越多的絮状凝胶体填充在针棒状晶体与未参加水化反应的细颗粒之间，减少了体系的孔隙率，形成较为致密的结构，从而提高了材料的力学性能。小结随着粉煤灰细度的增大，铁尾矿细骨料混凝土的强度随之增长，但粉煤灰达到一定细度以后，其对铁尾矿细骨料混凝土的增强效应表现不再明显。这是由于超细粉煤灰可以充分发挥其微骨料填充效应，降低装体中的孔隙率，使结构致密，从而提高其力学性能。在粉煤灰和矿渣粉总量不变的情况下，随着粉煤灰掺量的增大和矿渣粉掺量的减少，制备出的混凝土强度有所降低，并且在粉煤灰掺量超过时，这种强度降低的趋势更为明显。以铁尾矿砂为细骨料制备出铁尾矿细骨料混凝土，在标准养护条件下抗压强度达到，固废（铁尾矿、粉煤灰、矿渣、石膏）利用率达到。釆用二次梯级混磨工艺制备胶凝材料（比表面积为左右），细骨料混凝土最优配合比为：铁尾矿质量分数粉煤灰质量分数，矿渣质量分数，水泥熟料质量分数，脱硫石膏质量分数高效减水剂质量分数为胶凝材料的水胶比。水中养护和标准养护对铁尾矿细骨料混凝土早期抗压强度影响区别较小，而蒸汽养护可以使混凝土的早期强度显著增长；另外水中养护、标准养护和蒸汽养护三种养护方式对铁尾矿细骨料混凝土后期强度影响相差不大，可根据不同的施工要求选择合适的养护方式。铁尾矿细骨料混凝土的早期水化产物主要是韩矶石和凝胶，并且随着水化龄期的延长，矶石类水化产物逐渐增多。興巩石和凝胶对硬化衆体的长期强度做出了贡献。 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究与铁尾矿高强结构材料相比，铁尾矿细骨料混凝土釆用标准养护方式，用粉煤灰取代磨细铁尾矿，解决粉磨能耗过高和养护条件相对苟刻的难题，从而降低制备细骨料混凝土的原料成本及环境负荷。 北京科技大学博士学位论文全尾矿废石骨料高性能混凝土的研究制备全尾矿废石骨料高性能混凝土的原料分析在铁尾矿细骨料混凝土的基础上，加入废石作为粗骨料，减少胶凝材料的用量，制备出全尾矿废石骨料混凝土，在提高铁尾矿和废石等固体废弃物综合利用率的同时，使其具有优异的力学性能及耐久性能。全尾矿废石骨料高性能混凝土使用的主要原料包括细骨料铁尾矿砂、粗骨料废石，以及粉煤灰、水粹高炉矿渣、水泥熟料和脱硫石膏。其中粉煤灰、水萍高炉矿渣、水泥熟料、脱硫石膏和铁尾矿砂均为章用到的原料。细骨料为种不同细度模数的铁尾矿砂。配制全尾矿废石骨料高性能混凝土过程中所用的粗骨料废石取自北京威克冶金有限责任公司的密云地区采场剥离废石。该公司于年与密云公路局所属石料加工厂合作建成了一条年产万无级石料生产线，至今已生产使用了近万矿山废石；经市建筑材料质量监督站检测，利用该厂矿山废石生产的砂石料，完全符合国家建材质量标准要求。为了进一步探究废石的基本性质，除了对其进行化学全分析和以外，还进行了筛分、压碎指标和显微镜分析等测试。废石的矿物组成分析废石的主要化学成分分析废石的主要化学成分如表，可以看出的含量较高，达到。表废石主要化学成分（化学成分；烧失量百分含量废石的矿物组成分析混凝土在水化硬化后，胶凝材料和粗骨料的交界面为高性能混凝土产生高强度的关键，同时废石本身的物理化学组成和矿物组成对发生水化反应的混凝土结构来说也十分重要，因此利用显微镜分析和分析等测试方法对废石进行物相研究。通过半定量分析，可知废石中主要矿物的质量百分含量分别为：石英，绿泥石，斜长石，云母微斜长 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究石，闪石。并选取六块相对典型的废石试样，标号为、、、、、分别进行显微镜分析和分析。圓方解石石英黑云母长石绢云母图废石试样的正交偏光显微镜图片★一绿泥石长石：※一方解石斜长石：蛇纹石■◎一磁铁矿；图废石试样的图谱图为废石试样的显微镜下的照片。从图中可以看出，废石试样中主要含有石英、黑云母、长石、方解石、绢云母等矿物。图为废石试样的分析图谱，从图中可以看出，废石试样中主要含有石英、绿泥石、钠长石、方解石、微斜长石、蛇纹石，还有少量磁铁矿。从图和图可以看出，废石试样中主要成分为石英、方解石、长石、绿泥石、娟云母、黑云母、蛇纹石等。 北京科技大学博士学位论文國■疆辉布斜长石石英微斜长石磁铁矿黑云母正长石黄铁矿图废石试样的显微镜图片（，正交偏光；反光）★淡★肩纳长石▲微斜长石拍辉石◎磁铁矿黑云母一正长石如★°◎★图废石试样的图谱图为废石试样的显微镜下的照片。从图可以看出，废石试样中主要含有辉石、斜长石、石英、微斜长石、黑云母、正长石、磁铁矿等，还 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究含有少量黄铁矿等矿物。图为废石试样的分析图谱，从图中可以看出，废石试样的主要成分有石英、钠长石、微斜长石、辉石、黑云母、正长石、磁铁矿。从图和图可以看出，废石试样中主要含有辉石、石英、微斜长石、黑云母、正长石、斜长石、钠长石，还含有少量磁铁矿、极少黄铁矿。绢云母图废石试样的正交偏光显微镜图片‘★—英；长石▲一微斜长石云母一正长石：◎磁铁矿二※一方解吞知、★。图废石试样的图谱图为废石试样的显微镜下的照片。从图中可以看出，废石试样主要是长石、石英的斑晶，长石表面蚀变为绢云母，基质为长英质矿物，裂隙为方解石。图为废石试样的分析图谱，从图中可以看出，废石 北京科技大学博士学位论文试样的主要成分有石英、钠长石、微斜长石、娟云母、正长石、磁铁矿、方解石。从图和图可以看出，废石试样中主要含有石英、钠长石、微斜长石、正长石，表面烛变为绢云母，裂隙为方解石，还含有少量磁铁矿。石英黑云母磁铁矿正长石绿帘石图废石试样的正交偏光显微镜图片★★英—长石角闪石—正长石符石：卜■绿泥石：▲—微斜长石■：；系图废石试样的图谱图为废石试样的显微镜下的照片。从图中可以看出，废石试样中主要含有石英、黑云母、磁铁矿、正长石、绿帘石等矿物。图为废石试样的分析图谱，从图中可以看出，废石试样的主要成分有石英、钠长石、角闪石、正长石、绿帘石、绿泥石、微斜长石。从图和图可以看出，废石试样中主要含有石英、黑云母、磁铁矿、钠长石、角闪石、 利密云尾矿废七制备高性能混凝土的基础研究正长石、绿帘石、绿泥石、微斜长石等矿物。圓圓铁铅描石石英绿泥石黑云母正长石图废石试样的显微镜图片（单偏光，正交偏光）★★石央长石绿泥石：※一缘帘石一正长石挖石；▲—微斜长石和：该★；图废石试样的图谱图为废石试样的显微镜下的照片。从图中可以看出，废石试样中主要含有铁招植石、石英、绿泥石、黑云母、正长石等矿物。图为废石试样的分析图谱，从图中可以看出，废石试样的主要成分有石英、钠长石、绿泥石、绿帘石、正长石、铁招植石、微斜长石。从图和图可以看出，废石试样中主要含有石英、钠长石、绿泥石、绿帘石、正长石、铁锅棺石、微斜长石、黑云母等矿物。图是废石试样显微镜下的照片。从图中可以看出，废石试样中主要含有石英、黑云母、绿泥石、正长石、磁铁矿等矿物。图为废石试样的分析图谱，从图中可以看出，废石试样的主要成分有石英、 北京科技大学博士学位论文钠长石、绿泥石、角闪石、正长石、黑云母、微斜长石。从图和图可以看出，废石试样中主要含有石英、黑云母、绿泥石、正长石、钠长石、角闪石、微斜长石、磁铁矿等矿物。石英黑云母磁铁矿绿泥石正长石图废石试样的正交偏光显微镜图片★★—英长石—深石※一角闪石正长石云母：▲—微斜长石參；：：图废石试样的图谱石英是无机矿物质，主要成分为二氧化桂常含有少量杂质成分如、、等。黑云母（是云母类矿物中的一种，为娃酸盐矿物，含有，，等元素，成分中的可被—，，代替，而可被丁丨，，代替，较多 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究的可代替。黑云母最常变化为绿泥石，含钛的黑云母常分解形成针状金红石、细粒的钛铁矿、磁铁矿等矿物。长石族是分布最广泛、最重要的一类造岩矿物，是钾、钠、韩和钡的锅桂酸盐。斜长石属于类质同象系列的长石矿物的总称，经常变为娟云母和粘土矿物。钠长石是长石的一种，是常见的长石矿物，为钠的银桂酸盐（。微斜长石（是常见的矿物，产在火山岩中，它属于长石矿物中的一种，为含钾错桂酸盐。正长石常蚀变为高岭石，很少变为绢云母，只有在绢云母化强烈的岩石中正长石才变为绢云母。方解石（主要成分是，三种元素。它是韩质岩石的主要矿物，广泛分布与沉积岩（石灰岩）和变质岩中。销云母（，，是富含招的矿物，成分中含有一定量的杂质，最常见的有，，，，并有少量代替。绿泥石的化学组成可表示为，化学式中主要代表、、和，在某些矿物种（如镍绿泥石、猛绿泥石、锂硼绿泥石等）中还可以是、、、、或主要是和，偶尔可以是或。但通常所称的绿泥石，往往只指其中主要为和的矿物种，即斜绿泥石、鲕绿泥石等。是化学成分相当复杂的铁、镁、锅的层状锅桂酸盐矿物。绿泥石广泛分布于低级变质岩石中，是低级变质的特征变质产物之一。当达到中级变质时，富铁绿泥石不稳定，与云母、石英等矿物经变质反应形成十字石、石榴子石、黑云母等。蛇纹石族矿物为镁质桂酸盐，理想成分是。主要混入元素有，替代、替代，成分中还有少量的和等杂质。辉石（主要含有，，等元素。辉石族矿物的一般化学式可以用表示。其中，，，〗，磁铁矿（为氧化物类矿物磁铁矿的矿石。摩斯硬度为。常产于岩楽岩、变质岩中。绿帘石（在变质岩中分布很广，在低级变质岩中，绿帘石与绿泥石、阳起石、钠长石、方解石等矿物共生。绿帘石也常与蓝闪石、黑硬绿泥石、葡萄石、白云母等共生于蓝片岩中。 北京科技大学博士学位论文角闪石族矿物是火成岩和变质岩的主要造岩矿物之一，是由桂氧四面体组成的双链结构的桂酸盐矿物。普通角闪石为角闪石群矿物中最常见之矿物，化学成分为，，，，。废石的压碎指标分析对密云废石进行蹄分分析，得到其各粒级的百分含量分析结果见表。由表可以看出，废石的粒径大小主要集中在到之间。表废石筛分分析结果，级百分含量混凝土骨料的强度影响着硬化后混凝土的整体强度，不达标的骨料强度容易成为影响混凝土强度的最薄弱环节，因此在利用铁尾矿废石作为混凝土粗骨料之前，应该测试其强度指标即压碎指标。其样品制备方法按照《建筑用碎石、卵石》中碎石的取样要求，将废石风干后蹄除大于以及小于的颗粒，并去除针、片状颗粒，再把废石试样分两层装入圆模内，每装完一层试样后，在底盘下面垫放一直径的圆钢，将桶按住，左右交替颠击地面各下，两层颠实后，平整模内试样表面，盖上压头。将圆模放在压力试验机上，以速度加荷至后卸荷。最后用的蹄子蹄除被压碎的细粒，称出留在蹄子上的试样质量。—按式式中为压碎指标，单位％；为试样的质量，单位为压碎试验后蹄余的试样质量，单位。表废石压碎指标标准要求检验项目—要求试验结果结论类类类碎石压碎指标类根据式压碎指标取三次试验结果的算术平均值，粗骨料废石的压碎指标标准要求如表。由表可以看出，试验用废石粗骨料的压碎指标为属于碎石压碎指标的类。 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究表压碎指标适用范围■类别适用范围宜用于强度等级大于的混凝土类适用于强度等级及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土类宜用于强度等级小于的混凝土和建筑砂浆表为压碎指标的适用范围，由表可以看出，废石粗骨料宜用于强度等级大于的混凝土，因此制备全尾矿废石骨料高性能混凝土，可以使用废石作为混凝土的粗骨料。全尾矿废石骨料高性能混凝土制备工艺研究由前面的试验结果可以知道铁尾矿细骨料混凝土已经具有很高的强度和较好的耐久性，但为了进一步降低成本，并且以更大的比例综合利用矿山废弃物尾矿和废石，下面设计试验釆用铁尾矿为细骨料、废石为粗骨料体系制备全尾矿废石骨料高性能混凝土。在全尾矿废石骨料混凝土制备试验过程中，胶凝材料的粉磨方式选定为两段梯级混磨：在实验室球磨机中，每次给料首先将原状的矿渣预磨，再将上述磨细后的矿渣粉与原状水泥熟料和脱硫石膏按的比例粉磨。将以上梯级混磨的物料（比表面积左右）与粉磨的粉煤灰（比表面积左右）按比例混合装入密封袋备用。选定胶凝材料的配合比为粉煤灰质量分数，高炉矿渣质量分数水泥熟料质量分数脱硫石膏质量分数。由于强度是评价高性能混凝土的一个重要指标，在参数优化中选取的优化配比，均是以对抗压强度和生产成本的影响两方面进行考虑。试验中通过考察胶凝材料用量、粉煤灰和矿澄配合比、铁尾矿种类、砂率、单方用水量和高效减水剂用量各因素对全尾矿废石骨料高性能混凝土的工作性能及力学性能的影响。胶凝材料用量对废石骨料高性能混凝土的影响设计试验考察不同的胶凝材料用量对新拌混凝土的流动性和硬化混凝土抗压强度的影响。分别测试、、、和五组混凝土的流动性，以及在标准养护条件下的、、和混凝土试块的抗压强度。试块成型、养护与抗压强度测试参照节中的试验方法进行。 北京科技大学博士学位论文试验配合比列于表图给出了胶凝材料用量对全尾矿废石骨料高性能混凝土流动性的影响。图给出了胶凝材料用量对全尾矿废石骨料高性能混凝土各龄期抗压强度的影响。表胶凝材料用量对全尾矿废石骨料高性能混凝土的影响试验配合比（编号胶凝材料铁尾矿废石铁尾矿种类砂率减水剂（％水胶比铁尾矿铁尾矿铁尾矿铁尾矿铁尾矿注：减水剂的用量为胶凝材料的。國■度■胶凝材料用量（图胶凝材料用量对新拌混凝土流动度的影响从图可以看出，增加胶凝材料的用量，新拌混凝土的塌落度大幅度增加。当胶凝材料用量为时，新拌混凝土的塌落度达到；胶凝材料用量增加到时，新拌混凝土的塌落度达，增长了；当胶凝材料用量增加到时，新拌混凝土的塌落度为。这是因为在水胶比固定的条件下，增加胶凝材料用量，相应的也增加了用水量，减少了粗细集料的用量，从而增加了搅拌配制过程中水泥衆体的量，因此最终增加了混凝土的流动性。 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究“。。：一一”—一。；——一—■‘‘‘‘胶凝材料用量（〉图胶凝材料用量对试件抗压强度的影响从图可以看出，随着胶凝材料用量的增加，早期和后期硬化混凝土试块的抗压强度也基本呈上升趋势。当胶凝材料用量为时，龄期抗压强度为龄期抗压强度为胶凝材料用量增加到时，龄期抗压强度为龄期抗压强度为与胶凝材料用量为时相比增长了当胶凝材料用量增加到时，龄期抗压强度为龄期抗压强度为。在龄期时，各混凝土试块的抗压强度略有增长，相比龄期可增长左右。但是胶凝材料用量较少时，抗压强度也偏低，可能与新拌混凝土的流动性变差，成型阶段不够密实有关。试验结果表明，当胶凝材料用量为左右时的全尾矿废石骨料绿色高性能混凝土试件的各龄期强度均相对较高，在标准养护条件下混凝土试件龄期抗压强度达到，龄期时抗压强度达到，并且在此种胶凝材料用量的情况下新拌混凝土的流动性符合制备混凝土预制件的要求，因此试验最终选定胶凝材料用量为左右。粉煤灰掺量对全尾矿废石骨料高性能混凝土的影响粉煤灰和矿渣作为细掺合料都具有潜在的水硬性，两者复掺到混凝土中，它们的用量比例对新拌混凝土的流动性和硬化混凝土的强度都具有较大的影响。因此为了研究粉煤灰和矿渣粉这两种矿物掺合料掺加比例对混凝土的影 北京科技大学博士学位论文响，设计试验使得总体胶凝材料用量（、细骨料铁尾矿用量（和粗骨料废石用量（不变，只改变胶凝材料中粉煤灰和矿渣两者掺入比例，配制组编号分别为、、和的全尾矿废石骨料高性能混凝土，为了与水泥混凝土相比较，再配制组水泥混凝土作为对照组。表粉煤灰接量对绿色高性能混凝土的影响试验配比（编号胶凝材料砂率减水剂水胶比為亏粉煤灰矿渔熟料石膏水泥）平（％爪収注：减水剂的用量为胶凝材料的试验配合比列于表，按表分别配制了、、和和五组混凝土，测试、、和和五组混凝土的流动性，以及在标准养护条件下的、、混凝土试块的抗压强度。试块成型、养护与抗压强度测试参照节中的试验方法进行。图显示了粉煤灰掺量对绿色高性能混凝土塌落度的影响。图显示了粉煤灰掺量对废石骨料高性能混凝土各龄期抗压强度的影响。塌落度水泥粉煤灰掺量（图粉煤灰掺量对新拌混凝土流动度的影响 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究从图可以看出，掺入粉煤灰的新拌混凝土塌落度明显高于未掺粉煤灰而只有矿渔粉的新样混凝土和普通水泥新拌混凝土，并且随着粉煤灰掺加比例的提高，新拌混凝土的塌落度有升高的趋势，这是因为粉煤灰中的玻璃态微珠在新拌混凝土装体中起到了类似滚珠的作用，使得装体中物料颗粒之间摩擦力减小，相对流动性增大，表现为新拌混凝土楽体塌落度增大。从图可以看出，混凝土试块的抗压强度随着龄期的延长而增大，随着粉煤灰掺量的增加而减小。但随着龄期的增长，粉煤灰对混凝土强度贡献越来越大。普通水泥混凝土的抗压强度在各龄期均要高于其他掺合料混凝土抗压强度，尤其是早期发展较快，但在后期水泥混凝土抗压强度与掺合料混凝土抗压强度相差较小。■水泥粉煤灰掺量（图粉煤灰掺量对试件抗压强度的影响组硬化混凝土试块在龄期时的抗压强度为，龄期时抗压强度达到龄期时抗压强度达组硬化馄凝土试块在龄期时的抗压强度为，龄期时抗压强度达到，龄期时抗压强度达此时，组水泥混凝土龄期时抗压强度为龄期时抗压强度为。组的早期抗压强度低于组，抗压强度高于组，这是由于体系中粉煤灰的水化活性较低，粉煤灰掺量的增加，使得早期水化反应变慢，水化产物量减少，水化产物颗粒间的连接不够紧密，从而降低混凝土的抗压强度。然而在胶凝材料中适当的掺加粉煤灰对混凝土试块的抗压强度影响不大，反而随着龄期的延长粉煤灰发生二次反应，对后期强度的提高有利。因此，粉煤灰混凝土 北京科技大学博士学位论文尽管早期强度较低，但随着龄期的延长强度增长较大，后期强度较高。试验结果表明，当粉煤灰掺量为时制备的全尾矿废石骨料高性能混凝土试件的早期和后期强度较高，在标准养护条件下混凝土试件抗压强度达到，龄期时抗压强度达到，此时流动性符合制备混凝土预制件的要求，因此试验最终选定粉煤灰掺量为。细骨料对全尾矿废石骨料高性能混凝土强度的影响砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起后的总体粗细程度，通常分为粗砂、中砂、细砂和极细砂。在配制混凝土过程中，砂子过粗，其拌合物的和易性不易控制，内部摩擦大，不易振揭成型；砂子过细，需要增加过多的水泥衆体，从而影响混凝土强度。试验中考察四种细度模数的铁尾矿对新拌混凝土流动度和硬化混凝土试块抗压强度的影响。表细骨料细度模数对全尾矿废石骨料高性能混凝土影响试验配比（编号铁尾矿种类细度模数胶凝材料砂率减胶比铁尾矿铁尾矿铁尾矿铁尾矿注：减水剂的用量为胶凝材料的试验配合比列于表，按表分别配制了、、和四组混凝土，并且测试、、和四组混凝土的流动性，以及在标准养护条件下的、、混凝土试块的抗压强度。试块成型、养护与抗压强度测试参照节中提到的试验方法进行。图显示了细骨料铁尾矿砂的细度模数对全尾矿废石骨料高性能混凝土塌落度的影响。图显示了细骨料铁尾矿砂细度模数对全尾矿废石骨料高性能混凝土各龄期抗压强度的影响。从图可以看出，细骨料铁尾矿砂粗细程度对新拌混凝土的工作性能有很大影响。选用细砂作为细骨料的混凝土在新拌混凝土过程中的塌落度最大，达到选用极细砂作为细骨料的混凝土塌落度最小，为。可能是因为极细砂铁尾矿颗粒棱角较多，表面粗糖，使得混凝土流动性降低；另外需要包裹极细砂颗粒的胶凝材料需求量增加，而在胶凝材料用量一定的情况下，极细砂使得整个混凝土体系流动性降低。因此对于全尾矿废石骨料高性能混凝土来说，细骨料的细度模数过低和过高对新拌混凝土 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究的工作性能来说都不利，只有合适的细骨料细度模数才使得此种混凝土具有较优的工作性能。■塌落度丨涵铁尾矿铁尾矿铁尾矿铁尾矿细度模数不同的铁尾矿图铁尾矿种类对新拌混凝土流动度的影响■—一一—■‘‘‘铁尾矿铁尾矿铁尾矿铁尾矿细度模数不同的铁尾矿图铁尾矿种类对试件抗压强度的影响从图可以看出，随着细骨料铁尾矿细度模数的降低，混凝土试块的早期抗压强度逐渐降低，混凝土试块的后期抗压强度呈现先增高后降低的趋势。在龄期为时，硬化混凝土试块的抗压强度最高的是，达到，其他三组混凝土试块、和抗压强度分别为、和。这可由于不同种类砂子具有不同总比表面积而引起的，在质量相 北京科技大学博士学位论文同的条件下，粗砂总表面积较小，而细砂总表面积较大。混凝土在制备搅拌过程中，砂子的表面需要有楽体包裹，总表面积越大，需要包裹的水泥衆就越多，因此在水泥楽供应量不变的情况下，砂子越粗裝体包裹得越充分，即胶凝材料与骨料的界面缺陷越少，使得混凝土硬化衆体力学性能最薄弱的环节有所加强，就越能够提高混凝土的密实性和强度。在龄期为时，硬化混凝土试块抗压强度最高的是达到，其他三组混凝土试块、和抗压强度分别为、和。这可能是由于砂子的粗细程度和颗粒级配双重作用而引起的。混凝土砂粒之间的空隙主要是由胶凝材料衆体所填充，具有良好级配的砂子作为细骨料，不仅减少胶凝材料的用量，还能够提高混凝土的密实性、强度和耐久性等。试验结果表明，砂子的粒级大小和颗粒级配对混凝土的工作性能和力学性能均有重要的影响，当铁尾矿砂子为细砂时制备的全尾矿废石骨料高性能混凝土试件的强度最髙，在标准养护条件下混凝土试件抗压强度达到此时流动性符合制备混凝土预制件的要求，因此试验最终选定铁尾矿细砂作为全尾矿废石骨料高性能混凝土的细骨料。砂率对全尾矿废石骨料高性能混凝土的影响砂率是砂子质量占全部细骨料和粗骨料总质量的百分数。通过调整砂率，可以改变新拌混凝土的骨料级配，改变骨料间的空隙和表面积，从而影响新拌混凝土的工作性能和硬化后混凝土的力学性能。试验中考察不同的砂率对新拌混凝土的流动性和对硬化混凝土试块的抗压强度的影响。表砂率对全尾矿废石骨料高性能混凝土影响试验比（编号胶凝材料砂率细骨料种类减水剂（％水胶比铁尾矿铁尾矿铁尾矿铁尾矿铁尾矿注：减水剂的用量为胶凝材料的。试验配合比列于表，按表分别配制了、、、和五组混凝土，测试、、、和五组混凝土的流动性，以及在标准养护条件下的、、混凝土试块的抗压强度。试块成型、养护与抗压强度测试参照节中的试验方法进行。图表明砂率对全尾矿废石骨料高 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究性能混凝土塌落度的影响。图表明砂率对全尾矿废石骨料各龄期抗压强度的影响。塌落度砂率（％图砂率对新拌混凝土塌落度的影响—一“商■‘‘‘砂率（％图砂率对试件抗压强度的影响从图可以看出，随着混凝土的砂率的增加，新拌混凝土的塌落度基本呈下降趋势。当砂率为的时候，新拌混凝土塌落度最大，达到当塌落度为时，新拌混凝土塌落度最小，为。这可能是由于水泥楽体质量一定的情况下，砂率过大使混凝土中的砂子量过多，需要更多的水泥聚填充和包裹集料，使得起润滑作用的水泥装体相对减少，所以造成新 北京科技大学博士学位论文拌混凝土的流动性减小。但是砂率过小则使混凝土中的砂子量过少，不能保证有足够的砂衆层包裹在粗集料之间，集料的孔隙率升高，使新拌混凝土的流动性降低。因此确定合理的砂率对于混凝土制备来说至关重要，用水量和胶凝材料用量不变的情况下，合理范围的砂率应该使新梓混凝土获得所需要的流动性，良好的粘聚性和保水性，不会出现离析和流装等现象。从图可以看出，随着混凝土砂率的增加，硬化混凝土试块的抗压强度呈现先增高后降低的趋势。在龄期时，砂率为的硬化混凝土试块抗压强度最高，达到砂率为的混凝土试块抗压强度最低，为。在龄期时，砂率为的硬化混凝土试块抗压强度最高，达到而混凝土试块的抗压强度最低，仅为。可见砂率过小，混凝土用砂量不足，砂衆层不能充分包裹住粗骨料，粗骨料与胶凝材料之间没有能够充分接触，有较大的界面缺陷，使得抗压强度降低。试验结果表明，当砂率为时制备的全尾矿废石骨料高性能混凝土试件的强度最高，在标准养护条件下混凝土试件抗压强度达到，此时流动性符合制备混凝土预制件的要求，因此试验最终选定砂率为。用水量对全尾矿废石骨料高性能混凝土的影响水的用量是影响混凝土强度的重要因素。在考虑满足新祥混凝土流动性要求的情况下，只要保证混凝土试块在成型时能够充分振动密实，其单位立方米混凝土的用水量越低，混凝土硬化后的孔隙率越低，混凝土的强度就越高。因此试验中考察不同的单方用水量对新拌混凝土流动性和对硬化混凝土试块的抗压强度的影响。为方便起见，试验过程中单方用水量由水的用量和胶凝材料的用量之比表示，即为水胶比，由于胶凝材料的单方用量不变，所以水胶比的变化就意味着单方用水量的变化。试验配合比列于表按表分别配制了、、、和五组混凝土，测试、、、和五组混凝土的流动性，以及在标准养护条件下的、、混凝土试块的抗压强度。试块成型、养护与抗压强度测试参照节中提到的试验方法进行。图给出了水胶比对全尾矿废石骨料高性能混凝土流动性的影响。图给出了水胶比对全尾矿废石骨料高性能混凝土各龄期抗压强度的影响。 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究表水胶比对全尾矿废石骨料高性能混凝土影响试验比（编号胶凝材料用量砂率细骨料种类减水剂（％水胶比铁尾矿铁尾矿铁尾矿铁尾矿注：减水剂的用量为胶凝材料的。國塌落度水胶比图水胶比对新拌混凝土流动度的影响由图可以看出，随着水胶比的增大，新拌混凝土的塌落度也逐渐增大。当水胶比为时，塌落度最小，仅为是水胶比为时新拌混凝土塌落度的左右。塌落度最大的是水胶比为时，达到。这是因为在胶凝材料用量一定的情况下，水胶比增大使得用水量增多，从而提高新拌混凝土的流动性。当水胶比达到及以上时，塌落度大于此时的新拌混凝土能够达到流态混凝土的标准，可以作为菜送混凝土。由图可以看出，随着水胶比的增大，硬化混凝土试块各龄期的抗压强度呈现逐渐降低的趋势。在龄期时，水胶比为的混凝土试块抗压强度最高，达比水胶比为的混凝土试块抗压强度高了。在龄期时，水胶比为的混凝土试块抗压强度最高，达到。这是由于当水胶比大于时用水量过大，在混凝土凝结硬化后多余的水分会残留在试块中形成水泡，或者水分蒸发后形成气孔，大大降低了混凝土的密实度和抗荷载能力，从而降低其力学性能。 北京科技大学博士学位论文■，、、國由拓■■“‘‘水胶比图水胶比对试件抗压强度的影响试验结果表明，水胶比过小容易造成新拌混凝土流动性不佳，进而导致振揭不实影响力学性能；而水胶比过大容易增加孔隙率进而降低硬化混凝土后期强度，因此水胶比即用水量对混凝土强度发展有很大影响，混凝土制备过程中应该考虑选择适当的用水量。当水胶比为时制备出的全尾砂废石骨料高性能混凝土强度最高，在标准养护条件下混凝土试件抗压强度达到，由于可以通过调整高效减水剂的用量提高其流动度，所以在考虑强度优先的情况下选择水胶比为。高效减水剂用量对全尾矿废石骨料高性能混凝土的影响混凝土拌合时掺加减水剂，主要体现在对新拌混凝土的塑化作用，使混凝土在保持相同用水量的情况下，增大其新拌混凝土的流动性；或者在塌落度不变的情况下，降低混凝土的水胶比，从而改善混凝土硬化体的性能，提高力学性能和耐久性能。试验保持一定的水胶比，保持其他物料配比不变，改变高效减水剂的掺量，研究不同高效减水剂用量对新拌混凝土的流动性和对硬化混凝土试块各龄期抗压强度的影响。试验配合比列于表，按表分别配制了、、和四组混凝土，测试在标准养护条件下的、、混凝土试块的抗压强度。试块成型、养护与抗压强度测试参照节中的试验方法进行。图表明高效减水剂用量对全尾矿废石骨料高性能混凝土塌落度的影响。图表明高效减水剂用量对全尾矿废石骨料高性能混凝土各龄期抗压强度的影响。 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究表减水剂用量对全尾矿废石高性能混凝土影响试验配比（■编号胶凝材料用量砂率减水剂（％水一注：减水剂的用量为胶凝材料的、、和。塌落度：—樣—减水剂掺量（％囤高效减水剂用量对新拌混凝土塌落度的影响从图可以看出，随着高效减水剂用量的增加，新拌混凝土的塌落度逐渐增大。当高效减水剂用量为胶凝材料的时，新拌混凝土塌落度达到最大，为。高效减水剂用量为胶凝材料的时，新拌混凝土塌落度为，比掺入量为胶凝材料的时的塌落度提高了。这说明在新拌混凝土中合适的减水剂用量能更好的分散水化菜体、破坏水化浆体中的凝聚结构，使吸附水减少而游离水增多，提高了聚体的流动性。从图可以看出，随着高效减水剂用量的增多，全尾矿废石骨料高性能混凝土各龄期的抗压强度呈现逐渐降低的趋势。在龄期，高效减水剂用量为胶凝材料的时，硬化混凝土试块抗压强度最高，达到，而减水剂用量为胶凝材料的时的混凝土试块强度最低。在龄期，硬化混凝土试块的抗压强度最高，达到，此时高效减水剂用量为胶凝材料的。结合流动度试验结果可以知道，减水剂用量的增加使得流动度提高，此时不仅可以提高混凝土装体的工作性能，还能缩短装体中各种颗粒、质点间的距离，促进水化反应，进而提高其强度。但当减水剂用 北京科技大学博士学位论文量过多，减水剂会妨碍体系中的无机颗粒间的接触和反应，从而对混凝土强度发展产生负面影响。▲—一睡“—减水剂掺量（％〉图高效减水剂用量对试件抗压强度的影响试验结果表明，当高效减水剂掺量为胶凝材料的时制备出的全尾砂废石骨料高性能混凝土的强度最高，在标准养护条件下混凝土试件抗压强度达到，并且此种条件下制备出的新拌混凝土流动度符合制备预制件的要求，因此试验最终选定高效减水剂掺量为胶凝材料的。养护方式对全尾矿废石骨料高性能混凝土强度的影响混凝土的养护方式直接影响其内部各组分的水化进程和水化产物的特征，从而决定混凝土的结构形成及强度发展情况。为了使全尾矿废石骨料绿色高性能混凝土能够更好的应用到不同要求的实际工程当中，试验选择如下四种不同的养护方式，来进行养护方式对全尾矿废石骨料混凝土强度增长影响的考察：标准养护：试件制备后拆模，放入温度为±、相对湿度不低于的标准养护箱中，养护至规定龄期。水中养护：试件制备后拆模，浸入温度±的水中，养护至规定龄期。蒸汽养护：试件制备后拆模，放入温度为：的蒸养箱中养护，然后放入标准养护箱中继续标准养护至规定龄期。 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究室温湿养护：试件制备后拆模，放置于温度°之间的室温条件下，用保湿性较好的毛巾或者麻袋覆盖，洒水养护至规定龄期。养护方式对全尾矿废石骨料高性能混凝土的影响试验配合比列于表如表所示试验分别配制了、、和四组混凝土，测试在不同养护条件下的和龄期混凝土试块的抗压强度。试块成型、养护与抗压强度测试参照节中的试验方法进行。表养护方式对全尾矿废石骨料高性能混凝土影响试验配比（“编号养护方式胶凝材料用量砂率减水剂（％水胶比标准养护水中养护蒸汽养护室温湿养护國标准养护水中养护蒸汽养护室温湿养护养护方式图养护方式对试件抗压强度的影响图表明养护方式对绿色高性能混凝土各龄期抗压强度的影响。从图中可以看出，不同养护方式下的混凝土试块、、和各龄期的抗压强度均随着龄期的延长而增大，没有发生强度倒缩现象。在龄期时，蒸汽养护的硬化混凝土试块抗压强度最高，达标准养护和水中养护条件下的硬化混凝土抗压强度相差不大，是四种养护方式中龄期强度发展较为缓慢的。这样的结果是由于在蒸汽养护条件下，高温高湿的环境能够促进混凝土内部具有水化反应活性的物料与水进行反应，提高这种水化反应的反应速率，因此在同样的养护时间内生成更多的水化产物，会产生更高的强 北京科技大学博士学位论文度。在龄期时，在室温条件下养护的硬化混凝土试块的抗压强度最高，达到，可能的原因是室温湿养护条件下，养护时间为八九月份，是北京室温相对较高的时期，能够达到以上，因此混凝土试块所处环境的温度相对较高，对水化产物的形成起到加速作用，而其他养护方式均在恒温养护箱中，温度在左右，温度相对较低，因此室温湿养相比其他养护方式强度略高。与普通混凝土相比，全尾矿废石骨料高性能混凝土的水胶比相对较低，使得其结构更加致密，与环境的湿交换比较困难，对环境湿度敏感性降低，在水化后期不同的养护条件下，全尾矿废石骨料高性能混凝土试块的抗压强度相差不大。全尾矿废石骨料高性能混凝土的耐久性全尾矿废石骨料混凝土的力学性能为了考察尾矿废石制备出的全尾矿废石混凝土和普通水泥混凝土的力学性能差异，设计两组试验分别考察全尾矿废石骨料高性能混凝土和普通水泥混凝土的力学性能，配合比如表所示，其中普通水泥混凝土所用胶凝材料为普通桂酸盐水泥。按照表分别制备两组混凝土试块，全尾矿废石骨料混凝土试块和普通水泥混凝土试块，在标准养护箱中养护后拆模，再继续放入标准养护箱内进行养护，参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》分别对两组混凝土试块进行抗压强度、抗折强度、勞裂抗拉强度和静力受压弹性模量进行检测，检测结果如表所示。全尾矿废石骨料高性能混凝土和普通水泥混凝土力学性能的试验结果如表所示。从表中可以看出，全尾矿废石混凝土抗压强度为抗折强度为勞裂抗拉强度为，静力受压弹性模量为。水泥混凝土的抗压强度为，抗折强度为，劈裂抗拉强度为，静力受压弹性模量为。表全尾矿废石混凝土和水泥混凝土的试验配合比（命名轉（％水胶比職度凝土水泥混凝土 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究表全尾矿废石混凝土和水泥混凝土力学性能的试验结果（命名獎裂抗拉强度静力受压弹性模量全石混凝土水泥混凝土两组混凝土的力学性能总体来说相差不大，与水泥混凝土相比，全尾矿废石骨料高性能混凝土除了龄期的勞裂抗拉强度和抗压强度较高，而抗折强度和静力受压弹性模量较低。由于大量矿物摻合料存在于全尾矿废石骨料高性能混凝土的胶凝材料中，龄期时还未反应完全，因此其后期性能提升仍有很大空间；普通水泥混凝土中的胶凝材料是基准水泥、并未掺入任何混合材，因此其水化速率较快，在龄期时强度等力学性能已经发展到较高水平。但由表可以看出，在龄期以前的早期水化阶段，全尾矿废石骨料高性能混凝土各方面力学性能与普通水泥混凝土非常接近，并且全尾矿废石骨料高性能混凝土力学性能增长潜力更大，综合来看全尾矿废石骨料高性能混凝土具有优异性能。全尾矿废石骨料高性能混凝土的抗冻性按照表的配合比制备试样，以《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》为依据，釆用快冻法测定混凝土试件的抗冻性能，抗冻性能以水冻水融条件下经受的快速冻融循环次数来表示。快速法抗冻试验的试件尺寸为的立方体试件每组试件为块。在混凝土试件养护龄期为时，提前将冻融试验的试件从养护箱中取出，随后将冻融试件放在±°水中浸泡，浸泡时水面应高于试件顶面在水中浸泡时间后取出放入标准养护箱中进行标准养护，试件在时开始进行冻融试验。表全尾矿废石混凝土和水泥混凝土的抗冻性冻融循环次数前名要求结果全尾矿废石相模符合馄凝土质量损失（％符合水泥混凝土相模符合质量损失（％符合 北京科技大学博士学位论文混凝土的抗冻等级应以相对动弹性模量下降至不低于或者质量损失率不超过时的最大冻融循环次数来确定，并用符号表示。将混凝土划分为以下抗冻等级，、、、、、、、、等级，分别表示混凝土能够承受反复冻融循环次数为、、、、、、、、次。抗冻等级》的混凝土称为抗冻混凝土。试验以相对动弹性模量的降低和试件质量的损失来表征试件抗冻性能的变化，养护至龄期为时幵始进行冻融试验的全尾矿废石骨料高性能混凝土和普通水泥混凝土的抗冻性列于表。由表可以看出，养护至龄期为时幵始进行冻融测试的全尾矿废石骨料高性能混凝土和普通水泥混凝土都未有质量损失，全尾矿废石骨料高性能混凝土的相对动弹性模量为，略低于普通水泥混凝土的弹性模量。全尾矿废石骨料高性能混凝土的抗冻等级可以达到以上，总体抗冻性能较好。混凝土中动弹性模量的下降是由于混凝土在冻融循环过程中，温度交替变化产生疲劳应力，从而引起混凝土中的微裂缝产生并不断促进微裂缝发展，而冻融循环产生的裂缝是导致混凝土弹性模量下降，最终脆性断裂的主要原因。而冻融循环试验得出全尾矿废石骨料高性能混凝土的动弹性模量下降很少，并且未有质量损失，说明全尾矿废石骨料高性能混凝土中掺入的超细活性矿物掺料和低水胶比，使其孔隙率很低，冻融循环过程中产生的微裂缝很少，因此表现出优异的抗冻性能。全尾矿废石骨料高性能混凝土的抗氯离子渗透性能按照表的配合比制备试块，以《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》为依据，以通过混凝土试件的电通量为指标来确定混凝土抗氯离子渗透性能。抗氯离子渗透性试验的试件尺寸采用直径高度的圆柱体试件。在进行电通量试验之前试件要进行真空饱水。在真空饱水结束后，从水中取出试件，并抹掉多余水分，且保持试件所处环境的相对湿度在以上。再将质量浓度为的溶液和摩尔浓度为的溶液分别注入试件两侧的试验槽中，其中注入溶液的试验槽内的铜网连接电源负极，注入溶液的试验槽中的铜网连接电源正极。试件养护龄期时进行电通量试验。每组取个试件电通量的算术平均值作为该组试件的电通量测定值，试验结果如表所、 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究表全尾矿废石混凝土和水泥混凝土的抗氯离子性能—命名检验项目检验结果依据标准全尾矿废石混凝土抗氯离子渗透试验（电通量）狐水泥混凝土试验中混凝土的抗氯离子性能通过电通量来进行表征，全尾矿废石混凝土和水泥馄凝土的抗氯离子性能试验结果列于表。由表可以看出，全尾矿废石混凝土的电通量为，略低于水泥混凝土的电通量。全尾矿废石骨料高性能混凝土的抗硫酸盐侵烛性能有些现代馄凝土工程中高性能棍凝土的使用环境非常恶劣，经常会出现硫酸盐侵烛现象，特别是海洋、近海岸和盐碱地等工程中混凝土的抗硫酸盐侵烛性能成为其耐久性的重要指标，因此研究高性能混凝土抗硫酸盐侵烛的能力具有重要的现实意义。按照表的配合比进行试块成型，以《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》为依据，测定混凝土试件在干湿交替环境中，以能够经受的最大干湿循环次数来表示混凝土抗硫酸盐侵蚀性能。抗硫酸盐侵烛试验的试件尺寸为的立方体试件，每组试件块。试件在养护至的前两天，将要进行干湿循环的试件从标准养护室取出。待试件烘干并冷却后，立即将其放入试件盒中，试件之间间隔的间距。将配制好的溶液放入试件盒，溶液至少高出最上层试件表面，然后开始浸泡。浸泡结束后将溶液浙出，试件进行风干冷却，如此一个过程成为一个干湿循环，每个干湿循环的总时间为。在达到设计的干湿循环系数后，进行抗压强度试验。抗硫酸盐等级应以混凝土抗压强度耐蚀系数下降到不低于时的最大干湿循环次数来确定，并以符号表示。试验以混凝土抗压强度耐蚀系数下降到不低于时的最大干湿循环次数来表征试件的硫酸盐侵蚀性能的变化，全尾矿废石混凝土和水泥混凝土的抗硫酸盐侵烛性能实验结果列于表。从表可以看出，全尾矿废石混凝土干湿循环次，此时混凝土的抗压强度耐蚀系数为。试件从侵蚀液中取出时，外观完整，未发现任何缺角掉棱或者表面起砂的现象。水泥混凝土干湿循环次时，混凝土的抗压强度耐烛系数为。 北京科技大学博士学位论文表全尾矿废石混凝土和水泥混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能命名检验项目检■结最大干循环次依据标准全尾矿废石骨￠料混凝土抗压强度耐蚀系数次、“水泥混凝土次全尾矿废石骨料高性能混凝土的抗碳化性能大气中的可以通过混凝土的孔隙和微裂缝扩散渗入混凝土中，从而与混凝土中的或者其他水化产物产生反应，使得转化为或将凝胶转化为及无定形的，最终降低混凝土的强度，严重时会使得混凝土失效。特别是掺入大量掺合料的情况下，就引入了较多的、存在更大的发生碳化的风险。因此检验全尾矿废石骨料高性能混凝土和水泥混凝土的抗碳化性能也至关重要。按照表的配合比进行试块成型，以《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》为依据，测定在一定浓度的二氧化碳气体介质中混凝土试件的碳化程度。抗碳化性能试验采用长方体混凝土试件，三块为一组，长方体的长宽比不小于。试件放在碳化箱中养护，碳化箱符合行业标准《混凝土碳化试验箱》的规定，并在混凝土试件养护至龄期时进行碳化试验，在二氧化碳浓度为±温度为±°湿度为±的条件下，个试件的碳化深度算术平均值作为混凝土试件碳化测试值。表全尾矿废石混凝土和水泥混凝土的抗碳化性能命名检验项目检验结果依据标准全尾矿废石混凝土碳化试验水泥混凝土（碳化深度）一养护至龄期的全尾矿废石骨料高性能混凝土和普通水泥混凝土的抗碳化性能试验结果列于表，由表可以看出，养护至龄期的全尾矿废石骨料混凝土碳化深度为，普通水泥混凝土表面几乎没有被碳化。对于早期强度较高的水泥混凝土，在养护至龄期时表面已经形成非常密实坚硬的结构，以阻止气体进入试体内部；而对于高性能混凝土，由于大量掺合料的存在使得龄期时仍有部分掺合料并未水化，因此表面稍有侵烛。但是由于其水胶比较低，掺入超细掺合料填补了混凝土的孔隙，使得全 利用密云尾矿废制备高性能泡凝土的基础研究尾矿废石骨料高性能混凝土的密实程度及抗渗透性能大大提高，以至于空气也较难渗入，既表现为较优的抗碳化性能。全尾矿废石骨料高性能混凝土的水化反应机理与微观结构对于复合材料，材料的宏观性能取决于材料的组成和内部微观结构，而在组成成分确定以后，复合材料的性能主要取决于内部微观结构。混凝土是多元组分经过水化反应以后形成的多界面复合结构，其性能不仅取决于其组成材料的性能和配合比，还很大程度上受到水化硬化反应之后的内部微观结构的影响。为了研究全尾矿废石骨料混凝土水化反应过程和水化产物，揭示混凝土强度的产生和发展的机理，设计以下几个方面的试验测试来考察全尾矿废石骨料高性能混凝土强度发展过程中的微观结构：粉煤灰矿澄水泥熟料脱硫石膏体系的水化过程和水化产物、不同龄期硬化装体的孔结构、混凝土骨料与硬化装体的界面结构。全尾矿废石骨料高性能混凝土胶凝材料水化过程研究粉煤灰对胶凝材料獨度和凝结时间的影响混凝土中的胶凝材料具有水化硬化特性，能够与水发生反应生成水化产物从而产生强度，在胶凝材料与水相接触时己经开始发生水化反应，然而不同的胶凝材料水化特性不尽相同，粉煤灰和矿渣作为重要的掺合料，其掺入量和性质对水化速率和水化产物的种类等具有重要影响。在胶凝材料与水相接触之后，到失去塑性形变能力直至完全硬化的早期水化过程中，衡量反应速率和工作性能的重要指标包括稠度和凝结时间等，由于关系到早期水化进程并且与实际工程中的工作性能密切相关，所以设计试验研究粉煤灰对胶凝材料水化过程中的稠度和凝结时间的影响。根据前面章节的试验结果，采用二次梯级混磨的粉磨制度，最终制备得到的胶凝材料细度为左右。试验配合比和粉煤灰对菜体需水量和凝结时间的影响如表所示。由表可以看出，随着粉煤灰掺量的增加，胶凝材料标准稠度用水量减少，凝结时间相应延长。这是因为粉煤灰颗粒多呈球形状，粉煤灰在胶凝材料中的比例增大后，对于减少菜体的需水量和提高装体的工作性具有积极作用，较少的用水量就可以达到相同的和易性。另外粉煤灰颗粒吸附在带负电的水泥颗粒表面，阻止水泥装絮凝结构的形成，将水泥颗粒有效分散，使更多的水分子保持自由水状态。粉煤灰掺量增加时，矿澄掺量随之减少，由于粉煤灰的水化活性低于矿澄的活性，所以使得凝结 北京科技大学博士学位论文时间进一步延长。对于热天施工和一些要求缓凝的工程来说，延缓凝结时间具有优势，但若用于生产混凝土构件则可通过蒸汽养护实现快硬和早凝的目的。表粉煤灰对楽体需水量和凝结时间的影响（胶凝材料‘凝结时间（粉煤高炉矿水泥熟脱硫石标准獨度用水量（％号灰渣料膏觀一、凝表中五种配合比所配制的胶凝材料其凝结时间均符合《通用桂酸盐》中复合桂酸盐水泥初凝不小于，终凝不大于的要求。粉煤灰对胶凝材料强度的影响根据表的配合比，将胶凝材料与高效减水剂充分混匀，占胶凝材料的，水胶比为，采用水泥净衆搅拌机进行组静裝试块的制备，搅拌后的奖体绕筑到的试模中，振动成型，将试块放在温度为土°、湿度不低于的标准养护箱中养护后脱模，再将试块放在水中养护至、和并测试其强度。净装试块的抗压强度试验结果如图所示。由图可以看出，随着粉煤灰掺量的增加，相同龄期时试块的抗压强度逐渐降低，但净装试块的抗压强度都随着龄期的延长而增大。掺有粉煤灰的胶凝材料中，各龄期硬化装体的抗压强度均低于未掺粉煤灰的硬化装体抗压强度。但随着龄期的延长，粉煤灰的掺入对强度的不利影响逐渐减小。这可能是由于体系中粉煤灰的水化反应活性较其它物料低，粉煤灰掺量的增加，降低了水化反应的速率，使得相同龄期内水化产物的量减少，导致水化产物和未水化物料间连接不够紧密，从而降低硬化衆体的抗压强度；但随着龄期的延长，粉煤灰继续发生二次水化反应，对后期强度的贡献增大。然而当粉煤灰占胶凝材料的比例超过后，试块的抗压强度降低显著，各龄期的抗压强度比未掺粉煤灰的试块降低了近。因此胶凝材料中粉煤灰起到提高新拌架体工作性能、延缓水化速率和使长期强度稳定增长的作用，因此适当掺量的粉煤灰，对硬化楽体抗压强度影响不大，反而会在 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究反应后期发生二次反应，使得强度进一步增长。▲■酬▲：—一一」‘‘‘‘粉煤灰掺量图粉煤灰掺量对硬化奖体抗压强度的影响粉煤灰对胶凝材料水化热的影响胶凝材料发生水化反应生成水化产物的过程中释放出的热量称为水化热。水化热在冬季施工条件下有助于馄凝土的保温，对强度的形成和发展有利。但在大体积混凝土施工情况下，馄凝土内部由于散热不良在较短的时间内能升温至以上，而混凝土外部由于散热良好会保持较低温度，此时内外温度差会形成一定的应力，导致混凝土产生温度裂缝。另外，胶凝材料水化放热的过程中伴随着新水化产物的生成，根据水化放热总量和水化放热速率可以判断反应进行的快慢，并初步推断胶凝材料的水化进程，对研究胶凝材料水化硬化机理具有很大的作用。粉煤灰摻量对胶凝材料水化热的影响曲线如图所示，粉煤灰掺量对胶凝材料水化放热速率的影响曲线如图所示。图中，种曲线分别表示纯水泥试样和粉煤灰比例分别为、、、时的胶凝材料水化放热量随水化时间的变化曲线。胶凝材料的水化放热量主要受水化时间和胶凝材料配比的影响，不同配比的胶凝材料水化放热量随水化时间的变化趋势不同，而掺入粉煤灰使得水化放热曲线有缩放效果。 北京科技大学博士学位论文一一二二一一‘谅‘未掺粉煤灰链一一掺粉煤灰：掺粉煤灰掺粉煤灰纯水泥‘‘‘‘‘‘时间（图粉煤灰渗量对胶凝材料水化放热量的影响■—未掺粉煤灰：掺粉煤灰⋯掺粉煤灰一：纯水泥騰；：入装篇：丨、、、知、山‘■■时间（图粉煤灰掺量对胶凝材料水化放热速率的影响由图可以看出，随着粉煤灰掺量的增加，相同水化时间内水化放热量逐渐降低；纯水泥试样的水化放热量最高，高于其他组粉煤灰矿密基复合胶凝材料。从图可以看出，随着粉煤灰掺量的增加，相同水化放热时间内水化放热速率逐渐降低粉煤灰矿渣基复合胶凝材料与纯水泥试样相比，其早期水化放热速率明显较低。但粉煤灰矿渣基复合胶凝材料与纯水泥试样的水化放热历程相似，经历了个阶段，分别是诱导前期、诱导期、水化加 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究速期、水化减速期和水化稳定期。相对于水泥试样，粉煤灰矿渣基复合胶凝材料的水化诱导期明显延长。这可能是因为水化诱导期是成核控制，晶核的出现并成为水化产物之前，溶液中的离子浓度需要达到一个临界值。粉煤灰取代部分胶凝材料会使溶液的興离子浓度降低从而推迟了到达临界值的时间。另外由图可以看出，水泥试样共有个水化放热峰；粉煤灰矿渣基胶凝材料共有个水化放热峰。水泥试样的次放热峰是持续时间较短的放热峰，而粉煤灰矿蜜基复合胶凝材料大约在以后形成较宽的次放热峰，在以后先后形成第个放热峰，第个放热峰的放热速率明显低于次放热峰。第个放热峰可能是由火山灰活性的二次水化反应所致。粉煤灰的火山灰反应在时间上滞后于水泥的主体水化反应，它在已硬化的混凝土中慢慢进行，逐步加强混凝土的强度，即二次反应。因此，掺入适量的粉煤灰等活性较低的矿物掺合料可以有效降低胶凝材料的水化热，从而降低混凝土的绝热温升。胶凝材料水化产物的分析图和图是粉煤灰掺量为的净衆试块在龄期和龄期水化产物的插式扫描热重分析（谱图。■。二、一；：。：。。。」°：。“‘：‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘■■■■‘‘‘‘‘‘‘‘‘温度°图水化产物的曲线（ 北京科技大学博士学位论文■咖？二、：。、、、、。：、；、。。。；丨。‘‘‘‘‘‘‘‘■‘‘‘■‘■‘‘‘‘■‘‘‘‘■‘‘温度°图水化产物的曲线（从图中可以看出，水化试样的曲线有个比较明显的吸放热峰，分别为。、。、。、°和。，另外在。和。也有较小的吸放热峰存在。水化的试样曲线有个比较明显的吸放热峰，分别为。、。、。、。、。和，另外在。和°也有较小的吸放热峰存在。在°左右出现的吸热峰主要为脱去结构水引起的。根据热重曲线显示的质量损失，可以得知试样中的含量。随着水化龄期的延长，试样中的的含量不断增加，由增长为总失重量由增长为随着水化反应的进行，粉煤灰中活性与和熟料水化产生的氧氧化发生二次火山灰反应，以及由水泥熟料水化反应产生的高碱性水化物与粉煤灰中的活性氧化物反应生成低碱度的凝胶，使得的量减少，但总的反应速度较慢，水化后，仍有相当数量的存在。胶凝材料水化产物的分析选取粉煤灰掺量为的试样配方制备净菜试块，到规定龄期测试抗压强度后，在试块中心部位取样，并浸泡在无水乙醇溶液中终止水化，研磨成粉末进行分析。图为复合胶凝材料的静楽试样、和水化产物的谱图。 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究‘‘‘‘‘‘°图硬化试块的图谱耗凡石，水化娃酸耗，方解石，轻锅黄长石，凝胶，斜耗沸石，石英）从图可以看出，各个龄期的谱图在横坐标为°左右的位置都有宽泛的“凸包”背景，说明胶凝硬化衆体中存在着大量的非晶态物质和结晶度极低的物相。试块水化生成少量的韩研石和凝胶，此外还生成斜韩沸石与等水化产物，同时试块中还有方解石和石英的存在。在水化反应初期，水泥熟料水化产生游离、少量韩巩石和凝胶，使体系取得初步强度。试块水化后，为。、。、。和°等处的峰值明显增强，说明韩矶石、凝胶和水化桂酸韩的数量大幅度提高。为°处出现了新的峰值，试块此时生成了轻招黄长石。为°和°处的峰值强度减弱，可知仍然存在，但是数量明显减少。说明在后续反应中的量不断减少，韩矶石的量不断增加，说明如下反应在持续进行：即体系中的和脱硫石膏等不断被消耗，而韩巩石的含量不断增加。试块水化后，试块的峰值强度均有所提高，韩巩石、凝胶、水化娃酸韩和斜韩沸石的数量进一步增加，试块中尚有的存在，说明粉煤灰和矿渣的加入促进二次水化反应。 北京科技大学博士学位论文在该胶凝材料体系水化硬化过程中，粉煤灰和矿渣都是富含的活性物质，与溶液之间倾向于形成的溶解平衡。在粉煤灰和矿澄原始物料中，是桂锅网络体的一部分。由于的不断溶解，就促进了物料中桂招网络体的体解，从而为桂氧四面体和招氧四面体的迁移再聚合创造了条件，即韩研石的形成实际上也在不断促进凝胶或水化桂错网络体的形成，从而使试块的强度不断提高。胶凝材料水化产物的分析水化产物结合紧密程度关系着硬化装体的密实程度，也就决定了硬化衆体的强度和耐久性，试验利用分析的手段观察胶凝材料水化产物的形态形貌。水化龄期为时掺有、和粉煤灰的复合胶凝材料试样照片如图所示。水化龄期为时掺有和粉煤灰的复合胶凝材料试样照片如图所示。从图中可以看出：未掺粉煤灰的胶凝材料水化龄期为时，熟料颗粒表面已经部分水化，但还有较多的未水化的水泥熟料和矿渣颗粒，并生成了较少的针状韩巩石和凝胶，水化产物之间有很大的空隙。到了水化水化龄期时，水化产物的数量明显增多，将未水化的水泥熟料和矿澄颗粒包裹在其中，使其结构较为致密。粉煤灰掺加量为的胶凝材料水化龄期为时，粉煤灰表面覆盖了一层很薄的水化产物，与生成的水化产物凝胶粘结较弱，使得结构疏松。到了水化龄期，粉煤灰颗粒埋藏在水化产物之中，表面已形成致密的水化产物，与周围的水化产物紧密的连接在一起，形成了较为致密的微观结构。掺有粉煤灰的胶凝材料水化龄期为时，部分粉煤灰颗粒表面可以观察到少量的韩矶石晶体，但大部分粉煤灰颗粒表面还是比较光滑，粉煤灰颗粒边缘清晰，与水化产物粘结力较弱。到了水化龄期，观察到试样结构较为致密。虽然粉煤灰火山灰反应已经比较明显，但消耗的并不多，球状粉煤灰颗粒旁边仍有层叠状的晶体，说明粉煤灰火山灰反应消耗的很少，在粉煤灰复合胶凝材料衆体内仍有大量的足够维持内部较高的碱性水平，有利于进一步发生水化反应。 利沖密云尾矿废制备高性能泥凝土的基础研究謹‘纖■■■圓“■圖；图水化静菜试块的照片图水化静奖试块的照片全尾矿废石骨料高性能混凝土的孔结构分析孔是混凝土微观结构中的重要组成部分，混凝土中的孔隙率及孔径的分布对混凝土宏观性能具有重要的影响吴中伟院士认为：为无害孔，为少害孔。适当的增加以下的孔，减少以上的孔，尤其是减少以上的孔，对混凝土的性能可以大为改善。在高性能混凝土中，由于掺加高效减水剂，使得混凝土在很低的水胶比下获得良好的流动性，故采用现有的密实成型方法就可使混凝土充分密实，从而降低了混凝土的孔隙率；另外掺入大量超细矿物掺合料的填充效应也可使孔径更加细化。 北京科技大学博士学位论文表全尾矿废石骨料混凝土的孔结构配合比（口胶凝材料用量粉煤灰矿渣熟料石膏率胶—未掺粉煤灰—煤灰—粉煤灰一‘一粉煤灰言。’。。：分脚‘■■‘■‘】孔径（图全尾矿废石骨料混凝土中砂装的孔径分布曲线（一一未惨粉煤灰煤灰粉煤灰一《—粉煤灰。⋯“一——■“‘‘孔径图全尾矿废石骨料混凝土中砂装的累积孔体积分布曲线（ 利密云尾矿废制备高性能混凝十的基础研究为了观察粉煤灰掺量对全尾矿废石骨料混凝土孔结构的影响，按照的试验方法，选用单方胶凝材料用量，其中粉煤灰掺量分别为胶凝材料用量的、、和，砂率，高效减水剂为胶凝材料质量分数，水胶比分别制成四组全尾矿废石骨料混凝土试块、、和，分别对标准养护条件下龄期为及的混凝土试块进行压萊测试。试验配合比列于表。图和图分别给出了龄期混凝土的孔体积分布曲线和累积孔体积分布曲线。从图中可以看出，总孔体积为，总孔体积为，总孔体积为，总孔体积为。当孔半径，孔体积为，孔体积为，孔体积为，孔体积为。说明和孔体积大致相当，另外随着粉煤灰掺量的增加，装体的孔径有逐渐较小的趋势。在孔半径为范围内，孔体积为，孔体积为孔体积为，孔体积为。当孔半径孔体积为，孔体积为，孔体积为孔体积为。说明随着粉煤灰掺量的增加，孔体积呈现先减小后增加的趋势，孔径分布大体相同。这是由于超细粉煤灰的掺加，在早期充分发挥其填充效应，使得菜体更加密实，故孔体积减小，但掺量有个临界值，超过这个临界值后，会使无害孔的数量减少，影响楽体的密实度。此外粉煤灰掺量的混凝土中孔径小于的孔径占，粉煤灰掺量的混凝土中孔径小于的孔径占。因此拥有大量小于孔径的混凝土具备较高的紧密堆积程度，使得混凝土性能显著提局图和图分别给出了龄期混凝土的孔体积分布曲线和累积孔体积分布曲线。从图中可以看出，总孔体积为，总孔体积为，总孔体积为，总孔体积为。当孔半径〉，孔体积为，孔体积为，孔体积为，孔体积为。说明随着粉煤灰掺量的增加，混凝土奖体的大孔径孔逐渐减少。在孔半径为范围内，孔体积为，孔体积为，孔体积为孔体积为。当孔半径，孔体积为总孔体积为总孔体积为，总孔体积为。说明随着粉煤灰掺量的增加，孔体积稍微有增大趋势，孔径分布也大体相似。此外粉煤灰掺量的混凝土中孔径小于 北京科技大学博士学位论文的孔占，粉煤灰摻量的混凝土中孔径小于的孔占。因此拥有大量小于孔径的混凝土具备较高的紧密堆积程度，并且龄期时混凝土的小孔比例要大于龄期为时的混凝土，说明随着龄期的增长，水化反应持续进行，填充了混凝土的孔隙，使得混凝土更加致密，从而提高力学信你和耐久性能。一未掺粉煤灰——。粉煤灰—一煤灰丨一粉煤灰“丨‘■■‘‘孔径（图全尾矿废石骨料混凝土中砂装的孔径分布曲线（一未掺粉煤灰―一煤灰二■處、崎川‘‘‘‘““‘‘‘“―■孔径（图全尾矿废石骨料混凝土中砂楽的累积孔体积分布曲线（ 利密云尾矿废石制备高性能泥凝十的基础研究由此可见，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土在各龄期的分布曲线逐渐向小孔径方向移动，孔径分布峰值均逐渐增高。因此适量的粉煤灰掺量可以减小装体的大孔径数量，对增大衆体的小孔径数量有益。全尾矿废石骨料高性能混凝土骨料界面结构分析混凝土是水泥奖体把集料粘结在一起的人造石，水泥衆体与集料之间存在着较大的粘结界面，这些界面的结构和性能决定着混凝土的整体性能。在普通水泥混凝土中，由于具有较大的水胶比，使得亲水的集料对水的吸附力大于水泥装体中水的内聚力，故在集料表面形成了一层吸附水膜，在靠近集料附近的装体水胶比要大于衆体本身的水胶比，在此形成的水化产物与水泥衆体本身生成的也有所不同，这一区域被称作界面过渡区。在过渡区往往形成妈研石和较大的氢氧化韩板状晶体，所形成的骨架结构相比比水泥石本身疏松。所以在界面区域，是混凝土的一个薄弱环节，在受力过程中或者遭受侵烛时，破坏往往从界面开始。由此可见，对全尾矿废石骨料混凝土试块的骨料界面区进行微观形貌的观察是十分有必要的。丨￡■￡；。、￡■■图水化混凝土界面过渡区的照片用来做测试的全尾矿废石骨料高性能混凝土试块配合比为单方胶凝材料 北京科技大学博士学位论文用量，砂率，高效减水剂为胶凝材料质量分数水胶比，图是在标准养护条件下龄期为的全尾矿废石骨料混凝土的骨料界面区照片，其中图、和为扫描电镜通过二次电子信号获取的图片。图为扫描电镜通过背散射电子信号获取的图片，主要用于区分骨料和胶凝材料的界面。图是放大倍的混凝土试样界面区域扫描电镜照片，从图中可以看出，界面区域较为致密，结合的界面没有孔洞出现，裂纹较少，并不存在明显的过渡区。图是图局部放大倍的混凝土试样界面区域扫描电镜照片，从图中可以看出骨料附近生成较多的凝胶状水化产物，部分未水化的粉煤灰微球包裹镶嵌在团絮状的凝胶体中，凝胶把骨料和水化产物紧紧粘结在一起，使得混凝土界面区域结构更为致密。图是图的背散射电子图像，对图所示的和区域分别进行了能谱分析，结果如图和图。从能谱图中可以看出，号点所在区域是凝胶，号点是含和元素较多的骨料颗粒。图是图局部放大倍的混凝土试样照片，从图中可以看出，水化产物的颗粒尺寸很小，呈团絮状粘结在一起。图界面区号点（能谱图漏丨丨，图界面区号点（能谱图 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究综上所述，在全尾矿废石骨料高性能混凝土中，由于低水胶比和掺加了大量的超细活性矿物掺合料，使得胶凝材料楽体的粘聚性增大，集料的吸附水膜厚度变薄，晶体自由生长的空间减少。另外超细矿物掺合料与反应，增加了凝胶的数量，降低了孔隙率，从而使得界面过渡区变得致密，骨料和胶凝材料的水化产物紧密的结合在一起。小结采用废石作为粗骨料，通过对废石样品进行显微镜分析和分析，得出废石的主要矿物组成为石英、钠长石、角闪石、绿泥石、黑云母等。并进行压碎指标的测试，符合高性能混凝土所用碎石的要求，经过粒度和级配的调整后可作为混凝土的粗骨料。在废石铁尾矿粉煤灰矿渣水泥熟料脱硫石膏体系中，通过对胶凝材料用量、砂率、减水剂用量及水胶比等影响因素的研究，确定了全尾矿废石骨料高性能混凝土的最优配合比：单方胶凝材料用量其中粉煤灰掺量，高炉矿渣掺量水泥熟料摻量，脱硫石膏掺量，砂率其中铁尾矿掺量，废石掺量高效减水剂为胶凝材料质量分数，水胶比，所制备的全尾矿废石骨料高性能混凝土塌落度达，标准养护条件下抗压强度达，其中尾矿废石掺量达到水泥熟料掺量为，固废（废石、铁尾矿、粉煤灰、矿渣和石膏）总利用率达到。养护条件试验结果表明，蒸汽养护有利于提高混凝土的早期强度，室温湿养护有利于提高混凝土的后期强度，而水中养护和标准养护对混凝土各龄期的强度增长影响区别不大。由于全尾矿废石骨料高性能混凝土的水胶比较低，使得其结构致密，与环境的湿交换比较困难，对环境湿度敏感性降低，因此在水化后期养护条件对混凝土试块的抗压强度影响很小。将结论（中制备的全尾矿废石骨料高性能混凝土与普通水泥混凝土的力学性能进行对比，结果表明全尾矿废石骨料混凝土与普通水泥混凝土的力学性能接近，达到了普通混凝土力学性能的要求。标准养护后全尾矿废石骨料高性能混凝土抗压强度为，抗折强度为，勞裂抗拉强度为，静力受压弹性模量为普通水泥混凝土的抗压强度为，抗折强度为，劈裂抗拉强度为，静力受压弹性模量为。将全尾矿废石骨料高性能混凝土与普通水泥混凝土进行耐久性的对 北京科技大学博士学位论文比，证明全尾矿废石骨料高性能混凝土的耐久性能优异，尤其在抗冻融性能和抗硫酸盐侵蚀方面具有较好的表现。、养护至龄期的全尾矿废石混凝土和水泥混凝土的质量损失都为，全尾矿废石混凝土的相对动弹性模量为略低于水泥混凝土的弹性模量。全尾矿废石混凝土的抗冻等级可以达到以上，总体抗冻性能较好。、混凝土的抗氯离子性能通过电通量进行表征，养护至龄期的全尾矿废石混凝土的电通量为，略低于水泥混凝土的电通量。、以混凝土抗压强度耐蚀系数下降到不低于时的最大干湿循环次数表征试件的硫酸盐侵蚀性能，养护至龄期的全尾矿废石混凝土干湿循环次，此时混凝土的抗压强度侵蚀系数为。水泥混凝土干湿循环次时，混凝土的抗压强度耐烛系数为。、以碳化深度对混凝土进行碳化试验表征，养护至龄期的全尾矿废石混凝土的碳化深度仅为，水泥混凝土并未发现被碳化。对全尾矿废石骨料高性能混凝土的水化过程进行分析，结果表明，在水化前期，水泥熟料水化产生凝胶及在此种碱性条件下石膏和活性较高的矿渣中的发生反应生成興帆石，此时凝胶和韩巩石是强度的主要来源。随着龄期的不断延长，又与矿渔和粉煤灰中的活性和活性发生二次火山灰反应从而生成更多的凝胶和一定量的韩矶石，不断搭建起形成强度的网络结构并且提高硬化柴体的密实程度，从而使得混凝土强度不断增长。对全尾矿废石骨料高性能混凝土的界面过渡区进行微观形貌的观察，低水胶比和超细活性矿物掺合料使得胶凝材料装体的粘聚性增大，集料的吸附水膜厚度变薄；同时超细矿物掺合料与反应，增加了凝胶的数量，降低了孔隙率，从而使得胶凝材料与骨料的界面过渡区结合紧密，有利于混凝土整体强度的提高。 利密云尾矿废制备高性能泥凝土的基础研究极细铁尾矿粉作为矿物掺合料制备高性能混凝土的研究在砂石资源日趋紧张和政策鼓励混凝土行业企业对机制砂使用的背景下，密云威克冶金有限公司对铁尾矿砂进行蹄分，将满足一定粒级要求的铁尾矿砂作为商品砂出售，蹄下剩余部分即极细铁尾矿粉压滤后堆存，此种极细铁尾矿粉量大，难以资源化利用，增加维护成本。本文在全尾矿废石骨料混凝土的基础上，进一步利用此种难以处置的极细铁尾矿粉，将其作为混凝土的矿物掺合料，从而开发出一种综合利用极细铁尾矿粉的新途径。根据活性粉末混凝土原理，考虑将粉磨极细铁尾矿粉作为矿物掺合料，加入细骨料铁尾矿砂和粗骨料废石制备极细铁尾矿粉高性能混凝土，不仅能够更大比例有针对性的利用不同粒级的铁尾矿作为高性能混凝土的原材料，还可以提高铁尾矿的综合利用率、降低混凝土生产成本而且有助于混凝土性能的提升。极细铁尾矿粉颗粒在研磨介质和其它较大颗粒物料共同作用下，很容易被磨细至微米以下，这种大量的亚微米级和纳米级尾矿颗粒可以起到很好的化学填充和物理填充作用，在一定的养护条件下可以具有较高的水化反应活性，从而使得极细铁尾矿粉作为混凝土掺合料成为可能。由于粉磨后铁尾矿粉的粒度及粒级分布对其作为活性粉末具有很大的影响，因此本文通过试验研究铁尾矿比表面积、粒度分布对强度的影响，最终确定最优的铁尾矿细度，再通过混凝土配合比试验确定最优的混凝土制备工艺参数，再利用理化分析测试手段探究极细铁尾矿粉高性能混凝土的反应机理及微观形貌。极细铁尾矿粉作为混凝土掺合料的原料研究极细铁尾矿粉作为混凝土矿物掺合料的试验研究中所用主要原料包括极细铁尾矿粉、粉煤灰、水萍高炉矿澄、水泥熟料及脱硫石膏，细骨料铁尾矿砂及粗骨料废石。其中磨细后的极细铁尾矿粉、粉煤灰、水萍高炉矿澄和脱硫石膏作为混凝土的矿物掺合料，选用单独粉磨的粉磨方式，各掺合料的细度分别为粉煤灰比表面积为左右，水浮高炉矿渣比表面积为左右，脱硫石膏比表面积为左右，水泥熟料的比表面积左右。选用铁尾矿砂作为细骨料制备极细铁尾矿粉混凝土。除了极细铁尾矿粉，其他试验所用原料均为章和章用到的原料。 北京科技大学博士学位论文极细铁尾矿粉的化学成分与矿物组成分析极细铁尾矿粉是由北京密云巨各庄铁矿提供，与细骨料铁尾矿砂和粗骨料废石取自同一地区。极细铁尾矿粉的主要化学成分见表。由表可以看出，极细铁尾矿粉的化学成分主要以为主，含量达到，以非活性娃的石英形式存在，属于高桂型铁尾矿，其化学成分与细骨料铁尾矿砂相差不大。并通过半定量分析，可知极细铁尾矿中主要矿物的质量百分含量分别为：石英，绿泥石，斜长石，云母，微斜长石闪石。表极细铁尾矿粉主要化学成分（化学成分烧失量百分含量——石英角闪石斜长石云母绿泥石微斜长石‘―————‘丨■■———————————————°图极细铁尾矿粉的谱图图为极细铁尾矿粉试样的谱图，从图中可以看出，极细铁尾矿粉主要矿物组成为石英、角闪石、斜长石、云母、绿泥石和微斜长石。极细铁尾矿粉的蹄分分析对极细铁尾矿粉原料进行蹄分，考察极细铁尾矿粉的粒级分布情况。试验选用质量为的极细铁尾矿粉原料，利用稀网孔径分别为、、、和的方孔套蹄进行筛分，蹄分结果如表所示。 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究表极细铁尾矿粉的筛分结果（分由表的蹄分结果可以看出，的极细铁尾矿粉颗粒粒度在至之间，而的极细铁尾矿粉颗粒粒度在至之间，由此可见极细铁尾矿粉颗粒主要集中在粒级很小的范围内，此种粒径的铁尾矿颗粒已经不再适合作为混凝土细骨料，其对混凝土工作性能和强度发展不利。因此考虑将其通过机械粉磨的方式来激发活性，作为活性掺合料加入混凝土中从而提高混凝土的性能。极细铁尾矿粉的比表面积对其粒度分布的影响比表面积是指单位质量物料所具有的总面积，不同的原料、研磨设备和磨矿时间等都对最终制备得到的铁尾矿粉比表面积有一定影响。利用型号为试验磨对极细铁尾矿粉进行粉磨，考察极细铁尾矿粉比表面积与磨矿时间关系，磨矿时间分别为、、、、每次给料球磨机研磨介质级配和质量均为试验球磨机标准配置。磨矿时间对极细铁尾矿粉比表面积的影响如图所示。从图中可以看出，未经粉磨的原状极细铁尾矿粉比表面积为左右，随着粉磨时间的延长比表面积逐渐增大，粉磨时间为时，极细铁尾矿粉的比表面积达到左右；当粉磨时间为时，极细铁尾矿粉的比表面积己接近左右。■■—————‘—‘——磨矿时间图磨矿时间对极细铁尾矿粉比表面积的影响 北京科技大学博士学位论文！——：▼。—■■！、■—粒径粒径图不同磨《时间对极细铁尾矿粉的粒度分布影响极细铁尾矿粉在不同磨矿时间下的粒度分布如图所示。从图中可以看出，在粒径为时，粉磨、、和的铁尾矿粉累积粒度分布依次为和；在粒径为时，粉磨、、和的铁尾矿粉累积粒度分布依次为，和在粒径为时，铁尾矿粉累积粒度分布依次为，和。由此可见，随着粉磨时间的延长，各粒径范围内铁尾矿粉的累积粒度分布有增大的趋势，并且各磨矿时间制备出的极细铁尾矿粉以上的颗粒粒径均在以下，甚至有将近的颗粒粒径在以下。这种大量微米级以及亚微米级的铁尾矿颗粒将会在混凝土体系中起到化学填充和物理填充作用。由区间粒度分布图可以看出，随着粉磨时间的延长，铁尾矿粉的粒度分布区间逐渐向较小粒径方向移动，而区间粒度分布的宽度稍微减小，未有明显变化。此外粉磨时间为的铁尾矿粉在粒径为处存在区间粒度分布高峰，但随着磨矿时间延长，区间粒度分布高峰向左移动至左右，说明相对较粗颗粒的数量不断减少和较细颗粒的数量不断增多。表不同粉磨时间的极细铁尾矿粉的粒度分布参数编号极细铁尾矿粉离散度极细铁尾矿粉在不同粉磨时间下的粒度分布参数见表。由表可以看出，粉磨时间为时，累积粒度分布达到时颗粒粒径为，随着粉磨时间的延长，累积粒度分布达到时的颗粒粒径逐渐降低，说明 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究粉磨作用使得铁尾矿粉中大颗粒不断减少，产生越来越多的小于的颗粒。离散度越小，表示粒度分布范围越窄，过大和过小的颗粒数越小，粒径越集中，反之亦然。由四种极细铁尾矿粉的离散度可以看出，铁尾矿粉颗粒粒度分布的离散度变化不大，说明粒度分布范围的宽度未有较大的不同，相当于整体粒度分布向小粒径方向移动。极细铁尾矿粉比表面积对胶砂试块抗压强度的影响将极细铁尾矿粉作为矿物掺合料应用于混凝土中时，极细铁尾矿粉的细度对馄凝土的性能具有较大的影响。试验以四种不同比表面积的极细铁尾矿粉、水泥及标准砂进行胶砂试验，试验配合比见表胶砂试块的抗压强度和抗折强度试验结果如表所示。表极细铁尾矿粉胶砂试验配合比（铁尾矿尾矿粉磨时“极细铁尾矿粉比表面极细铁尾“““称间积矿粉泥比比；；；表极细铁尾矿粉胶砂试验的试验结果““孙抗折强度抗压强度抗折强度抗压强度由表可以看出，极细铁尾矿粉胶砂试块的强度基本上随着比表面积的增大而提高，机械粉磨增大铁尾矿粉比表面积的同时，使得铁尾矿粉产生大量微米和亚微米级颗粒，机械化学力作用使得这些极细二氧化娃颗粒有一定程度的晶格畸变，从而产生一定的活性。随着机械力作用时间的延长，铁尾矿粉比表面积不断增大，使粉体颗粒无定形程度加深，表现为活性逐渐提高。但铁尾矿稳定的化学特性又决定了其水化反应活性提升空间有限。另外铁尾矿比表面积过大、颗粒粒度过细时，静电吸引团聚现象较为明显，可以造成掺有尾矿的砂衆试块工作性能不佳，影响硬化架体的密实程度，因此可 北京科技大学博士学位论文能造成比表面积大的铁尾矿粉活性反而有所下降的原因。含有极细铁尾矿粉的胶砂试块的强度均低于纯水泥胶砂试块的强度。可见合适的铁尾矿粉细度可以提高铁尾矿活性，同时还不影响新拌混凝土的工作性能，起到很好的活性填料作用，根据试验结果选定铁尾矿粉磨时间为即铁尾矿粉比表面积为左右作为以下试验铁尾矿粉的所用细度。极细铁尾矿粉作为掺合料制备混凝土的配合比研究为了研究极细铁尾矿粉在混凝土中的作用，考察极细铁尾矿粉与粉煤灰和矿渣配合比对极细铁尾矿粉作为掺合料的混凝土力学性能的影响，设计试验制备极细铁尾矿粉作为掺合料的混凝土，依据章的试验方法进行制备并测试其、和龄期的抗压强度。设计的试验配合比只改变胶凝材料中的铁尾矿、粉煤灰和矿渣三者的配比，其它因素保持不变，其中胶凝材料占胶凝材料、细骨料和粗骨料总质量的，砂率为，高效减水剂用量为胶凝材料质量的水胶比为。表所示为铁尾矿粉高性能混凝土中胶凝材料的配合比以及各组新拌混凝土的塌落度，各龄期抗压强度试验结果如表所示。表极细铁尾矿粉作为捧合料制备混凝土的配合比胶凝材料编号砂率（％水胶比洛，铁尾矿粉煤灰矿査熟料脱硫石膏”由表可以看出，随着铁尾矿掺量的增加，新拌混凝土的塌落度呈现逐渐减小的趋势，而随着粉煤灰掺量的增加，新拌混凝土的塌落度呈现增大的趋势。说明铁尾矿掺量的增加不利于新拌混凝土的工作性能，而粉煤灰则可以改善新拌混凝土的工作性能，这是由于铁尾矿粉和粉煤灰的微观结构不同，粉煤灰颗粒多成球形，密度小，减少新拌混凝土装体中各物料颗粒的摩擦力，可以起到滚珠润滑的作用，从而增大了流动性使得工作性能提高，而铁尾矿颗粒多成棱角型或者长条形，不利于新拌混凝土装体中物料颗粒的相 利密云尾矿废石制备高性能泥凝土的基础研究对滑动，因此也就降低了流动性使得工作性能降低。表极细铁尾矿粉作为掺合料制备混凝土的抗压强度试验结果抗压强度（；结合表和表，可以得到各组混凝土试块强度与铁尾矿、粉煤灰和矿、渣掺加比例的关系图。图表示矿澄比例固定为时，铁尾矿和粉煤灰比例相对变化对混凝土试块各龄期强度影响；图和图分别表示粉煤灰比例固定为和时，铁尾矿和矿渣比例相对变化对混凝土试块各龄期强度影响；图表示铁尾矿比例固定为时，粉煤灰和矿澄比例相对变化对馄凝土试块各龄期强度影响。圓—丨龄期天图铁尾矿掺量对极细铁尾矿粉混凝土抗压强度的影响：铁尾矿粉煤灰：铁尾矿粉煤灰：铁尾矿粉煤灰：铁尾矿粉煤灰由图可以看出，混凝土试块的龄期强度随着铁尾矿掺量的增加而提高，说明相对与粉煤灰来说铁尾矿微粉有利于混凝土试块早期强度的形成。而随着混凝土试块养护龄期的增长，各配比试块的强度基本上呈现出随龄期增长而提高的趋势，但是当铁尾矿掺量较少而粉煤灰掺量较大时，龄期 北京科技大学博士学位论文试块的强度比龄期是试块强度有所下降，说明适量铁尾矿粉的掺入可以抑制混凝土随龄期增长而产生的强度下降。鮝身龄期天图铁尾矿掺量对极细铁尾矿粉混凝土抗压强度的影响：铁尾矿矿渣；：铁尾矿矿渣：铁尾矿矿澄图和图分别表示粉煤灰比例固定为和时，铁尾矿和矿造比例相对变化对混凝土试块各龄期强度影响。由图可以看出，在粉煤灰掺量保持为时，随着铁尾矿掺量的增加，混凝土试块的龄期强度不断降低，说明铁尾矿粉的水化反应活性较矿渣粉水化反应活性低。而在龄期时，随着铁尾矿掺量的增加混凝土试块的强度有所提高，说明适量铁尾矿粉的掺入可以提高混凝土的长期强度。叫圓八‘搏丨龄期天图铁尾矿惨量对极细铁尾矿粉混凝土抗压强度的影响：铁尾矿矿蜜铁尾矿矿澄：铁尾矿矿連 利密云尾矿废丨制备高性能況凝土的基础研究由图可以看出，在粉煤灰掺量保持为时，随着铁尾矿掺量的增加混凝土试块的龄期强度不断降低，与图中所表示的现象一致；铁尾矿掺加量为及以上时，随龄期增长混凝土试块的强度稳步增长，但铁尾矿掺量为时混凝土试块抗压强度较抗压强度有所降低，也说明适量铁尾矿粉的掺入可以使得强度随龄期延长而稳定增长。國龄期天图铁尾矿掺量对极细铁尾矿粉混凝土抗压强度的影响：粉煤灰矿丨査；：粉煤灰矿遼；：粉煤灰矿渔图表示铁尾矿比例固定为时，粉煤灰和矿渣比例相对变化对混凝土试块各龄期强度影响。由图可以看出，随着粉煤灰掺量的增力口，混凝土试块龄期抗压强度不断降低，说明粉煤灰的水化活性较矿渣的水化活性低；另外随龄期增长，各配比混凝土试块的强度均稳步增长，说明在有铁尾矿粉掺入的情况下，粉煤灰和矿谨可以充分发挥各自优势，对混凝土早期强度的提高和长期强度的稳定增长做出贡献。极细铁尾矿粉高性能混凝土水化硬化机理分析混凝土中胶凝材料与水作用发生持续的水化反应不断生成新物质的过程是混凝土产生强度的主要来源，因此研究铁尾矿高性能混凝土的水化硬化过程是十分必要的，本节通过制备净楽试块测试其不同配比组成胶凝材料的力学性能和工作性能，然后利用、、和等测试方法来研究铁尾矿高性能混凝土用胶凝材料的水化硬化机理，从而揭示其规律，为更好的更大比例的利用铁尾矿找到理论依据。铁尾矿高性能混凝土水化机理研究净衆试块配合比和试块制备条件如表和表所示。 北京科技大学博士学位论文表极细铁尾矿粉高性能混凝土水化机理研究净楽试块配比（。。）编号铁尾矿粉煤灰矿渣熟料脱硫石膏水泥表铁尾矿高性能混凝土水化机理研究净楽试块制备条件编号减水剂水胶比标准调度用水量％结时间水化产物分析‘‘珍珍°图胶凝材料龄期的谱图由图至图可以看出，胶凝材料水化产物包括凝胶、轻韩石和耗巩石，此外谱图中还可以看到到少量未参与水化反应的石膏和石英（等。各龄期谱图均可以很明显的看出试样即水泥发生水化反应生成的试样其特征峰比其它试样明显，是由于水泥 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究水化较快在很短的养护龄期内生成了大量的水化产物，而其他试样则由于掺入一定比例的矿物掺合料，使得水化反应比较减缓，在一定龄期内也生成了一定量的水化产物，但反应速率变慢，生成水化产物的量也相对较少。—°图胶凝材料龄期的谱图？°图胶凝材料龄期的谱图 北京科技大学博士学位论文各龄期谱图对比可以看出，试样、、、及水泥水化试样在、和龄期内谱图相近，变化不大，说明水泥在龄期水化早期已经水化到了一定的程度，已经有大量水化产物生成。另外所有试样相同的是随着水化龄期的增长，经韩石特征峰峰高有所降低而韩巩石特征峰峰值有所升高，说明水化后期反应过程中韩巩石的继续生成消耗了部分径妈石，为后期强度增长有所贡献。、、和随水化龄期的增长，主要水化产物凝胶特征峰和韩研石特征峰峰值均有所升高，说明水化产物不断增多，表现为强度不断增长。水化产物分析■■「——义※———图胶凝材料水化龄期为时试样电子结合能谱图 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究—一、、—⋯■乂了一—巧广‘——■—■■■，■圓■■■八——士如二⋯图胶凝材料水化龄期为时试样电子结合能谱图由相关文献报道可以知道。，在元素的不同赋存状态下电子结合能由低到高的顺序大致为：矿蜜玻璃相中的、沸石等水化产物中的、凝胶及其它水化产物中的、石英中的。由此可以看出电子结合能的大小与元素存在状态相的水化活性有关，或者说与元素存在状态相的稳定性有关，元素存在状态相越稳定则电子结合能越高，反之则结果相反。由图经过碳峰矫正和分峰之后的电子结合能谱可以看出，各试样的电子结合能从大到小的排列顺序依次为：试样、、、和。结合以上文献的论述，可以知道电子结合能越高的试样中含有更大比例的相对稳定的水化产物，也就说明其水化相对比较完全，高活性低结合能的物相已经大部分发生水化反应生成了低活性高结合能的水化产物。即试样水泥试样在龄期是反应比较完全，而其它试样一方面由于反应速率较慢，另一方面由于含有大比例的矿物掺合料，导致其在龄期时仍有大部分活性物料未完全水化，从谱图中显示为结合能相对较低。在水化过程中，矿物掺合料中具有较高活性的含桂物质在桂酸韩等 北京科技大学博士学位论文水化作用所产生的碱性条件下发生反应，低结合能态的岛状和链状桂氧四面体中键发生断裂，生成高结合能态的层状或架状娃氧四面体，这个过程还同时伴随着含桂相由玻璃态向结晶态的转变。、——‘■⋯—二图胶凝材料水化龄期为时试样电子结合能谱图由图和图可以看出，试样的电子结合能和电子结合能与其他试样相比较小，可能是由于水泥试样发生水化反应之后生成了大量的凝胶和而的和结合能均较低，而此时又没有足够多的矿物掺合料中的活性物料与其发生二次水化反应而生成结合能更高的水化产物，因此在其试样中大量的低活性的使得试样的和结合能偏低。与此不同的是，其他试样中有大比例的矿物掺合料，熟料水化产生的可以与其它具有水化活性的物相发生二次水化反应，降低了含量，因此也使得和结合能上升。在此种桂酸盐解聚并且重新聚合的过程中生成大量的链状和架状娃氧四面体，其中大量桥氧键的生成是结合能上升的原因。 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究另外由图至可以知道，试样、、和这四种掺有不同矿物掺合料的试样其水化产物中的各元素电子结合能也不尽相同。总体来说，多种材料复掺有利于形成结合能较高的水化产物，也就是说有利于水化反应的进行，从宏观上来看就是有利于强度的形成。这是由于不同种类的掺合料在水化过程中起到的作用是不同的，首先各原材料水化活性有差异，其次是原材料的颗粒形态不同，这两方面使得各原料在水化过程中水化速率和与水接触的充分程度各异，从而影响整体的早期强度形成和后期强度发展。较为合适比例和细度的矿物掺合料复掺有利于水化反应的进行和加速，在微观层面上使得低结合能的物料在水环境下发生化学反应生成高结合能态的水化产物，在宏观层面上则表现为保持较高早期强度的同时实现长期强度的稳定增长。水化产物分析图是五组试样水化龄期分别为和时的照片，其中试样为未掺加铁尾矿粉而只掺加了粉煤灰和矿澄粉作为矿物掺合料的胶凝材料试样，尤其和龄期照片对比可以看出，龄期时已经有凝胶类物质和针棒状晶体生成，包裹着未完全水化的粉煤灰颗粒和矿渔颗粒，而龄期时观察到大量凝胶类物质填充在孔隙中，并且粉煤灰颗粒表面已经不再光滑，其表面与其它水化产物的界限不再明显，说明己经参与到水化反应中，产生更多的水化产物，使得水化硬化浆体更加致密，表现为试样力学性能的提升。试样为未掺加粉煤灰只掺加铁尾矿粉和矿渣粉作为矿物掺合料的胶凝材料试样，龄期时的照片中有较为明显的形状不规则的铁尾矿或者矿渣颗粒，有一定量的凝胶类物质和针棒状物质互相穿插，但水化产物与颗粒之间的界限相对较为明显，而龄期的照片可以看到水化产物和颗粒之间的界限不再明显，具有一定水化活性的矿密颗粒参与了水化反应，更多的水化产物生成，将铁尾矿颗粒粘结在一起连成了一个整体，孔隙率下降致密程度提高，强度平稳增长。复掺有粉煤灰、矿渣和铁尾矿三种矿物掺合料的胶凝材料和在龄期的照片明显比龄期时的照片能观察到更多的水化产物和更致密的结构，可以明显看到孔隙率的降低，并且胶凝类物质将还未参与水化反应的颗粒连结在一起，颗粒表面界限不明显，与水化产物之间产生了良好的粘结力，使得体系强度增长。 北京科技大学博士学位论文■■■顯‘；纖丨圓纏￠—图胶凝材料水化产物图 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究而试样化硬化梁体的照片中可以看出在龄期时，已经有大量的胶凝类物质包裹在未水化颗粒周围形成了相对密实的结构，在龄期时未水化颗粒减少，结构致密程度提高，大量的凝胶类物质和层片状晶体胶结穿插在一起，表现为强度的提高。以上分析说明矿物掺合料的加入使得水化速率降低，在水化早期产生的水化产物量相对较少，但在水化后期随着活性掺合料参与水化，能够使得水化硬化衆体强度稳步增长。水化产物分析每种矿物都有相对应的特征红外光谱谱图，尤其是中红外区的谱图，因此矿物的红外光谱能够客观反映出矿物本身的化学成分以及结构特征，组成矿物的化合物阴离子基团内原子间的结合力比基团间的结合力强，而且极化显著，导致这些阴离子团的振动特别强大而又稳定。矿物红外光谱的特点与矿物组成分子的振动模式和振动频率相关，振动模式由分子的几何构型和对称性决定，构型相同但对称性不同的分子基团会产生不同特征的红外光谱；而每种基团在不同矿物组成中的频率大体相同，利用这种分子基团频率和振动模式所具有的特征可以对矿物组成进行鉴定，。图、图和图分别是各净装试样养护至、和龄期时的红外光谱谱图，由图中可以看出，试样、、和净衆试样在波数为左右有较为明显的吸收峰，而试样则没有，此处特征峰表征弯曲振动带，即为的特征谱带，说明掺有铁尾矿、矿渣和粉煤灰等矿物掺合料的净桨试样中含有一定量的未水化的结晶态或无定形态的石英类物质，另外还可以看出随着龄期的延长在波数为处的特征峰峰高和峰宽有降低和变窄的趋势，说明随着龄期延长无定形态的继续参与水化导致其含量有所降低。等研究娃氧四面体振动频率得出，代表娃氧四面体，为每个娃氧四面体单元与其它原子相连的桥氧数的振动频率大致为：，—、；°如果次邻近配位中有原子取代桂氧四面体中的桂原子时，吸收峰的位移将向低波数方向移动。结合图可得出，波数为附近强烈的吸收带归属于链状桂酸盐和架状硅酸盐的信号叠加另外江虹等研究结果表明，波数为处的振动峰为的非对称伸缩振动，大多数吸收峰都是韩研石的特征吸收峰。 北京科技大学博士学位论文一一—一、：—‘——‘——‘——‘——‘——‘——‘——‘——波数图胶凝材料水化龄期为时试样的图谱乂、乂糾‘‘‘！波数图胶凝材料水化龄期为时试样的图谱 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究力、—八、—‘广卞二—、“‘‘‘“‘波数图胶凝材料水化龄期为时试样的图谱谱图中波数为位置的吸收峰和位置的吸收峰为凝胶的特征峰。从图至图可以看出水化龄期为天时，掺加矿物惨合料的各组试样在—和凝胶双峰谱带位置峰高大致相同，而与试样水泥试样峰高相比略小，说明在水化早期试样水泥试样比、、和试样产生了更多的凝胶，水化速率更快；另外对比图至图可以看出，随着水化龄期的增长，各组试样在波数范围内峰高有所增长，说明随着水化时间的延长，各组试样经过水化反应产生了更多的凝胶。波数为和附近的吸收带分别为的弯曲振动带和不对称伸缩振动带，属于结晶水的内振动吸收特征，说明水化反应生成了大量的凝胶或者含有结晶水的物质。并且由图至图可以看出，随着水化龄期的延长各试样在此波数范围内的吸收峰峰高有所增长，即吸收带内透过率下降，说明此种含有结晶水的物质不断增多，证明了随着龄期的增长，各物料水化程度加深，水化产物增多。小结对极细铁尾矿粉进行蹄分试验，结果表明的极细铁尾矿粉颗粒粒度在至之间，而的极细铁尾矿粉颗粒粒度在至之间。此种极细铁尾矿粉不再适合作为混凝土细骨料，将粉磨后的极细铁尾矿粉作为矿物掺合料是对其资源化利用的一种新途径。 北京科技大学博士学位论文随着粉磨时间的延长，极细铁尾矿粉的比表面积逐渐增大（比表面积从增大到各粒径范围内铁尾矿粉的累积粒度分布有增大的趋势。不同磨矿时间下的极细铁尾矿粉以上的颗粒粒径均在以下，甚至有将近的颗粒粒径在丨以下，此种大量微米级及亚微米级的铁尾矿颗粒在混凝土中起到化学填充和物理填充作用。通过混凝土配合比试验研究可以看出，采用极细铁尾矿粉取代部分粉煤灰作为矿物掺合料，当取代率小于时，极细铁尾矿粉混凝土的抗压强度不会受到负面影响。采用目前难以利用的极细铁尾矿粉作为掺合料制备出标准养护条件下抗压强度达到的混凝土。此种混凝土采用废石为粗骨料，铁尾矿砂为细骨料，砂率，水胶比，高效减水剂用量为胶凝材料的，其中胶凝材料中极细铁尾矿粉（比表面积左右）掺量粉煤灰掺量，矿渣掺量，水泥熟料用量及脱硫石膏掺量铁尾矿废石掺量达到。通过、、和分析可知，极细铁尾矿粉混凝土中的胶凝材料在水化反应过程中，随着龄期的延长，经韩石逐渐减少和韩巩石类矿物逐渐增加，水化后期胶凝材料中弼巩石的继续生成消耗了部分经興石，为后期强度的增长做出贡献。极细铁尾矿粉混凝土中胶凝材料的主要水化产物为凝胶和韩巩石，因此表现为强度不断增长。 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究密云尾矿中单矿物的标准养护反应过程研究在极细铁尾矿粉混凝土中，由于超细粉磨，极细铁尾矿粉不仅起到物理填充的作用，也可能具有一定的水化活性，参与水化反应。此外，铁尾矿作为细骨料应用在铁尾矿细骨料混凝土和全尾矿废石骨料混凝土中，在混凝土中骨料和胶凝材料的界面也会发生水化反应，使得混凝土的力学性能和耐久性提高。为了研究铁尾矿在反应过程中的反应活性，本章选取铁尾矿中组分含量较高的矿物，即石英、钠长石、拉长石、绿泥石和黑云母五种单矿物作为研究对象，研究五种单矿物在标准养护和相同配合比条件下，不同龄期内的反应活性，并结合射线衍射（、扫描电镜（和能谱分析（测试手段对标准养护条件下的水化产物进行物相分析及微观形貌的观察，从而为综合利用密云尾矿生产高性能混凝土提供理论依据。铁尾矿中单矿物的原料特征单矿物的化学成分分析试验选用的单矿物原料主要有石英、钠长石、拉长石、绿泥石和黑云母，及氧化妈（化学纯、脱硫石膏、高效减水剂。五种娃酸盐矿物由国家地质博物馆提供，原状矿物为块状。为化学分析纯，其中的含量。为了增加各原料的细度，从而增加原料之间的接触点的数量，进而增强物料之间的反应程度，对五种纯矿物进行粉磨，粉磨后的比表面积分别为石英比表面积为左右；黑云母比表面积为左右；钠长石比表面积为左右；拉长石比表面积为左右；绿泥石比表面积为左右。五种纯矿物的化学成分如表所示。表五种单矿物的化学成分分析（原料烧失量钠长石拉长石绿泥石黑云母单矿物标准养护反应过程试样的制备以五种磨细的单矿物、原状氧化妈（化学纯）和脱硫石膏为原料，外加高效减水剂。其中单矿物用量、脱硫石膏用量和氧化用量按照： 北京科技大学博士学位论文的质量比混合均勻，外加总混合物料质量的高效减水剂。由于各单矿物的需水量不同，因而选用不同的水胶比。单矿物标准养护反应过程的试样配合比如表所示。制备方法参照标准，将尺寸为的试件在温度为±，相对湿度不低于的标准养护条件下养护至不同的龄期，进行强度测试，再取样浸泡在无水乙醇溶液中终止水化，以进行分析和微观形貌的观察。表单矿物标准养护反应过程的试样配合比（编号矿物种类矿物用量脱硫石膏氧化韩减水剂水胶比石英钠长石拉长石绿泥石黑云母单矿物标准养护反应试验结果与分析石英标准养护反应过程研究石英标准养护反应下的抗压强度试验按照表中的组配合比进行试块制备，在标准养护条件下的测试试块、和的抗压强度。图给出了石英标准养护反应在不同龄期下的抗压强度。养护龄期（图标准养护反应下石英不同龄期的抗压强度 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究从图可以看出，石英试件的抗压强度随着龄期的延长而增长。在龄期时，石英试件的抗压强度为龄期延长到时，试件的抗压强度随之增长到，比龄期的抗压强度增长了，增长的幅度较大当延长到龄期时，试件的抗压强度达到。石英标准养护反应下的分析石英石膏经耗石、■纯矿物■‘‘‘‘‘图石英纯矿物及其水化硬化梁体试样谱图石英纯矿物及其水化硬化衆体试样的谱图如图所示，由图可以看出与未处理的石英矿物原料相比，水化硬化和的石英体系水化试样各主要衍射峰没有明显变化；但由于水化试样在配料过程中加入了石灰和石膏，使得水化和的试样谱图中有少量石膏和特征峰出现。石英属于架状结构硅酸盐矿物，和原子间的配位非常稳定，使得石英矿物结构稳定反应活性很低，因此石膏和对于其活性激发效果有限，导致体系中没有其它种类水化产物的大量生成。石英标准养护反应下的分析图为石英水化硬化浆体试样的扫描电镜图。从图中左侧龄期为的试样扫描电镜图可以看出大量微米级形状不规则的石英矿物颗粒，颗粒之间结构较为松散，含有大量孔隙和空洞，这是导致水化硬化菜体龄期强度低的原因之一。从图中右侧龄期为的试样扫描电镜图可以看出粒径在微米以上的大颗粒边缘结构依然较为清晰，说明其未发生水化反应，而在较大颗粒周围将其包裹的微米级细小颗粒和晶体多成棒状和块状，形成相对较为密实的结构。 北京科技大学博士学位论文纖图石英水化硬化楽体试样照片石英标准养护反应下的能谱分析■—图石英水化硬化奖体试样照片及能谱选区示意图图为石英水化硬化装体试样扫描电镜照片和能谱选区示意图，图为图中相对应选区的能谱谱图。结合图和图可以看出，扫描电镜照片中数量最多并且颗粒较大的矿物主要为石英，而试样中的细小颗粒和试样中的块状和棒状晶体主要为石膏和，由于在试块养护过程中，石英颗粒并未发生明显的水化反应，而加入的石膏和石灰随着龄期的增长与水发生反应生成石膏和晶体，穿插生长在石英颗粒之间，起到一定的连结作用，使得时石英体系水化硬化装体具有一定的强度。 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究』“丨丨■丨■■■■丨丨■』■丨丨■丨丨丨满量程光标满量程光标八③。④？』满量程光标满量程光标⑤满量程光标图石英水化硬化奖体试样能谱选区谱图 北京科技大学博士学位论文钠长石标准养护反应过程研究钠长石标准养护反应下的抗压强度试验按照表中的组配合比进行试块制备，在标准养护条件下测试试块、和的抗压强度。图给出了钠长石标准养护反应在不同龄期下的抗压强度。■养护龄期图标准养护反应下纳长石不同龄期的抗压强度从图可以看出，钠长石试件的抗压强度随着龄期的延长而增长。在龄期时，钠长石试件的抗压强度为龄期延长到时，试件的抗压强度随之增长到当延长到龄期时，试件的抗压强度达到比龄期的抗压强度增长了，水化后期增长的幅度较大。钠长石标准养护反应下的分析图为钠长石纯矿物及其水化硬化梁体试样的谱图，从图中可以看出，与钠长石纯矿物相比，加入少量石膏和石灰后发生水化反应的硬化菜体试样出现了新的矿物相。发生水化反应后的硬化装体试样中的主要矿物相为钠长石、石膏、韩帆石和。由于钠长石属于架状构造的硅酸盐矿物，四面体中的部分被所代替，同时又有大量离子在架状结构中平衡电荷，因此其具有在一定条件下发生水化反应生成新矿物的可能，原料中加入的石膏和石灰促进了这种水化反应，部分在碱性环境中与硫酸根反应生成齊巩石，同时绍氧四面体被破坏，从而进一步促进水化反应的进行，生成更多的水化产物。 利密云尾矿废制备高性能泥凝土的基础研究钠长￥〔六丨印，八弼帆石■石石入一、■‘—■■■—‘‘‘‘‘—°图钠长石纯矿物及其水化硬化奖体试样谱图钠长石标准养护反应下的分析图钠长石水化硬化奖体试样照片图为钠长石水化硬化楽体试样的扫描电镜照片，从图中左侧龄期为的硬化装体扫描电镜照片可以看出部分颗粒表面有针棒状品体析出，并且有少量的团絮状结构将颗粒包裹，使得矿物颗粒之间结合相对紧密，但仍有明显的空洞和孔隙；从图右侧龄期为的硬化装体扫描电镜照片中可以看出针棒状晶体和团絮状结构进一步增多，并有层片状放射状晶体生成，颗粒边界轮廓不再明显，矿物颗粒被水化产物所包裹，结构进一步致密，使得试样力学性能提高。 北京科技大学博士学位论文钠长石标准养护反应下的能谱分析图钠长石水化硬化奖体试样照片及能谱选区示意图①，②丨—十■■丽，■■■■■■，■■■■■■■■满景程光标满量程光标③④—；丄丨丨丄■满量积光标满量程光标图钠长石水化硬化奖体试样能谱选区谱图 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究图为钠长石水化硬化梁体试样扫描电镜照片和能谱选区示意图，图为图中相对应选区的能谱谱图。结合图和图可以看出，在水化龄期为时，矿物颗粒表面析出大量的针棒状晶体，另外有形状较为规则的四方块状晶体产生，由能谱谱图可以判定分别为石膏、和齊巩石，在水化早期由于硫酸盐和碱性水溶液的激发，钠长石中的部分四面体解聚后重新聚合成新的矿物相，产生早期强度；在水化龄期为时，水化程度进一步加深，石膏和逐渐消耗，产生更多的水化产物，使得体系密实度提高，表现为水化硬化衆体试样强度提高。拉长石标准养护反应过程研究拉长石标准养护反应下的抗压强度试验按照表中的组配合比进行试块制备，在标准养护条件下测试试块、和的抗压强度。图给出了拉长石标准养护反应在不同龄期下的抗压强度。‘养护龄期（图标准养护反应下拉长石不同龄期的抗压强度从图可以看出，拉长石试件的抗压强度随着龄期的延长而增长。在龄期时，拉长石试件的抗压强度为龄期延长到时，试件的抗压强度随之增长到当延长到龄期时，试件的抗压强度达到比龄期的抗压强度增长了，尤其水化后期增长的幅度较大。 北京科技大学博士学位论文拉长石标准养护反应下的分析钠长石拉长石研石石裔经石、乂‘‘声““‘、人“■■■———‘‘—°图拉长石纯矿物及其水化硬化衆体试样谱图图为拉长石矿物及其水化硬化架体试样的谱图，由图可以看出此矿物样品原样主要由拉长石构成，与钠长石纯矿物相比较，妈元素的含量有所增加。由谱图可以看出，与钠长石相比较，此试样更容易生成韩矶石和其它水化产物，是因为拉长石具有比钠长石更高的潜在水化活性，在水化过程中更容易与石膏和发生离子溶出、阳离子取代、键解聚等水化反应。另外由于纯矿物在自然状态下形成，与高炉水萍矿渣等经过急冷处理的含有较高能量的玻璃态物相相比，其潜在活性偏低，因此水化反应较为缓慢，在龄期为时，体系中仍有一定量的未反应完全的石膏和。拉长石标准养护反应下的分析图为拉长石水化硬化菜体试样的扫描电镜照片，由图中左侧水化龄期为的试样照片可以看出，矿物颗粒和析出的晶体颗粒大小不一、形貌各异，较大颗粒边界清晰，而较小颗粒则被水化产物覆盖和包裹，有针棒状晶体和团絮状物质穿插生长在矿物颗粒之间，但结构总体相对松散，仍有一定量的孔隙和空洞；由图中右侧水化龄期为的试样照片可以看出，针状晶体、立方块状晶体和团絮状物质进一步增多增大，矿物颗粒之间结构更加紧凑，晶体颗粒与团絮状物质接触密实，形成了非常致密的结构，表现为水化硬化菜体的力学性能较高。 利密云尾矿废制备高性能混凝土的基础研究瞧图拉长石水化硬化奖体试样照片拉长石标准养护反应下的能谱分析图为拉长石水化硬化装体试样扫描电镜照片和能谱选区示意图，图为图中相对应选区的能谱谱图。结合图和图可以看出，水化龄期为时，硬化楽■体中有大量未水化拉长石，少量的韩帆石、石膏和晶体是产生早期强度的主要贡献者；水化龄期为时，水化程度加深，有一定量的興矶石生成，石膏和的量有所减少，针棒状、层片状、四方块状和团絮状水化产物交织搭界在一起，将矿物颗粒被包裹在其中，填满矿物颗粒之间的孔隙，使得体系密实程度显著提高，表现为硬化菜体的力学性能提高。義曜图拉长石水化硬化奖体试样照片及能谱选区示意图 北京科技大学博士学位论文「、满量程光标满量程光标—满量程光标满量程光标图拉长石水化硬化楽体试样能谱选区谱图绿泥石标准养护反应过程研究绿泥石标准养护反应下的抗压强度试验按照表中的组配合比进行试块制备，在标准养护条件下测试试块、和的抗压强度。图给出了绿泥石标准养护反应在不同龄期下的抗压强度。从图可以看出，绿泥石试件的抗压强度随着龄期的延长而增长。在龄期时，绿泥石试件的抗压强度为龄期延长到时，试件的抗压强度随之增长到当延长到龄期时，试件的抗压强度达到比龄期的抗压强度增长了，尤其水化后期增长的幅度较大。绿泥石属于典型的片状娃酸盐矿物，在普通球磨机中很难将其粉磨到很小的粒径尺寸，导致粉磨后的粉体比表面积较大，在一定程度上影响了火山灰活 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究性反应的进行。另外，绿泥石是含有较多经基和层间水的矿物，继续发生水化反应的潜力较小。养护龄期（图标准养护反应下绿泥石不同龄期的抗压强度绿泥石标准养护反应下的分析绿泥石钠长石石英石膏经韩石“、人‘‘‘‘‘‘—°图绿泥石纯矿物及其水化硬化察体试样谱图图为绿泥石纯矿物及其水化硬化衆体试样的谱图，由谱图可以看出原矿物主要由斜绿泥石、石英和少量的钠长石组成，配以石膏和石灰发生水化反应之后斜绿泥石的特征衍射峰明显降低，龄期和龄期的水 北京科技大学博士学位论文化硬化架体出现明显的石膏和特征衍射峰，并未有发现其它明显的水化产物生成，说明绿泥石矿物并未与石膏和水溶液发生明显的水化反应。绿泥石中含有较高的，在加入和石膏的体系中具有形成韩研石和娃氧四面体重组的潜力，但生成物量太少，本次试验并未检测到。而石膏和晶体的重结晶也可能对硬化楽体试块产生强度有所贡献。绿泥石标准养护反应下的分析图绿泥石水化硬化奖体试样照片图是绿泥石水化硬化衆体试样的扫描电镜照片，由图左侧水化龄期为的试样扫描电镜照片可以看出硬化楽体结构较为松散，存在较多的空洞和孔隙，矿物颗粒之间没有大量的水化产物，只有少量的石膏和晶体附着在矿物颗粒表面，矿物颗粒轮廓界限较为明显，因此并为发生明显的水化反应；由图右侧水化龄期为的试样照片可以看出，其表面状态与龄期试样相似，仍然存在较多的孔隙和空洞，颗粒之间没有紧密连结，试样结构相对松散，表现为水化硬化裝体的强度很低。绿泥石标准养护反应下的能谱分析图为绿泥石水化硬化装体试样扫描电镜照片和能谱选区示意图，图为图中相对应选区的能谱谱图。结合图和图可以看出，在水化龄期为时，大量绿泥石矿物与和石膏堆积在一起，形成结构松散的早期水化体系，由能谱谱图可以知道龄期时的扫描电镜图中白色层片状结构富含娃氧元素，可以判断主要以石英和部分绿泥石矿物成分为主，黑色颗粒碎块结构含有丐、镁和招元素相对更多，说明主要以绿泥石、石膏和为主，由此可见体系水化反应程度不高，各种矿物堆积在一起，未有明显的新水化产物生成。 利密云尾矿废制备高性能混凝土的基础研究图绿泥石水化硬化菜体试样照片及能谱选区示意图？！！满量积光标：满量程光标：？」—一——厂丨丨■满量积光标满量程光标：图绿泥石水化硬化装体试样能谱选区谱图 北京科技大学博士学位论文由图和图可知，在水化龄期为时，大颗粒矿物表面附着或沉积大量细小颗粒，有一定量的针棒状晶体生成，但是体系结构仍然不够密实，由能谱谱图可以看出各选区元素组成更趋均勻，氧元素含量明显上升，说明体系中的水合物或者氢氧化物的量有所增加。由于绿泥石属于层状桂酸盐矿物，具有相对较强的吸附层间水的能力，另外层与层之间的键在硫酸盐和碱性条件下相对容易水解断裂，但同一层内的结合能相对较大，不容易解聚生成其它水化产物，因此绿泥石水化活性相对较低，表现为水化硬化装体力学性能较差。黑云母标准养护反应过程研究黑云母标准养护反应下的抗压强度试验按照表中的组配合比进行试块制备，在标准养护条件下测试试块、和的抗压强度。图给出了黑云母标准养护反应在不同龄期下的抗压强度。养护龄期（图标准养护反应下黑云母不同龄期的抗压强度从图可以看出，黑云母试件的抗压强度随着龄期的延长而增长。在龄期时，黑云母试件的抗压强度为龄期延长到时，试件的抗压强度随之增长到当延长到龄期时，试件的抗压强度达到比龄期的抗压强度只增长了水化后期增长的幅度不大。黒云母具有结晶良好的层状结构，在普通球磨机中将其进行超细粉磨的难度更大，导致其在所有矿物中比表面积最大。较粗的粒径是影响其在会有 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究和石膏的体系中发生水化反应的重要原因。另外黑云母中含有大量经基，是已经具有一定水化程度的娃酸盐。因此在和石膏作用下继续发生活性反应的能力较差。黑云母标准养护反应下的分析图为黑云母及其水化硬化架体试样的谱图，由谱图可以看出黑云母试样原样主要由铁云母、白云母和金云母所组成，其水化后的试样云母特征峰明显降低，有石膏和特征峰出现，但并未发现其它水化产物，说明石膏和晶体析出或者沉积在云母颗粒表面或者层间，没有发生水化、解聚和重新聚合反应，从而没有新矿物相的生成，因此试样水化活性很低，导致力学性能较差。白云母铁云母金云母。石裔经两石！—八■—人▲——⋯⋯—‘‘‘‘‘—。困黑云母纯矿物及其水化硬化楽体试样谱图黑云母标准养护反应下的分析图为黑云母及其水化硬化裝体试样扫描电镜照片，由照片可以看出龄期和龄期时均有针状晶体在颗粒表面析出，并且在龄期时这种针状晶体的数量更多，但是这种针状晶体相对稀疏而且连结能力很弱，使得矿物颗粒之间孔隙较大，结构仍比较松散，由龄期扫描电镜照片可以看到大量空洞，矿物颗粒表面覆盖一定量的针状晶体，但是颗粒边界轮廓明显，说明针状晶体沉积或者附着在其表面矿物颗粒并未有发生明显的水化反应，没有其它水化产物生成，因此造成水化硬化衆体强度很低。云母中含有较高的在含有、石膏和水的体系中具有形成丐巩石类矿物的潜力， 北京科技大学博士学位论文图观察到了新生成的针棒状矿物，初步证实了这一点，但是反应程度很弱。在形成韩巩石的同时是否有活性娃（招）四面体解聚形成凝胶尚无直接证据，另外和石膏的重结晶也可能对样品强度的增长有所贡献。麵纖图黑云母水化硬化奖体试样照片黑云母标准养护反应下的能谱分析图黑云母水化硬化楽体试样照片及能谱选区示意图图为黑云母水化硬化装体试样扫描电镜照片和能谱选区示意图，图为图中相对应选区的能谱谱图。结合图和图可以看出，水化龄期为时一定量的晶体析出在云母颗粒表面，云母颗粒间并没有其它水化产物包裹和连结，结构相对松散；水化龄期为时水化情况变化不大，并未有水化产物增多的趋势，颗粒之间仍然缺少连结物质，结构不够致密，由能谱可以知道黑色颗粒矿物富含金属元素和较少的氧元素，可判断其主要矿物组成为铁云母，针状晶体富集处的能谱谱图中镁元素和氧元 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究素含量明显升高，推断针状产物中可能含有水镁石等类似水合物。由于云母也属于层状硅酸盐，并且含有大量的活拨金属阳离子、基和层间水，在碱性溶液中受到硫酸盐的激发作用可能很小，因此云母的水化活性很弱，没有新的水合物生成，导致硬化衆体强度很低。。①②满量程光标满量程光标满量程光标满量程光标图黑云母水化硬化衆体试样能谱选区谱图小结石英属于架状桂酸盐矿物，由于其晶体结构中主要为桂氧四面体，晶格缺陷相对较少，不容易发生水解解聚反应，几乎不具有水化活性。钠长石和拉长石等长石类架状桂酸盐矿物具有相对较强的水化活性，在碱性条件下容易受到硫酸盐的激发，使得绍氧四面体水解然后再聚合生成新的水化产物，这些水化产物将矿物颗粒包裹连结在一起，提高体系的密实程度，有利于强度的增长。 北京科技大学博士学位论文绿泥石和云母类层状硅酸盐含有较多的经基和层间水，并且已经具有一定水化程度，所以其水化活性很弱，较难在碱性溶液环境下受到硫酸盐的激发产生新的水化产物，因此矿物颗粒之间结构非常松散，导致试样强度很低。在含有长石类矿物的体系中，可以通过适当手段激发其水化活性，比如含有长石类矿物的铁尾矿，在经过机械力作用激活后，再通过碱激发和硫酸盐激发，可以使其发生水化反应从而产生一定强度，为综合利用铁尾矿废石生产高性能混凝土提供理论依据。 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究结论铁尾矿细骨料混凝土试验结果表明，随着粉煤灰细度的增大，铁尾矿细骨料混凝土的强度随之增长，但粉煤灰达到一定细度以后，其对铁尾矿细骨料混凝土的细度增强效应表现不再明显。在粉煤灰和矿渔粉总量不变的情况下，随着粉煤灰掺量的增大和矿澄粉掺量的减少，制备出的混凝土强度有所降低，并且在粉煤灰掺量超过时，这种强度降低的趋势更为明显。以铁尾矿砂为细骨料制备出铁尾矿细骨料混凝土，在标准养护条件下抗压强度达到固废总利用率达到。釆用二次梯级混磨工艺制备胶凝材料（比表面积为左右，细骨料混凝土最优配合比为：铁尾矿质量分数，粉煤灰质量分数，矿澄质量分数，水泥熟料质量分数，脱硫石膏质量分数高效减水剂质量分数为胶凝材料的，水胶比。废石样品显微镜分析和分析表明，废石的主要矿物组成为石英、钠长石、角闪石、绿泥石、黑云母等。压碎指标测试结果符合高性能混凝土所用碎石的要求，经过粒度和级配的调整后可作为混凝土的粗骨料。对极细铁尾矿粉进行蹄分试验，结果表明的极细铁尾矿粉颗粒粒度在至之间，而的极细铁尾矿粉颗粒粒度在至之间。此种极细铁尾矿粉不再适合作为混凝土细骨料，将粉磨后的极细铁尾矿粉作为矿物掺合料是对其资源化利用的一种新途径。在废石铁尾矿粉煤灰矿渣水泥熟料脱硫石膏体系中，通过对胶凝材料用量、砂率、减水剂用量及水胶比等影响因素的研究，确定了全尾矿废石骨料高性能混凝土的最优配合比：单方胶凝材料用量砂率高效减水剂为胶凝材料质量分数，水胶比，所制备的全尾矿废石骨料高性能混凝土塌落度达，标准养护条件下抗压强度达，其中尾矿废石掺量提高到，水泥熟料掺量降为，固废总利用率达到。养护条件试验结果表明，蒸汽养护有利于提高混凝土的早期强度，室温湿养护有利于提高混凝土的后期强度，而水中养护和标准养护对混凝土各龄期的强度增长影响区别不大。由于全尾矿废石骨料高性能混凝土的水胶比较低，使得其结构致密，与环境的湿交换比较困难，对环境湿度敏感性降低，因此在水化后期养护条件对混凝土试块的抗压强度影响很小。 北京科技大学博士学位论文将全尾矿废石骨料高性能混凝土与普通水泥混凝土的力学性能（抗压强度、抗折强度、勞裂抗拉强度、静力受压弹性模量）与耐久性（抗冻性、抗氯离子性能、硫酸盐侵蚀、抗碳化）进行对比，得出全尾矿废石骨料混凝土与普通水泥混凝土的力学性能相接近，达到了普通混凝土力学性能的要求；全尾矿废石骨料高性能混凝土的耐久性能优异，在抗冻性能和抗硫酸盐侵烛方面具有较优的性能。对全尾矿废石骨料高性能混凝土的水化过程进行分析，结果表明，在水化前期水泥熟料水化产生凝胶及，在此种碱性条件下石膏和活性较高的矿渣中的发生反应生成韩巩石，此时凝胶和韩巩石是强度的主要来源。随着龄期的不断延长，又与矿査和粉煤灰中的活性和活性发生二次火山灰反应从而生成更多的凝胶和一定量的韩帆石，不断搭建起形成强度的网络结构并且提高硬化装体的密实程度，从而使得混凝土强度不断增长。对全尾矿废石骨料高性能混凝土的界面过渡区进行微观形貌的观察，低水胶比和超细活性矿物掺合料使得胶凝材料架体的粘聚性增大，集料的吸附水膜厚度变薄；同时超细矿物掺合料与反应，增加了凝胶的数量，降低了孔隙率，从而使得胶凝材料与骨料的界面过渡区结合紧密，有利于混凝土整体强度的提高。采用目前难以利用的极细铁尾矿粉作为掺合料制备出标准养护条件下抗压强度达到的混凝土。此种混凝土采用废石为粗骨料，铁尾矿砂为细骨料，砂率，水胶比高效减水剂用量为胶凝材料的，其中胶凝材料中极细铁尾矿粉（比表面积左右）掺量粉煤灰掺量，矿蜜掺量，水泥熟料用量及脱硫石膏掺量，尾矿废石掺量达到。石英属于架状娃酸盐矿物，由于其晶体结构中主要为硅氧四面体，晶格缺陷相对较少，不容易发生水解解聚反应，几乎不具有水化活性。绿泥石和云母类层状桂酸盐含有较多的经基和层间水，并且已经具有一定水化程度，所以其水化活性很弱，较难在碱性溶液环境下受到硫酸盐的激发产生新的水化产物。钠长石和拉长石等长石类架状桂酸盐矿物具有相对较强的水化活性，在碱性条件下容易受到硫酸盐的激发，使得银氧四面体水解然后再聚合生成新的水化产物，这些水化产物将矿物颗粒包裹连结在一起，提高体系的密实程度，有利于强度的增长。与铁尾矿高强结构材料相比，铁尾矿细骨料混凝土采用标准养护方式，用粉煤灰取代磨细铁尾矿，解决粉磨能耗过高和养护条件相对苟刻的难题；在铁尾矿细骨料混凝土的基础上，加入废石，减少胶凝材料的用量， 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究特别是水泥熟料的用量，制备出全尾矿废石骨料混凝土，提高铁尾矿和废石等固体废弃物利用率的同时，使其具有优异的力学性能及耐久性能；在全尾矿废石骨料混凝土的基础上，进一步利用难以处置的极细铁尾矿粉，将其作为矿物掺合料制备出极细铁尾矿粉混凝土，真正使其变废为宝，从而更加精细化利用铁尾矿，达到铁尾矿无害化、资源化和减量化的目标，为铁尾矿综合利用提出了更为广阔的思路。创新点：以铁尾矿砂为骨料制备出标准养护抗压强度的铁尾矿细骨料混凝土，铁尾矿利用率固废总利用率。在上述混凝土中加入废石作为粗骨料，在水泥掺量仅时，制备出塌落度为，标准养护抗压强度的全尾矿废石骨料混凝土，尾矿废石利用率，固废总利用率。采用极细铁尾矿粉作为矿物掺合料，制备出标准养护抗压强度的极细铁尾矿粉混凝土，并对极细铁尾矿中所含的五种主要■物进行了水化反应活性的研究。 北京科技大学博士学位论文参考文献孟跃辉，愧文，张玉燕我国尾矿综合利用发展现状及前景中国矿山工程，，；蔡石贵铁尾矿综合处理与二次利用技术及市场前景分析探讨四川建材，，；雷力，周兴龙，李家毓我国矿山尾矿资源综合利用现状与思考矿业快报，魏浩抑制尾矿轨枕混凝土材料收缩的基础研究北京：北京科技大学，郑永超密云铁尾矿制备高强结构材料研究北京：北京科技大学，中国资源综合利用协会年度大宗工业固体废物综合利用发展报告中国轻工业出版社，侯明兰，曲鸿鲁，杨学作山东省矿山尾矿综合利用现状与建议矿冶，，；，肖力光，伊晋宏，崔正旭国内外铁尾矿的综合利用现状吉林建筑工程学院学报，，：王国生，韩兆元，钟森林，等四川某铁尾矿中铁和硫的综合回收选矿试验金属矿山，，：叶和江上厂铁矿尾矿回收赤铁矿的试验和应用金属矿山，，：秦煜民磁选尾矿铁资源回收利用现状与前景中国矿业，；陈本亮，肖荣华昆钢上厂铁矿尾矿回收的生产实践矿业快报，，孙达，李永聪，高志明从某铁尾矿中回收铜的试验研究金属矿山，；，，，，刘永光，王晓雷铁尾矿资源化综合利用的发展现代矿业，， 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利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究于淼，倪文，刘佳齐大山铁尾矿制作人工鱼礁材料的研究金属矿山，，：夏荣华，朱申红，李秋义，等矿业尾矿在建材中的应用前景青岛理工大学学报，，：陈虎，沈卫国，单来，等国内外铁尾矿排放及综合利用状况探讨混凝土，，；刘佳，悅文，于淼全尾砂废石骨料混凝土的制备和性能材料研究学报，，；马茂君，陈家塊，郭林华铁矿山废料再利用试验研究与实践中国资源综合利用，，；于淼利用铁尾矿制备混凝土人工鱼礁的研究北京：北京科技大学，郭艳玲粉煤灰的性质及综合利用分析煤，，：，，，，李玉霞，韩芙莲，崔金凤粉煤灰资源化综合利用探讨山西建筑，，：洪雷，史非，韩阳大摻量粉煤灰混凝土高效活化剂研究低温建筑技术，，：龙世宗，郞燕蓉，樊志军粉煤灰表面活化处理新技术粉煤灰综合利用，，：王立久，曹明莉，任静钺，等粉煤灰高效活化剂及其工程应用研究大连理工大学学报，：马立国，杨瑞辉，王壞粉煤灰品质评价方法研究粉煤灰综合利用，，；沈旦，廖欣粉煤灰混凝土的势能化桂酸盐学报，，：李双喜，唐新军，孙兆雄掺级粉煤灰高性能混凝土的力学性能研究混凝土，： 北京科技大学博士学位论文李锦安大掺量粉煤灰影响混凝土性能的问题广东建材，，：黄可知粉煤灰复合改性剂的研制武汉理工大学学报，，：姬永生，袁迎曙，袁广林，等粉煤灰复合水泥对改善混凝土性能的试验研究中国矿业大学学报，，：朱燕电力系统粉煤灰综合利用现状分析及前景探讨山西电力，，；罗玉萍，王立久，苏丽清，等粉煤灰性质比较研究及综合利用途径探讨沈阳建筑大学学报，，：张强，梁杰，石玉桥，等粉煤灰综合利用现状广州化工，：，林旭健，张生营，季韬粉煤灰混凝土抗氯离子渗透及抗钢筋锈蚀性能建筑材料学报，，：，，吴建华，蒲心诚，刘芳大掺量粉煤灰高性能混凝土配制技术重庆大学学报，，：，，刘宝举，谢友均，李建粉煤灰矿渣复合超细粉蒸养混凝土力学性能建筑材料学报，，：史交东粉煤灰混凝土应用技术总结西部探矿工程，：，，，刘娟红，宋少民粉煤灰和磨细矿渣对高强轻骨料混凝土抗渗及抗冻性能的影响硅酸盐学报，，； 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究刘竞，邓德华，李兴翠，等粉煤灰细度对不同强度等级混凝土抗性能的影响粉煤灰综合利用，，：，鲁丽华，潘桂生，陈四利，等不同掺量粉煤灰混凝土的强度试验沈阳工业大学学报，，：黄晓晖粉煤灰在地基基础混凝土工程中的应用研究新型建筑材料，，：孔亚宁，谢国帅，徐旭，等低品质粉煤灰在混凝土中的应用混凝土，，：常健矿渣粉的高掺与粉煤灰复合在商品混凝土的应用科技信息，：邢世海，李国柱，孙祖元超掺粉煤灰混凝土在大体积混凝土工程中的应用研究混凝土，，：范锦忠粉煤灰陶粒混凝土的主要性能和应用粉煤灰，：李书惠，肖文粉煤灰高性能混凝土的应用施工技术，，：刘爱新粉煤灰混凝土的性能及其应用混凝土，，：’苏胜，张瑞红，岳素贞强腐蚀介质作用下高性能混凝土抗腐蚀性的研究华北科技学院学报，，：尹健，周士琼，谢友均高性能复合磨细粉煤灰混凝土的研究与应用新型建筑材料，，：刘跃伟，卢俊，孔德玉，大掺量粉煤灰高性能混凝土的研究粉煤灰综合利用，，：马少军，姚汝方，李光宇，等硅粉粉煤灰双掺高性能混凝土的配制及其应用西北农林科技大学学报自然科学版），，：，赵红昌，孙中军，于冰，等严寒地区高性能道面混凝土应用研究新型建筑材料，，：陈晓友，赵新颖复掺掺合料高性能混凝土的配制与应用建筑技术幵发，，：王鹏，杜应吉大掺量粉煤灰混凝土抗渗抗冻耐久性研究混凝土，，：谢宇三级配大掺量高性能粉煤灰混凝土配合比设计及应用新疆水 北京科技大学博士学位论文利，：何泽民超细粉煤灰在高性能大体积泵送混凝土结构中的应用与研究粉煤灰，，：，，王海超，许岩枫高性能混凝土技术可持续发展概念的研究辽宁工程技术大学学报自然科学版，，：湛阳高性能混凝土的应用与发展铜仁学院学报，，：高柯，孟云芳高性能混凝土的研究与发展中国建材科技，：王淑萍王思远，张春等高性能混凝土的研究现状和发展应用北方交通，：贺红云，孙伟峰高性能混凝土发展面临的若干问题中国新技术新产品，：黄迁亮高性能混凝土技术的可持续发展建设科技，：吴中伟绿色高性能混凝土混凝土的发展方向混凝土与水泥制品，，：张卫平高性能混凝土中的碱集料反应及预防措施江苏建材，，：吕广同，李振民，钟占良高性能混凝土在冻结井筒施工中的应用煤，，：，刘娟红，宋少民绿色高性能混凝土技术与工程应用北京：中国电力出版社，王立久，汪振双，赵善宇绿色生态混凝土技术的研究现状与发展混凝土，：，段文静发展绿色高性能混凝土的重要性和意义山西建筑，，：吴中伟，廉慧珍高性能混凝土北京：中国铁道出版社，赵建波，崔海浅谈绿色高性能混凝土的发展，山西建筑，，：李震绿色高性能混凝土在土木工程中的发展中国新技术新产品， 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究：，，冯乃谦，叶浩文，林仲龙混凝土技术的新进展多功能的高性能混凝土施工技术，，；，，，， 北京科技大学博士学位论文刘佳，倪文，于淼用粉煤灰和铁尾矿制备高强混凝土材料研究学报，，：武俊宇，曾荣树，倪文，等高韩粉煤灰在建材行业的研究进展硅酸盐通报，，：林育土矿物掺合料的复合效应及对混凝土性能的影响化工技术与开发，，：郑永超，倪文，徐丽铁尾矿的机械力化学活化及制备高强结构材料北京科技大学学报，：郑永超，刘艳军，李德忠铁尾矿贝利特硫铝酸盐水泥的制备及性能研究金属矿山，：郑永超，倪文，路囯忠高硅铁尾矿制备高强混凝土的实验研究建筑技术，：郑永超，倪文，张旭芳用细粒铁尾矿制备细骨料混凝土的试验研究金属矿山，：郑永超，倪文，郭珍妮铁尾矿制备高强结构材料的试验研究新型建筑材料，：于淼，倪文，刘佳磨细铁尾矿粉粒度分布分形维数的研究武汉理工大学学报，，：于淼，倪文，刘佳低碱度生态型人工鱼礁胶凝材料的初步研究混凝土与水泥制品，，：吴中伟绿色高性能混凝土与科技创新建筑材料学报，：黄晓燕，倪文，王中杰铜尾矿制备无石灰加气混凝土的试验研究材料科学与工艺，，：祝丽萍，倪文，黄迪粉煤灰全尾砂胶结充填料北京科技大学学报，，：伏程红，倪文，张旭芳矿渣粉煤灰基高性能混凝土专用胶凝材料北京科技大学学报，，：刘芬，赵志娟，邱丽美光电子峰和俄歇电子峰峰位表分 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究析测试技术与仪器，，：李英堂，热分析及红外光谱在矿物学中的应用地质实验室，，，孙凤久，楼丹花，李莉方解石晶体振动模式群论分析和红外光谱的东北大学学报，：李天昕，杨雯雯，朱维耀红外光谱法与射线衍射法分析介孔复合材料组分变化机理北京科技大学学报，：，，，，，，，，，，张云升，孙伟，贾艳涛，等用探索地聚合物水泥硬化产物的组成和结构武汉理工大学学报，，：江虹红外分析在水泥化学中的应用贵州化工，，：张玉燕赤泥作为高性能混凝土专用胶凝材料有效组份的研究北京科技大学，张吉秀，孙恒虎，万建华，等煤矸石胶凝材料水化产物及聚合度分析中南大学学报，，： 北京科技大学博士学位论文作者简历及在学研究成果一、作者入学前简历起止年月学习或工作单位备注年月至年月大连海洋大学计算机图形图像设计与应用专业年月至年月大连交通大学软件工程专业攻读学士学位年月至年月北京科技大学矿业工程专业攻读硕士学位年月至年月北京科技大学矿业工程专业攻读博士学位二、在学期间从事的科研工作参与柳州钢铁集团“钢渣热处理综合利用”课题。参与金川集团公司“镍弃渣铁资源回收综合利用”攻关项目。参与国家“十一五”科技支撑计划项目“尾矿凝石技术研究”。参与国家海洋局公益项目基于生态系统的海洋牧场关键技术研究与师范”（。参与“典型尾矿资源清洁高效利用技术及装备研究与示范”国家项目‘尾矿制备绿色环保新型建筑材料关键技术与示范课题’（。三、在学期间发表的论文，：检索号：刘佳，倪文，于淼用粉煤灰和铁尾矿制备高强混凝土材料研究学报，，：检索号：刘佳，倪文，于淼全尾矿废石骨料混凝土的制备和性能材料研究学报，，：检索号： 利用密云尾矿废石制备高性能混凝土的基础研究’，：检索号于淼，倪文，刘佳磨细铁尾矿粉粒度分布分形维数的研究武汉理工大学学报，，：于淼，倪文，刘佳低碱度生态型人工鱼礁胶凝材料的初步研究混凝土与水泥制品，，：于淼，倪文，刘佳齐大山铁尾矿制作人工鱼礁材料的研究金属矿山，：四、已申请的专利倪文，刘佳，于淼，吴辉，耿碧瑶，范敦城，汤畅一种利用粉煤灰和铁尾矿制备高强混凝土材料的方法公开号：倪文，陈杏婕，刘佳，吴辉，汤畅一种含粉煤灰的尾矿废石高强混凝土的制备方法公开号：倪文，范敦城，贾岩，崔卫华，张以河，李瑾，王红玉，伏程红，仇夏杰，刘佳一种赤泥深度还原提铁及二次尾渣制备胶凝材料的方法 北京科技大学博士学位论文独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得北京科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。签名：》《日期丨⑶ 北京科技大学博士学位论文学位论文数据集关键词密级中图分类号论文资助铁尾矿，废石，公开国家项目高性能混凝土，“典型尾矿资粉煤灰单矿物源清洁高效利用技术及装备研究与示范”学位授予单位名称学位授予单位学位类别学位级别北京科技大学±论文题名并列题名论文语种利用密云尾矿废石制备高性能混中文凝土的基础研究作者姓名刘佳学号培养单位名称培养单位代码培养单位地址邮编北京科技大学北京市海淀区学院路号学科专业研究方向学制学位授予年矿业工程矿物材料、固废年年利用、节能减排、环境工程论文提交日期年月日导师姓名愧文职称教授评阅人答辩委员会主席答辩委员会成员孙体昌白志民、曾荣树、李克庆、林海、刘娟红电子版论文提交格式文本（）图像（）视频（）音频（）多媒体（）其他（）推荐格式：；电子版论文出版（发布）者电子版论文出版（发布）地权限声明论文总页数共项，其中带为必填数据，为项。