不同水固比砂浆的填隙系数对混凝土性能的影响Word下载.doc

1、AbstractII引 言1第一章 综述21.1 细集料资源的利用现状21.1.1 天然砂资源短缺及造成的影响21.1.2 人工砂代替天然砂的必然趋势21.1.3 人工砂配制混凝土的研究进展21.2 铁尾矿资源的利用现状31.2.1铁尾矿的产出及堆置的危害31.2.2 铁尾矿的综合利用41.3建筑砂浆概述及发展趋势51.4传统混凝土施工现状71.4.1施工中的问题71.4.2研究水固比与填系的意义：71.5存在的问题8第二章 试验研究方案92.1研究思路92.2技术路线92.3试验原材料及仪器设备102.3.1水泥102.3.2铁尾矿砂与碎石102.3.3试验用水及药品112.3.4实验仪器设

2、备112.4试验方法122.4.1粗细集料基本性质测定122.4.2铁尾矿砂和碎石基本性质的测定122.4.3水泥基本性质的测定142.4.4水泥净浆试验方法142.4.5铁尾矿砂浆试验方法142.4.6铁尾矿砂浆混凝土试验方法15第三章 试验结果与分析讨论173.1粗细集料基本性质173.2混凝土配合比设计方法173.3水泥的性质183.4铁尾矿砂浆试验结果与分析183.5铁尾矿砂浆混凝土试验结果与分析183.5.1铁尾矿砂浆混凝土坍落度的测定183.5.2铁尾矿砂浆混凝土坍落度的测定20结 论23参考文献24谢 辞2524引 言随着我国建设规模日渐扩大，混凝土作为各种基础建设的首选材料，将

3、会受到更大的重视。而天然砂资源的日益缺乏，使人工砂配制混凝土成为未来混凝土发展的必然趋势。尾矿的处理方式是就近修建尾矿库，将其堆存起来。这不仅占用大量土地，而且有很大的安全隐患,尾矿的开发与利用是解决大量尾矿资源堆弃占地、减轻环境负荷、消除溃坝隐患的重要途径。在研究铁尾矿基本性质的基础上，利用铁尾矿砂完全取代天然砂，研究铁尾矿砂混凝土的工作性与强度特点，利用矿物掺合料等手段对铁矿尾砂混凝土配合比进行优化人工砂配制混凝土在技术上、经济上逐渐变得切实可行。另外,在人工砂配制混凝土方面，国内外较多的是从配合比设计和石粉含量上考虑其对强度方面的影响，而从水固比角度考虑的较少。用铁尾矿砂作为细集料配制混

4、凝土，不仅为天然砂的取代找到了很好的替代物 ,还可以丰富人工砂混凝土水固比方面的理论。就此,我们从水固比角度出发，研究铁尾矿砂的特性，与水和胶凝材料混合做成铁尾矿砂浆，分析铁尾矿砂浆的流动性和填隙系数对混凝土坍落度，尤其是强度的影响。所以对铁尾矿砂混凝土的研究有重要的经济效益和社会效益。第一章 综述1.1 细集料资源的利用现状1.1.1 天然砂资源短缺及造成的影响混凝土是目前最大宗的建筑材料，其今后的发展方向是：轻质、高强、高耐久性、多功能、节能和环保1。据统计，全世界每年混凝土使用量大约为 80 亿 t，石料用量大约为 60 亿 t2，而使用的大部分都是河、湖里的天然砂。随着天然砂的大量开采

5、，砂资源逐渐枯竭，带来价格的不断上涨，从而导致乱挖滥采现象严重，对自然环境造成破坏，并给人们的日常生活带来很严重的影响3：（1）周围生态环境造成破坏；（2）湖里砂的过量开采，会导致河床、湖床发生变形，地势发生变化，影响堤防安全和防洪；（3）岸取水实施、港口码头、过江管道与电缆、桥梁基础等带来负面的响；（4）河床和水流走向，破坏了航槽的稳定性，使航道条件恶化；（5）河、湖泊岸边景区的景观受到破坏，并面临着地质灾害的威胁。1.1.2 人工砂代替天然砂的必然趋势美国、英国、日本、法国等国家生产和使用人工砂配制混凝土已有几十年的历史4。国内相继出现过以山砂（自然山砂）、石屑（采石场在加工碎石过程中产生

6、的副产物）和机制砂（专门以岩石经破碎、筛分生产的砂）等替代天然砂。2002 年2月1日开始实施的建筑用砂（GB/T14684-2001）已明确人工砂作为一种建筑用砂，并规定了人工砂的技术要求、试验方法和检验规则。现在实施的普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准（JBJ52-2006）中增加了人工砂的定义和其各项指标的详细限定。随着天然砂资源的日益匮乏和新标准的逐渐推广，人工砂代替天然砂将成为必然趋势。1.1.3 人工砂配制混凝土的研究进展目前国内有好几家大专院校和研究部门从不同的侧重点研究人工砂配制混凝土的可行性和操作性：（1）从力学性能方面研究使用人工砂对混凝土的影响。有人认为人工砂与天然砂相

7、比，由于颗粒表面粗糙、多棱角，机械咬合力要大于天然砂，在宏观上表现出强度高5。 （2）从工作性方面研究使用人工砂对混凝土的影响。一般认为人工砂颗粒表面粗糙、多棱角，吸水率高，导致混凝土坍落度减小，并伴随有粘聚性差和泌水、离析等现象6。 1.2 铁尾矿资源的利用现状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，“悬湖”中的20多万立方米尾矿砂倾泻而下，泥石流吞噬了集市、房屋、车辆，过泥面积30.2公顷，造成276人遇难。这场事故在社会上造成了特别恶劣的影响，给国家和人民生命财产造成了巨大损失，仅善后赔付就达1105万元。国家安监总局认为，这是迄今为止全世界最大的尾矿库事故

8、。只要尾矿库存在，这类事故隐患就无法根除，解决的唯一途径是将矿山固体废弃物完全利用，使现有尾矿库的堆置高度降下来，新开矿山也不用修建大库容的尾矿库了7。1.2.1铁尾矿的产出及堆置的危害长期以来，无论是国内还是国外，选矿尾矿所采取的主要处理方式是：就近修建尾矿库，将其堆存起来。据不完全统计，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。随着矿业开发规模的增大、入选矿石品位的降低和大量矿山的老化，已引发一系列资源、环境、经济和社会问题。尾矿堆存的弊病主要体现在以下几个方面：（1）危

9、害环境破坏森林、地貌、植被和自然景观，导致水土流失、生态环境恶化，并潜伏着泥石流、山体滑坡、垮坝等突发性灾害。当刮大风时，扬起的砂尘如“砂尘暴”一般，对周围环境造成极大的破坏，对农作物、植被有很大的破坏作用，使周围居民生活在恶劣的环境中。还造成土壤污染，土地沙化，甚至使周围居民致病8。（2）安全隐患随着铁尾矿堆积的不断增加，坝体的高度也随之增加，从而带来安全隐患。特别是当下大雨时，几十米高的尾矿坝一旦垮塌，将会造成重大人员伤亡和财产损失。我国已发生过大小事故数次，最严重的一次就是文章开头提到的2008年9月8日发生在山西襄汾的尾矿库溃坝事故。（3）占用大量土地国土资源部发布的2007年度中国地

10、质环境公报中指出“截至2007年全国矿业开发占用和损坏的土地面积为165.8万公顷，其中尾矿堆放90.9万公顷”。据不完全统计，仅迁安、迁西和遵化就有各类小型选矿厂1500多家，其占地量达数万公顷。其中包括大量的农用和林用土地。对我国这样一个人口众多、人均耕地面积很少的农业大国，显然是严重的威胁，给社会造成的压力和难题将是久远的。（4）给国家和企业造成经济重负正常堆存和治理费用巨大，尾矿堆存突发灾害和环境污染治理费用更是惊人。修建、维护和维修尾矿库及因建尾矿库征地所需的费用是相当可观的。尾矿处理设施是结构复杂、投资巨大的综合水工构筑物，其基建投资占整个采选企业费用的540；尾矿库的维护和维修更

11、需消耗大量的资金。据统计，我国冶金矿山每吨尾矿需要尾矿库基建投资13元，生产经营管理费用35元。全国现有的尾矿库，每年的营运费用就达7.5亿元9。1.2.2 铁尾矿的综合利用对铁尾矿的综合利用国外进行的较早，美国、加拿大、前苏联等国均投人了大量资金，并已取得了明显的经济效益和社会效益。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。同时，一些企业迫于保护环境以及解决就业问题等压力，开始重视对铁尾矿资源的综合利用，并在很多方面取得了实质性

12、的成果。（1）作井下采空区充填料铁尾矿做井下填充物工艺简单、耗资少，降低了充填成本和整个矿山生产成本，降低矿石贫化率和损失率，提高了回采率。（2）铁尾矿用作土壤改良剂及微量元素肥料铁尾矿中往往含有 Zn、Mn、Cu、Mo、V、B、Fe、P 等微量元素，这正是维持植物生长和发育的必需元素。磁化尾矿施入土壤后提高了土壤的磁性，引起了土壤中磁团粒结构的变化，尤其是导致“磁活性”粒级和土壤中铁磁性物质的活化，使土壤的结构性、孔隙度、透气性均得到改善。田间小区试验和大田试范试验表明，土壤中施入磁化尾矿后，农作物增产效果十分明显。（3）利用铁尾矿复垦植被我国矿山的土地复垦工作起步于 20 世纪 60 年代

13、，在 80 年代后期至 90 年代进展较快，1988 年 11 月，国务院颁布了土地复垦规定，引起了有关部门的重视，有力地促进了矿山土地复垦工作的步伐。（4）铁尾矿作建筑材料我国铁尾矿（特别是高硅铁尾矿）作建筑材料利用也有部分的尝试，主要集中在：生产水泥熟料：采取适当的措施，在新型干法水泥生产线上尝试用铁尾矿替代传统的硅质、铁质材料；用铁尾矿制作建筑用砖和陶瓷产品：以铁尾矿为主原料，按配方加入其他一些化合物，使符合做砖、制陶的要求；用铁尾矿制作混凝土小型空心砌块。以上只是阶段性尝试，还没有大规模的使用。1.3建筑砂浆概述及发展趋势砂浆是由胶结料、细集料、掺加料和水配制而成的建筑工程材料，在建筑

14、工程中起粘结、衬垫和传递应力的作用。砂浆常用的胶凝材料有水泥、石灰、石膏等。按胶凝材料不同砂浆可分为水泥砂浆、石灰砂浆和混合砂浆。混合砂浆有水泥石灰砂浆、水泥粘土砂浆和石灰粘土砂浆等。依据用途，砂浆可分为砌筑砂浆和抹面砂浆，前者用于砖、石块、砌块等的砌筑以及构件安装；后者则用于墙面、地面、屋面及梁柱结构等表面的抹灰，以达到防护和装饰等要求。根据组成材料，可将砂浆分为水泥砂浆和水泥混合砂浆。水泥砂浆是由水泥、细集料和水配制成的砂浆，水泥混合砂浆是在水泥或石灰砂浆中掺加适当掺合料如粉煤灰、石灰膏，电石膏等制成的，以节约水泥或石灰用量，并改善砂浆的和易性。砂浆的技术性质：1.新拌砂浆的和易性。砂浆的

15、和易性是指砂浆是否容易在砖石等表面铺成均匀、连续的薄层，且与基层紧密黏结的性质。包括流动性和保水性两方面含义。（1）流动性。影响砂浆流动性的因素，主要有胶凝材料的种类和用量，用水量以及细集料的种类、颗粒形状、粗细程度与级配，除此之外，也于掺入的混合材料及外加剂的品种、用量有关。通常情况下，基底为多孔吸水性材料，或在干热条件下施工时，应选择流动性大的砂浆。相反，基底吸水少，或湿冷条件下施工，应选流动性小的砂浆。（2）保水性。保水性是指砂浆保持水分的能力。保水性不良的砂浆，使用过程中出现泌水，流浆，使砂浆与基底黏结不牢，且由于失水影响砂浆正常的黏结硬化，使砂浆的强度降低。影响砂浆保水性的主要因素是

16、胶凝材料种类和用量，砂的品种、细度和用水量。在砂浆中掺入石灰膏、粉煤灰等粉状混合材料，可提高砂浆的保水性。2.硬化砂浆的强度。根据砂浆的抗压强度划分的若干等级，称为砂浆的强度，并以“M”和应保证的抗压强度值（MPa）表示，其强度等级分别为M2.5、M5.0、M7.5、M10、M15、M20、M30等。影响砂浆强度的因素有：当原材料的质量一定时，砂浆的强度主要取决于水泥标号和水泥用量。此外，砂浆强度还受砂、外加剂，掺入的混合材料以及砌筑和养护条件有关。砂中泥及其他杂质含量多时，砂浆强度也受影响。建筑砂浆和混凝土的区别在于不含粗集料，它是由胶凝材料、细集料和水按一定的比例配制而成。合理使用砂浆对节

17、约胶凝材料、方便施工、提高工程质量有着重要的作用。目前，干混砂浆是建材领域发展最快、发展潜力很大的新产品。干混砂浆也叫干拌砂浆，是经干燥筛分处理的细集料与水泥、保水增稠材料以及根据需要掺入的外加剂、矿物掺合料等组分按一定比例在专业生产厂混合而成的固态混合物，在使用地点按规定比例加水或配套液体拌合使用的一种商品砂浆。干混砂浆分为普通干混砂浆和特种干拌砂浆。其中普通干拌砂浆包括用于砌筑工程的干拌砌筑砂浆、抹灰工程的干拌抹灰砂浆、地面工程的干拌地面砂浆等。特种干拌砂浆指对性能有特殊要求的专用建筑、装饰类干拌砂浆，包括：瓷砖粘结砂浆、聚苯板（EPS）粘结砂浆、外保温抹面砂浆等等。与商品混凝土一样，商品

18、干混砂浆有集中生产与统一供应的特点。发展干混砂浆是符合科学发展观和可持续发展的战略要求，在促进建筑施工现代化、实现文明施工、提高建筑工程质量、节约资源、保护环境、改善人民生活质量、实现人与自然协调发展等方面有着重要的意义，因此，发展建筑干混砂浆将成为必然趋势。现在，国内建筑干混砂浆的生产和推广应用已经形成一个新的产业，为住宅产业化创造了新的增长点。干混砂浆一般采用粉煤灰等工业废弃物作原料，既可减少环境污染，又可变废为宝、化害为利，给社会带来巨大效益。中国将在经济发达的大中城市首先推广干混砂浆，积累经验后，以点带面，全面推广，逐步禁止施工现场搅拌砂浆。因此，干混浆发展前景极其广阔10。1.4传统

19、混凝土施工现状1.4.1施工中的问题随着城市建设日益蓬勃发展，建筑工程混凝土用量越来越大，但是在施工过程中会遇到许多有待解决的问题。（1）多数工程结构配筋稠密复杂，振动棒不易插入，难以振动成型；（2）有的工程则地处居民区、科研机构、学校、医院附近，施工产生了很大的噪声，影响日常生活；（3）有的工程则是特种薄壁结构，配筋相对稠密，施工难度大，工期短。免振自密实混凝土的研究与应用。免振自密实混凝土可以定义为：混凝土能够保持不离析和均匀性，不需要外加振动完全依靠重力作用充满模板每一个角落，达到充分密实和获得最佳性能，其拥有的众多优点（1）保证混凝土良好的密实（2）提高生产效率。由于不需要振捣，混凝土

20、浇筑需要的时间大幅度缩短，工人劳动强度大幅度降低，需要工人数量减少。（3）改善工作环境和安全性，没有振捣噪音，避免工人长时间手持振动棒导致“手臂振动综合症”。（4）改善混凝土的表面质量，不会出现表面气泡或蜂窝麻面，不需要进行表面修补。（5）增加了结构设计的自由度，不需要振捣可以浇筑成型形状复杂、薄壁和密集配筋的结构。（6）避免了振捣对模板产生的磨损。1.5存在的问题（1）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）或旋流筒把较细颗粒又排回到尾矿库中，这样，一方面降低了建筑用砂的选别率，大量尾矿资源浪费掉了，尾矿对环境的压力难以缓解；另一方面严重破坏了集料的微细级配，对混凝土或

21、砂浆的工作性带来不利影响，继而又影响抗渗性和耐久性。（2）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，若直接按普通建筑砂浆配合比设计方法配制尾矿砂砂浆，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，会影响砂浆的工作性、强度及其它性能11。因此，本文拟在研究不同水固比铁尾矿砂浆的流动性和砂浆填系碎石配制成的铁尾矿混凝土强度特点的基础上，分析用铁尾矿砂和铁尾矿粉配制建筑砂浆的可能性。第二章 试验研究方案2.1研究思路2.1.1粗细集料基本性质研究 测定铁尾矿砂吸水率和空隙率，碎石的吸水率和空隙率

22、2.1.2铁尾矿砂浆性质研究用铁尾矿砂和水泥浆在不同水固比下拌制铁尾矿砂浆，研究砂浆的流动性2.1.3铁尾矿混凝土性质研究用流动性好的铁尾矿砂浆填充碎石空隙，配制成铁尾矿混凝土，测其坍落度，扩大试验范围，用不同水固比铁尾矿砂浆填充碎石空隙倍数，测定其坍落度及强度。2.1.4泵送混凝土的优化总结优化水固比和填充倍数，寻找合适的泵送混凝土参数和方法2.2技术路线查阅资料，制定方案铁尾矿砂和铁尾矿粉的基本性质铁尾矿砂浆流动度的研究铁尾矿砂浆填隙倍数的影响铁尾矿砂混凝土工作性的研究结果分析结论2.3试验原材料及仪器设备2.3.1水泥试验用水泥为曙光牌普通硅酸盐水泥（PO42.5）。其化学组成见表2-1

23、，物理性能见表2-2。表2-1水泥的化学组名称CaOSiO2Al2O3Fe2O3MgOK2ONa2OR2OSO3Loss含量/%60.7422.166.333.561.130.880.160.772.232.04注：Na2Oeq = Na2O + 0.658 K2O表2-2水泥的性能指标细度0.08mm筛余/%比表面积/m2kg-1标准稠度用水量/%凝结时间/min强度/MPa初凝终凝3d28dPO42.540528.218328124.552.82.3.2铁尾矿砂与碎石试验用铁尾矿砂来自唐山迁安，碎石来自唐山丰润。图2-2石的级配曲线图2-1 砂的级配曲线2.3.3试验用水及药品试验用水为市供自来水，外加剂为萘系固体减水剂。2.3.4实验仪器设备试验用仪器设备见表2-3：表2-3 试验用仪器设备仪器名称型号生产厂家水泥净浆搅拌机NJ-160A无锡建筑材料仪器机械厂标准法维卡仪试验筛方孔砂石筛一套浙江上虞市华丰五金仪器有限公司容量瓶容量500mL、1L容量筒容积1L水泥胶砂搅拌机JJ-5型水泥标准养护箱GB/T17671-40A水泥胶砂振实台ZS-15型电热鼓