铁尾矿砂混凝土收缩开裂性能研究

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近年来,铁尾矿资源的累计堆存量和年排放量逐渐增加,对人类社会和自然环境产生了巨大危害。同时为缓解天然砂资源短缺现状和实现建材行业的可持续发展,将铁尾矿砂部分或完全取代天然砂作为细集料应用到高性能混凝土中,实现大宗尾矿的资源化利用,具有十分重要的意义。收缩开裂是高性能混凝土存在的较为普遍和突出的问题,且目前针对铁尾矿砂混凝土早期塑性收缩、早期抗裂性、长期体积稳定性以及耐久性的研究还较少。因此研究并控制铁尾矿砂混凝土收缩开裂行为是形成尾矿砂高抗裂预拌混凝土成套制备和应用技术规范的必要途径。本文首先对铁尾矿砂作为建设用砂的可行性进行了分析研究,主要包括:研究铁尾矿中有害成分(重金属离子、硫化物等)溶出后与功能性化学材料的相容性和对水泥水化的影响;研究铁尾矿砂对砂浆流变性能、力学性能和干燥收缩性能的影响;研究铁尾矿基本性能对混凝土工作性能、力学性能和收缩开裂性能的影响。其次研究了不同减缩措施(掺加减缩剂SRA、高吸水性树脂SAP和透水模板布养护)对铁尾矿砂混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的影响。在此基础上,研究了不同减缩措施对铁尾矿砂混凝土早期收缩开裂行为和长期体积稳定性的影响。研究得到主要结论如下:(1)铁尾矿砂在蒸馏水和饱和氢氧化钙溶液中的浸出液对水泥水化影响很小。铁尾矿砂砂浆和天然砂砂浆减水剂饱和掺量点相同,均为0.8%,但流动度经时损失要大于天然砂砂浆;随铁尾矿砂取代量的增加,砂浆抗压强度和抗折强度都有一定程度的增大,取代量为100%时,分别增加12.4%和21.5%;铁尾矿砂砂浆各龄期收缩值均大于天然砂砂浆,且随铁尾矿砂取代量增加而增大,当取代量为100%时,90d收缩值最大,达到1170×10-6。铁尾矿砂取代不同量的天然砂制备混凝土,工作性能和力学性能都能满足要求,但90d干燥收缩、自收缩值和早期开裂性均大于天然砂混凝土。(2)未采取减缩措施时,铁尾矿砂混凝土工作性能稍逊于天然砂混凝土,铁尾矿砂混凝土的抗压强度、抗折强度和动弹性模量都随铁尾矿砂取代量的增加而略微增大,铁尾矿砂混凝土电通量随铁尾矿砂取代量的增加而增大,F100混凝土电通量增大了46.6%;采取减缩措施后,铁尾矿砂混凝土工作性能变化不大,掺加SAP和SRA后对铁尾矿砂混凝土早期抗压强度和抗折强度不利,随龄期增长不利影响减小,采用透水模板布养护后铁尾矿砂混凝土抗压强度增大,28d抗压强度较基准组增加了5.4MPa,掺加SRA后铁尾矿砂混凝土电通量最小,较基准组降低了35.9%,掺加SAP后,不同取代量铁尾矿砂混凝土抗硫酸盐性能均提高,铁尾矿砂混凝土90d抗压强度耐蚀系数较天然砂混凝土增加了4.7%。(3)铁尾矿砂混凝土早期自收缩与天然砂混凝土相当,而早期收缩大于天然砂混凝土,采取减缩措施后均能不同程度减少混凝土早期自收缩和早期收缩,其中掺加SAP的减缩效果最好,其中铁尾矿砂混凝土72h早期自收缩值最多降低了46.5%,铁尾矿砂混凝土7d早期收缩值最多降低了30.4%。掺加SAP后铁尾矿砂90d自收缩值降低最多,为29.9%,透水模板布养护下铁尾矿砂混凝土的90d干燥收缩值降低最多,为41.2%。透水模板布养护下,能有效的阻碍水分散失,此时,铁尾矿砂混凝土单位面积水分损失最小,内部相对湿度最高。采用减缩措施后能显著改善铁尾矿砂混凝土早期开裂性能,裂缝最大宽度明显减小,其中透水模板布养护下,铁尾矿砂混凝土不开裂,掺加SAP后铁尾矿砂混凝土单位面积总开裂面积减少了34.3%。
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