钼尾矿在混凝土中的应用初探

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采矿业在选矿过程中产生的尾矿是我国主要的工业废弃物,大量的尾矿堆存不仅造成了空气、土壤和地下水污染等生态问题,而且增加了对人体健康的潜在危害。钼尾矿(MT)是钼矿石选取精矿作业后剩余的废渣,其化学成分与水泥和粉煤灰相似,主要由Si O2、Al2O3和Ca O组成。为了最大限度地减少MT堆积带来的土地占用和环境污染问题,促进MT的建材化利用,一个有效的方法就是开发其在混凝土生产中的应用。本文以MT为研究对象,将MT替代率和龄期作为主要对照因素,基于粉煤灰替代和水泥浆替代两种方式,共设计出十五种不同的混凝土配合比,开展了新拌混凝土的工作性能测试,分析了早龄期混凝土的强度增长趋势,结合微观结构演化规律阐释了强度的变化机理,并揭示了微观形貌与其强度的关系。研究结果表明:(1)试验研究了不同替代率及不同替代方式对新拌混凝土工作性能的影响。结果表明,随着MT替代率的增加,新拌混凝土的流动性和填充性有所降低,含气量基本呈上升趋势。利用MT替代25%的粉煤灰可改善SCC的间隙通过性,工作性能表现良好,但替代率超过50%时会出现粘度过大和骨料分离等不良现象。为保证新拌混凝土的工作性能,建议提高混凝土配合比中的减水剂用量,MT替代率不宜超过50%。(2)基于粉煤灰替代法制备MT普通混凝土。结果表明,早龄期混凝土的内部水总含量随着MT替代率的增加而上升,主要以物理结合水居多。各养护龄期下混凝土的立方体抗压强度均随内部水消耗率的增加而线性增大,MT的掺入加快了1d和3d时的水分消耗速率,MTF混凝土的抗压强度均大于CG0;龄期7d后,混凝土的抗压强度随着MT替代率的增加呈先增大后减小的趋势,28d时替代率为25%的MTF25抗压强度较CG0更高,为39.0MPa。微观形貌图像显示其粉体颗粒分布均匀,填充效果明显,MT的最优替代率为25%。(3)基于粉煤灰替代法制备MT自密实混凝土。结果表明,随着MT替代率的增加,SCC的早期干缩率逐渐增大,干缩变形的快速增长阶段均在24h内。MTS的抗压强度随MT替代率的增加呈先增大后减小的趋势,且早期(1、3、7d)抗压强度均大于CG0,其中MT替代率为25%的MTS25抗压强度增长最快,其28d的抗压强度和劈裂抗拉强度达到最大值,为38.5和2.67MPa。由NMR试验分析得知,25%的MT替代降低了混凝土总孔隙率,其孔径分布变化以凝胶孔(<10nm)和中孔(10-100nm)数量增多,毛细孔(100-1000nm)和大孔(>1000nm)数量减少为主,各组混凝土的孔隙率与抗压强度均呈负相关。由微观形貌图象显示,MT替代率超过25%时不利于混凝土的孔结构发展。(4)基于水泥浆替代法制备MT普通混凝土。结果表明,利用MT替代2.5%的水泥浆体后,混凝土28d立方体抗压强度和劈裂抗拉强度仅下降了3.8%和1.8%,为46.1和2.8MPa,基本达到CG0强度水平,可应用于实际工程中。而随着大量的水泥浆被MT替代,混凝土孔隙率逐渐增大,尤其是MTC7.5和MTC10的毛细孔(100-1000nm)和大孔(>1000nm)数量大幅升高,微观形貌图像显示其水泥石的孔隙和裂缝数量明显增多,结构致密性差,导致混凝土的强度较低,建议MT替代水泥浆不超过2.5%。
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