陳杏婕 倪 文 吳 輝 湯 暢 仇夏杰

(北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

·綜合利用·

全尾礦廢石骨料高強(qiáng)混凝土的試驗(yàn)研究

陳杏婕 倪 文 吳 輝 湯 暢 仇夏杰

(北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

從資源再生、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，以重新級(jí)配后的密云地區(qū)鐵礦廢石為粗骨料、密云地區(qū)鐵尾礦為細(xì)骨料，將鐵尾礦與礦渣、水泥熟料、脫硫石膏通過(guò)梯級(jí)混磨得到混合料，與單獨(dú)磨細(xì)的鋼渣粉混合為膠凝材料，加入減水劑和水后制備成高強(qiáng)混凝土材料，并采用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜分析(EDS)等手段進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)與物相組成的變化研究，進(jìn)而分析反應(yīng)機(jī)理。所制備的混凝土的固廢總比例達(dá)到91%，使用廢石代替天然石子，鐵尾礦代替天然砂子，其天然砂石替代率達(dá)到100%，制得的混凝土試塊28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到75.92 MPa。

廢石 鐵尾礦 骨料 高強(qiáng)混凝土

2011年我國(guó)大宗工業(yè)固體廢棄物總產(chǎn)生量約為34億t，而其利用率僅為45.5%[1]。鐵礦廢石與尾礦在工業(yè)固體廢棄物中所占比例很大，對(duì)其進(jìn)行有效利用、制備高附加值制品，是我國(guó)以尾礦資源為依托的新興產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。

利用鐵尾礦作為細(xì)骨料制備高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)材料方面，鄭永超[2]、楊菁華[3]、崔孝煒等[4]已經(jīng)做過(guò)一些相關(guān)研究。他們先后研究了鐵尾礦高性能混凝土結(jié)構(gòu)材料原材料處理工藝，確定了最佳磨礦方式，研究了不同的養(yǎng)護(hù)方法對(duì)強(qiáng)度的影響等。并且從他們的前期研究和實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，制備混凝土過(guò)程中摻入鋼渣粉能夠明顯降低混凝土試件的早期自收縮。這種不含粗骨料的混凝土結(jié)構(gòu)材料雖然在多個(gè)方面具有優(yōu)異的性能，但膠凝材料用量偏高，如果利用采礦廢石制成的粗骨料代替部分尾礦細(xì)骨料，則有可能在保持其部分高性能的前提下進(jìn)一步降低成本，降低能耗。

本研究擬利用鐵礦開(kāi)采的廢石作為混凝土粗骨料、鐵礦選礦的尾礦作為細(xì)骨料，開(kāi)發(fā)出C60以上的高強(qiáng)混凝土，混凝土中固廢總比例達(dá)到90%以上，天然砂石替代率達(dá)到100%，為大規(guī)模利用礦山固體廢棄物奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)原料和試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原料

1.1.1 鐵礦廢石

取自北京威克冶金有限責(zé)任公司的密云地區(qū)采場(chǎng)剝離廢石，制成的廢石粗骨料粒度篩分分析結(jié)果見(jiàn)表1。廢石的粒徑大小主要集中在4.75～26.5 mm，粒徑在2.36～16.00 mm與16.00～31.50 mm的廢石比例基本為1∶1，適合按照公稱粒級(jí)5～25 mm進(jìn)行級(jí)配[5]。

表1 廢石篩分分析結(jié)果

典型廢石骨料的正交偏光顯微鏡圖片見(jiàn)圖1。從圖1中可以看出，典型廢石骨料的礦物成分主要為石英、斜長(zhǎng)石、正長(zhǎng)石。更多的偏光顯微鏡及礦相顯微鏡觀察，可以發(fā)現(xiàn)個(gè)別的廢石顆粒還含有云母、綠泥石、方解石、蛇紋石以及磁鐵礦等礦物。

圖1 典型廢石正交偏光顯微鏡圖片

將廢石骨料隨機(jī)取樣，經(jīng)破碎和磨細(xì)后制備化學(xué)分析樣品，其主要化學(xué)成分見(jiàn)表2。從表2可以看出，廢石骨料的化學(xué)成分以SiO2為主，與典型廢石骨料的正交偏光顯微鏡相觀察，及其他骨料的后續(xù)偏光顯微鏡和礦相顯微鏡觀察所鑒別出的主要礦物組合相吻合。

將廢石骨料隨機(jī)取樣，經(jīng)國(guó)家建筑材料測(cè)試中心檢驗(yàn)，其壓碎指標(biāo)符合《GB/T14685—2011 建設(shè)用卵石、碎石》中Ⅰ類碎石的技術(shù)要求，即該廢石可用于強(qiáng)度等級(jí)大于C60的混凝土[6]。

1.1.2 鐵尾礦

試驗(yàn)用鐵尾礦取自北京威克冶金有限責(zé)任公司，其化學(xué)成分見(jiàn)表2。XRD譜圖見(jiàn)圖2。

表2 主要原料的化學(xué)成分

Table 2 Chemical composition of the main raw material %

成 分在各原料中的含量廢 石鐵尾礦鋼 渣礦 渣水泥熟料SiO264476952122232702250Al2O314427446841540486Fe2O31558131453040343MgO2113721100897083CaO350414358238796630Na2O308173023--K2O260206008--燒 失204251504076-

圖2 鐵尾礦XRD圖譜

鐵尾礦礦物組成主要為石英、斜長(zhǎng)石、透輝石、角閃石，性質(zhì)比較穩(wěn)定?；瘜W(xué)成分以SiO2為主，主要以非活性的石英形式存在，屬高硅型鐵尾礦。鐵尾礦中含有Fe2O3、FeO等鐵相礦物多以磁鐵礦形式存在。

(1)鋼渣。由鞍鋼集團(tuán)公司提供。其化學(xué)成分見(jiàn)表2。

(2)礦渣。為水淬的粒化高爐礦渣，取自首鋼遷鋼公司。其化學(xué)成分見(jiàn)表2。

(3)水泥熟料。取自河北唐山冀東水泥廠。其化學(xué)成分見(jiàn)表2。

(4)脫硫石膏。取自北京石景山熱電廠。其主要化學(xué)成分中，CaO所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為40.13%，SO3則為33.21%。

(5)PC減水劑。由北京慕湖外加劑有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 全尾礦廢石骨料混凝土試塊的制備

(1)將各種原材料烘干至含水率≤1%。

(2)用SMφ500×500試驗(yàn)?zāi)ハ葘㈣F尾礦粉磨40 min，測(cè)得磨后第一段物料比表面積為362.2 m2/kg。將磨細(xì)的細(xì)尾礦和礦渣原始顆?；炷?0 min，測(cè)得第二段物料比表面積為480.6 m2/kg。再將磨細(xì)的混合料與經(jīng)初級(jí)破碎的熟料、脫硫石膏混磨50 min后，得到混合物料，經(jīng)測(cè)比表面積為672.3 m2/kg。并將鋼渣在試驗(yàn)小磨中單獨(dú)粉磨90 min，比表面積為438.5 m2/kg。所用磨機(jī)為實(shí)驗(yàn)重5 kg標(biāo)準(zhǔn)小磨，由上虞市道墟棟林化驗(yàn)儀器廠生產(chǎn)，研磨介質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)配置。原料各組分比例見(jiàn)表3。

(3)按照《JGJ52—2006 普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)廢石粗骨料進(jìn)行重新級(jí)配，結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 膠凝材料組分比例

Table 3 The components proportion of the gelled material %

表4 粗骨料的顆粒級(jí)配范圍

注：2.36～31.5 mm為篩孔(方孔篩)尺寸。

(4)將膠凝材料和粗尾礦(細(xì)骨料)、篩分后廢石(粗骨料)按照膠凝材料∶尾礦細(xì)骨料∶廢石粗骨料=3∶2∶5的比例混合均勻，減水劑與膠凝材料的質(zhì)量比為0.4%，試驗(yàn)中水膠比為0.21。

(5)將攪拌好的漿體倒入100 mm×100 mm×100 mm的試模，振動(dòng)成型。放入溫度20±1 ℃，相對(duì)濕度為90%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)24 h后拆模，并繼續(xù)在標(biāo)養(yǎng)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。

1.2.2 分析檢測(cè)

(1)原料由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)化學(xué)分析室分析，主要采用721分光光度儀和EDTA溶解法測(cè)定。

(2)按照《GB/T 50107—2010 混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[7]，用北京三宇偉業(yè)試驗(yàn)機(jī)有限公司生產(chǎn)的SYE-2000型壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試塊在養(yǎng)護(hù)3、7和28 d時(shí)的抗壓強(qiáng)度。

(3)采用X射線衍射分析技術(shù)對(duì)混凝土凈漿樣品進(jìn)行物相組成變化的研究，所用儀器為日本理學(xué)Rigaku D/Max-RC粉晶X射線衍射儀。

(4)采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)觀察混凝土凈漿樣品的微觀結(jié)構(gòu)，所用儀器由德國(guó)蔡司公司生產(chǎn)，型號(hào)為SUPRATM55，工作電壓為20 kV，使用配套能譜儀進(jìn)行能譜分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 全尾礦廢石骨料混凝土強(qiáng)度特征

按試驗(yàn)方法制備混凝土試塊，測(cè)其養(yǎng)護(hù)3、7、28 d的抗壓強(qiáng)度。因?yàn)楸驹囼?yàn)所采用的混凝土試塊體積為100 mm ×100 mm ×100 mm，因此將測(cè)試結(jié)果乘以0.95的系數(shù)[7]，如表5所示。

從表5可以看出，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間增長(zhǎng)，混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度穩(wěn)定增長(zhǎng)，養(yǎng)護(hù)28 d換算后抗壓強(qiáng)度為75.92 MPa，完全滿足C60高強(qiáng)混凝土的要求。

表5 混凝土試塊抗壓強(qiáng)度

Table 5 Compressive strength of concrete MPa

試驗(yàn)中采用的水膠比為0.21，此水膠比下粗骨料的最大粒徑對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響很顯著，尤其對(duì)于高強(qiáng)混凝土，限制粗骨料最大粒徑是非常必要的。但粗骨料粒徑若過(guò)小，則會(huì)增加粗骨料的比表面積，空隙率也隨之增大[8]。而如表4所示，試驗(yàn)中通過(guò)篩分限制了廢石的最大粒徑為26.5 mm，最小粒徑為2.36 mm，有效地控制了使用廢石作為粗骨料時(shí)其粒徑對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。

試驗(yàn)中按表4對(duì)廢石進(jìn)行重新級(jí)配準(zhǔn)備試驗(yàn)用粗骨料，使得骨料具有較好的級(jí)配：空隙率小，從而減少了水泥用量并保證密實(shí)度；總表面積小，從而減少了濕潤(rùn)骨料表面的需水量；同時(shí)還有少量的細(xì)顆粒，滿足了和易性的要求。

2.2 顯微分析及反應(yīng)機(jī)理討論

2.2.1 混凝土凈漿樣品XRD分析

由于在混凝土水化硬化和強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)程中，廢石粗骨料和尾礦細(xì)骨料主要起到惰性脊料的作用，主要和膠凝材料發(fā)生物理吸附和化學(xué)吸附作用，自身并不發(fā)生明顯的變化，因此混凝土內(nèi)部所發(fā)生的反應(yīng)主要是膠凝材料的水化反應(yīng)、不同組分之間的相互反應(yīng)以及由此造成的混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的不斷演化。為了簡(jiǎn)化分析混凝土水化硬化和強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)程的難度，本實(shí)驗(yàn)的部分微觀分析樣品制樣時(shí)，將混凝土中的粗、細(xì)骨料剔除，只對(duì)凈漿部分進(jìn)行分析。制成30 mm×30 mm×50 mm的凈漿試件，試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)，并對(duì)其進(jìn)行3、7和28 d測(cè)試分析。

圖3、圖4、圖5分別是混凝土凈漿試件在3、7和28 d的XRD圖譜。由圖3可以看出，凈漿試件養(yǎng)護(hù) 3 d時(shí)有一定量的羥鈣石和鈣礬石晶體的衍射峰，說(shuō)明膠凝材料已經(jīng)發(fā)生了較為迅速的水化反應(yīng)，產(chǎn)生了一定量的鈣礬石和羥鈣石。圖中還可看出，3 d齡期時(shí)，在2θ為25°～40°的區(qū)間內(nèi)，衍射峰有明顯的“凸包”產(chǎn)生，且整體衍射峰的背景值較高，表明已有很多的非晶態(tài)物質(zhì)產(chǎn)生，說(shuō)明此時(shí)已經(jīng)生成了較多的C-S-H凝膠。膠凝材料制備過(guò)程中，通過(guò)梯級(jí)混磨激發(fā)了鐵尾礦和礦渣的活性，在火山灰效應(yīng)的作用下，形成了更多的C-S-H凝膠。同時(shí)混磨過(guò)程中石膏的加入促進(jìn)了多組分協(xié)同效應(yīng)，并進(jìn)一步促進(jìn)C-S-H凝膠的生成。在凈漿試件3 d齡期的XRD圖譜中，可以看到石英、閃石的衍射峰，這是由于凈漿試件中存在很多未參與反應(yīng)的鐵尾礦細(xì)粒。C3S在水化過(guò)程中較先反應(yīng)，但該3 d齡期凈漿試件的XRD圖譜中仍可見(jiàn)M3型C3S晶體的衍射峰，同時(shí)較后反應(yīng)的β型C2S晶體的衍射峰較多，這說(shuō)明水化很不完全，進(jìn)一步水化和強(qiáng)度增長(zhǎng)具有較大的空間。

圖3 3 d齡期試件XRD圖譜

圖4 7 d齡期試件XRD圖譜

由圖4可以看出，凈漿試件在7 d齡期時(shí)，鈣礬石晶體的衍射峰略微增強(qiáng)，羥鈣石晶體的衍射峰有所降低，β-C2S、M3-C3S晶體的衍射峰有所降低，石英、閃石的衍射峰仍舊較強(qiáng)，與試件在3 d齡期的XRD圖譜相比非晶態(tài)物質(zhì)進(jìn)一步增加。這說(shuō)明隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，水化反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行，羥鈣石在一定程度上被消耗，鈣礬石則仍在生成，試件中產(chǎn)生了更多的C-S-H凝膠。

圖5 28 d齡期試件XRD圖譜

由圖5可以看出，凈漿試件在28 d齡期時(shí)，鈣礬石的衍射峰持續(xù)增強(qiáng)，羥鈣石晶體的衍射峰減少，非晶態(tài)物質(zhì)進(jìn)一步增加，β-C2S晶體的衍射峰大大減少，沒(méi)有見(jiàn)到M3-C3S晶體的衍射峰，石英、閃石的衍射峰仍舊明顯。這說(shuō)明在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中水化反應(yīng)進(jìn)行得遠(yuǎn)比3、7 d齡期時(shí)更完全，試件中生成了更多的C-S-H凝膠，而羥鈣石雖然被進(jìn)一步消耗，但在試件中仍舊存在。

2.2.2 混凝土凈漿樣品SEM分析及能譜分析

圖6是混凝土凈漿試件養(yǎng)護(hù)3 d的SEM照片。圖7、圖8是凈漿試件3 d齡期時(shí)對(duì)應(yīng)的能譜分析圖。

圖6 3 d齡期混凝土凈漿試件SEM照片

如圖6(a)所示為凈漿試件水化3 d的放大3 000倍SEM圖。從圖中孔隙可見(jiàn)結(jié)晶良好的針、棒狀鈣礬石晶體以及片狀羥鈣石，在兩者附近可見(jiàn)C-S-H凝膠?？紫秲?nèi)外四周可見(jiàn)分散分布的固體顆粒。如圖6(b)所示為其放大10 000倍SEM圖。從圖中可以清晰看到疊層生長(zhǎng)的羥鈣石，結(jié)晶良好。鈣礬石在空隙中呈棒狀生長(zhǎng)，結(jié)晶良好，長(zhǎng)度達(dá)到約4 μm。鈣礬石晶體與羥鈣石晶體之間被C-S-H凝膠環(huán)繞填充。

圖7 圖6(b)中A點(diǎn)能譜

圖8 圖6(b)中B點(diǎn)能譜

圖7中能譜數(shù)據(jù)顯示，A點(diǎn)主要包括硅、鈣、鎂、鋁等元素，硅、鈣含量較高。結(jié)合圖6(b)，可以判斷A點(diǎn)為水化生成的C-S-H凝膠。圖8中能譜數(shù)據(jù)顯示，B點(diǎn)硅元素含量較高，其余元素含量都較低，結(jié)合圖6(a)中的分布分散的固體顆粒，此處可能為未參加反應(yīng)的鐵尾礦中的石英顆粒，其附著于片狀羥鈣石上，與水化層之間存在明顯的空隙，空隙間距較大。

比較凈漿試件3 d齡期的SEM圖、能譜分析圖與XRD圖譜，結(jié)果互相符合，說(shuō)明水化3 d時(shí)，羥鈣石、鈣礬石、C-S-H凝膠大量生成，但水化反應(yīng)并未完全，試件中存在大量鐵尾礦顆粒，此時(shí)硬化漿體結(jié)構(gòu)基本形成，但結(jié)構(gòu)較為疏松，仍存在大量孔隙。

如圖9(a)所示為凈漿試件水化7 d的放大4 000倍SEM圖，圖中可以清晰看到大量結(jié)晶良好的鈣礬石晶體。圖9(b)所示為放大5 000倍SEM圖，圖中可以看到大量C-S-H凝膠及少量羥鈣石晶體，未水化顆粒與水化層之間的空隙由C-S-H凝膠連接。

凈漿試件7 d齡期的SEM圖和XRD圖譜的結(jié)果相符，說(shuō)明隨著齡期延長(zhǎng)，水化反應(yīng)進(jìn)一步加深，水化程度進(jìn)一步提高，生成大量的鈣礬石晶體和C-S-H凝膠，羥鈣石在進(jìn)一步產(chǎn)生與消耗中，這些水化產(chǎn)物分布無(wú)序地逐漸充填內(nèi)部孔洞。凈漿試件較養(yǎng)護(hù)3 d時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為緊密，密實(shí)程度有較大提高。

圖9 7 d齡期混凝土凈漿試件SEM照片

圖10 28 d齡期混凝土凈漿試件SEM照片

如圖10(a)所示為凈漿試件水化28 d的放大3 000倍SEM圖。從圖中可以看到大量的C-S-H凝膠以及少量的羥鈣石和鈣礬石。未水化顆粒與水化層之間的空隙大大減少，構(gòu)成一個(gè)結(jié)構(gòu)致密的硬化漿體。圖10(b)所示為放大10 000倍SEM圖，圖中有大量的C-S-H凝膠。

凈漿試件在28 d齡期的SEM圖和XRD圖譜相符，說(shuō)明水化28 d時(shí)試件中C-S-H凝膠占水化產(chǎn)物的絕大部分，羥鈣石和鈣礬石仍舊存在，但含量降低，硬化漿體已經(jīng)很致密。

2.2.3 試驗(yàn)結(jié)果討論

水化硬化過(guò)程早期，混凝土試塊中存在較多孔隙，隨著水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，各種水化產(chǎn)物逐漸填滿這些空隙。針、棒狀鈣礬石晶體，片狀、疊層狀羥鈣石，C-S-H凝膠相互交織，將原本分散的鐵尾礦顆粒、廢石與水化產(chǎn)物連接起來(lái)，提高了過(guò)渡區(qū)的密實(shí)度，從而構(gòu)成了越來(lái)越致密的混凝土試塊。

混凝土養(yǎng)護(hù)3 d時(shí)，試塊中不僅產(chǎn)生了大量鈣礬石、羥鈣石，還有相當(dāng)多的C-S-H凝膠。這是由于在膠凝材料制備過(guò)程中，通過(guò)梯級(jí)混磨激發(fā)了鐵尾礦和礦渣的活性，這2種礦物摻合料通過(guò)火山灰效應(yīng)，促進(jìn)混凝土水化硬化過(guò)程中羥鈣石的消耗，形成更多的凝膠。鈣礬石、羥鈣石、C-S-H凝膠充填了一部分空隙，并與未水化熟料顆粒、未反應(yīng)礦渣顆粒、鐵尾礦顆粒等未水化顆粒以及廢石顆粒牢固地黏結(jié)在一起，初步構(gòu)成了一個(gè)較為致密的整體。

由于高強(qiáng)混凝土的自收縮可在早期齡期得到反映，而混凝土自收縮的不斷增大，會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋的可能性也隨之增加[4]，本試驗(yàn)在制備混凝土的過(guò)程中在膠凝材料里摻入一定量的鋼渣，利用鋼渣粉的微膨脹作用來(lái)抑制混凝土的自收縮，可起到減少微裂紋的作用。如表5中所示，混凝土試塊在早期就形成較高的抗壓強(qiáng)度，以0.95的系數(shù)折算后的3 d的測(cè)試結(jié)果為43.13 MPa。

隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，水泥熟料、鋼渣中的M3-C3S逐漸反應(yīng)完全，β-C2S也逐漸參與進(jìn)行水化，混凝土試塊中的整體水化程度逐漸增加，未水化顆粒、廢石粗骨料與水化層的空隙逐漸減少。鈣礬石晶體在早期和中期大量生成，并結(jié)晶較好。隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，水化硅酸鈣不斷生成，以結(jié)晶度極低或非晶態(tài)的C-S-H凝膠為主。早期時(shí)C3S、C2S顆粒周圍易迅速生成C-S-H凝膠層，中后期C-S-H凝膠無(wú)序分布，填充于過(guò)渡區(qū)孔隙，大大降低混凝土試塊的孔隙率。中后期的水化產(chǎn)物具有巨大的表面積和黏附力，從而有效地將各種固相顆粒牢固黏結(jié)，最終形成致密的混凝土試塊。如表5中所示，以0.95的系數(shù)折算后的7 d抗壓強(qiáng)度為65.28 MPa，就已達(dá)到C60高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度要求，而28 d抗壓強(qiáng)度在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高，體現(xiàn)出全尾礦廢石骨料混凝土的優(yōu)越性。

本研究所制備的全尾礦廢石骨料混凝土不但可以大量消耗尾礦和廢石，并且能夠制備出C60以上強(qiáng)度等級(jí)的高強(qiáng)混凝土。其耐久性和體積穩(wěn)定性等重要指標(biāo)將在后續(xù)的研究結(jié)果中陸續(xù)報(bào)道。但基于北京密云的尾礦和廢石用于代替天然砂石配制強(qiáng)度等級(jí)在C40以下的混凝土中已被應(yīng)用多年，均未在耐久性和體積穩(wěn)定性方面發(fā)現(xiàn)負(fù)面效應(yīng)，因此在本項(xiàng)研究結(jié)果進(jìn)一步提高尾礦、廢石的利用率與利用價(jià)值方面具有重要意義。

3 結(jié) 論

(1)北京密云地區(qū)的鐵礦采礦廢石經(jīng)加工后符合Ⅰ類碎石的技術(shù)要求，經(jīng)篩分、重新級(jí)配后能夠代替天然石子作為粗骨料，選礦的尾礦可以作為細(xì)骨料生產(chǎn)C60高強(qiáng)混凝土。

(2)以密云地區(qū)廢石為粗骨料，密云鐵尾礦為細(xì)骨料，可以制備出28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到75.92 MPa的高強(qiáng)混凝土試塊。在所制備的混凝土中，粗骨料和細(xì)骨料均可100%以鐵礦廢石和尾礦來(lái)代替天然砂石。

(3)全尾礦廢石骨料混凝土材料的主要水化產(chǎn)物為C-S-H凝膠和鈣釩石。試樣水化早期，C-S-H凝膠的生成較快。試樣水化7 d至28 d的過(guò)程中，早期水化所產(chǎn)生的羥鈣石又由于礦物摻合料的火山灰活性反應(yīng)被部分消耗，C-S-H凝膠在全部水化產(chǎn)物中所占比例提高。未參與水化反應(yīng)的部分鐵尾礦及礦渣顆粒作為微集料殘留在混凝土中，降低了混凝土試塊的孔隙率。該混凝土材料3、7、28 d齡期都有較高的抗壓強(qiáng)度。

(4)全尾礦廢石骨料混凝土材料大量使用工業(yè)固體廢棄物，固廢總體摻量達(dá)到91%。高強(qiáng)混凝土是在各種基本建設(shè)工程中大量使用的建筑材料。100%使用尾礦和廢石代替天然砂石，并在膠凝材料中部分使用梯級(jí)磨細(xì)的超細(xì)尾礦粉作為礦物摻合料，對(duì)于大宗固廢資源化利用具有重要意義。

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(責(zé)任編輯 石海林)

Experimental Study of High-strength Concrete with Waste Rocks and Iron Tailings as Aggregates

Chen Xingjie Ni Wen Wu Hui Tang Chang Qiu Xiajie

(SchoolofCivilandEnvironmentalEngineering，UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing100083，China)

From viewpoints of resources regeneration，environmental protection and circular economy，the re-graded waste rocks in Miyun area were prepared as coarse aggregate，and iron tailings were prepared as fine aggregate.Then，iron tailings，blast furnace slag，cement clinker and FGD gypsum were mixed and ground to produce the mixture.Steel slag that was ground alone are together with the mixture to prepare cementitious materials.The high-strength concrete materials were produced with the cementitious materials and aggregates，by adding water-reducing agent and water.The changes of microstructure and phase composition of the high-strength concrete were studied by XRD，SEM，EDS，et al.Based on this，its reaction mechanism is analyzed.The produced concrete materials obtained the compressive strength as high as 75.92 MPa at 28 d and the content of wastes in products reached 91%.The replacement ratio of natural sands and rocks was 100% while natural sands were replaced by Miyun iron tailings and natural rocks were replaced by Miyun waste rocks.

Waste rock，Iron tailing，Aggregate，High-strength concrete

2014-08-21

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目(編號(hào)：2012AA062405)。

陳杏婕(1991—)，女，碩士研究生。通訊作者 倪 文(1961—)，男，教授，博士，博士研究生導(dǎo)師。

TD981

A

1001-1250(2015)-02-166-07