高硅铁尾矿制备高强混凝土的实验研究.pdf

第 4 l 卷第 4期 2 0 1 1年 4月 V0 l - 4 1 No 4 AD r 2 0 1 1 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e Te c h n o l o 3 6 9 高硅铁尾矿制备高强混凝土的实验研究 郑永超 ，倪 文2 ，路国忠 ，魏 浩2 ，王海霞2 ( 1 固废资源化 利用与节能建材国家重点实验室 ， 1 0 0 0 4 1 ， 北京 ； 2 北京科技大学 金属矿 山高效开采与安全教育部重点实验室 ， 1 0 0 0 8 3 ， 北京) 摘要 ： 选取两种高硅铁尾矿 ， 针对各自特点 ， 进行 了以尾矿为主要原料制备高强混凝土材料 的实验研究； 实验结果 表明 ， 此两种高硅型铁尾矿 制备 出的试块抗压强度均可达到1 0 0 MP a 以上 ， 尾矿 用量达7 0 ， 提 高了尾 矿 的综合利用率。 关键词 ： 尾矿 ； 高强混凝土 ； 二次 资源 ； 环境保护 中图分类号 ： T U 5 2 8 3 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 3 6 9 0 3 S TUDY oN l UGH S TRENGTH CONCRETE PRoDUCED BY HI GH S I LI CoN l oN TAI L GS ZHENG Yo ng ch a o ， NI W e n ， L U Gu o- z h on g ， W EI Hao ，W ANG Hai - x i a ( 1 S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f S o l i d Wa s t e Re u s e f o r B u i l d i n g Ma t e r i a l s ，1 0 0 0 4 1 ，B e i j i n g ,C h i n a ； 2 K e y L a b o r a t o r y o f t h e Mi n i s t r y o f Ed u c a t i o n o f C h i n a f o r Hi g h E ffi c i e n t Mi n i n g a n d S a f e t y o f Me t a l Mi n e s ， Un i v e r s i t y o f S c i e n c e and T e c h n o l o g y B e i j i n g ，1 0 0 0 8 3 ，B e i j i n g ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： S e l e c t t wo k i n d s o f h i g h s i l i c o n i r o n t a i l i n g s a s t h e ma i n r a w ma t e ria l s ， a c c o r d i n g t o t h e i r c h a r a c t e ris t i c s ， e x p e r i me n t a l s t u d y o f h i g h-s t r e n g t h c o n c r e t e wa s c o n d u c t e d Ex p e rime n t s s h o w t h a t t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f s a mp l e s p r o d u c e d b y t h e t wo hi g h s i l i c o n i r o n r a i l i n g s c a n r e a c h mo r e t h a n 1 0 0 MPa ， r e s p e c t i v e l y W i th 7 0 c o n t e n t o f t a i l i n g s ，t h i s wa y i n c r e a s e s t h e c o mp r e h e n s i v e u t i l i z a t i o n o f t a i l i n g s Ke y wo r d s： i r o n t a i l i n g s； h i g h - s t r e n gth c o n c r e t e；s e c o n d a r y r e s o u r c e s； e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n 本实验借鉴活性粉 末混凝 土【 】 的技术路线 ， 所制 备的尾矿高强混凝土 中尾矿的总体用量达 到7 0 ， 抗 压强度达到1 1 3 0 MP a 以上 ，与传统混凝土制备工艺相 比 ， 具有节能、 降耗 的优点。 1 实验原料 尾矿A 产 自北京密云某矿山 ， 尾矿B 产 自辽宁鞍山 某矿山， 均属高硅型铁尾矿 ， 主要由硅酸盐、 硅铝酸盐 及少量金属氧化物组成 。 尾矿A主要矿物成分为石英、 斜长石和角闪石 ， 少量磁铁矿 ， 尾矿B 主要矿物成分为 石英、 赤铁矿以及 少量 的角闪石和绿泥石。 由于 矿石种 类差 异和 选矿 方式 不 同 ，导 致尾矿 粒 级差异较大。表1 为两种尾矿粒级组成表。 2 实验 方案 针对两种尾矿不同性质， 制定不同的实验方案。 表 1 尾矿筛分析结果 ( ) 粒级区 - 0 O 4 5 O O 8 O 1 6 O _ 3 1 5 O 6 3 间 mm - 0 O 4 5 + 1 2 ： - 0O8 一 O 1 6 - 031 5 O 6 3 1 2 5 尾 矿 A 4 - 3 3 4 2 0 - 2 2 6 7 2 5 7 1 1 5 8 2 尾矿B 4 6 3 4 8 9 4 8 一 收稿 日期： 2 0 1 l - 0 3 2 2 作者简介 ： 郑永超 ( 1 9 7 8 一) ， 男 ， 河北河间人 ， 工程师 ， 博 士 ， 主要 研究方 向为 固废资源化 利用、 环境保护 ， e m a i l ： ant o n 1 6 3 e o m ( 1 )对尾矿A、 尾矿B 分别使 用0 0 8 mm、 0 0 4 5 m m 方孔筛进行筛分分级 ，将筛上部分作为尾矿高强混凝 土的细骨料 。 ( 2 )筛下部分与原始粒级的矿渣 ( 0 1 5 mm) 、 原 始粒级的水泥熟料 ( 0 1 1 0 mm) 、 脱硫石膏按照4 0 ： 2 6 ： 2 6 ： 8 的 比例进 行 混磨 ， 磨 至 比 表面积 达 到6 0 0 0c m2 g 以 上 。 ( 3 )将 步骤 ( 1 ) 、 ( 2 ) 所得物料按 1 ： 1 的比例 混合 ， 使用尾矿A 的混合料加入1 0 减水剂， 水胶比O 1 7 。使 用尾矿B 的混合料加入1 5 减水剂 。 水胶比0 1 5 。搅拌 后在尺寸为3 0m mx 3 0 mmx 5 0m m的模具中进行浇筑振 动成 型 。 ( 4 )成 型后 的试件 在2 0 1 o C、 不 低 于9 0 N 对 湿 度条件下养护2 4 h 后拆模 。 再将试件在6 0 的温度条件 下进行湿热养护。 以上两种尾矿中，高强混凝土材料的尾矿总体含 量均为7 0 ，包括矿渣及脱硫石膏在内的总固体废弃 物含量达8 7 。 3 结果分析 分别测试利用尾矿A、 尾矿B $ 1j 备的高强混凝土试 块A 及试块B 的3， 7， 2 8 d 抗压强度 ， 结果如图1 所示。 由图1 强度曲线可知 ，试块B 的早期强度比试块A 3 7 0 建筑技术 第4 2卷第 4期 试 块 龄 期 d 图 l试块 A、 试块 B不同龄期抗压强度 低 ， 但后期增长较多， 2 8 d 强度与试块A 相 当。 图2 ， 3 是试块A、 试块 B 2 8 d 的X R D 图谱。 在图2 中 ， 试块A尾矿 的主要矿物成 分石英 、 斜长 石及角闪石的衍射峰仍然比较突出，硬化体 内可以发 现未水化的C 3 S ， C 2 S 以及水化产物A F t 和C H； 图3 试块B 中石英和赤铁矿 的衍射峰最 明显 ，以及 少量 的C 3 S 、 C z S 、 A F t 和C H， 与原尾矿比较 ， 其所含赤铁矿的比例稍 微降低 。 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 2 0 ( 。 ) 图 2 试块 A 2 8 d龄期 X R D图谱 k L I_ 一 1 o ZU ) U 4U ) U OU 7 0 2 0 ( 。 ) 图 3 试块 B 2 8 d龄期 X R D图谱 图4 是试块A、 试块B 2 8 d 龄期时S E M图。 由于水泥熟料反应活性最大 ，所以在尾矿高强混 凝土拌合料水化初期， 主要是熟料矿物的的水化 ， 生成 C S H 凝胶 、 氢氧化钙及钙钒石。由于试块A的骨料颗 粒较大 ， 对试块强度贡献较多。 随着反应程度进一步加 深 ，超细矿渣及尾矿中的活性S i O $ I A 1 O 会与体系中 的氢氧化钙发生二次水化反应 生成低碱度 、 低钙硅比 的水化硅酸钙 ， 提高了体系的密实性和强度圆 。磨细后 的石英颗粒起微集料作用，同时可作为水化硅酸钙 的 成核活化点， 降低了水化产物的成核能， 加速了水化过 程 3 1 。 超细矿渣的掺入可使硬化后的混凝土具有良好的 抗硫酸盐 、 抗氯盐 、 抗碱一 骨料反应性能。 一 ( a ) ( b ) 图 4 尾矿高强混凝土 2 8 d龄期 S E M 图 ( a ) 试块 A； ( b ) 试块 B 尾矿B 中含量较多的F e O ， 在碱性环境下逐渐被溶 解 ， 铁离子( F e ) 会与碱结合形成胶状的氢氧化铁 ， 氢 氧化铁 胶体可 引起膨胀 ， 但膨 胀量 不大 ， 可对 结构 起收 缩补偿的作用4 1 ， 使结构密实度增加 ， 促进强度增长 。 通过对试块A 进行孔结构分析试验获得其孔分布 状况 ， 试验结果如表2 所示。 表 2 试块 A孔结构参数 孔隙率 孔体积 平均孔径 中位孔径 1 0 0 n l n ( m m3 g n m n 11 1 ， ， ， 1 1 7 7 5 4 4 1 2 l 5 1 6 0 _ 3 1 1 3 6 9 26 普通混凝土的孔隙率约为2 5 4 0 ，而试块A 仅 为1 1 7 7 平均孔径1 2 n m， 以小于5 0 n m的无害少害孔 为主 ， 占6 9 1 5 ； 大 于 1 0 0n m的 有害 孔 占2 6 ， 是 由于 低水胶比造成的浆体粘度较大 ， 气体不易排出所致。 以上两种尾矿制备的高强混凝土的微观结构非常 致密， 结晶细小致密的C S H凝胶紧密包裹着细骨料。 由于剔除了粗骨料， 提高了整体结构的匀质性 。同时， 低水灰比可避免胶结料凝结后水蒸发留下较多 的孔 隙， 超细粉体可以填充混凝土拌合物的孔隙结构， 提高 混凝土的密实性 ，是决定高强混凝土具有较高耐久性 的基础嘲 。 4结 语 ( 1 )通过调整实验方案 ， 利用高硅铁尾矿制备出 抗压强度超过1 0 0 MP a ， 尾矿总体掺量达到7 O 的新型 高强混凝土材料 。 ( 2 )尾矿高强混凝土材料孔隙率为1 1 7 7 ， 远低 于普通混凝土， 孔分布以小于5 0 n m的无害少害孔为主。 ( 3 )尾矿高强混凝土材料大量使用工业固体废弃 咖 咖 咖 咖 0 5 4 3 2 l 第 4 1 卷第 4期 2 0 1 1 年 4月 Vo 1 4 1 No 4 Ap r 2 0 1 1 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 3 71 芯片厂房高洁净度控制施工技术 范洁群l 2 ( 1 重庆 大学土木 工程学院 ， 4 0 0 0 4 5； 重庆 ； 2 重庆广播 电视大学 ， 4 0 0 0 5 2 ， 重庆) 摘要 ： 芯片厂房的高洁净度标准对工程施工提出了较高要求。某集成电路厂房设计采用密孔楼板 、 高架 地板 、 环氧树脂自流平地坪和环氧乳胶漆内墙 ， 并采取措施设计优化空调及管道系统 ， 保证了高洁净度 的控制效 果 。本工程洁净度控制施工技术可为类似 工程提供借鉴。 关键词 ： 厂房 ； 洁净度 ； 密孔楼板 ； 高架地板 ； 自流平 中图分类号 ： T U 7 6 5 ； T U 7 6 7 文献标志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 3 7 1 0 3 CoNS T RUCT I oN T ECHNI QUE oF HI GH CL EA NNE S S CoNTRoL D Cl 玎 P P L ANT FAN J i e -q un ( 1 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ，C h o n g q i n g U n i v e r s i t y ， 4 0 0 0 4 5 ， C h o n g q i n g ，C h i n a ； 2 C h o n g q i n g Ra d i o a n d T V U n i v e r s i t y ， 4 0 0 0 5 2 ，C h o n g q i n g ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： Hi g h c l e a n n e s s c rit e ria o f c h i p p l an t h a v e r e l a t i v e l y h i g h r e q u i r e me n t s f o r e n g i n e e rin g c o n s t r u c t i o n T h e d e s i g n o f a n i n t e g r a t e d c i r c ui t p l a n t a d o p t s d e n s e l y- p e r f o r a t e d flo o r s l a b ，r a i s e d f l o o r ，e p o x y s e l f- l e v e l i n g floor c o n s t r u c t i o n and e p o x y e mu l s i o n p a i n t i n n e r wa l l c o n s t ruc t i o n Me a s u r e s a r e d e s i gn e d t o o p t i mi z e t h e i n s t a l l a t i o n c o n s t r u c t i o n o f a i r- c o n d i t i o n i ng s y s t e m a n d p i p e l i n e s y s t e m，S O a s t o g u a r a n t e e t h e c o n t r o l e ffe c t o f h i g h c l e an n e s s Th e c l e a n n e s s c o n t rol a n d c o n s t ruc t i o n t e c h n i q u e o f t h i s e n g i n e e rin g p r o v i d e s r e f e r e n c e s for s i mi l a r e n gin e e ri n g Ke y wo r d s ：a c t o r y b u i l d i n g ；c l e a n n e s s ；d e n s e l y - p e r f o r a t e d flo o r s l ab ；r a i s e d floo r ；s e l f - l e v e l i n g 某集成 电路厂( 一期 ) 厂房建筑面积8 6 9 4 4 9 2 m ， 其主体建筑为两跨并排厂房 ， 总长1 2 6 m， 单跨宽4 6 m， 宽度为9 2 I n ， 主体3 层 ， 桩一 筏形基础 ， 框架结构。 建成后 制造集成 电路芯片 ， 月产片量 1 5 0 0 0 片 ， 属超大规模超 精密加工厂房 。 本工程生产 区域净化等级 最高要 求为I S O 4 5 级 ( C l a s s l 0 0 0 3 m) ” ， 主要洁净室面积超过2 万I T I 。高 等级 、 大面积 的洁净需要 ， 对厂房 的总体设计 、 建筑设 计、 空调系统设计、 施工安装 、 运行管理等方面提 出了 严格 、 复杂的要求， 极大地增加了设计与施工难度 。 1 洁净度控制的基本途径 ( 1 )控制污染源 ， 减 少发尘量 。主要指可能发生 污染 的设备设置与管理和进入 洁净 室的人 与物的净 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 3 2 2 作者简介 ： 范洁群 ( 1 9 7 3 - ) ， 女 ， 重庆 市人 ， 讲师 ， 硕 士， 主要研究方 向为 土木工程施工教学及科研工作， e ma i l ： 1 9 1 h j m 1 6 3 c o rn 化 。对 施工阶段来说 ， 应进行严格的管理 ， 在洁净室 半洁净 阶段和洁净阶段施 工的人 员 ，需换穿 无尘 工 作服 、 工作鞋等 ： 物料进行清洗或除 尘并 由物料进 出 口进 入 。 ( 2 )及时、 有效地排除尘埃 。涉及 室内的气流组 织 ， 主要有乱流方 式 、 层流方 式 、 辐流方式等 几种方 式 ，其作用是把室 内已有的尘埃及时有效地排出去 ， 并阻止外界尘埃侵入。内部装修材料应尽量选用难以 积存尘埃的不易带静电的材料 ， 防止微粒尘埃吸附停 留。 ( 3 )供给洁净 的空气 ， 阻止室外污染颗粒侵入室 内 。主要涉及空气净化处理 、 室内压力等 ， 高洁净度 洁净室需要使 用超高性能的过滤器 。以保证过滤0 5 m( 或更小 ) 以上的微粒 ， 保证输入洁净的空气。 洁净 室对相 邻环境应维持 一个正 的静压差( 简称正压 ) ， 以保 证洁净室 的洁净度不受相邻低洁净度要求 区域 的污染 。 物 ， 固废总体掺量达到8 7 ， 提高了二次资源的综合利 用率。 参考文献 1 R i c h a r d P ，C h e y r e z y MC o mp o s i t i o n o f r e a c t i v e p o w d e r c o n c r e t e J J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ，1 9 9 5 ，2 5( 7 ) ：1 5 0 1 1 5 1 1 2 牛 全林，冯乃谦，杨静矿渣超细粉作用机理 的探 讨 J 建筑材 料学报，2 0 0 2 ，5 ( 1 ) ：8 4 8 9 3 】 刘智，张东，戴连鹏， 等晶核在高性能混凝土中作用机理的试验 研究 J 】 混凝土，2 0 0 4 ( 1 2 1 ： 4 3 4 4 4 施惠生， 邓恺，孙振平，混凝土外加 剂实用技 术大全 M 北京： 中 国建材 工业 出版社 ， 2 0 0 8 5 余红发，刘 俊龙，张云升，等 高性能 混凝土微观 结构及其高 耐 久性形成机理 J 南京航空航天大学学报， 2 0 0 7 ，3 9 ( 2 ) ：2 4 0 2 4 3