菱镁尾矿在混凝土中应用研究.pdf

2 0 1 2年 第 1 1期 (总 第 2 7 7 期 ) Nu mb e r 1 1 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 7 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 1 1 0 1 8 菱镁尾矿在混凝土中应用研究 洪雷 ( 大连理工大学 海岸和近海工程 国家重点实验室 ，辽 宁 大连 1 1 6 0 2 3 ) 摘要： 研究了以菱镁尾矿取代部分细集料和水泥配制混凝土后其强度及耐久f生 变化， 同时还研究了混凝土抗氯离子扩散性能。 试验结果 表明： 菱镁尾矿取代细集料的体积取代率小于 1 5 时， 混凝土强度下降小于 5 ， 抗冻性和氯离子扩散系数无明显变化。 菱镁尾矿取代水 泥配制混凝土 ， 其强度及耐久性能显著降低。 关键 词： 菱镁尾矿 ；混凝土 ；耐久性 ；氯离子扩散 系数 中图分类号 ： T U5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编 号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 1 1 - 0 0 5 4 0 3 Ap pl i c a t i on an d r e se a r c h of ma gne s i a r ai l i ng s i n c on cr e t e HONG L e i ( S t a t eK e y L a b o r a t o r yo f Co a s t a n dOff s h o r eE n g i n e e r i n g ， D a l i a nU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， Da l i a n 1 1 6 0 2 3 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Th e p r o p e i e s o f d u r a b i l i ty a n d s t r e n g t h o f c o n c r e t e wh i c h u s i n g ma g n e s i a t ml i n g s p a r t i a l y i n p l a c e o f fin e a g g r e g a t e a n d c e me n t we r e s t u d i e d Th e t e s t r u s u l t s s h o we d t h a t wh e n t h e v olume f r a c t i o n o fma g n e s i a t a i l i n g s wa s l e s s t h a n 1 5 ， t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d r u p t u r e s t r e n g t h o ft h e c o n c r e t e d r o p e d l e s s t h a n 5 a n d th e a n t i fre e z i n g p r o p e r t y a n d c h l o r i d e d i ff us i o n c o e ffi c i e n t d o no t c h a n g e c l e a r l y t h a t i n d i c a t e t h e d u r a b i l i ty o f the c o n c r e t e d i d n o t r e d u c e o b v i o u s l y Wh e nu s i n gma g n e s i at a i l i n g s p a r t i a l yi np l a c e o f c e me n t i n c o n c r e t e ， the s t r e n g t h a n dd u r a b i l i ty o f t h e c o n c r e t e r e d u c e d s h a r p l y K e ywo r d s ： ma gn e s i a t a i l i n g s ； c o n c r e t e ； d ura b i l i ty； c h l o r i d e d i ffu s i o n c o e ffi c i e n t 0 引言 菱镁尾矿是辽宁奥鼎镁业有限公司生产镁质产品的原材 料的副产品， 该尾矿未经煅烧等处理 ， 属 自然原状矿物， 呈灰白 色粉体。 菱镁尾矿年产量巨大 ， 目前处理方法基本采用填埋或 堆积处理 ， 占用大量土地且给环境造成很大污染 ， 如能利用该 尾矿取代部分细集料来配制混凝土 ， 即可解决 占地污染问题 ， 又可节约细集料， 会有良好的社会效益和经济效益。 本研究以 菱镁尾矿取代混凝土中部分细集料为主要试验方向， 同时以菱 镁尾矿取代混凝土中水泥为辅助试验， 来研究其在混凝土中应 用 的可能性 。 1 原材料与试验方法 1 1 原材料 ( 1 ) 水泥： 大连小野田水泥有限公司 P O4 2 5级水泥； ( 2 ) 细集料： 河砂， 细度模数 2 4 ； ( 3 ) 石 ： 5 1 5 I n lT l 石灰石； ( 4 ) 菱镁尾矿： 辽宁奥鼎镁业有限公司产菱镁尾矿， 表观密 度 3 0 8 g c ms ， 其化学成分见表 1 。 表 1 菱镁尾矿的化学成分 1 2配合 比 考虑本试验为新型矿物在混凝土中的初步应用， 选取 C 3 0 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 5 1 0 54 与 C 2 5两强度等级混凝土进行试配试验。 分别进行菱镁尾矿以 5 、 1 0 、 1 5 、 2 0 体积率取代原配合比中细集料和水泥进行抗 压强度、 抗折强度、 抗冻耐久性及氯离子扩散系数测定试验， 以此 来评估菱镁尾矿取代细集料或水泥的可行性。 原始配合比见表 2 ， 菱镁尾矿取代细集料配合比见表3 ， 取代水泥配合比见表4 。 表 2 C3 0混凝土原始配合比 序1：-7 , 号 水泥石子 尾矿 水 W c 体积取代率 昔 f 等级 k g k g， k g k g 0 0 1 3 试 验 方法 采用 K DR V9型混凝土快速冻融试验机进行混凝土冻融 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 增加显著， 如当体积取代率为 5 时， 氯离子扩散系数增高 2 0 以上， 表明混凝土的耐久性下降明显。 3结论 ( 1 ) 作为惰性矿物粉料， 菱镁尾矿可以取代部分细加料配 制混凝土， 当体积取代率不大于 1 5 时 ， 混凝土强度指标下降 小于5 ， 抗冻性和氯离子扩散系数无明显变化。 试验表明可以 采用该尾矿取代部分细集料配制混凝土， 但体积取代率不宜超 过 1 5 。 ( 2 ) 菱镁尾矿取代部分水泥配制混凝土， 其强度及氯离子 扩散系数均明显下降， 故不宜以该尾矿取代水泥配制混凝土。 参考文献 ： 1 D l J r 5 1 5 0 - - 2 0 0 1 水工混凝土试验规程I S 北京： 中国电力出版社， 2 0 0 2 上接 第 4 1页 N 、 臻 醐 誊 鲫 毂 幅 靛 1 O 含水 率 图 4 混凝土基频与含水 率变化 曲线 o 0 5 1 0 1 5 Z 0 2 5 3 o 含 水率 ， 图 5 混凝土相对动弹模量与含水率关系曲线 如图 5 所示。 可见， 含水率对横向振动法测试的混凝土动弹模影 响较为显著。 饱水状态混凝土 A、 B和 C动弹模比干燥状态分 别提高 2 1 、 2 2 和 3 3 。 文献 7 研究的结论认为饱和混凝土 的弹性模量较干燥混凝土提高的程度大致在 1 5 - - 4 0 之间， 与本研究的试验结果较为吻合。 采用以含水率为影响的指数函 数 ， 利用Ma t l a b软件对试验数据加以拟合， 结果如下： A ： Ez =Eo x1 0 0 3 6 R=0 9 6 3 4； B ： E z = Eo xl 0 R= 0 9 9 0 2 ： C ： E z = Eo x1 0 。 。 她R= 0 9 9 0 5 。 式中： 含水率； 干燥状态下混凝土的动弹性模量； 含水率 下的混凝土动弹性模量。 可以看出， 混凝土的动弹性模量与含水率之间具有很好的 相关性。 在实际应用中， 只要获得混凝土试件的含水率和干燥时 的动弹性模量， 利用该回归方程可以预测不同湿度混凝土的动 弹性模量。 另外， 水灰比对方程的回归系数影响明显。 水灰比较 低时， 回归系数变化较为平缓， 说 明含水率对混凝土动弹模的 影响较小。 当水灰比从 0 5 增加到 0 6 ， 回归系数出现显著增长， 表明在水灰 比较高时 ， 混凝土饱和吸水量较多， 当水分失去时 56 2 G B J 8 2 8 5 混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 s 】 E 京： 中 国建筑工业 出版社 ， 1 9 9 7 【 3 】中国工程院士木水利与建筑学部工程结构安全性与喇久性研究咨 询项目组 混凝土结构耐久性设计与施工指南 M E 京 ： 中国建筑工 业 出版社 ， 2 0 0 4： 3 6 5 8 ， 1 2 0 1 2 9 ， 1 5 8 1 6 8 f 4 1 杨进波， F O L K E R H WI T M A N N ， 赵铁军， 等 混凝土氯离子扩散系 数试验研究 J 】 建筑材料学报， 2 0 0 7 ， 1 0 ( 2 ) ： 2 2 3 2 2 9 5 】 王军强 混凝土中冻融循环和氯离子侵蚀的耦合效应试验研究 J 1 _ 混 凝土 ， 2 o o 8 ( 1 1 ) ： 2 9 3 1 【 6 】 赵铁军 混凝土渗透性 M 】 E 京： 科学出版社， 2 0 0 6 ： 1 4 作者简介 联 系地址 联系电话 洪雷( 1 9 6 4 一 ) ， 男， 博士， 副教授。 大连市甘井子区凌工路 2 号 大连理工大学土木水利学 院 ( 1 6 o 2 4 ) 1 3 9 4l 1 6 49 7 7 使混凝土动弹模产生明显的降低。 4结论 ( 1 ) 超声和共振法是试验室和实际工程常用的两种无损检 测方法。 在实际应用过程中， 应考虑混凝土不同含水率对测试结 果的影响。 ( 2 ) 对于较为密实、 含水率较低的混凝土， 超声波对含水率 的敏感性较低。 混凝土含水率在 o 1 5 之间时， 超声声时变化 相对稳定， 超过 1 5 之后 ， 声时随着含水率的增加逐渐降低， 但 降低的幅度在 1 范围内。 ( 3 ) 含水率对横向振动法测试的混凝土动弹模影响较为显 著， 二者之间具有很好的相关性。 利用以含水率为指数的回归方 程可以预测不同湿度混凝土的动弹性模量。 这对处于湿度环境 变化较大的混凝土试件损伤检测与评价具有重要意义。 参考文献 ： 【 1 】 尹健， 童寿兴 用超声波换能器测量混凝土动弹性模量f J 1 建筑材料 学报， 2 0 0 6 ， 9 ( 4 ) ： 4 0 4 4 0 7 2 陈建林， 韩明岚， 刘君昌考 虑混凝土含水率在综合法测强中的应用 研究f J 1 _建筑科学， 2 0 1 0 ， 2 6 ( 1 ) ： 1 7 1 9 【 3 周耀 ， 王元丰， 韩冰 混凝土含水率对梁动力性能影响研究I t 第 1 9 届全国结构工程学术会议论文集， 2 0 1 0 ： 2 4 2 2 4 5 4 】李笑然， 王元丰 含水率和腐蚀因素对钢筋混凝土柱抗震性能的影 响明北京交通大学学报， 2 0 1 1 ， 3 5 ( 1 ) ： 2 8 3 3 【 5 】 刘卫东， 张东芹， 王依民 混凝土结构抗冻性超声检测方法的研究f J j _ 水利学报， 2 0 0 3 ( 3 ) ： 1 2 5 1 2 8 6 罗骐先， B U N G E Y H 用纵超声波换能器测量混凝土表面波速和动 弹模量 J 1 水利水运科学研究， 1 9 9 6 ， 6 9 ( 3 ) ： 2 64 2 7 0 【 7 王海龙， 李庆斌 不同加载速率下干燥与饱和混凝土抗压性能试验 研究分析 J 水力发电学报， 2 0 0 7 ， 2 6 ( 1 ) ： 8 4 8 9 作者简介 联 系地址 联 系电话 朱方之( 1 9 7 3 一 ) ， 男 ， 博士研究生， 主要从事混凝土材料及 结构耐久性研究。 江苏 荀| 三 F 蘸 睛虱 各3 9 9 号 宿迁 帮塾旺 程系( 2 2 3 8 0 0 ) l 3 1 0 1 8 7 66 93 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m