铁尾矿砂混凝土立方体抗压强度与轴心抗压强度的关系

金属矿山全尾砂胶结充填胶凝材料技术要求1 范围本标准规定了金属矿山全尾砂胶结充填胶凝材料的分类和标记、组分与材料、强度等级、技术要求、试验方法、检验规则和包装、标志、运输与贮存要求。

本标准适用于金属矿山全尾砂充填胶结材料。

2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

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GB50771 有色金属采矿设计规范GB175 通用硅酸盐水泥GB/T1596 用于水泥和混凝土中的粉煤灰GB/T18046 用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉GB/T20491 用于水泥和混凝土中的钢渣粉GB/T1345 水泥细度检验方法（筛析法）GB/T1346 水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法（GB/T 1346-2001，eqv ISO 9597:1989）GB/T2419 水泥胶砂流动度测定方法GB/T17671 水泥胶砂强度检测方法（ISO法）（GB/T17671-1999，idt ISO679:1989）GB/T2847 用于水泥中的火山灰质混合材料3 术语和定义下列术语和定义适用于本标准。

3.1全尾矿full tailing选矿分选作业的产物，有用目标组分含量较低而无法用于生产，且未经粒径分级的部分称为全尾矿。

33.2胶结充填backfill将选矿分选产生的尾矿砂浆，掺入适量的胶凝材料，搅拌制成胶结充填料桨，将料浆回填到采空区，胶结形成一定强度的、整体的充填体，此工艺过程称为胶结充填。

3.3胶凝材料cementing material以具有潜在水硬特性的物料、激活物料、其它功能性辅料混合制成的具有水硬性的、用于矿山胶结充填的混合材料称为胶凝材料。

3.4收缩率shrinkage ratio刚制备好的浆体体积与浆体固化脱模后的体积差与原体积的比。

3.5坍落度slump坍落度是指充填浆体的和易性，具体来说就是充填浆体的保水性、流动性和粘聚性的综合表现形式。

立方体与圆柱体试件抗压强度关系分析为了能在同一基础上去比较、判断混凝土强度指标,减少因不同试验方法所造成的混乱,各国对混凝土强度指标的测定都制定了各种严格和“标准”试验方法.对测定混凝土抗压强度所用试件,德国、英国及许多欧洲国家采用立方体试件,美国、日本、法国、加拿大、澳大利亚以及新西兰等采用圆柱体试件;我国则以边长为150㎜的立方体试件作为测定抗压强度的标准试件;由于各国情况不同,迄今为止,在国际上对抗压强度试件的形状、尺寸尚未完全统一.总得来说,测定混凝土抗压强度所用标准试件主要有立方体与圆柱体二种.在国际间频繁的涉外交流,以及我国加入WTO的形式下,普通混凝土立方体试件与圆柱体试件之间的强度关系,便成为一个值得关注的问题.我国玩行《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081（以下简称《力学性能指标》）对立方体与圆柱体试件,仅仅只从各自的制作、养护、受压等方面作详细规定、说明,就二者之间的强度关系却没有涉及,这未尝不是遗憾与不足.一.立方体与圆柱体试件强度分析:不同几何形体的试件受压过程中的受力并不相同;对立方体与圆柱体试件而言,受摩擦力效应,支座与试件接触面之间的摩擦力将对混凝土试件的横向膨胀起着约束作用,使混凝土强度提高,这种约束作用离试件端部越远影响越小,标准圆柱体试件(Φ150㎜×300㎜)的高度为标准立方体试件(150㎜×150㎜×150㎜)的二倍,其端部所受摩擦约束作用远远小于立方体试件,故其抗压强度低于立方体试件抗压强度;另外,圆柱体试件顶面(受压面)尽管按照标准要求进行端面处理,在某种程度上说还是粗糙的,并非真正的平面;因引,其光滑程度(平整度)有可能产生应力集中,导致混凝土抗压强度降低,这种端面不平整引起的负面效果,也是影响圆柱体抗压强度的一个不利因素(与侧面受压的立方体试件相比).对于标准圆柱体试件抗压强度f’cc,15和标准立方体试件抗压强度fcc,15之间的关系,有的资料①认为:f’cc,15=(0.79～0.81)fcc,15;也有资料②提出圆柱体强度换算成立方体试件强度的参用公式:Fcc=1.25f’cc式中:fcc—换算成边长等于圆柱体直径的立方体强度(Mpa) f’cc—高径比为2的圆柱体强度(Mpa)国际标准ISO/DID7034《硬化混凝土芯样的钻取、检查和抗压试验》针对二者的抗压强度,作出不同的强度等级划分:ISO按抗压强度划分的混凝土等级表(表1)混凝土强度等级混凝土强度标准值(Mpa) f’cc,15/fcc.15圆柱体试件Φ150㎜×300㎜立方体试件150㎜×150㎜×150㎜C2/2.5 2.0 2.5 0.80C4/5 4.0 5.0C6/7.5 6.0 4.5C8/10 8.0 10.0C10/12.5 10.0 12.5C12/15 12.0 15.0C16/20 16.0 20.0C20/25 20.0 25.0C25/30 25.0 30.0 0.83C30/35 30.0 35.0 0.86C35/40 35.0 40.0 0.88C40/45 40.0 45.0 0.88C45/50 45.0 50.0 0.90C50/55 50.0 55.0 0.90从ISO混凝土强度等级表中推算的f’cc,15/fcc.15可知:在较低等级的混凝土中,圆柱体与立方体试件抗压强度的比较值较大,有20%左右的差距;随着混凝土强度等级的提高,二者的强度比值有渐趋于1的可能性.对立方体抗压强度等级C55以下的普通混凝土,由ISO划分的抗压强度等级可知:f’cc,15=(0.80～0.90)fcc.15不管圆柱体与立方体试件之间的强度比值具体是多少,都表明立方体与圆柱体试件抗压强度之间的不对等性;也表明不同方法测得的力学性能数值之间通常没有单一的相互关系;立方体及圆柱体测定的抗压强度,其比值(圆柱体强度/立方体强度)不是常数,而是随着混凝土强度的不同而改变.对这一事实,国家相关标准应作出相应的说明,以免在涉外工程中产生不必要的麻烦,乃至引起工程纠纷.二.圆柱体试件与芯样试件高径比分析:国际标准ISO及我国标准都明确规定:ф150㎜×300㎜为圆柱体的标准试件, ф100㎜×200㎜和ф200㎜×400㎜为圆柱体非标准试件,故可认为圆柱体试件标准高径比为2;然而《钻芯法检测混凝土强度技术规程》CECS 03:88(以下简称《钻芯法》)中对芯样（芯样试件也属于圆柱体试件）高径比的规定与此有所不同: “第4.0.4条:芯样抗压试件的高度和直径之比应在1～2的范围内.第4.0.1条文说明:...根据国内外的一些试验证明,高度和直径均为100㎜的芯样与边长为150㎜立方体试块的强度是比较接近的......因此,宜采用直径和高度均为100㎜的芯样试件.6.0.3条:高度和直径均为100㎜或150㎜芯样试件的抗压强度测试值,可直接作为混凝土的强度换算值.”以上条文表明,芯样试件(圆柱体试件)的高径比宜取1.鉴于试件高径比对抗压强度有较大影响,在同一标准取样、制作、加工、养护(注:同一取样、制作试件进行标准养28d)后, 一部分的情况下,了解高径比在1～2时α的相关换算系数(表4).高径比1～2时, α以h/d=2为基准,则各个取值与美、英标准及JTJ053-94中的圆柱体强度修正系数差距较大. (表4)高径比(h/d) 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0α 0.81 0.84 0.86 0.89 0.91 0.93 0.94 0.96 0.97 0.98 1.00(注:表4中α数值,以表3中α的各个数值分别除以1.24得出.)有关资料②推荐,非标准高径比试件进行试验时强度修正的参用关系式:fλ-2= fλ-x式中fλ-2--换算成高径比为2时的混凝土强度(Mpa)fλ-x --试件测得的强度值(Mpa) λx--试件的实际高径比.另外,在相同制作、养护、尺寸条件下,从芯样试件与圆柱体试件之间的等同关系,也引出一些疑问:1.钻芯试样不等同于圆柱体试件时:钻芯法与圆柱体试件受压法进行混凝土强度检测时,以何种检测方法为准?在芯样试件强度换算公式合理、适用的情况下,该公式对不同直径、高径比(1～2)的芯样试件都适用;非标准圆柱体与标准圆柱体试件之间也应采用类似方法进行强度计算,二者之间的折算系数1.05及0.95毫无存在根据.2.钻芯试样等同于圆柱体试件时:芯样试件与圆柱体试件的高径比之间,何种规定正确?圆柱体计算公式与芯样试件强度换算公式的选用,该如何进行取舍?在试件尺寸效应对检测混凝土强度有影响的情况下,芯样尺寸效应对强度的影响也应进行考虑.根据圆柱体标准试件与非标准试件的抗村强度关系f’cc.15=0.95f’cc.10,高度和直径均为100㎜或150㎜芯样试件的抗压强度测试值之间也应该存在有尺寸换算系数(《钻芯法》第6.0.2条文说明也指明了这一点),故二者都不可能直接作为标准立方体试件混凝土的强度换算值.三.立方体与芯样试件强度对比:钻芯法检测混凝土强度的目的,是将钻芯法测得的芯样强度,换算成相应于测试龄期的、边长为150㎜的立方体试块的抗压强度;因此,芯样试件的混凝土强度换算值,只代表构件混凝土的芯样试件,在测试龄期的抗压结果转换成边长为150㎜立方体试块的实际强度值(《钻芯法》第6.0.1条及条文说明).在制作、养护条件相同情况下,圆柱体与芯样试件应该彼此等同;受圆柱体与立方体试件之间强度关系的影响,芯样试件的换算强度与立方体试件强度之间的强度关系,将有别于《钻芯法》中的说明.在此对有关疑问进行分析:1.标准芯样尺寸分析:在《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204中,是以边长为150㎜立方体试块的强度作为混凝土强度验收与评定标准,因此,芯样强度在转换成立方体试块的强度时,由于尺寸效应的影响,这种转换包括两部分内容(《钻芯法》第6.0.2条文说明):一.非标准尺寸(直径、高径比)芯样强度换算成标准尺寸芯样强度;二.标准尺寸芯样强度换算成标准尺寸立方体试块强度.作为圆柱体试件,一部分钻芯抽取芯样试件;本文所论述的与圆柱体试件同条件制作养护的芯样试件及其抗压强度都建立于此种方式的情况下,依据《钻芯法》第6.0.3条规定,对圆柱体与芯样试件之间的强度进行分析推论立方体抗压强度等级在C55及其以下的普通混凝土)1).非标准圆柱体(Φ100㎜×200㎜)与芯样试件(Φ100㎜×100㎜)之间的强度分析:由于f’cc,15=(0.79～0.81)fcc,15或f’cc,15=(0.80～0.90)fcc,15 ,f’cc.10=1.05f’cc.15,fccu.10≈fcc,15 ,故f’cc.10=1.05f’cc.15=1.05(0.79～0.81)fcc.15≈1.05(0.79～0.81)fccu.10=(0.83～0.85)fccu.10)或f’cc.10=1.05f’cc.15=1.05(0.80～0.90)fcc.15≈1.05(0.80～0.90)fccu.10=(0.84～0.95)fccu.102).标准圆柱体(Φ150㎜×300㎜)与芯样试件(Φ150㎜×150㎜)之间的强度分析:由于f’cc,15=(0.79～0.81)fcc,15或f’cc=(0.80～0.90)fcc,15 ,fccu.15≈fcc.15,故f’cc,15=(0.79～0.81)fcc,15=(0.79～0.81) fccu.15 或f’cc.15= (0.80～0.90) fcc.15=(0.79～0.81)fccu.15 (f’cc,15: Φ150㎜×300㎜标准圆柱体试件抗压强度Mpa;f’cc,10: Φ100㎜×200㎜非标准圆柱体试件抗压强度Mpa;fccu.10: Φ100㎜×100㎜芯样试件强度Mpa; fcc.15: 标准立方体试件抗压强度Mpa;fccu.15: Φ150㎜×150㎜芯样试件强度Mpa)圆柱体试件的高径比分别为1和2时,由以上强度分析可知:对非标准圆柱体(Φ100㎜×200㎜)与芯样试件(Φ100㎜×100㎜)之间的强度误差系数为(0.83～0.85)或(0.84～0.95);标准圆柱体(Φ150㎜×300㎜)与芯样试件(Φ150㎜×150㎜)之间的强度误差系数为(0.79～0.81)或(0.80～0.90);这都说明高径比对混凝土造成的强度误差,不仅随着受压面积的增大而增大,而且也随着混凝土强度的增长而减小.因此,在强度误差系数如此大的情况下,“高径比为2”（《钻芯法》中α的取值以1为基准）或“标准圆柱体高径比为2”（《力学性能标准》规定）规定的准确性、合理性,尚值的讨论.圆柱体高径比对抗压强度的影响,美国、英国的国家标准规定了相关强度修正系数(表2),我国《公路工程水泥混凝土试验规程》JTJ053-94第4.23.6.3条也对此作出相关的修正说明;(表2)高径比强度修正系数美国ASTMC42-68 英国B.S.1881;1970 JTJ053-94(注)2.00 1.00 1.00 1.001.75 0.99 0.98 0.981.50 0.97 0.96 0.961.25 0.94 0.94 0.931.00 0.91 0.92 0.89(注:当高径比为表列中间值是,修正系数可用插入法求得)我国《钻芯法》也对芯样试件抗压强度换算系数α作了相应的规定(见表3): (表3)高径比(h/d) 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0α 1.00 1.04 1.07 1.10 1.13 1.15 1.17 1.19 1.21 1.22 1.24美、英标准及JTJ053-94中高径比1～2之间的圆柱体强度修正系数是以h/d=2基准,《钻芯法》中芯样试件强度换算系数α是以h/d=1为基准,因此,为了便于比较,可假定在α以h/d=2为基准对于标准芯样的尺寸要求,《钻芯法》中没有明确规定;该标准对芯样尺寸的相关条文规定有:“第3.0.4条:钻取的芯样直径一般不宜小于骨料最大粒径的3倍,在任何情况下不得小于骨料最大粒径的2倍;第3.0.4条文说明:美、日、英等国家和国际取芯法标准,都规定取芯的芯样直径为混凝土骨料最大粒径的3倍,在特殊情况下,不小于2倍.这个规定与我国对立方体试块和骨料最大粒径关系的规定是相吻合的...第4.0.1条文说明:……高度和直径均为100㎜的芯样与边长150㎜的立方体试块的强度是比较接近....因此宜采用直径和高度均为100㎜的芯样试件;第6.0.3条:高度和直径均为100㎜或150㎜芯样试件的抗压强度测试值,可直接作为混凝土强度换算值;第6.0.3条文说明:据国内外的一些试验证明,高度与直径均为100㎜或150㎜的芯样强度值与同条件的边长为150㎜立方体试块的强度值是非常接近的......本规程将高径比为1的芯样试件强度值,直接作边长为150㎜立方体试块的换算强度.”根据以上条文规定,参考《力学性能标准》采用Φ150㎜×300㎜圆柱体作为标准圆柱体试件,标准芯样的尺寸存有几种情况(1). Φ100㎜×100㎜;(2). Φ100㎜×100㎜或Φ150㎜×150㎜;(3)高径比为1的、直径大于骨料最大粒径2倍的芯样试件;(4) Φ150㎜×300㎜.在标准芯样尺寸没有明确确认的情况下,标准尺寸芯样强度并不能换算成标准尺寸立方体试块强度;另外,对标准芯样强度与非标准芯样强度之间的转换关系,《钻芯法》也没有说明(不同高径比芯样试验件混凝土强度换算系数α并不能解决直径、高径比对芯样强度的影响);因此,芯样强度与立方体试件之间的强度转换即不明确,也不等同《钻芯法》中的有关说明.2.芯样试件混凝土强度换算公式分析:《钻芯法》第6.0.2条:芯样试件的混凝土强度换算值,应按下列公式计算: fccu=α式中:fccu---芯样试件混凝土强度换算值(Mpa);F---芯样试件抗压试验测得的最大压力(N);d---芯样试件的平均直径(㎜); α---不同高径比的芯样试件混凝土强度换算系数.当混凝土强度等级在C10～C55(按立方体试件强度划分)时,在标准养护条件下,对尺寸为Φ150㎜×300㎜的芯样试件,故其芯样试件混凝土强度换算值公式为: fccu,15=fcc,15=α ;在标准养护条件下,由于标准圆柱体试件强度(f’cc,15)与标准立方体试件强度(fcc,15)之间的关系为f’cc,15=(0.80～0.90) fcc,15 或f’cc,15=(0.79～0.81) fcc,15 ;故标准养护下,与芯样试件同一强度等级同一尺寸的标准圆柱体试件抗压强度:f’cc,15= ≈(0.80～0.90)fcc,15=(0.80～0.90) fccu,15=(0.80～0.90)×α即: F2=α(0.80～0.90)F1或F2=α(0.79～0.81)F1在标准养护条件下,同一混凝土强度等级以及同一尺寸的圆柱体试件与芯样试件所受的破坏荷载本应相同或相近(二者误差应在15%以内):在不考虑高径比基准取值时(芯样试件强度换算系数α以h/d=1为基准,圆柱体试件强度换算系数以h/d=2为基准),α取 1.24;以上推论的数据为: F2=α(0.80～0.90)F1=1.24×(0.80～0.90)F1=(0.99～1.12)F1或F2=α(0.79～0.81)F1=1.24×(0.79～0.81)F1=(0.98～1.00)F1,符合破坏荷载的允许范围(0.85～1.15)F.在考虑高径比基准取值时,如α以h/d=2为基准时,当h/d=2,则α=1;故以上推论数据将为: F2=(0.80～0.90)F1或F2=(0.79～0.81)F1,其中不符合破坏荷载允许范围的数值在50%以上.结合圆柱体与立方体试件强度关系,通过对芯样试件标准尺寸与芯样混凝土强度换算公式的分析,笔者认为:在圆柱体试件(包括芯样试件)的标准高径比不明确的情况下,芯样试件强度与立方体试件强度之间的转换关系,尚需进一步的研究.四.结语:综上所述,要确定普通混凝土立方体与圆柱体试件抗压强度的关系,笔者认为应从几方面进行:一.圆柱体与芯样试件高径比的统一;只有在高径比统一的基础上,作为圆柱体的芯样试件才具有可比性与参照性.二.重新确定在1～2范围内的不同高径比的强度换算系数;以此作为芯样试件混凝土强度换算值的依据.三.确认立方体与圆柱体试件之间的抗压强度差距;只有明确表明二者之间存在有强度差,才能进行研究探索,确立彼此强度关系.由于试验条件的限制,本文仅仅只对相关情况进行初步分析,二者之间有真正强度关系的确立,还需要有关专家以及国家标准制定者组织人力、物力来进行.二者强度关系的确定,将使我国建筑行业的涉外工程更为便利.另外需要说明的是,无论是采用立方体试件还是圆柱体试件所测的混凝土强度指标都是通过人为规定的强度试验方法确定的,只能为结构设计和研究上的近似处理提供了强度依据,而非真实结构或构件的材料强度指标.2003.9参考资料:①《混凝土结构工程施工验收规范实施手册》.李斯主编.2002.北京.电子工业出版社;②《混凝土实用手册》（第二版）.龚洛书主篇.1997.北京.中国建筑工业出版社;欢迎您阅读该资料，希望该资料能给您的学习和生活带来帮助，如果您还了解更多的相关知识，也欢迎您分享出来，让我们大家能共同进步、共同成长。

公路铁尾矿集料混凝土施工技术规程1 范围本文件规定了公路工程中铁尾矿集料水泥混凝土的原材料技术要求、混凝土配合比、混凝土生产与施工、质量管理与验收等内容。

本文件适用于公路桥涵、隧道、路面及附属工程，市政、铁路、水利等工程可参照使用。

2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。

其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB 175 通用硅酸盐水泥GB/T 1596 用于水泥和混凝土中的粉煤灰GB 5085.3-2007 危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别GB 6566 建筑材料放射性核素限量GB 8076 混凝土外加剂GB/T 14684 建设用砂GB/T 14685 建设用卵石、碎石GB/T 18046 用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉GB 23439 混凝土膨胀剂GB/T 27690 砂浆和混凝土用硅灰GB/T 50107 混凝土强度检验评定标准GB 50119 混凝土外加剂应用技术规范GB 50164 混凝土质量控制标准GB 50666 混凝土结构工程施工规范HT/J 299 固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法JCJ 63 混凝土用水标准JC 475 混凝土防冻剂JGJ 55 普通混凝土配合比设计规程JGJ/T 193 混凝土耐久性检验评定标准JTG/T F30 公路水泥混凝土路面施工技术规范JTG F80/1 公路工程质量检验评定标准第一册土建工程JTG/T 3310 公路工程混凝土结构耐久性设计规范JTG/T 3420 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程JTG/T 3650 公路桥涵施工技术规范JTG/T 3660 公路隧道施工技术规范3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。

3.1铁尾矿石铁矿石选矿过程中被废弃的含铁量低的岩石。

3.2铁尾矿集料铁尾矿粗集料、铁尾矿细集料的总称。

混凝土立方体抗压强度计算公式混凝土立方体抗压强度是指混凝土在受压状态下承受的力的大小。

这个力的大小与混凝土的质量、配合比、水灰比、细度模数、孔隙率、龄期等因素有关。

通过计算混凝土立方体的抗压强度，可以评估其使
用性能，指导混凝土的制备和工程施工，保障工程安全。

混凝土立方体抗压强度的计算公式为：
f_c = P/A
其中，f_c为混凝土立方体的抗压强度，单位为MPa；P为立方体
受压力的大小，单位为N；A为立方体的截面积，单位为mm²。

根据我国《混凝土强度检验标准》GB/T 50080-2016规定，混凝土立方体的抗压强度计算值应当为立方体破坏时的平均压力，公式为：f_c = (F/P)*(1000/S)
其中，F为立方体最大承载力，单位为N；P为立方体的截面积，
单位为mm²；S为立方体的高度，单位为mm。

混凝土立方体抗压强度计算需要进行标准试件制备和试验。

试件
制备应当按照规定的配合比和加工方法进行，试件应当在规定的湿度
和温度条件下养护，在试验时应当按规定的速率进行加载，并记录试
验数据。

在实际工程中，需要根据混凝土的强度等级和使用条件来确定所需的抗压强度，并采取相应的制备和试验技术。

同时，还需要注意混凝土的施工和养护等环节，保证混凝土的强度和使用性能。

综上所述，混凝土立方体抗压强度计算公式是评估混凝土使用性能和指导混凝土制备和施工的重要工具。

在实际应用中需要根据规范要求和实际情况进行制备和试验，并注意混凝土的施工和养护。

混凝土各种强度指标的数值大小次序
混凝土各种强度指标由大到小的次序为：fcuk>fcu>fc>ft。

混凝土（砼，石矢）是由凝胶材料、骨料和水按适当比例配置，再经过一定时间硬化而成的复合材料的统称，是世界上使用量最大的人工土木建筑材料。

混凝土的硬度高、原料来源广泛、成本低廉，广泛使用于房屋、公路、军事工程、核能发电厂等构造物。

混凝土基本的强度指标有三个：
1、混凝土立方体抗压强度
混凝土立方体试件的强度比较稳定，我国以该值作为混凝土强度的基本指标。

2、混凝土轴心抗压强度（或棱柱体强度）
棱柱体（高度大于边长）试件比立方体试件能更好地反映混凝土构件的实际抗压能力。

在工程中，钢筋混凝土轴心受压构件，长度比横截面尺寸大得多，构件的混凝土强度，与混凝土棱柱体轴心抗压强度接近。

在构件设计时，混凝土强度多采用轴心抗压强度。

3、混凝土抗拉强度
通常混凝土的抗拉强度很低，并且不与抗压强度成比例增大。

钢筋混凝土的抗裂性、抗剪、抗扭承载力等均与混凝土的抗拉强度有关。

在多轴应力状态下的混凝土强度理论中，混凝土的抗拉强度是一个非常主要的参数。

铁尾矿水泥砂浆的材料性能分析将铁尾矿砂代替天然河砂制备水泥砂浆，通过测试其浆体性能、力学性能、耐久性能等指标，分析铁尾矿水泥砂浆的材料特性。

试验表明：在同条件下，铁尾矿砂浆比天然河砂砂浆流动性降低，而表观密度、抗压强度和弹性模量更高。

50次冻融循环及酸、碱溶液浸泡下，铁尾矿砂浆表现较好。

标签：铁尾矿；砂浆；强度；耐久性铁尾矿是矿山企业将提取具有经济价值后而被排弃的固体废弃物。

铁尾矿作为固体废弃物常被抛置于矿山附近修筑好的尾矿库。

它是我国存量最大的工业废弃物，对环境造成了严重的污染。

如何有效利用铁尾矿，实现其利用价值的最大化，已迫在眉睫。

在铁尾矿的价值化利用方面，有的是将其用于制备路面混凝土等[1]，也有的是利用其制备砂浆、等建筑材料[2]。

但是由于其组成、邢台等方面同天然砂石存在一定的差异，铁尾矿在建筑用砂方面的应用还较少。

本研究利用铁尾矿替代天然河砂配制建筑砂浆，测定其各项性能。

为铁尾矿的综合利用，提供技术支持。

1.试验方案的制定1.1 原材料铁尾矿采用山西大同某铁尾矿库的天然铁尾矿，天然河砂采用临沂沂河河砂，水泥为山东省沂州水泥股份有限公司生产的P.C 32.5水泥，减水剂为萘系高效减水剂，粉煤灰为II级灰，保水剂为羟丙基甲基纤维素醚，粘度100000MPa·s。

铁尾矿砂，其粒度级配属于II区，细度模数提高至2.49，接近天然河砂。

1.2 试验方案水泥砂浆配合比为：N1：水泥200Kg、粉煤灰80Kg、河砂720Kg、減水剂：3Kg、水：300Kg、保水剂：0.2Kg；N2：水泥200Kg、粉煤灰80Kg、河砂360Kg、尾矿砂：360Kg、减水剂：3Kg、水：300Kg、保水剂：0.2Kg；N3：水泥200Kg、粉煤灰80Kg、尾矿砂720Kg、减水剂：3Kg、水：300Kg、保水剂：0.2Kg；M1：水泥250Kg、粉煤灰50Kg、河砂700Kg、减水剂：3Kg、水：200Kg、保水剂：0.25Kg；M2：水泥250Kg、粉煤灰50Kg、河砂350Kg、尾矿砂：3560Kg、减水剂：3Kg、水：200Kg、保水剂：0.25Kg；M3：水泥250Kg、粉煤灰50Kg、尾矿砂700Kg、减水剂：3Kg、水：200Kg、保水剂：0.25Kg。

铁尾矿混凝土应用特性试验研究张建林;韩显松【摘要】随着矿产资源的大量开发,选矿过程中不断产生尾矿,因其排放量大、利用率低的特点,造成了一系列环境和经济问题,如何提高尾矿利用率已成为世界范围内的课题.提出用铁尾矿代替常规细骨料配制混凝土,变废为宝.将原始铁尾矿进行筛分,按照粒径分布分级代替普通砂作为新细骨料配制混凝土,测试其和易性、抗压强度以及耐久性,并与普通混凝土作对比,实验结果表明,铁尾矿部分或全部代替普通砂作为细骨料配制的混凝土与普通混凝土相比,坍落度降低,抗压强度有所提高,耐久性基本保持不变.为此,铁尾矿完全代替普通砂作为细骨料配制混凝土技术上是可行的,工程性质有所增益,可以在建筑工程中推广使用.【期刊名称】《西安科技大学学报》【年(卷),期】2015(035)003【总页数】5页(P381-385)【关键词】铁尾矿;混凝土;抗压强度;耐久性【作者】张建林;韩显松【作者单位】长安大学基建处,陕西西安710064;陕西宝汉高速公路建设管理有限公司,陕西宝鸡721013【正文语种】中文【中图分类】TU528.59铁尾矿是在铁精矿生产时产生的主要固体废弃物，也是选出铁矿石精矿后剩余的主要固体废料。

为了适应钢铁工业的迅速发展，铁矿石的开采量在不断增加，选矿厂排出的尾矿量也日益增多。

目前，我国累计一年生产尾矿达70多亿t，其中铁尾矿占全部尾矿的1/3左右，但是我国的尾矿综合利用率却只有20%左右。

大量尾矿只能采用堆放或填埋的形式来处理，这不仅浪费大量的矿产资源，挤占大量土地，同时也造成了严重的环境污染［1-3］，严重制约了矿产业及钢铁工业的高速发展。

面对堆积的大量尾矿给矿业环境及经济所带来的问题以及矿场和钢铁行业的可持续发展，必须提高尾矿资源的综合利用率，而进行尾矿的二次利用是解决尾矿问题的根本出路。

国外对铁尾矿的综合利用非常重视，许多发达国家在铁尾矿中回收有价金属与非金属元素，对尾矿进行再利用制作建筑材料，将尾矿磁化作为土壤的改良剂以及复垦尾矿库等［4-5］，尾矿的综合利用率达到60%以上。

混凝土强度标准值的换算关系
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fc---混凝土轴心抗压强度设计值，由fck计算得到ft---混凝土轴心抗拉强度设计值，由ftk计算得到fck---混凝土轴心抗压强度标准值ftk---混凝土轴心抗拉强度标准值fcu,k---混凝土立方体抗压强度标准值fck和ftk都是在fcu,k的基础上经过修正折减得到的，具体计算过程见《混凝土结构设计规范》条文说明注：f表示强度c表示压力t表示拉力k表示标准值cu表示立方体。

第43卷第2期2024年2月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.43㊀No.2February,2024PVA-铁尾矿砂混凝土抗折性能研究朱利帅1,谢㊀群1,惠㊀婧1,赵㊀鹏1,李俊锋2(1.济南大学土木建筑学院,济南㊀250022;2.中建八局发展建设有限公司,济南㊀250013)摘要:为实现固废再生利用,将铁尾矿砂部分替代细骨料并掺入PVA 纤维,制备出具有良好和易性的PVA-铁尾矿砂混凝土,通过标准抗折试验研究了不同铁尾矿砂替代率与PVA 纤维掺量对混凝土抗折性能的影响㊂研究表明,PVA 纤维掺量为0%和0.1%(质量分数,下同)时试件发生贯通型开裂脆性破坏,而PVA 纤维掺量为0.2%和0.3%的试件破坏时裂缝宽度明显减小且未贯通㊂当铁尾矿砂替代率为30%㊁PVA 纤维掺量为0.3%时,试件跨中挠度和抗折强度均达到最大值,较普通混凝土分别提高了22.04%和6.57%㊂当铁尾矿砂替代率超过30%时试件抗折强度和跨中挠度会显著下降㊂与单掺PVA 纤维相比,混掺PVA 纤维与铁尾矿砂的试件变形能力增强更明显㊂由XRD 谱可知,30%铁尾矿砂替代率下试件中C-S-H 凝胶与钙矾石生成量最多,能显著提高材料强度㊂关键词:混凝土;铁尾矿砂;PVA 纤维;抗折性能;替代率;纤维掺量中图分类号:TU528㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2024)02-0593-10Flexural Performance of PVA-Iron Ore Tailings ConcreteZHU Lishuai 1,XIE Qun 1,HUI Jing 1,ZHAO Peng 1,LI Junfeng 2(1.School of Civil Engineering and Architecture,University of Jinan,Jinan 250022,China;2.China Construction Eighth Bureau Development and Construction Co.,Ltd.,Jinan 250013,China)Abstract :In order to achieve the recycling and utilization of solid waste,iron ore tailings were partially replaced with fine aggregates and added with PVA fibers to prepare PVA-iron ore tailings concrete with good workability.The influences of different iron ore tailings replacement rates and PVA fiber content on the flexural performance of concrete were studied through standard flexural tests.The result show that when the PVA fiber content is 0%and 0.1%(mass fraction,the same below),the specimens undergo through type brittle cracking failure.When the PVA fiber content is 0.2%and 0.3%,the crack width of specimens significantly decreases and does not penetrate.When the iron ore tailings replacement rate is 30%and the PVA content is 0.3%,the mid-span and flexural strength of specimen reach their maximum values,which has increased by 22.04%and 6.57%compared to ordinary concrete,respectively.When iron ore tailings replacement rate exceeds 30%,the flexural strength and deflection will significantly pared to the single addition of PVA fiber,the deformation ability of specimens mixed with PVA fiber and iron ore tailings is more significantly enhanced.It can be seen from the XRD pattern that the C-S-H gel and ettringite are the most abundant under the 30%iron ore tailings replacement rate,which can significantly improve the strength of material.Key words :concrete;iron ore tailings;PVA fiber;flexural performance;replacement rate;fiber content收稿日期:2023-09-11;修订日期:2023-11-20基金项目:国家自然科学基金(52108214)作者简介:朱利帅(2000 ),男,硕士研究生㊂主要从事建筑固废再生利用和高性能混凝土的研究㊂E-mail:1352789661@通信作者:谢㊀群,博士,教授㊂E-mail:cea_xieq@0㊀引㊀言近年来,为应对铁尾矿污染环境㊁天然砂石骨料紧缺问题,学者们开始尝试以铁尾矿砂替代天然河砂/机制砂来制备新型混凝土㊂尹韶宁等[1]采用铁尾矿砂替代部分天然砂来制备砂浆,发现其抗折强度和抗压强度均高于天然砂砂浆㊂Shettima 等[2]发现铁尾矿砂替代率为25%(文中均为质量分数)时铁尾矿砂混凝土比传统混凝土具有更高的抗压强度和弹性模量㊂Zhang 等[3]采用铁矿尾矿替代超高性能混凝土(ultra-high594㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷performance concrete,UHPC)中的细骨料,发现铁尾矿砂替代率为40%时抗压强度最高㊂Zhao等[4]研究发现,在适当替代条件下铁尾矿砂可显著提升混凝土的力学性能和耐久性㊂陶亚平等[5]发现在50%铁尾矿砂掺量下,再生混凝土的抗压强度㊁抗折强度和劈裂抗拉强度均达到最大值㊂李致远等[6]研究得出,当铁尾矿砂掺量为60%时,绿色混凝土的抗压强度㊁抗折强度和劈裂抗拉强度达到最大值,较普通混凝土分别提高了11.08%㊁21.32%和31.18%㊂程和平等[7]研究表明,当铁尾矿砂掺量为10%时,混凝土的抗压强度最高,当掺量为20%时,抗折强度达到峰值㊂Lyu等[8]研究指出,采用适量铁尾矿砂替代混凝土中的细骨料可以得到更稳定的骨料骨架,铁尾矿砂最佳替代率为25%㊂马卫华等[9]研究表明,采用铁尾矿砂替代天然砂制作的混凝土梁,在相同混凝土强度等级下,其受剪承载力高于普通混凝土梁,在相同荷载作用下,铁尾矿砂混凝土梁的箍筋应变较大㊂尽管当前研究[10]表明铁尾矿砂制备混凝土具有可行性,且低掺量下力学性能良好,但仍存在高替代率下混凝土强度降低㊁脆性增大等问题,因此有学者采用矿物掺合料或纤维来改善铁尾矿砂混凝土的性能㊂李涛等[11]研究发现添加粉煤灰和硅粉均能提高铁尾矿砂混凝土的抗压性能㊂韩守杰等[12]提出复掺纳米TiO2和稻壳灰可有效提高铁尾矿砂水泥砂浆的抗折强度和抗压强度㊂贺艳军等[13]采用羟丙基甲基纤维素(hydroxypropylmethyl cellulose,HPMC)改善铁尾矿砂砂浆性能,使抗压强度略有增加㊂吕绍伟等[14]研究指出,纤维的加入能带来较好的增韧效果,而水泥㊁石灰的提升作用有限㊂Xu等[15]发现将聚丙烯(polypropylene,PP)纤维引入含铁尾矿砂的再生骨料混凝土中会显著提高其劈裂拉伸强度㊂Zhao等[16]在铁尾矿砂混凝土中掺入一种宏观合成纤维(macro-synthetic fiber,MSF),但对提升力学性能效果甚微㊂Chen 等[17]研究表明,将PP纤维添加到铁尾矿砂高强混凝土中可以提高其耐火性能㊂史波等[18]在铁尾矿砂超高性能混凝土中加入钢纤维,发现随着钢纤维掺量的增加,混凝土的动弹性模量下降速度加快,对抗压强度的影响也越大㊂为解决钢纤维价格较高且易腐蚀的问题,魏涛等[19]在高延性铁尾矿砂再生混凝土中定量掺入PVA纤维,发现当铁尾矿砂替代率为30%时,其抗压强度和抗折强度达到峰值㊂祝和意等[20]采用PVA纤维制备了铁尾矿砂-PVA水泥基复合材料(PVA-engineered cementitious composite,PVA-ECC),发现PVA对其韧性提升影响显著㊂大量研究[21-23]表明,单掺PVA纤维对混凝土的抗折性能有积极的影响,复掺PVA纤维与其他纤维对混凝土抗折强度的提升效果同样显著[24-27],高温环境下PVA纤维在混凝土中的表现仍然优异[28]㊂曹明莉等[29]研究发现,PVA纤维与基体材料紧密黏结,协同工作性能良好,验证了PVA纤维在细观层次的有效作用,Wang等[30]的研究进一步印证了这一观点㊂PVA纤维掺入混凝土后显著提高了抗折性能,但对抗压性能的影响不明显,甚至随着PVA纤维掺量增加,可能会降低混凝土的抗压强度[31-33]㊂综上所述,大替代率下铁尾矿砂混凝土的各项性能均会呈不同程度得下降,而掺加PVA纤维对提升其抗折强度有一定效果,但当前PVA掺量和铁尾矿砂替代率对混凝土抗折性能影响的定量研究和机理分析相对有限㊂因此,本文将通过试验研究不同PVA纤维掺量和不同铁尾矿砂替代率下混凝土的抗折性能,分析纤维掺量与铁尾矿砂替代率对抗折性能的影响,揭示其微观工作机理㊂1㊀实㊀验1.1㊀原材料及配合比制备PVA-铁尾矿砂混凝土所采用的原材料包括:硅酸盐水泥(P㊃O42.5)㊁普通自来水㊁石子(粒径小于20mm)㊁聚羧酸型高性能减水剂㊁天然河砂(Ⅱ区砂,细度模数为2.7)㊁铁尾矿砂(Ⅱ区砂,细度模数为2.51)㊁PVA纤维㊂原材料的骨料形貌及级配曲线如图1所示,细度筛分数据如表1所示,PVA纤维指标如表2所示㊂分级筛余如式(1)所示㊂依据‘普通混凝土配合比设计规程“(JGJ55 2011)[34]和纤维混凝土试验规程[35]确定配合比,如表3所示(M X为细度模数;A0.15㊁A0.30㊁A0.63㊁A1.25㊁A2.36㊁A4.75分别为0.15㊁0.30㊁0.63㊁1.25㊁2.36㊁4.75mm筛的累积筛余,%)㊂M X=A0.15+A0.30+A0.63+A1.25+A2.36-5A4.75100-A4.75(1)第2期朱利帅等:PVA-铁尾矿砂混凝土抗折性能研究595㊀图1㊀原材料的骨料形貌及级配曲线Fig.1㊀Aggregate morphology and grading curves of raw materials表1㊀原材料的细骨料分计/累计筛余Table 1㊀Fine aggregate division /cumulative screening of raw materialsAggregate type Screen size /mm Divide the screening balance Cumulative screening Fineness modulus 4.75 2.78 2.782.3516.2419.02Natural river sand 1.1816.9836.00 2.700.6020.8356.830.3018.1274.950.1515.3090.254.759.029.022.3624.3633.38Iron ore tailings 1.2514.5847.96 2.510.6313.1261.080.308.7869.860.1516.1886.04表2㊀PVA 纤维指标Table 2㊀PVA fiber indexDensity /(g㊃m -3)Elongation ratio /%Length /mm Tensile strength /GPa Modulus of elasticity /GPa Diameter /μm Fusing point /ħ0.91301216004131230表3㊀PVA-铁尾矿砂混凝土配合比Table 3㊀PVA-iron ore tailings concrete mixture ratioCement /(kg㊃m -3)Cobble /(kg㊃m -3)Sand /(kg㊃m -3)Water /(kg㊃m -3)Fiber content /%Iron ore tailings replacement rate /%1510385021607400㊁0.1㊁0.2㊁0.30㊁30㊁40㊁50㊁60㊁70㊁80㊁90㊁1001.2㊀试件制备及试验方法抗折试验采用棱柱体试件尺寸为100mm ˑ100mm ˑ400mm,利用HJW60单卧轴混凝土搅拌机制备混凝土,制备流程为先加入水泥与纤维,干拌1min,再加入石子㊁水㊁减水剂㊁砂子,搅拌2min 后将拌合物倒进模具,在振动台上振捣直到混凝土表面没有气泡出现,24h 后拆模并将试件置于标准养护箱中,养护28d 后进行抗折试验㊂采用CMT5305电子万能试验机进行试验,试验加载如图2所示,加载速率为0.05MPa /s㊂按照式(2)计算抗折强度,每组试件数量为3个,取三者平均值㊂f f =3Fl 2bh 2(2)596㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷式中:f f为抗折强度,N/mm2;F为破坏荷载,N;l为试件跨度,mm;b为截面宽度,mm;h为截面高度,mm㊂图2㊀抗折加载示意图(单位:mm) Fig.2㊀Schematic diagram of flexural loading(unit:mm)图3㊀铁尾矿砂替代率对混凝土坍落度的影响Fig.3㊀Effect of iron ore tailings replacement rate onslump of concrete2㊀结果与讨论2.1㊀坍落度铁尾矿砂替代率对混凝土坍落度的影响如图3所示㊂由图3可知,不掺纤维的混凝土坍落度平均值为112.56mm,PVA纤维掺量为0.1%㊁0.2%㊁0.3%时坍落度平均值分别为96.67㊁71.22㊁35.22mm㊂同一铁尾矿砂替代率下,三种纤维掺量较不掺纤维混凝土坍落度平均值分别降低了13.93%㊁36.73%㊁68.74%,可以看出随着纤维掺量的增大,坍落度降低幅度越大㊂这是因为PVA纤维中的羟基与水形成氢键可以与混凝土更好得黏结,使混凝土变得更稠,同时在混凝土中形成纤维网[36]㊂纤维掺量越多,吸附的自由水越多,导致混凝土中游离水越少,且纤维形成的错综复杂不规则的网状结构增加了浆体的流动阻力㊂同一纤维掺量下,随铁尾矿砂替代率的增加,坍落度变化模式均为先增加后降低,较无铁尾矿砂的混凝土坍落度分别平均变化了9.29%㊁8.26%㊁0.78%㊁-2.82%㊁-11.5%㊁-17.85%㊁-26.72%㊁-37.18%, 30%和40%铁尾矿砂替代率下混凝土的坍落度最大,导致混凝土坍落度增加的原因为铁尾矿砂的表面粗糙且多棱角,这使得混凝土中的浆体与铁尾矿砂能够很好得黏结,从而有利于混凝土密实度的提高[37]㊂另一方面,铁尾矿砂替代率超过一定值后,铁尾矿砂因机械破损而出现的内部微裂缝会吸收部分水分,游离水减少导致坍落度减小㊂2.2㊀破坏形态各组试件的破坏形态见表4㊂PVA掺量为0%和0.1%的混凝土试件在加载初期无明显现象,随着荷载的不断施加,试件突然从跨中发生贯通型断裂,并伴随较大声响,呈现典型脆性破坏特征㊂如表4中框线内所示,最终破坏仅跨中一条主裂缝,无PVA的试件裂缝较宽,底部与侧面裂缝长度一致,均为100mm;PVA 掺量为0.1%的试件裂缝底宽侧细,侧面裂缝最大长度为91mm㊂PVA掺量为0.2%和0.3%的试件在接近破坏荷载时底部跨中位置出现裂痕,伴随加载持续,裂缝向上延伸发展,破坏期间出现明显闷响声,最终为一条主裂缝及周围一些细裂缝,两种掺量下侧面裂缝最大长度分别为76㊁68mm,裂缝发展相对缓慢,且未贯通至顶面,呈现裂而不断的状态,说明PVA阻裂作用明显,随铁尾矿砂替代率的增加,混凝土抗折破坏形态基本类似㊂2.3㊀抗折性能分析不同铁尾矿砂替代率下不同PVA掺量混凝土的抗折应力与挠度曲线如图4所示㊂对比可知,不同纤维掺量㊁不同铁尾矿砂替代率下试件的抗折应力在加载初期均呈线性发展,当达到峰值后曲线急剧下降,完全丧失强度,属脆性破坏㊂相同铁尾矿砂替代率下,随着PVA掺量的增加,峰值应力降低,均在0.1%掺量下达到最低值,而后逐渐上升,均在0.3%掺量下达到最大㊂随着铁尾矿砂替代率升高,峰值挠度总体呈下降趋势,30%铁尾矿砂替代率时对试件挠度提升有显著效果㊂综合比较,铁尾矿砂替代率为30%㊁纤维掺量为0.3%的情况下,抗折强度和峰值挠度均达到最大值㊂㊀第2期朱利帅等:PVA-铁尾矿砂混凝土抗折性能研究597表4㊀不同PVA掺量下混凝土的破坏形态Table4㊀Failure modes of concrete under different PVA contentFiber content/%Bottom crack Side crack 00.10.20.3598㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷图4㊀不同铁尾矿砂替代率下不同PVA 纤维掺量混凝土的抗折应力随挠度的变化Fig.4㊀Variation of flexural stress with deflection of concrete with different PVA fiber content under different iron ore tailings replacement rates ㊀㊀图5为不同PVA 纤维掺量下混凝土的跨中挠度随铁尾矿砂替代率的变化㊂各组试件跨中挠度基本在铁尾矿砂替代率为30%时达到峰值,0.3%PVA 纤维掺量时挠度最大,变形能力提升显著,随着铁尾矿砂替代率持续增加,抗折跨中挠度提升率呈逐渐减小趋势㊂综合比较,替代率为30%与40%时挠度最大,替代率为50%㊁60%时次之,均大于普通混凝土挠度,替代率为70%~100%时挠度均小于普通混凝土,表明高铁尾矿砂替代率会降低跨中挠度,不同替代率较普通混凝土跨中挠度分别平均变化了22.04%㊁17.02%㊁9.45%㊁3.04%㊁-1.85%㊁-6.13%㊁-9.45%㊁-15.21%㊂抗折强度与铁尾矿砂替代率㊁PVA 纤维掺量的关系如图6所示,几种纤维掺量下基本在30%铁尾矿砂替代率时抗折强度达到最大值,随后抗折强度随着铁尾矿砂替代率增加而持续降低;0.1%和0.2%PVA 纤维掺量时抗折强度均低于未掺PVA 混凝土,而0.3%PVA 纤维掺量时,相同铁尾矿砂替代率下抗折强度则普遍高于未掺PVA 混凝土㊂当铁尾矿砂替代率为60%时,掺入0.3%PVA 纤维与不掺纤维铁尾矿砂混凝土的最大抗折强度一致㊂图5㊀不同PVA 纤维掺量下混凝土的跨中挠度随铁尾矿砂替代率的变化Fig.5㊀Variation of mid-span deflection with iron ore tailings replacement rate of concrete under different PVA fibercontent 图6㊀不同PVA 纤维掺量下混凝土的抗折强度随铁尾矿砂替代率的变化Fig.6㊀Variation of flexural strength with iron ore tailings replacement rate of concrete under different PVA fiber content2.4㊀PVA 纤维掺量影响图7为PVA 纤维掺量对混凝土抗折强度的影响㊂从图7中看出随着混凝土纤维掺量的增加,抗折强度在初期呈降低趋势,0.1%PVA 纤维掺量为拐点,随后持续上升,均在PVA 纤维掺量为0.3%时达到峰值,掺入0.1%㊁0.2%㊁0.3%PVA 纤维较普通混凝土分别平均变化了-10.34%㊁-4.10%㊁6.57%,最佳掺量为0.3%㊂掺入0.3%PVA 混凝土纤维的混凝土试件,在铁尾矿砂替代率为30%~60%时,与铁尾矿砂替代率第2期朱利帅等:PVA-铁尾矿砂混凝土抗折性能研究599㊀70%~100%相比,其抗折强度有明显提升㊂在0.3%PVA纤维掺量下,抗折强度已经达到了饱和状态,继续增加掺量并不能带来更大的增强效果㊂试件强度会提高是因为纤维的加入对混凝土微裂纹扩展会有一定的抑制作用,如同钢筋在混凝土中的作用,纤维在当中起抗拉作用,当混凝土内的裂纹比较小的时候,纤维与混凝土之间的黏结力和机械咬合力会起到较好的增强作用[38]㊂值得注意的是,掺加铁尾矿砂后的混凝土相较于普通PVA纤维混凝土具有一定的提升效果㊂当PVA纤维掺量为0.3%时,单掺PVA纤维和混掺PVA纤维与铁尾矿砂均可提高试件的抗折强度,但混掺PVA纤维与铁尾矿砂的提升效果更好㊂2.5㊀铁尾矿砂替代率影响铁尾矿砂替代率对混凝土抗折强度的影响如图8所示㊂由图8可知,试件在低铁尾矿砂替代率下强度快速增长,除0.1%PVA纤维掺量外,试件均在铁尾矿砂替代率为30%时抗折强度达到最大值,而后随替代率增加,各种PVA纤维掺量下试件抗折强度均逐渐下降,30%~60%铁尾矿砂替代率下抗折强度均高于普通混凝土,替代率超过60%后抗折强度则均低于普通混凝土㊂不同铁尾矿砂替代率下抗折强度较普通混凝土分别平均变化了9.72%㊁5.12%㊁2.17%㊁0.34%㊁-3.33%㊁-4.28%㊁-6.78%㊁-8.96%㊂图7㊀PVA纤维掺量对混凝土抗折强度的影响Fig.7㊀Effect of PVA fiber content on flexuralstrength ofconcrete图8㊀铁尾矿砂替代率对混凝土抗折强度的影响Fig.8㊀Effects of iron ore tailings replacement rates onflexural strength of concrete㊀㊀为进一步研究铁尾矿砂替代率对抗折性能影响,采用SEM对比分析了0%㊁30%㊁70%㊁100%四种铁尾矿砂替代率下试件的内部微观结构,如图9所示㊂由图9(a)可知,在铁尾矿砂混凝土基体内部,钙矾石含量稀少,但含有大量清晰的板状Ca(OH)2,说明材料之间的水化反应不充分,未形成大量的水化硅酸钙(C-S-H),导致混凝土内部形成了大量孔隙㊂由图9(b)可知,当铁尾矿砂替代率为30%时,板状Ca(OH)2在减少,火山灰效应产生了大量的C-S-H凝胶,产生的棒状钙矾石充分填充微观孔洞,提高了混凝土的致密性㊂图9(c)~9(d)表明当铁尾矿砂取代率为70%与100%时,混凝土基体内部存在许多孔洞,导致内部结构变得松散,因此当铁尾矿砂替代率超出合理范围时,大量存在的铁尾矿砂会导致基体结构致密性下降,进而影响力学性能㊂600㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷图9㊀不同铁尾矿砂替代率下混凝土的SEM照片Fig.9㊀SEM images of concrete under different iron ore tailings replacement rates㊀㊀上述四种铁尾矿砂替代率下混凝土的XRD谱见图10,对比可知,不同铁尾矿砂替代率下各组试件物相基本一致,主要产物为C-S-H凝胶㊁氢氧化钙(P)和钙矾石(E)㊂钙矾石与C-S-H的峰强度均为30%>0% >70%>100%,而氢氧化钙的峰值关系则正好相反㊂在铁尾矿砂替代率为30%时火山灰效应显著,生成了大量C-S-H凝胶,对铁尾矿砂混凝土的内部缺陷改善效果显著,这一结果与宏观力学性能表现一致㊂图10㊀不同铁尾矿砂替代率下混凝土的XRD谱Fig.10㊀XRD patterns of concrete under different iron ore tailings replacement rates3㊀结㊀论1)PVA纤维掺量为0%和0.1%的铁尾矿砂混凝土试件为脆性破坏,且破坏后试件断为两半,PVA纤维掺量为0.2%和0.3%的铁尾矿砂混凝土试件为非贯通性破坏,表明PVA纤维对混凝土抗折破坏形态有改善作用㊂2)各组试件跨中挠度基本在铁尾矿砂替代率为30%时达到峰值,0.3%PVA纤维掺量下试件跨中挠度最大,变形能力提升显著,而铁尾矿砂替代率为70%~100%时试件跨中挠度较普通混凝土降低㊂3)随着PVA纤维掺量的增加,铁尾矿砂混凝土试件的抗折强度在初期呈降低趋势,随后持续上升, 0.3%为最佳掺量;铁尾矿砂替代细骨料的试件在低铁尾矿砂替代率时强度增长明显,铁尾矿砂替代率为30%时达到峰值,而后开始逐渐下降,因此30%为最佳替代率㊂4)当铁尾矿砂替代率为30%时,板状Ca(OH)2减少,火山灰效应产生了大量的水化硅酸钙凝胶物质,产生的棒状钙矾石充分填充微观孔洞,提高了混凝土的致密性,70%~100%铁尾矿砂替代率则会导致基体结构致密性下降㊂参考文献[1]㊀尹韶宁,张智强,余林文.铁尾矿砂砂浆力学性能和收缩性能研究[J].硅酸盐通报,2019,38(6):1707-1712+1718.YIN S N,ZHANG Z Q,YU L W.Research on mechanical property and drying shrinkage property of mortar mixed with iron tailing sand[J].㊀第2期朱利帅等:PVA-铁尾矿砂混凝土抗折性能研究601 Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2019,38(6):1707-1712+1718(in Chinese).[2]㊀SHETTIMA A U,HUSSIN M W,AHMAD Y,et al.Evaluation of iron ore tailings as replacement for fine aggregate in concrete[J].Constructionand Building Materials,2016,120:72-79.[3]㊀ZHANG W F,GU X W,QIU J P,et al.Effects of iron ore tailings on the compressive 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