铁尾矿砂泡沫混凝土高温特性研究

发布时间：2020-11-06 16:54

　　 泡沫混凝土是由水泥、泡沫和砂组成的一种多孔水泥材料,铁尾矿砂作为一种工业废弃物,其矿物组成与天然砂成分相似,故本试验将铁尾矿砂代替天然砂制备泡沫混凝土。其自身具备许多良好的特性,如质量轻,保温隔热,隔音吸声,节能减排等。目前在建筑领域泡沫混凝土多用于外墙保温、软土地基回填、构件夹层等。泡沫混凝土属于无机材料,是很好的天然防火阻燃的建筑材料。然而当其处于火灾环境中时,经过高温作用后的泡沫混凝土的力学性能和物理性能均出现劣化,但是,目前对于泡沫混凝土的性能和结构衰退规律系统性研究结果较少。因此,本文以铁尾矿砂泡沫混凝土为研究对象,重点研究了泡沫混凝土不同高温作用后的性能和结构变化,并进行了系统的性能变化规律分析。本试验先是利用正交试验,以普通硅酸盐水泥、铁尾矿砂以及泡沫掺量作为影响因素,制作25组外观、质量变化、抗压强度、导热系数的影响,经过分析选取铁尾矿砂掺量为40%的铁尾矿砂泡沫混凝土试块观察高温之后的孔结构、物相组成以及微观形貌的变化,然后再利用有限元数值模拟软件模拟试块经过高温作用后的温度变化情况以备与试验做出比较。试验结果表明:随着试验温度不断升高,铁尾矿砂泡沫混凝土试块的外观逐渐发生变化,颜色从灰色逐渐成为黄褐色,表面从出现细小裂纹逐渐变为网状贯穿性的裂缝;随着温度升高试块的质量损失增加,导热系数增加,强度降低,但在同一温度下比较时,掺入的铁尾矿砂越多,铁尾矿砂泡沫混凝土的力学性能损失越小。铁尾矿砂掺量在40%时,试块在试验温度为1100℃时,质量损失率较少为20%,强度为2.5MPa左右,导热系数为0.3,所以选取该组进行了孔结构及微观试验。观察微观试验结果得出随着温度升高,试块的孔结构出现破裂,孔径逐渐增大,通过数码显微镜观察当温度达到1100℃时气孔基本完全被破坏;不同温度作用下的铁尾矿砂泡沫混凝土试块的水化产物基本相同,当温度处于0℃到500℃时,由于氢氧化钙随着温度升高逐渐开始分解大量成氧化钙,氧化钙在与高温炉内的二氧化碳反应生成了碳酸钙,当温度继续升高时碳酸钙的衍射峰值开始逐渐下降,碳酸钙也开始被分解。但温度持续升高,衍射峰值强度几乎没有变化的矿物成分是二氧化硅,氧化镁、氧化铝和氧化铁的矿物成分的衍射峰逐渐凸显,这些矿物成分均属于铁尾矿砂。由高温之后试块的微观形貌得到当试块受热温度在300℃时,内部结构致密;温度为700℃到900℃时,氢氧化钙加速分解,内部结构出现的孔洞和裂缝;在1100℃时,试块内部的氢氧化钙已经被大量分解,铁尾矿砂泡沫混凝土的浆体胶结性丧失。
【学位单位】：河北建筑工程学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TU528
【部分图文】：

河北建筑工程学院硕士学位论文2（c）（d）图1-1不同地区的铁尾矿砂资源Fig.1-1Irontailingssandresourcesindifferentregions我国含铁量较大的矿产资源太少，选矿的操作技术又比较落后，选完矿排出的废料也没有很好的处理，使得我国的铁尾矿固体废弃物大量占用土地资源，破坏环境。我国这些年工业又快速发展，导致此现象越来越严重，这引起了大家的关注。比如铁尾矿砂的堆积，不仅浪费了土地资源还对环境造成了污染；企业具有经济压力；形成安全隐患；产生资源浪费。由此可见，选矿后的废料堆积给我们的生活造成了严重危害，所以应当加快对铁尾矿的性能研究，保证其可以被充分利用起来。泡沫混凝土是一种新型的节能环保建筑材料，具有重量轻、力学性能和热工性能好等优点。在建筑领域泡沫混凝土发挥了巨大的应用价值，并且使我国的节能减排加快了步伐。泡沫混凝土的制备工艺简单且不会造成环境污染和人身伤害。泡沫混凝土再生产中最主要的原材料是水泥，不会消耗过多的不可再生材料，因此，泡沫混凝土响应国家节能减排的号召，成为一种新型的绿色环保建材。泡沫混凝土又是良好的保温材料，但是由于我国研究泡沫混凝土开始较晚，且主要的研究又多集中于泡沫混凝土的配比、泡沫的制备以及其应用等方面，然而针对泡沫混凝土高温试验的研究比较少，所以为了弥补短缺，本试验将会围绕泡沫混凝土的高温性能开展研究。1.2研究现状1.2.1普通混凝土高温性能的研究混凝土在高温条件下由于受热导致失去内部的水分，各相材料在高温后的变形程度不同、内部受热传递以及温度场分布不均匀产生的热应力使其破坏，结构破坏形式主要特征是混凝土的表面开裂。对于混凝土耐高温的研究国内外的学者早就认识到其重要性并对其进行研究。起初学者对于混凝土耐高

第2章原材料、仪器设备与试验方法11的这种特征，使其可以在拌合物中产生咬合能力，不以滑动，同时铁尾矿砂的颗粒之间又存在较大空隙。本实验选用的铁尾矿砂出自河北省张家口地区宣化钢厂，密度为2080kg/m3比普通砂较小，从细度模数可以判断使用的铁尾矿砂属于中砂。物理指标见表2-3，颗粒级配参见表2-4。表2-3铁尾矿砂与普通砂的物理指标Tab.2-3Physicalindexofirontailingssandandcommonsand类别表观密度/(kg/m3)堆积密度/(kg/m3)空隙率/%含泥率/%泥块量/%含水率/%颗粒级配细度模数铁尾矿砂20801460301.820.2级配二2.3普通砂22501510332.10.90.6级配二2.6表2-4铁尾矿砂的颗粒级配Tab.2-4Particlegradationofirontailings筛前总重/g筛后各号筛筛余量/g4.752.361.180.60.30.15筛底50000.312.6221.1182.569.69.1所占比例00.06%2.52%44.22%36.50%13.92%1.82%累计筛余00.06%2.58%46.80%83.30%97.22%99.04%标准要求0~10%0~35%20~60%30%~80%65%~90%75%~100%图2-1铁尾矿砂图2-2普通砂Fig.2-1IrontailingsFigFig.2-2Ordinarysand（3）发泡剂发泡剂是指用于制作泡沫引入混凝土的一类表面活性剂物质，它能有效降低液体的表面张力，并裹住空气成为气泡。由于发泡剂的质量影响泡沫混凝土的质量，所以应选用能产生均匀细腻的稳定的发泡剂。本实验选用高效发泡剂，基本性能见表2-5：

普通砂Fig.2-1IrontailingsFigFig.2-2Ordinarysand
【参考文献】

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本文编号：2873405