高碳铬铁渣骨料对混凝土性能的影响研究

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随着我国建设行业的飞速发展,混凝土消耗量一直保持着较高的水平,天然砂石资源逐渐匮乏,迫切需要寻找替代材料。铬铁渣是一种冶炼废渣,坚硬难磨、活性低,因此不适合作为粉体材料在混凝土中使用;与钢渣不同的是,铬铁渣一般情况下没有安定性问题。因此,将铬铁渣用作混凝土骨料,一方面可以减少对天然砂石的开采和使用,另一方面,可以为消纳利用铬铁渣提供一条规模化利用的途径,以解决目前存在的大量堆积占用土地、污染环境等问题。为探究铬铁渣作混凝土骨料的技术可行性,本文测试了铬铁渣的基本性质,研究了铬铁渣取代天然骨料对混凝土拌合物性能、力学性能、耐久性能和体积稳定性等方面的影响,分析了铬铁渣和铬铁渣混凝土的重金属浸出风险,并通过级配方程模型,优化了铬铁渣骨料级配,建立了适用于铬铁渣的骨料级配模型。主要研究内容和结论如下:(1)铬铁渣化学成分以Si O2、Al2O3为主,矿物成分以镁橄榄石和镁铝尖晶石为主,具有稳定的结构和性质;其表面粗糙多开口孔,质地坚硬,易磨性差,作骨料时,基本满足《建筑用砂》、《建设用碎石、卵石》中的相关指标;与天然骨料相比,铬铁渣表观密度大、坚固性好、吸水率稍高、堆积空隙率大,不存在安定性不良的问题,也不会存在碱-集料反应,浸出毒性和放射性都极低。总之,铬铁渣可以作为骨料的替代材料。(2)用铬铁渣取代细骨料时,随着取代率的增加,拌合物和易性越来越差,混凝土的抗压强度、抗折强度、抗氯离子渗透能力先增加后降低,铬铁渣细骨料的最佳取代率为75%;固定铬铁渣细骨料取代率为75%,铬铁渣粗骨料取代率的变化对混凝土拌合物的和易性以及混凝土抗压抗折强度、弹性模量、抗氯离子渗透能力影响较小;相同骨料级配下,铬铁渣取代天然骨料后,混凝土拌合物的工作性有所下降,混凝土的力学性能和抗氯离子渗透能力则有明显提高。(3)以铬铁渣为骨料的混凝土,具有良好的体积稳定性,其长期收缩发展趋势与普通混凝土一致;采用铬铁渣制备的低强混凝土,不存在明显的耐久性问题。(4)相比于普通骨料,铬铁渣与浆体啮合得更为紧密,界面过渡区更为密实,孔隙率更低;同时,铬铁渣表面存在一定量的活性较低的Si O2、Al2O3,在压蒸情况下或者后期在一定程度上会参与胶凝材料的水化反应。(5)基于Dinger-Funk方程,建立了适用于铬铁渣的级配方程,优化了铬铁渣骨料级配,充分改善了铬铁渣混凝土的性能。(6)铬铁渣中铬铁渣中总铬和Cr6+的浸出量都极低,同时铬铁渣中铬主要以Cr3+的形式存在,而铬铁渣中游离铬离子大多以Cr6+的形式存在,混凝土对于游离的水溶性铬离子的固化率在70%以上,具有良好的固化作用。铬铁渣混凝土在长期使用过程中,Cr的浸出量低,不会对环境安全性造成影响。相比于去离子水和硫酸硝酸混合液,醋酸缓冲溶液更有利于铬铁渣中重金属离子的溶出,可以在短时间内反映混凝土长期毒性溶出情况。
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