磷矿渣轨枕混凝土力学性能的试验研究.pdf
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1、2 0 1 1 年 第 9期 (总 第 2 6 3 期 ) Nu mb e r 9i n 2 0 1 1 ( T o t a 1 No 2 6 3 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATE Rl AI , 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 1 0 9 0 2 6 磷矿渣轨枕混凝土力学性能的试验研究 赵国荣 。高亚 。李玉香 ,郑爱国 1 f 2 。康祥梅 1 ,2 ( 1 西南科技大学 四川省非金属复合与功能材料重点实验室一 省部共建国家重点实验室培育基地,IJ
2、l l 绵阳 6 2 1 0 1 0 2 德阳铁路轨枕厂 ,四川 德阳 6 1 8 0 0 7 ) 摘要: 采用对比试验方法, 系统研究了磷矿渣比表面积和掺量对轨枕混凝土力学性能的影响, 并分析了磷矿渣的作用机理, 结果表明 蒸汽养护条件下, 适当粒度和掺量的磷矿渣可以有效改善轨枕混凝土的力学性能, 从而为磷矿渣混凝土轨枕的实际应用打下良好基础。 关键词: 磷矿渣 ; 轨枕混凝土;比表面积; 掺量 中图分类号: T U 5 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 1 ) 0 9 0 0 8 4 0 3 Re s e ar ch a nd
3、 e x per i men t on t h e me c han i c al pr ope r t y o f s l ee pe r c onc r e t e a ddi ng ph os phor u s sl a g ZHAO Gu o - r o n g , GAO Ya , LIYu x i a n g , Z HENGAi l gu o1 , 2 KANGXi a n g - me i ( 1 S t a t e K e y L a b o r a t o r y C u l t i v a t i o n B a s e f o r No n me t a l C o m
4、p o s i t e s a n d F u n c t i o n a l Ma t e ri a l s , S o u t h we s t Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y Mi a n y ang6 2 1 0 1 0 , C h i n a ; 2 D e y a n g Ra i l w a yS l e e p e r F a c t o ry, De y a n g6 1 8 0 0 7 , C h i n a ) Ab s t r ac t : P r e s e n t s a
5、d e tai l e d e x p e rime n t a l s t u d y a bo u t t h e i n flu e n c e o f p h o s p h o r u s s l a g o n the me c h a n i c a l p r o pe r ty o f s l e e p e r c o n c r e t e b y t h e c o r r e l a t i o n me t h o d a n d i t s me c h an i s m i s an a l y s i s e d Th e r e s u l t s d e
6、mo n s t r a t e d tha t p h o s p h o r u s s l a g wi t h a p p r o p ria t e c e me n t r e p l a c e me n t d o s a g e and s pe c i fi c a r e a c o ul d i mp r o v e t h e me c ha n i c a l p r o p e r t y o f s l e e p e r c o nc r e t e u nd e r the s t e a m c u r i ng a n d c o ul d a l s
7、o b e r e g ard e d a s a g o o d fou n d a t i o n f o r the p r a c t i c a l a p pl i c a t i o n o fc o n c r e t e s l e e p e r a d d i n g p h o s p h o r u s s l a g Keywor ds : p h o s p h o rus s l a g; s l e e p e r c o n c r e t e; s p e c i fic a r e a; r e pl a c e me n t d o s a g e 0
8、 引言 磷渣是磷矿石热法生产黄磷过程中排放的工业废渣。 在密 封式电弧炉中, 用焦炭和硅石作为还原剂和成渣剂, 使磷矿石 中的钙和二氧化硅化合 , 以硅、 钙为主的熔融渣排出, 一般在炉 前经高压水淬处理为粒状水淬渣【 ” 。 每生产 1 t 黄磷, 大约产生 8 1 0 t 磷矿渣 , 以我国目 前的黄磷生产能力 , 每年的磷矿渣排放 量都在 5 0 0万 t 以上, 且逐年递增。 2 0 0 2年全国的磷矿渣排放量 在 5 5 0 6 9 0 万 t 2 】 。 我国多数黄磷生产企业将磷矿渣作为废渣露 天堆放, 不仅造成磷矿渣资源的浪费和水土流失, 而且磷矿渣 中有害物质随雨水流出对环境造
9、成了一定破坏3 。 不同产地磷矿渣的化学成分均与天然硅灰石矿石的化学 组成相似 , 主要成分为 S i O 和 C a O, 可达 8 6 7 4 9 4 8 5 。 块状 磷矿渣由环硅灰石, 枪晶石与两种硅酸钙( C a S i O 。 和 C a s S i O ) 共生, 其主要矿物成分与水泥熟料的基本矿物成分相似 , 性能类 似于粒化高炉矿渣, 磨细后的磷矿渣具有一定的火山灰活性4 J 。 磷矿渣作为掺合料已应用于碾压混凝土和水工混凝土, 结果表 明磷矿渣混凝土较好的和易性 , 较低的早期水化热 , 较高的极 限拉伸和后期强度对工程的改善效果良好 。 粉煤灰掺合料对轨枕混凝土的性能提升
10、较大I s , 但随着矿 物掺合料应用的日益广泛, 粉煤灰资源已开始紧缺。 对磷矿渣与 粉煤灰从原材料价格、 加工成本等方面进行经济 比较, 掺磷矿 渣的总费用只相当于掺粉煤灰费用的 5 0 左右。 因此在经济方 面, 掺磷矿渣要优于掺粉煤灰。 利用磷矿渣不但有利于缓解 目 前 收稿日期:2 0 1 1 - 0 3 - 2 6 8 4 粉煤灰资源的供需矛盾, 而且避免了磷矿渣露天堆放对环境产 生的污染 。 从宏观角度入手 , 着重研究了磷矿渣的掺量和细度 对轨枕混凝土早期力学性能的影响, 为磷矿渣轨枕混凝土的广 泛应用提供科学依据。 1 试验原材料 ( 1 ) 磷矿渣: 四川德阳什邡的工业磷矿
11、渣。 其微观形貌结构 如图 1 所示, 其化学成分列于表 l 。 ( a ) ( b ) 图 1 磷矿渣 SE M照片 表 1 磷矿渣主要化学成分 ! 垒 ! ! a U! 三 1 6 2 2_3 5 3-21 1 7 6 3 4 8 4 2 0 7 O7 8 0 41 02 3 5 1 01 1 28 9 9 5 6 ( 2 ) 水泥: 四川亚东水泥有限公司生产的P O 4 2 5 级水泥, 比表面积 4 0 3 m2 k g , 初凝为 1 7 2 mi n , 终凝为 2 3 9 mi n , 安定性 检测合格, 3 d抗压强度 2 8 5 MP a , 2 7 d抗压强度 5 0 9
12、MP a ; 化 学成分列于表 2 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 2 水泥主要化学成分 Na 2 0 M g O A1 2 0 3 S i O2 P 2 O5 S O 3 C1 1 ( 2 0 C a O F e 2 03 0 2 2 5 1 2 7 7 5 4 9 6 1 9 7 8 7 0 0 9 5 4 1 8 1 00 4 4 0 8 4 8 6 29 7 0 4 0 0 9 9 8 9 3 ( 3 ) 集料。 细集料 : 德阳市绵远河段天然中砂 , 细度模数 2 8 0 , 连续级配, 表观密度 2 6 7 6 k g m。 , 积密度 1
13、6 0 4 k g m , 孔隙 率 4 0 。 粗集料: 德阳绵竹市高川生产的碎石, 粒径为 5 2 5 mm, 表观密度 2 6 7 6 k g m3 , 有机物含量检测合格, 碎石级配列于表 3 。 表 3碎石的级配 ( 4 ) 减水剂: 四川路加四通科技发展有限公司生产的v F 一 3型 聚羧酸高效减水剂, 含气量为 6 1 , 固含量为 2 2 , 减水率为2 7 。 2 试验 方法及 试验 方案 试验讨论了磷矿渣掺合料 1 0 , 2 0 和 3 0 三个掺量和磷 矿渣掺合料 4 0 0 、 4 5 0 、 5 0 0 m2 k g三种细度对轨枕混凝土早期力 学性能的影响。 按设计
14、配合比, 分别称量水泥、 砂 、 碎石、 减水剂 及拌和用水 , 参照 G B 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验 方法标准 中描述的步骤搅拌与成型。 采用蒸汽养护方式, 过程 如下列连续的四个步骤: 静置 , 在室温下( 在实际生产中, 保 证人模拌合物温度为 5 3 0) 静停 2 h ; 升温, 在 4 h内升温 至 6 0( 升温速率1 5 h ) ; 恒温, 在( 6 0 2 )的环境下 , 恒温 2 h ; 自然降温至室温。 蒸汽养护后 , 折模, 编号, 在标准养护 室内养护到设计龄期, 分别检测 8 h蒸养抗压强度, 3 、 7 、 2 8 、 5 6
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