鐵尾礦砂-粘土系統物理化學相容性能研究

《鐵尾礦砂-粘土系統物理化學相容性能研究》是依託東南大學，由石名磊擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：鐵尾礦砂-粘土系統物理化學相容性能研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：石名磊
• 依託單位：東南大學

中文摘要

鐵尾礦是我國綜合利用率最低的大宗固體廢棄物，路用前景廣闊。本課題基於路用碾壓混合料的特點，採用室內巨觀性能與細、微觀機制並重的試驗研究方法，結合多元組分緊密堆積理論、細觀圖像數字處理技術與分形理論分析方法，開展鐵尾礦砂-粘土系統物理化學活性的疊加效應及鹼鹽複合激發原理研究。探索系統中粘性土作為典型結合料物理化學激發後的混合料物化活性特徵，論證改性粘土與鐵尾礦砂的顆粒級配協同緻密物理相容性，論證系統鹼鹽複合激發及TEC（Iron Ore Tailings Envelope with Cement）硬化界面過渡區的化學組分多元配伍化學相容性，揭示系統微結構、產物分布與孔隙形態特徵及其水化反應規律。本課題對闡明鹼鹽複合激發增強與改性、惰性集料顆粒表面活化界面區硬化膠結與約束耦合增強骨架支撐效應及粘性土激發混合料的物化活性疊加效應有重要意義，為鐵尾礦砂路用新材料體系的研發與套用奠定基礎。

結題摘要

工業鐵尾礦砂與磷石膏無機混合料路用，可消納大宗工業固體廢棄料，節約土體資源，實現高效性能與綠色環保的統一。採用室內單元體巨觀效應試驗、細微觀結構試驗方法，結合多元組分緊密堆積理論、細觀圖像數字處理技術與分形理論分析方法，開展了鐵尾礦多元混合料系統的物理化學活性疊加效應與鹼鹽複合激發研究。 以鐵尾礦砂（T）石灰（L）鹼性激發系統L-T為對象，揭示了鐵尾礦砂似粉煤灰（F）的化學活性，緻密咬合嵌固物理效應更優的物化活性特徵；確定高液限黏土（Cs）低劑量石灰系統（L-Cs）的水理性質與組織改善的“改性點”特徵組分L3%與3d改性周期；重點闡述了鐵尾礦砂LCS-T系統改性含結合水物料填充與微集料約束疊加增強效應，LCS-T半剛性材料性能優於傳統二灰土。 分析了工業廢棄料磷石膏（P）替代硫酸鈉硫酸鹽激發相容機制，提出了礦物集料（A）硫酸鹽增強鹼性激發穩定材料（LA-TP）。提出了二重分形分布相對維數D，結合細觀結構特徵CT成像技術，揭示了系統（LA-TP）級配細微變化的緻密堆積特徵，提出了F2.35=8%系統緻密與組構妥洽最佳；闡明了硫酸鹽激髮結晶填充密實、“顯微加筋”組織改善及系統水理性質變化規律，強調了系統（水泥）高效鹼性激發灰結效應的組分配伍禁忌原則，提出了硫酸鹽增強鹼性激發材料系統增強與改性雙控分步穩定機理。 採用高效活性激發劑（2%水泥）對鐵尾礦砂表面進行集料活化（TEC），二次混配成（SLCs-CT）系統，對比分析普通混配系統及SLCs-T系統的微結構，揭示了TEC表面活化對界面微結構改善、產物（CSH，AFt）分布特徵及其水化反應進程的影響規律，建立了SLCs-CT系統的水化反應模型。採用巨觀強度試驗，揭示TEC表面活化的集料膠結與集料約束耦合“骨架支撐”效應。採用TCLP和Tank淋濾試驗對系統套用的環境安全進行評價。 項目研究成果為低成本、節能、綠色路用材料研發、組分設計等提供了理論基礎與技術支撐。