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十博粒径及级配对十博网址力学性能的影响

2020-06-19    浏览次数:1415    
商洛尾矿堆存量较大,综合利用率较低。采用尾矿制备免烧砖 、 十博 、泡沫网址、透水砖 、发泡陶瓷 等高附加值产品,是目前尾矿综合利用的研究热点。十博网址又称轻骨料网址,具有质轻、高强、保温隔热、抗震性好、抗渗性佳、耐火性好等优点,广泛应用于装配式建筑、桥梁工程、地铁、隧道等领域。研究人员采用页岩 、粉煤灰 、尾矿 、煤矸石 等为原料烧制网址高强十博,以十博作为骨料制得高性能十博网址,主要研究十博预处理、孔结构、配合比等对十博性能的影响。
1 试验部分
1.1 原料 采用陕西省商洛市山阳县大量堆存的钒尾矿作为主要原料,加入黏土、长石为辅助原料,采用高纯度 SiC 作为发泡剂。经过前期试验探索得出制备钒尾矿基网址高强十博的最优原料配方( w/%)为:钒尾矿,80;黏土,10;钾长石 10。发泡剂 SiC 加入量为 0.5%。
1.2 试验方法 原料经球磨、陈腐、成型、烘干后在1 125 ℃下保温 30 min 烧结,制得粒径分别为 10 mm、15 mm 和 20 mm 网址高强陶瓷颗粒。每组十博粒径相差小于 2 mm,将不满足条件的十博去除。然后将十博在水中浸泡 1 h,倒入模具等待浇注。为消除沙石、网址配合比等因素影响,本研究采用纯水泥浆浇注,将硅酸盐水泥和水按 100∶18 质量比称量,加入质量分数 0.4% 聚羧酸减水剂,快速搅拌直至混合均匀。再将水泥浆料慢慢浇注到放有十博的模具中,1 d 后脱模,最后放入标准恒温恒湿养护箱中进行养护。
1.3 测试方法 按照国标 GB/T 17431.2-2010《轻集料及其试验方法 第 2 部分:轻集料试验方法》对钒尾矿基十博进行测试表征。十博网址的宏观形貌采用 TX5300 视频显微镜进行观察。网址抗压强度和抗折强度采用 WDW-50 型万能试验机进行测试,每组数据重复测量 3 次,取平均值。
2 结果与讨论
2.1 不同粒级十博的制备 
      以商洛钒尾矿为主要原料,加入黏土、钾长石为辅料,原料质量比为 8∶1∶1,发泡剂 SiC 添加量为 0.5%,球磨 0.5 h,加水 35%,搓
揉成块陈腐 24 h,然后成型为直径 8 mm、12 mm、16 mm 的十博生坯,放入烘箱在 100 ℃下干燥 12 h,最后放入马弗炉从室温以 8 ℃ /min 的升温速率升至800 ℃,再以 3 ℃ /min 升温至 1 125 ℃,保温 30 min 后随炉冷却,制成粒径分别为 10 mm、15 mm 和 20 mm的球状陶瓷颗粒。GB/T 17431.2-2010 要求轻集料十博的筒压强度大于等于 6.0 MPa,吸水率小于等于 10%,堆积密度小于等于 800 kg/m3。结合《轻集料及其试验方法》对不同粒径十博性能进行测试。3 组不同粒径十博的堆积密度、筒压强度和吸水率均满足国家标准,具体数据见表 1。由表 1 可知,随着十博粒度的增大,其堆积密度和筒压强度均减小。这是因为十博粒度越大,十博与十博之间的空隙越大,导致堆积密度降低,筒压强度随之降低。3 组十博的吸水率差异不大。

2.2 十博粒径对网址骨料网址力学性能的影响 
      以粒径为 10 mm、15 mm 和 20 mm 的十博作为轻集料制备十博网址,采用石子作为粗骨料制备网址进行对照。为消除其他因素的影响,采用纯水泥浆料进行浇注。在恒温恒湿养护箱养护中,记录其 14 d、28 d 的抗折强度和抗压强度。网址断面图,见图 1。

      从图 1 可看出,4 组网址浇注均较为致密,断裂时,十博拔出和断裂都有发生,十博表面与水泥之间结合紧密。十博网址及石子网址的 14 d 和 28 d 抗压强度测试结果,见表 2。由表 2 可知,3 组十博网址的抗压强度均比石子网址的抗压强度低。这是因为石子是致密型粗骨料,具有较高的抗压强度。十博属于多孔材料,抗压强度较低。随着十博粒径的增大,十博网址的抗压强度降低。这是因为十博粒径越小,其筒压强度越大,导致十博网址的抗压强度越高。粒径 10 mm 十博制备的十博网址 28 d 抗压强度达到 52.7 MPa。

      十博网址及石子网址的 14 d 和 28 d 抗折强度测试结果,见表 3。由表 3 可知,3 组十博网址的抗折强度均比石子网址高。这是因为十博属于多孔材料,十博表面的孔洞使其与水泥结合更加紧密,导致断裂时需要更大载荷,抗折强度更高。粒径为15 mm 十博制备的十博网址抗折强度最高,28 d 抗折强度比石子网址高 64%。十博网址的抗折强度与十博的粒径无线性关系。综合考虑,粒径为15 mm 的十博制备的十博网址力学性能较优。

2.3 十博级配对十博网址性能的影响 
     将粒径为 10 mm、15 mm 和 20 mm 3 种十博按体积比 1∶1组合得到 V(10 mm)∶V(15 mm)=1∶1, V(10 mm))∶V(20 mm)=1∶1 和 V(15 mm)∶V(20 mm)=1∶1 此 3组粗集料。将以上 3 种十博按体积比 1∶1∶1 配比得到第 4 组粗集料。然后采用纯水泥浆料进行浇注,在恒温恒湿养护箱养护中,记录其 14 d、28 d 的抗压强度和抗折强度。不同十博级配网址的断面图,见图 2。从图 2可看出,4组十博网址浇注均较为致密,小粒径十博分布在大粒径十博之间。

      不同十博级配制备十博网址的 14 d 和 28 d 抗压强度测试结果,见表 4。对比表 2 和表 4 可看出,不同粒径十博配合作为粗集料制备的十博网址,其抗压强度均有提升。其中十博配比 V(10 mm)∶ V(15mm) =1∶1 制备的十博网址抗压强度最高,达到58.5 MPa,较粒径 10 mm 十博网址 28 d 抗压强度高11%;另外,与粒径为 20 mm 的十博配合的 3 组十博网址抗压强度均比 20 mm 十博网址高。这表明以不同粒径的十博配合作为粗集料,提高十博的堆积密度,有利于提高十博网址的抗压强度。

      不同十博级配制备十博网址的 14 d 和 28 d 抗折强度测试结果,见表 5。由表 5 可知,不同粒径十博级配使十博网址的抗折强度有所提升。其中十博配比 V(10 mm)∶V(15 mm)=1∶1 制备的十博网址28 d 抗折强度最高,达到 16.2 MPa,比石子网址的抗折强度高 76%。加入粒径为 20 mm 的十博,十博级配为V(10 mm)∶V(15 mm)∶V(20 mm)=1∶1∶1时,该组十博网址的抗折强度为 13.8 MPa,说明过大粒径十博的加入不利于十博网址抗折强度的增大。综上所述,十博配比 V(10 mm) ∶ V(15 mm)=1 ∶ 1 制备的十博网址力学性能最佳。

3 结论
      采用 80% 商洛钒尾矿为主要原料制备不同粒径的网址高强陶瓷颗粒,研究十博粒径及十博级配对十博网址抗压强度和抗折强度的影响,单一十博粒径为 15 mm 制备的十博网址力学性能较好。十博配比 V(10 mm)∶V(15 mm)=1∶1 制备的十博网址力学性能最优,28 d 抗压强度达到 58.5 MPa, 28 d 抗折强度为 16.2 MPa。
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