基于正交实验金尾矿砂再生混凝土实验研究

李志强, 张轩硕, 卜娜蕊, 俞勇, 祝帆, 李堰江. 基于正交实验金尾矿砂再生混凝土实验研究[J]. 矿产综合利用, 2022, 43(6): 73-78, 83. doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2022.06.013
引用本文: 李志强, 张轩硕, 卜娜蕊, 俞勇, 祝帆, 李堰江. 基于正交实验金尾矿砂再生混凝土实验研究[J]. 矿产综合利用, 2022, 43(6): 73-78, 83. doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2022.06.013
Li Zhiqiang, Zhang Xuanshuo, Bu Narui, Yu Yong, Zhu Fan, Li Yanjiang. Research on Orthogonal Test of Mixture Ratio of Gold Tailings Recycled Concrete[J]. Multipurpose Utilization of Mineral Resources, 2022, 43(6): 73-78, 83. doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2022.06.013
Citation: Li Zhiqiang, Zhang Xuanshuo, Bu Narui, Yu Yong, Zhu Fan, Li Yanjiang. Research on Orthogonal Test of Mixture Ratio of Gold Tailings Recycled Concrete[J]. Multipurpose Utilization of Mineral Resources, 2022, 43(6): 73-78, 83. doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2022.06.013

基于正交实验金尾矿砂再生混凝土实验研究

  • 基金项目: 河北省人力资源和社会保障课题(A2016002028)
详细信息
    作者简介: 李志强(1975-)男,教授,研究方向为结构工程
  • 中图分类号: TD981; TU528

Research on Orthogonal Test of Mixture Ratio of Gold Tailings Recycled Concrete

  • 为缓解天然砂石资源短缺,采用正交实验对金尾矿砂再生混凝土进行力学研究,选取水灰比、金尾矿砂取代率、再生粗骨料取代率和粉煤灰掺量四个影响因素,得到了金尾矿砂再生混凝土抗压、抗拉强度两种性能指标,并基于力学性能进行了配比优化组合研究。结果表明:水灰比、粉煤灰掺量对两种评价指标影响显著,其次是金尾矿砂取代率,而二次破碎的再生粗骨料对二者影响较小。综合考虑配制金尾矿砂再生混凝土的较佳因素水平方案为水灰比0.45、金尾矿砂取代率30%、再生粗骨料取代率30%、粉煤灰掺量10%。通过对较佳配比浇筑的金尾矿砂再生混凝土与普通混凝土、再生混凝土的两种强度对比和微观分析可知,金尾矿砂应用于再生混凝土中是可行的。

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  • 图 1  金尾矿砂X射线衍射分析

    Figure 1. 

    图 2  各因素不同水平抗压强度变化值

    Figure 2. 

    图 3  各因素不同水平劈裂抗拉强度变化值

    Figure 3. 

    图 4  混凝土微观结构

    Figure 4. 

    表 1  金尾矿砂主要化学成分/%

    Table 1.  Main chemical composition of gold tailings sand

    SiO2Al2O3CaOFe2O3MgONa2OTiO2K2O
    52.6517.559.849.044.133.321.481.47
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    表 2  金尾矿砂物化特性检测结果

    Table 2.  Test results of physical and chemical properties of gold tailings sand

    指标表观密度/(kg·m-3吸水率/%云母含量/%轻物质含量/%氯离子含量/%硫化物含量/%有机物含量/%
    测量值2789.62.280.30.50.010.24合格
    规范标准--<2.0<1.0<0.06<1.0颜色不深于标准色
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    表 3  金尾矿砂放射性核素检测结果

    Table 3.  Radionuclide detection results of gold tailings sand

    核素名称比活度/
    (Bq·kg)
    内照射指数
    (IRa
    外照射指数
    (Ir
    226Ra1.80.00.1
    232Th6.7
    40K245.4
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    表 4  粗骨料的基本物理性质

    Table 4.  Basic physical properties of coarse aggregate

    骨料类型表观密度/
    (kg·m-3
    堆积密度/
    (kg·m-3
    吸水率/
    %
    含水率/
    %
    压碎指标/
    %
    天然粗骨料2659.61315.40.50.575.8
    再生粗骨料2510.21259.15.53.813.1
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    表 5  正交实验设计

    Table 5.  Orthogonal test design

    水平因素
    水灰比A金尾矿砂取
    代率B/%
    再生粗骨料
    取代率C/%
    粉煤灰掺量D/%
    10.4503010
    20.50305020
    30.55607030
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    表 6  金尾矿砂再生混凝土材料配合比

    Table 6.  Mix ratio of gold tailings sand recycled concrete materials

    编号组别材料用量/(kg·m-3
    水泥天然砂天然粗骨料再生粗骨料金尾矿砂粉煤灰
    Z-1A1B1C1D1390201.2637.8793.9340043.3
    Z-2A1B2C2D2346.6204.8446.5567566.9191.386.7
    Z-3A1B3C3D3303.3209.1255.1340793.9382.7130
    Z-4A2B1C2D3273204.8653.4580.8580.80117
    Z-5A2B2C3D1351209.1457.4348.5813.119639
    Z-6A2B3C1D2312201.2261.4813.1348.539278
    Z-7A3B1C3D2283.6209.1666.2355.3829070.9
    Z-8A3B2C1D3248.1201.2466.3829355.3199.9106.4
    Z-9A3B3C2D1319204.8266.5592.1592.2399.735.5
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    表 7  金尾矿砂再生混凝土正交实验强度值

    Table 7.  Orthogonal test strength value of recycled concrete with gold tailings sand

    编号组别影响因素实验结果
    水灰比A金尾矿砂取代率B/%再生粗骨料取代率C/%粉煤灰掺量D/%28 d抗压强度/MPa28 d劈裂抗拉强度/MPa
    Z-1A1B1C1D11(0.45)1(0)1(30)1(10) 38.203.33
    Z-2A1B2C2D21(0.45)2(30)2(50)2(20)37.073.21
    Z-3A1B3C3D31(0.45)3(60)3(70)3(30)33.922.66
    Z-4A2B1C2D32(0.50)1(0)2(50)3(30)33.802.6
    Z-5A2B2C3D12(0.50)2(30)3(70)1(10)37.323.14
    Z-6A2B3C1D22(0.50)3(60)1(30)2(20)35.532.68
    Z-7A3B1C3D23(0.55)1(0)3(70)2(20)30.272.35
    Z-8A3B2C1D33(0.55)2(30)1(30)3(30)30.012.42
    Z-9A3B3C2D13(0.55)3(60)2(50)1(10)31.792.35
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    表 8  实验结果极差分析结果

    Table 8.  Range analysis of test results

    水平立方体抗压强度劈裂抗拉强度
    ABCDABCD
    K1109.2102.2103.7107.39.28.38.48.8
    K2106.6104.4102.6102.98.48.88.28.2
    K392101.2101.597.77.17.78.17.7
    极差R17.23.22.29.62.11.10.31.1
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    表 9  金尾矿砂再生混凝土方差分析结果

    Table 9.  Variance analysis results of gold tailings sand recycled concrete

    检验指标方差来源平方和自由度均方差F显著性
    立方体抗压强度A170.734285.367356.930***
    B5.21322.60710.898*
    C2.47321.2365.169*
    D46.065223.03296.302**
    误差4.305180.236
    总计228.7926
    劈裂抗拉强度A2.20821.10449.761***
    B0.58520.29213.179**
    C0.05420.0271.221*
    D0.65020.32514.644**
    误差0.399180.022
    总计3.89626
    注:“*”为显著性影响程度等级
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    表 10  金尾矿砂再生混凝土优化方案及结果

    Table 10.  Optimization scheme and results of gold tailings sand recycled concrete

    混凝土类型水灰比金尾矿砂
    取代率/%
    再生粗骨料
    取代率/%
    粉煤灰
    掺量/%
    28 d立方体抗压
    强度/MPa
    28 d劈裂抗拉
    强度/MPa
    普通混凝土0.4500041.323.10
    再生混凝土0.450301038.202.83
    金尾矿砂再生混凝土0.4530301042.893.57
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    表 11  金尾矿砂再生混凝土化学成分/%

    Table 11.  Chemical composition of recycled concrete from gold tailings sand

    SiO2CaOAl2O3Fe2O3MgOK2OSO3Na2OTiO2
    38.5631.7312.526.633.392.171.711.380.84
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出版历程
收稿日期:  2021-08-17
刊出日期:  2022-12-25

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