铁尾矿砂-粘土系统物理化学相容性能研究中文摘要

铁尾矿是我国综合利用率最低的大宗固体废弃物，路用前景广阔。本课题基于路用碾压混合料的特点，采用室内宏观性能与细、微观机制并重的试验研究方法，结合多元组分紧密堆积理论、细观图像数字处理技术与分形理论分析方法，开展铁尾矿砂-粘土系统物理化学活性的叠加效应及碱盐复合激发原理研究。探索系统中粘性土作为典型结合料物理化学激发后的混合料物化活性特征，论证改性粘土与铁尾矿砂的颗粒级配协同致密物理相容性，论证系统碱盐复合激发及TEC（Iron Ore Tailings Envelope with Cement）硬化界面过渡区的化学组分多元配伍化学相容性，揭示系统微结构、产物分布与孔隙形态特征及其水化反应规律。本课题对阐明碱盐复合激发增强与改性、惰性集料颗粒表面活化界面区硬化胶结与约束耦合增强骨架支撑效应及粘性土激发混合料的物化活性叠加效应有重要意义，为铁尾矿砂路用新材料体系的研发与应用奠定基础。

工业铁尾矿砂与磷石膏无机混合料路用，可消纳大宗工业固体废弃料，节约土体资源，实现高效性能与绿色环保的统一。采用室内单元体宏观效应试验、细微观结构试验方法，结合多元组分紧密堆积理论、细观图像数字处理技术与分形理论分析方法，开展了铁尾矿多元混合料系统的物理化学活性叠加效应与碱盐复合激发研究。 以铁尾矿砂（T）石灰（L）碱性激发系统L-T为对象，揭示了铁尾矿砂似粉煤灰（F）的化学活性，致密咬合嵌固物理效应更优的物化活性特征；确定高液限黏土（Cs）低剂量石灰系统（L-Cs）的水理性质与组织改善的“改性点”特征组分L3%与3d改性周期；重点阐述了铁尾矿砂LCS-T系统改性含结合水物料填充与微集料约束叠加增强效应，LCS-T半刚性材料性能优于传统二灰土。 分析了工业废弃料磷石膏（P）替代硫酸钠硫酸盐激发相容机制，提出了矿物集料（A）硫酸盐增强碱性激发稳定材料（LA-TP）。提出了二重分形分布相对维数D，结合细观结构特征CT成像技术，揭示了系统（LA-TP）级配细微变化的致密堆积特征，提出了F2.35=8%系统致密与组构妥洽最佳；阐明了硫酸盐激发结晶填充密实、“显微加筋”组织改善及系统水理性质变化规律，强调了系统（水泥）高效碱性激发灰结效应的组分配伍禁忌原则，提出了硫酸盐增强碱性激发材料系统增强与改性双控分步稳定机理。 采用高效活性激发剂（2%水泥）对铁尾矿砂表面进行集料活化（TEC），二次混配成（SLCs-CT）系统，对比分析普通混配系统及SLCs-T系统的微结构，揭示了TEC表面活化对界面微结构改善、产物（CSH，AFt）分布特征及其水化反应进程的影响规律，建立了SLCs-CT系统的水化反应模型。采用宏观强度试验，揭示TEC表面活化的集料胶结与集料约束耦合“骨架支撑”效应。采用TCLP和Tank淋滤试验对系统应用的环境安全进行评价。 项目研究成果为低成本、节能、绿色路用材料研发、组分设计等提供了理论基础与技术支撑。 2100433B

2014年12月5日，《铁尾矿砂》发布。

2015年10月1日，《铁尾矿砂》实施。

聚合物对之间的相容性，可以通过聚合物共混物的形态反映出来。完全相容的聚合物共混体系，其共混物可形成均相体系。因而，形成均相体系的判据亦可作为聚合物对完全相容的判据。如前所述，如果两种聚合物共混后，形成的共混物具有单一的T_g，则就可以认为该共混物为均相体系。相应地，如果某聚合物对形成的共混物具有单一的T_g，则亦可认为该聚合物对是完全相容的。

从以上叙述中可以看出，“部分相容”是一个很宽泛的概念，它在两相体系的范畴之内，涵盖了不同程度的相容性。对部分相容体系（两相体系），相容性的优劣具体体现在界面结合的牢固程度、实施共混的难易，以及共混组分的分散度和均一性等诸多方面。

对于两相体系，人们总是希望其共混组分之间具有尽可能好的相容性。良好的相容性，是聚合物共混物获得良好性能的一个重要前提。然而，在实际应用中，许多聚合物对的相容性却并不理想，难以达到通过共混来对聚合物进行改性所需的相容性。于是，就需要采取一些措施来改善聚合物对之间的相容性。

所谓相容性系指两种或多种物质混合时的相互亲合性，即分子级的可混性，相容性好能够形成均质混合体系。