基于单因素试验的水泥粉煤灰稳定铁尾矿砂击实特性与抗压强度研究

徐钦 姬成

黑龙江大学建筑工程学院，黑龙江哈尔滨，150080；

摘要：为促进铁尾矿近地消纳并降低道路基层建设成本，探究“水泥—粉煤灰”复合稳定铁尾矿砂的工程适用性。采用单因素法，设计不同铁尾矿砂掺量（0%～100%）、结合料总掺量（15%～20%）及粉煤灰与水泥质量比（3:1～5:1）的配合比。通过击实与无侧限抗压试验评估各变量对混合料物理与力学性能的影响规律。结果表明：随铁尾矿砂掺量增加，最大干密度与最佳含水率均显著提升，抗压强度呈先升后降趋势，在 50% 掺量时因微集料填充效应优化了内部孔隙结构，强度达峰值（2.30 MPa）；提高结合料总掺量使最大干密度下降、最佳含水率上升，但水化产物强化了骨架，强度攀升至 2.78 MPa；固定结合料总量时，增大粉煤灰与水泥质量比会削弱早期水化活性致 7 d 强度衰减。综合推荐 50%铁尾矿砂替代率、17.5%结合料掺量及 4:1粉煤灰与水泥质量比为较优配合比，为规模化应用提供依据。

关键词：道路工程；铁尾矿砂；无机结合料；击实特性；无侧限抗压强度；配合比设计

参考文献

[1]尹琛,白丽梅,李绍英,等.铁尾矿综合利用研究进展[J].矿产保护与利用,2023,43(6):41-53.

[2]Chao X, Han C, Shao C, et al. Recent advances in properties and application progress of cement-based materials with iron tailing[J]. Sustainability, 2024, 16(23): 10631.

[3]陶亚平,赖天文.铁尾矿砂再生混凝土的力学及耐久性能研究[J].功能材料,2023,54(3):3143-3148.

[4]Farenzena H P, Bruschi G J, Medina G S, et al. Iron ore tailings stabilization with alternative alkali-activated cement for dry stacking: mechanical and microstructural insights[J]. Canadian Geotechnical Journal, 2024, 61(4): 678-691.

[5]赵晓康.路面水稳碎石基层材料细观结构表征及疲劳劣化机制研究[D].南京:东南大学,2022.

[6]Que Y, Jia S, Wang L, et al. Substitution of tailings sand in cement-stabilized gravel base material for road construction: mechanical properties, durability, and microstructure[J]. Journal of Materials in Civil Engineering, 2025, 37(4): 04025000.

[7]王洪国,苏纪壮,张民,等.振动搅拌对掺铁尾矿砂水泥稳定碎石混合料的影响研究[J].硅酸盐通报,2021,40(12):4209-4216.

[8]Ghanizadeh A R, Naseralavi S S. Intelligent prediction of unconfined compressive strength and Young's modulus of lean clay stabilized with iron ore mine tailings[J]. Journal of Soft Computing in Civil Engineering, 2023, 7(4): 1-23.

[9]Gong L, Gong X L, Liang Y, et al. Experimental study and microscopic analysis on frost resistance of iron ore tailings recycled aggregate concrete[J]. Advances in Materials Science and Engineering, 2022: 8932229.

[10]Jiang P, Zhou X, Qian J, et al. Experimental study on the influence of dry–wet cycles on the static and dynamic characteristics of fiber-modified lime and fly ash-stabilized iron tailings at early curing age[J]. Crystals, 2022, 12(5): 568.

[11]张鸿.高掺量铁尾矿砂废旧再生料基层路用性能及应用研究[D].重庆:重庆交通大学,2022.

[12]中华人民共和国交通运输部.公路土工试验规程:JTG3430—2020[S].北京:人民交通出版社,2020.

[13]中华人民共和国交通运输部.公路工程无机结合料稳定材料试验规程:JTG3441—2024[S].北京:人民交通出版社,2024.

[14]中华人民共和国交通运输部.公路路面基层施工技术细则:JTG/TF20—2015[S].北京:人民交通出版社,2015.