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摘 要

本文借助安德森-安德烈森模型，利用金属尾矿废弃物--铅锌尾矿取代部分水泥制备生态型超高性能混凝土。既解决了尾矿堆积导致的生态环境和经济问题，又缓解了水泥用量过高导致的二氧化碳排放和能源浪费问题。

主要研究了铅锌尾矿取代水泥制备生态型超高性能混凝土实际可行性，探究了铅锌尾矿对于混凝土宏观性能影响的机制和规律，并从微观结构方面的对混凝土的性能作出更详细的分析。

本文发现，在工作性能上，生态型超高性能混凝土早期孔隙率劣化，但后期基本为无害孔。因此早期强度较低，后期强度基本持平，可满足工程需要；使用干燥铅锌尾矿时，和易性基本不变，工作性能良好；由于水泥减少和强度降低对混凝土形状约束力下降两个元素作用，实验组的自收缩存在先下降后上升的现象，但总体仍小于对照组；本文借用了他人对于混凝土水化热的数据，并对规律给出了不同的解释。

研究结果表明：水泥取代量为30%时制备的超高性能混凝土可以满足实际工程的需要，可成为现实生活中的一种选项。其理论可行性基本得到证实，但是具体掺量的选择需要根据具体情况。

关键词：超高性能混凝土；绿色环保；铅锌尾矿；最密堆积模型

Abstract

In this paper, with the help of Anderson Andreessen model, the ecological ultra-high performance concrete is prepared by using metal tailings, lead-zinc tailings, to replace part of cement. It not only solves the ecological and economic problems caused by tailings accumulation, but also alleviates the carbon dioxide emission and energy waste caused by excessive cement consumption.

This paper mainly studies the practical feasibility of using lead-zinc tailings to replace cement to prepare ecological ultra-high performance concrete, explores the mechanism and law of the influence of lead-zinc tailings on the macro performance of concrete, and makes a more detailed analysis on the performance of concrete from the aspect of microstructure.

In this paper, it is found that the porosity of ecotype UHPC deteriorates in the early stage, but it is harmless in the later stage. Therefore, the early strength is relatively low, and the later strength is basically the same, which can meet the needs of the project; when using dry lead-zinc tailings, the workability is basically the same, and the working performance is good; because the reduction of cement and the reduction of strength have the effect of two elements on the reduction of concrete shape binding force, the self shrinkage of the experimental group decreases first and then increases, but it is still less than the control group as a whole; this paper borrows others' experience For the data of hydration heat of concrete, different explanations are given for the law.

The results show that the ultra-high performance concrete with 30% cement substitution can meet the needs of practical engineering and become an option in real life. Its theoretical feasibility has been basically confirmed, but the selection of specific dosage needs to be based on the specific situation.

Key Words：ultre-high performance concrete；lead-zink tailing；The most dense packing model

目录

第1章 绪论 1

1.1 超高性能混凝土的应用 1

1.1.1现阶段的问题 1

1.1.2超高性能混凝土的研究 3

1.1.3超高性能混凝土的绿色化 4

1.2铅锌尾矿的利用现状及理论取代依据 5

1.2.1铅锌尾矿污染和经济损失 5

1.2.2铅锌尾矿取代水泥制备UHPC的必要性与可行性 9

1.3小结 11

第2章 研究目的与存在的问题 13

2.1研究目的 13

2.2关键科学问题 13

第3章 原材料与实验方法 14

3.1原材料 14

3.2研究内容 16

（1）理论最优配合比设计 16

（2）实际实验配合比安排 17

（3）宏观性能和耐久性评价 17

（4）微观结构和水化进程检测 17

第四章 实验数据与分析 19

4.1配合比设计 19

4.2工作性能 19

4.3 抗压强度 20

4.4体积变化 21

4.5孔隙率的变化 22

4.6水化热分析 23

第五章 结论 25

参考文献 26

致 谢 28

第1章 绪论

1.1 超高性能混凝土的应用

1.1.1现阶段的问题

随着我国工业快速发展，经济水平日渐提高，近几年国家在建筑，交通等基础设施方面发展迅速，对于混凝土的使用要求越来越高，其使用环境也开始多种多样，例如用于海洋工程建设等。这些新要求势必对混凝土的性能提出新的挑战，恶劣的环境对混凝土的耐久性要求更高，如海工对混凝土的抗水性和抗氯侵蚀要求更高；大宗建筑，如水坝等，对混凝土的“轻便”提出更多要求。

不仅如此，由于我国经济的快速发展，重建扩建情况多，每年消耗大量混凝土，据不完全统计，2012年世界水泥产量超过38.2亿t，折合成混凝土则大于150亿m3。其中，我国混凝土消耗量居世界首位。如表1.1。

从而消耗大量水泥，现在全球急剧增加的水泥消耗量给环境带来的影响也是我们需要注意的。我国已成为全球水泥最大消费国，最大生产国。如表1.2可知，目前我国水泥产量高达世界60%。但是现阶段我国水泥生产耗能高，污染物排放大的特点仍然是重大问题。水泥生产中的二氧化碳排放量，约占世界二氧化碳总排放量的5%。（每生产1吨水泥将排放1吨CO2）。虽然近年来水泥行业在节能减排方面越来愈好，但远无法抵消水泥产量快速增长导致的碳排放增加。而且由表1.3所示，目前我国水泥产能利用率不高，导致大量能量浪费。

高耗能高污染的水泥的生产带来的是对环境和能源的谈论。现阶段的普通混凝土远不能满足这些要求，也无法缓解水泥耗量过高引起的能源与环境问题。因此，如何在保证工程需要的条件下，通过降低混凝土用量或者通过减少单位混凝土水泥用量从而降低我国总水泥量成为一个问题。

图1.1 水泥（混凝土主要原材料）的产量

表1.1 中国水泥产量占全球60%（亿吨）

表1.2 我国水泥产能变化

随着时代的发展和科学技术的不断进步，越来越多的混凝土技术，先进混凝土被开发出来，先进水泥基材料被不断研发和创新。例如，1850前后，法国人首先取得钢筋混凝土的专利，1928年，Freyssinet E发明了预应力锚具，天才地创造了预应力钢筋混凝土技术，充分利用混凝土和钢筋的高强度等优越性能，实现两种材料共同作用的复合性能，从而提高了结构强度和改善混凝土韧性；随着外加剂和矿物掺合料的利用，高性能混凝土1950被提出。例如上海的东方明珠就是用高性能混凝土建成，极大减少了混凝土用量，减少混凝土自重；在此之后，随着DSP（Densified with small particles）理论的提出，1994年超高性能混凝土这种新型被研发出来，更是成为2018年的建筑工程全球工程前沿（源于中国工程院发布的《全球工程前沿报告2018》）。它的高强度高性能受到学者的青睐。赵筠[1]等更是提出超高性能混凝土的突出特点是从混凝土和钢两个方面提高钢纤维在混凝土中的利用效率，详细说明了超高性能混凝土与钢筋、钢纤维混合的优异性。2001年法国OA4公路桥是世界上第一个UHPC公路桥，采用预张应力UHPC一体结构，与同样跨距和强度的普通混凝土相比，桥梁重量减少了2/3，显著减少混凝土用量和改善肥梁胖柱的问题。

超高性能混凝土的高强度使得可以用来建造轻质高强的结构，彻底告别了“肥梁胖柱”。因为UHPC在相同载荷下所需混凝土量更少，所以使用UHPC可显著减少全国混凝土消耗量，从而减少水泥用量，达到节能减排的目的。但是，超高性能混凝土虽然在强度和耐久性方面有优异的性能，现阶段仍然存在一些问题。

1.1.2超高性能混凝土的研究

赵筠等提出超高性能混凝土的主要特点归类如下：^[1]

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