论文总字数：23226字

摘 要

高岭土是一种重要的非金属矿，广泛用于陶瓷、造纸、耐火材料、石油化工、农业和国防等领域。开采高岭土过程产生了大量的高岭土尾矿，尾矿大量堆存不但占用土地，而且造成了资源浪费、环境问题和安全隐患。高岭土尾矿在800℃煅烧可以脱出羟基和挥发少量杂质得到可利用的含有较多偏高领土的活性物质，将煅烧高岭土尾矿部分取代水泥加入到混凝土中可提高混凝土强度和耐久性等性能。研究高岭土尾矿在钢筋混凝土管涵中的应用，对提高高岭土尾矿的资源化利用的附加值，高岭土矿业的可持续发展和水泥管制作行业具有重要的意义。

论文通过研究掺入不同含量煅烧高岭土尾矿的混凝土的工作性能、强度和耐久性，再根据其性能拟定适合制备管涵的混凝土配合比，选择合适的制备工艺设计制备内径2.4m的钢筋混凝土管，并对所制备的水泥管进行性能预估和可能存在问题分析。

研究结果表明：掺入煅烧高岭土尾矿的混凝土工作性能、抗压强度、抗硫酸盐侵蚀性能和抗氯离子渗透性的确有所提高，但是掺入过多组的水泥使用量减少而降低混凝土相关性能，40%尾矿掺量所制备的混凝土性能较优。根据设计水泥管直径等条件确定选择芯模振动制管工艺和设定水泥管的性能要求，并根据工艺要求和混凝土测试试验结果确定了混凝土配合比和钢筋尺寸。对所设计的钢筋混凝土尺寸进行评估发现基本符合设定要求，但是所制备管涵可能存在麻面、气泡、裂缝等问题，并对问题提出了整改建议。

关键词：高岭土尾矿；混凝土性能；钢筋混凝土管；芯模振动工艺

Abstract

Kaolin is an important non-metallic mineral, which is widely used in ceramics, papermaking, refractories, petrochemicals, agriculture, national defense and other fields. A large number of Kaolin Tailings are produced in the process of mining kaolin, which not only occupy the land, but also cause waste of resources, environmental problems and potential safety hazards. When calcined at 800 ℃, kaolin tailing can remove hydroxyl and volatilize a small amount of impurities, which can be used as active material with more higher territory. Adding part of calcined kaolin tailing instead of cement into concrete can improve the strength and durability of concrete. The research on the application of kaolin tailing in reinforced concrete pipe is of great significance to improve the added value of resource utilization of kaolin tailing, the sustainable development of kaolin mining industry and the cement pipe manufacturing industry.

This paper mainly studies the working performance, strength and durability of concrete mixed with different content of Calcined Kaolin Tailings. Then through the performance, the concrete mix proportion suitable for the preparation of pipe is determined, and the suitable preparation process is selected to design and prepare the reinforced concrete pipe with inner diameter of 2.4m. The performance prediction and possible problems analysis of the prepared cement pipe are carried out.

The results show that the working ability, compressive strength, sulphate corrosion resistance and chloride ion permeability of concrete with calcined kaolin tailings are indeed improved. But the cement consumption of the concrete with excessive tailings is reduced and the relevant performance of the concrete is reduced. And the performance of concrete with 40% tailings is better. According to the design of the cement pipe diameter and other conditions, the core mold vibration pipe making process and the performance requirements of the cement pipe are selected. According to the process requirements and the concrete test results, the concrete mix proportion and the reinforcement size are determined. The size of the designed reinforced concrete is evaluated and found to be basically in line with the set requirements, but there may be pockmarks, bubbles, cracks and other problems in the prepared pipe culvert, and the rectification suggestions are put forward.

Key Words：Kaolin tailing; Concrete performance; Reinforced concrete pipe; Core vibrated casting process

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.1.1 煅烧高岭土尾矿的研究意义 1

1.1.2 混凝土管涵生产工艺的研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 高岭土尾矿应用于建筑材料 2

1.2.2 高岭土尾矿在陶瓷、玻璃中的应用研究 3

1.2.3 高岭土尾矿在絮凝剂研制方面的研究 4

1.2.4 提取高岭土尾矿中成分的研究 4

1.3 研究内容及技术路线 5

1.3.1 研究内容 5

1.3.2 技术路线 5

1.3.3 课题的创新点 5

第2章 实验材料及研究方法 7

2.1 实验主要材料及试剂 7

2.1.1 煅烧高岭土尾矿 7

2.1.2 水泥 7

2.1.3 粗骨料 7

2.1.4 细骨料 7

2.1.5 石膏 8

2.1.6 石灰石粉 8

2.1.7 减水剂 8

2.1.8 实验试剂 8

2.2 实验主要设备及仪器 8

2.3 实验内容与方法 9

2.3.1 混凝土拌合 9

2.3.2 塌落度检测 10

2.3.3 抗压强度检测 10

2.3.4 抗氯离子渗透测试 10

2.3.5 抗硫酸盐侵蚀测试 11

第3章 煅烧高岭土尾矿对混凝土性能的影响 13

3.1 混凝土的塌落度 13

3.2 抗压强度 13

3.3 抗氯离子渗透性 15

3.4 抗硫酸盐侵蚀系数 15

3.5 本章小结 16

第4章 管涵混凝土的配合比设计 17

4.1 工艺选择与流程 17

4.2 管涵设计及要求 18

4.2.1 尺寸设计和性能要求 18

4.2.2 原材料选择 18

4.2.3 其他要求 18

4.3 检测方法 19

4.4 性能预估 19

4.4.1 混凝土性能 19

4.4.2 管涵质量 19

4.5 质量问题及解决途径 19

4.6 本章小结 20

第5章 结论与展望 21

5.1 结论 21

5.2 展望 21

参考文献 22

致谢 24

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1煅烧高岭土尾矿的研究意义

高岭土尾矿是高岭土经过选矿处理后排放的固体废物^[1]。由于了解高岭土的用途，人们只致力于高岭土的开采、加工，对高岭土尾矿进行回收利用的研究较少。大部分尾矿被露天堆放、铺路还田和夯实地基。尾矿的不断积累使大量的农田土地被占据、水质被污染，进而导致植被破坏、水土流失等问题，甚至引发泥石流，对生态环境有很大的影响，也导致了高岭土等不可再生资源的过度浪费。研究高岭土尾矿资源利用对高岭土矿业的可持续发展具有重要意义。

高岭土是一种非金属矿物，是一种粘土和粘土岩，主要由高岭石组成（晶体化学式为2SiO₂·Al₂O₃·2H₂O）。由于其化学稳定性，已成为国防、医药、陶瓷、橡胶、涂料、化工、造纸等几十个行业必不可少的矿物原料，并不断得到开发利用。每年大约消耗8000万吨高岭土。由于矿产资源缺乏综合利用，忽视资源利用率，至少产生了3000万吨尾矿，矿产利用率低于30% ^[2]。高岭土尾矿中主要成分为SiO₂和Al₂O₃，经煅烧处理后具有与煅烧高岭土一样的火山灰活性，加入水泥基材料中能提高其工作性能和力学性能；经适当提取处理后还能应用于陶瓷、玻璃行业和研制絮凝剂等。因此，高岭土尾矿的回收利用，不仅提高了高岭土矿产资源的利用，而且在环境保护和社会效益方面发挥着重要的作用。

近年来，混凝土掺合料和外加剂广泛应用于建筑过程中，而掺合料和外加剂的研究也在不断进行；随着社会的发展，之前我们广泛使用的掺合料如粉煤灰、硅灰、矿粉等也迎来了一些问题，随着环保要求的提高和资源开采的限制，这些掺合料的价格日益增长，我们也需要一种新的掺合料来用于建筑工程中。虽然高岭土尾矿应用于水泥基建筑材料方面研究较多，但是在工程应用中的研究较少。由于煅烧高岭土尾矿的掺入能提高水泥基材料的力学性能、抗氯离子渗透和硫酸盐侵蚀性能等，很好地满足钢筋混凝土管涵所用水泥基材料的要求，所以本文研究将煅烧高岭土尾矿应用在钢筋混凝土管涵的制作中，旨在将高岭土尾矿更好的应用于工程实际。

1.1.2混凝土管涵生产工艺的研究背景

随着我国城市建设的推进，城市地下空间的建立是必然的发展趋势。地下城市的基本思想是逐步将城市交通和传输系统等转移到城市地下的不同层次，地面交给市民免费使用，基础设施投入地下，如：城市地下综合管廊，海绵城市(渗流、停滞、存储、净化、使用、排放)地下储存和泄洪、地下水银行、地下污水收集和处理工厂、地下垃圾收集和处理、卫生填埋和焚烧处理、公共交通系统的发展、地下高速公路和物流系统的发展、地下低密度能源利用等。预制混凝土构件的发展是城市地下空间的重要基础之一，这无疑是未来混凝土管涵行业的重要发展机遇^[3]。

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