随着经济的不断发展,采矿产生的尾矿已经成为我国堆存量最多固体废弃物,尾矿堆存的环境性、安全性问题日益突出。工程建设造成混凝土用量巨大,优质的混凝土骨料和矿物掺合料有大量缺口。铁尾矿全尾砂充填因低成本成为矿山充填的主要方向,但泌水率大、早期强度低的问题严重制约其发展。因此研究铁尾矿微粉及废石对水泥基材料的性能影响及机理对解决铁尾矿固体废弃物的堆存,缓解混凝土原材料压力,确保矿山安全环保充填具有重要意义。本文通过铁尾矿废石作骨料制备混凝土、铁尾矿微粉作矿物掺合料制备混凝土、铁尾矿全尾砂制备充填料浆,结合宏观试验、微观测试和理论分析,研究了铁尾矿微粉及废石对混凝土、矿山充填材料等水泥基材料的性能影响,以及铁尾矿微粉在水泥基材料中的作用机理,主要研究内容和成果包括:(1)通过铁尾矿废石混凝土、铁尾矿废石磨细微粉在弱碱性环境下的宏观力学试验和微观测试分析,研究铁尾矿废石骨料对混凝土力学强度的增强效应。结合无熟料净浆微观测试分析,揭示了石英岩型铁尾矿废石表面硅铝氧断键会在碱性环境下重聚生成以硅酸钙、铝硅酸钙为主要成分的复盐矿物,明确了断键重聚的条件,建立了断键重聚的模型。(2)通过不同铁尾矿微粉掺量混凝土的力学性能试验研究,分析了铁尾矿微粉对混凝土长期抗压强度的影响规律,得出铁尾矿微粉的合理掺量为矿物掺合料总量的50%以内,建立了铁尾矿微粉混凝土强度-龄期预测模型,并基于断键重聚理论揭示了铁尾矿微粉在混凝土中的作用机理。(3)通过铁尾矿微粉混凝土的碳化试验研究,发现28d加速碳化深度、养护1d和28d后自然碳化深度均随铁尾矿微粉的掺量增加而增大,引入铁尾矿掺量系数和强度影响系数,利用铁尾矿占矿物掺合料的比例和28 d抗压强度建立铁尾矿混凝土碳化的预测模型。(4)通过铁尾矿微粉混凝土的快速冻融试验研究,发现适当地掺入一定量的铁尾矿粉有助于提高混凝土抗冻性能,基于核磁共振NMR孔结构分析,发现铁尾矿微粉可以有效提高混凝土中无害孔和少害孔的比例,从而提高混凝土抗冻性能。(5)通过铁尾矿微粉混凝土硫酸盐腐蚀的试验研究,发现适当铁尾矿掺入能提高混凝土抗硫酸盐腐蚀性能,结合微观分析,揭示铁尾矿微粉混凝土硫酸盐劣化机理,并发现铁尾矿微粉可以降低混凝土内部的碱含量并优化孔结构,从而提高了混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能。(6)通过混凝土长龄期的硫酸盐全浸泡和半浸泡的强度发展规律,建立铁尾矿微粉混凝土在硫酸盐溶液中全浸泡和半浸泡腐蚀时间和相对抗压强度因子的预测曲线,该曲线具有较强的相关性,可有效预测铁尾矿微粉混凝土在硫酸盐环境下的长期力学性能。(7)通过铁尾矿全尾砂充填材料泌水率、沉缩率、强度的试验研究,发现铁尾矿微粉含量的增加可以改善充填材料的泌水特性,并提高强度,研发的高固水添加剂可以有效减小料浆泌水率,同时提高充填体早期强度,结合扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、红外光谱(IR)分析,揭示高固水添加剂对铁尾矿全尾砂充填料浆泌水特性的调控机理。