凍融與硫酸鹽作用下鐵尾礦混凝土損傷性能研究

摘 要：

為明晰鐵尾礦混凝土在復雜環境下的耐久性能，在凍融循環和硫酸鹽侵蝕耦合作用下，研究了鐵尾礦混凝土的損傷特性。將制備的鐵尾礦混凝土在5%（質量分數，下同）的Na2SO4溶液中進行凍融循環試驗，分析質量損失、相對動彈性模量和抗壓強度損失的變化規律；結合損傷力學，以超聲波波速為損傷變量，研究耦合作用下鐵尾礦混凝土的劣化過程，并通過分析超聲波速、彈性模量與孔隙率的關系，構建了鐵尾礦混凝土密實度模型。結果表明：鐵尾礦混凝土的質量在循環20次時出現階段性增長，隨后呈遞減趨勢，相對動彈性模量和抗壓強度的下降速率呈先快、后慢、再快的現象；抗壓強度損失與混凝土損傷度呈正相關，超聲波速、彈性模量與孔隙率呈反比；在凍融循環和硫酸鹽侵蝕耦合作用下，鐵尾礦混凝土的劣化速率最快。研究結果可為鐵尾礦混凝土在復雜寒冷環境下的應用提供參考價值。

關鍵詞：

非金屬建筑材料；鐵尾礦混凝土；凍融循環；硫酸鹽侵蝕；耐久性能；密實度模型

中圖分類號：

TU528；TD981

文獻標識碼：A

DOI： 10.7535/hbgykj.2025yx02004

Study on damage properties of iron tailings concrete under freeze-thaw and sulfate action

LI Shuyan1， WANG Hongyuan2， FENG Haibao1，3

（1.School of Civil Engineering， Hebei University of Engineering， Handan，Hebei 056038， China; 2.School of Civil Engineering， Cangzhou Jiaotong College， Cangzhou，Hebei 061110， China; 3.CCCC First Harbor Engineering Company Limited， Tianjin 300461， China）

Abstract：

In order to clarify the durability of iron tailings concrete under complex environment， the damage characteristics of iron tailings concrete under the coupling action of freeze-thaw cycle and sulfate erosion were studied. A freeze-thaw cycle test was carried out on the prepared iron tailings aggregate concrete in 5% （mass fraction， the same below） Na2SO4 solution to analyze the changes of mass loss， relative dynamic elastic modulus and compressive strength loss. Combined with damage mechanics， the degradation process of iron tailings concrete under coupling action was studied with ultrasonic wave velocity as damage variable， and a compacted model of iron tailings concrete was established by analyzing the relationship between ultrasonic wave velocity， elastic modulus and porosity. The results indicate that the mass of iron tailings concrete shows a phased increase after 20 cycles， followed by a decreasing trend. The relative dynamic elastic modulus and compressive strength decrease at first fast， then slow and then fast. Compressive strength loss is positively correlated with concrete damage degree， and ultrasonic wave velocity， elastic modulus and porosity are inversely proportional. Under the coupling action of freeze-thaw cycle and sulfate erosion， the deterioration rate of iron tailings concrete is the fastest. This study can provide reference value for the application of iron tailings concrete in complex cold environment.

Keywords：

non-metallic building materials; iron tailings concrete; freeze-thaw cycle; sulfate erosion; durability; compactness model

鐵尾礦是鐵礦石經選礦提取有價組份之后的廢棄物，2020年中國鐵尾礦排放量接近8.39×108 t，這些大量堆積的鐵尾礦不僅占用了土地資源，而且對自然環境造成了嚴重破壞［1］。將選礦后的鐵尾礦廢石加工成砂石骨料用以制備混凝土，既提升了固廢資源利用率，又緩解了原材料緊張的問題［2］。混凝土在長期使用過程中會受到各種復雜環境因素的影響而導致性能下降，因此需要著重關注多因素條件下混凝土的耐久性能［3-4］。在北方沿海城市中，混凝土建筑會受到硫酸鹽侵蝕和凍融循環兩者疊加的破壞作用［5］，因此在實際應用中需要考慮二者的耦合作用。田威等［6］研究了混凝土在不同濃度的硫酸鹽溶液中的凍融循環破壞作用，結果表明，高濃度硫酸鹽溶液中混凝土的相對動彈性模量的早期下降速率比低濃度的更快，不同濃度硫酸鹽溶液中試樣的孔隙率均呈現先減小后增大的趨勢。CHEN等［7］分析了混凝土在不同鹽溶液中凍融循環后的耐久性能，結果表明，含氯離子的溶液對混凝土的超聲波速和損傷層厚度的影響最大，建立了不同腐蝕條件下混凝土的損傷本構模型。姜磊等［8-9］在鹽溶液侵蝕和凍融循環共同作用下進行混凝土單軸受壓試驗，結果表明，混凝土的應力-應變曲線在凍融后期逐漸平緩，并建立了混凝土損傷破壞準則。WANG等［10］發現在凍融循環作用下，不同離子對混凝土耐久性的影響在一定階段可以相互抵消。

綜上，普通混凝土在復合環境下耐久性能的研究已有較多成果，而目前針對鐵尾礦混凝土的耐久性能研究多為單一環境下的影響［11-13］，在凍融循環和硫酸鹽侵蝕耦合作用下的耐久性能研究也較少。因此，本文研究了鐵尾礦混凝土在硫酸鹽侵蝕和凍融循環耦合作用下的耐久性能，并結合超聲波技術分析鐵尾礦混凝土在硫酸鹽凍融耦合條件下的損傷規律，建立密實度計算模型，探究鐵尾礦混凝土的劣化機理。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

本試驗膠凝材料包括水泥和粉煤灰。水泥采用P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，由諸城市楊春水泥有限公司提供;粉煤灰為Ⅱ級粉煤灰，由河南匯豐新材料有限公司提供。鐵尾礦取自河北省承德市，細骨料選用由鐵尾礦廢石經破碎、篩分得到粒徑為0～4.75 mm的鐵尾礦砂，級配為Ⅱ區中砂，并以普通機制砂為對照，鐵尾礦的化學組成見表1，細骨料的基本性能見表2。粗骨料采用5～20 mm連續級配的鐵尾礦石，并以天然碎石為對照，粗骨料基本性能見表3。拌合水為實驗室自來水。減水劑為聚羧酸型高效減水劑，減水率為30%，由山西飛科新材料科技有限公司提供。

1.2 試樣配合比

本文以鐵尾礦砂石作為粗細骨料制備鐵尾礦混凝土，以普通混凝土作為對照組（NC），共設計了4組配合比，其余3組分別為鐵尾礦砂混凝土（TF）、鐵尾礦石混凝土（TC）和鐵尾礦砂石混凝土（TFC），水膠比為0.37（質量比，下同），砂率為0.36（質量分數，下同），具體配合比見表4。制備108塊100 mm×100 mm×100 mm 的立方體試塊與12塊100 mm×100 mm×400 mm 的棱柱體試塊，將成型拆模后的混凝土試樣放入標準養護室中（相對濕度≥95%、溫度（20±2）℃）養護至一定齡期。

1.3 試驗方法

1.3.1 硫酸鹽凍融循環試驗

本文依據GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》［14］對混凝土進行硫酸鹽侵蝕與凍融循環耦合試驗。將制備的試件在養護室中養護24 d取出，放入5% （質量分數，下同）Na2SO4溶液中浸泡4 d，溶液沒過試件頂部20～30 mm，之后將浸泡后的試件裝入含有5% Na2SO4溶液的快速凍融試驗箱內的試件盒中進行凍融試驗，試件頂面浸入溶液至少20 mm。每循環20次為1個周期，分別在凍融0、20、40、60、80、100、120、140、160次時取出立方體試塊，測試抗壓強度、取出棱柱體試塊測試動彈性模量、質量和超聲波速。

1.3.2 超聲波檢測

利用非金屬超聲檢測儀對試樣進行檢測，通過比較硫酸鹽凍融循環前后的超聲波脈沖速度（ultrasonic pulse velocity，UPV，簡稱超聲波速）變化評估其內部損傷情況。將試樣進行網格化劃分，確定混凝土對應面上、下等間距共20個測點，使用對測法在不同凍融循環周期下進行數據測量。

2 結果與分析

2.1 質量損失率分析

圖1展示了混凝土在凍融循環與硫酸鹽侵蝕耦合作用下的質量損失情況。

由圖1可知，混凝土試樣的質量損失率隨凍融循環次數的增加呈早期小幅度下降，然后上升的現象，TFC試樣的質量損失情況最為顯著，在循環160次時質量損失率達到8.11%，相較于NC、TF和TC試件分別高出2.61%、2.01%和0.71%；

各混凝土試樣在循環20次后質量損失率增加，循環40次后開始增速減緩，當凍融循環達到80次后，各試樣的質量損失率明顯提升，原因是在硫酸鹽凍融循環早期階段，由于凍結引起的膨脹應力導致混凝土開裂，使得外部溶液滲透到內部空隙和裂縫中，鹽結晶以及腐蝕產物的生成使得混凝土的質量有明顯提升［15］。當侵蝕損失質量大于增加質量，質量損失逐漸提升［16］。其中鐵尾礦砂石混凝土的質量損失率最大，硫酸鹽凍融侵蝕效應最明顯，說明鐵尾礦降低了混凝土的抗鹽侵和抗凍性能。

2.2 相對動彈性模量分析

圖2展示了混凝土在耦合作用下的相對動彈性模量變化。由圖2可知，TFC試樣的動彈模量損失最大，而NC試樣的動彈模量損失最小，損傷情況為TFCgt;TCgt;TFgt;NC，TFC、TC、TF和NC混凝土試樣分別在經歷過100、120、140、160次凍融循環后，相對動彈性模量分別達到了66.0%、62.3%、61.3%、60.0%，接近混凝土相對動彈性模量大于60%的條件要求。

此外，依據圖2混凝土試樣相對動彈性模量的變化情況，說明混凝土的損傷破壞分為3個階段，分別為快速破壞（循環次數＜40次）、緩慢破壞（40次≤循環次數≤80次）和加速破壞（循環次數＞80次）階段；在凍融循環后期，各混凝土試樣的相對動彈模量相較于凍融循環次數≤80次時急劇下降。這主要是由于混凝土相對動彈性模量的下降與試樣的密實度密切相關，在硫酸鹽凍融侵蝕初期，主要以凍融破壞為主，凍脹力導致混凝土內部裂縫增加、孔隙連通，中期SO2-4與水泥水化物反應生成的膨脹物對混凝土起到一定的密實作用，相對動彈性模量的下降速度減緩，隨凍融循環的持續進行，混凝土表面水泥剝落，硫酸鹽溶液通過孔隙裂縫進入混凝土內部，產生大量侵蝕產物，導致基體膨脹開裂，混凝土加速劣化，相對動彈性模量損失率大幅度增加。

2.3 抗壓強度變化分析

圖3展示了混凝土試樣在耦合作用下的抗壓強度和抗壓強度損失率。各試樣的抗壓強度損失隨硫酸鹽凍融循環的進行而不斷提升；雖然TFC混凝土的初始抗壓強度最高為51.55 MPa，但隨凍融循環次數的增加，其抗壓強度的下降速率最快，在經過120次硫酸鹽凍融循環后其抗壓強度降低為25.58 MPa，抗壓強度損失率為50.38%，在相同條件下，對照組NC試樣的抗壓強度損失率最低為28.88%，剩余抗壓強度為34.27 MPa，TF和TC試樣的剩余抗壓強度分別為33.61、27.48 MPa，抗壓強度損失率分別為32.59%和43.45%。TC試樣的初始抗壓強度雖然比NC試樣高，但其下降速率明顯比NC快，鐵尾礦混凝土中TF試樣的抗壓強度下降最少，與普通混凝土的下降速率相近，表明這2種混凝土的抗硫酸鹽凍融侵蝕性能相似。在整個凍融循環過程中，鐵尾礦混凝土的抗壓強度損失總體高于普通混凝土，這是由于鐵尾礦的大量摻入降低了混凝土前期的水泥水化反應，從而影響了其強度發展［17］。

2.4 超聲波損傷分析

2.4.1 超聲波損傷缺陷分析

以混凝土不同凍融循環時期的超聲波速為變量，定義凍融損傷度 D（n），如式（1）所示 。

D（n）=1-UPV2nUPV20 ，

（1）

式中：D（n）為n次凍融循環后混凝土的損傷度；UPVn為凍融循環n次后對應測點的超聲波速；UPV0為凍融循環前對應測點的超聲波速。

通過計算混凝土各測點在不同硫酸鹽凍融循環次數下的超聲波速來確定硫酸鹽凍融損傷度，并將各測點依據式（1）計算得出的損傷度通過Origin軟件繪制混凝土損傷缺陷云圖，如圖4所示。由圖4可知，隨著硫酸鹽凍融循環次數的增加，普通混凝土、鐵尾礦砂混凝土、鐵尾礦石混凝土和鐵尾礦砂石混凝土的損傷度不斷加大。試樣不同測點的損傷度可以反映混凝土內部的損傷劣化情況。由圖4可知，試樣上下兩端的損傷度最大，中部損傷度相對較低，原因可能是由于兩端角部區域受硫酸鹽凍融侵蝕面積大，損傷程度高，隨著循環次數的增加，混凝土試樣的微觀結構逐漸劣化、微裂縫和孔隙持續發展，損傷劣化由兩端向中部區域發展并逐漸增大。

在硫酸鹽凍融循環條件下，鐵尾礦混凝土的損傷情況均顯著高于普通混凝土，以TFC混凝土的損傷變化最大，且TFC混凝土的最小損失度總是大于普通混凝土的最大損傷度，在凍融循環由40次增加到80次后，TFC試樣的頂端最大損傷度增加了13.22%，高于NC（8.16%）、TF（8.36%）和TC（10.58%）試樣；在循環120次后，NC、TF、TC和TFC試樣的頂端最大損傷度分別為33.15%、36.14%、43.35%和50%，相較于循環80次時分別增加了11.81%、13.26%、16.81%和19.86%，由此可知，使用鐵尾礦作粗細骨料降低了混凝土的抗硫酸鹽凍融性能，但TF試樣的損傷變化明顯低于TC試樣和TFC試樣，與普通混凝土NC的損傷變化相近，這可能是由于鐵尾礦砂的細度和容易受破壞而斷鍵的硅鋁酸鹽框架，導致硅鋁酸鹽含量較少，對試樣有較大的影響，普通混凝土中機制砂的氧化硅鍵比鐵尾礦混凝土中的氧化鋁鍵更能抵抗酸的侵蝕［18］。

圖5 a）展示了混凝土平均損傷度隨凍融循環次數而變化的情況，從整體上展現了硫酸鹽凍融耦合環境下試樣的抗侵蝕性能。隨著循環次數的增加，各試樣的平均損傷度都有不同程度的增加，與損傷缺陷云圖變化一致。抗壓強度損失與平均損傷度之間的關系如圖5 b）所示。由圖5 b）可知，兩者關系成正比，即平均損傷度越大，抗壓強度損傷越大，說明兩者有良好的相關性。

2.4.2 超聲波速影響分析

在本試驗研究中，將混凝土視為均勻固體介質，即試件超聲波速由水泥石性質決定［19］，選取超聲波速和孔隙率作為參數，進一步探究鐵尾礦混凝土在硫酸鹽凍融耦合作用下的損傷情況。孔隙率能夠反映試件內部結構組成，通過稱取不同狀態下試件的質量，計算試件孔隙率，具體計算公式如式（2）所示。

w=Mw－MdρwV×100%，

（2）

式中：w為孔隙率，%；Mw為試件完全飽水后的質量；Md為試件干燥后的質量；ρw為水的密度；V為試件體積。

圖6所示為混凝土的超聲波速和孔隙率變化情況。由圖6可知，隨著硫酸鹽凍融循環的持續進行，混凝土的超聲波速與孔隙率成反比，即混凝土的超聲波速減小，孔隙率增大，表明混凝土的密實度不斷降低。在硫酸鹽凍融初期，TFC試樣的孔隙率最低為2.87%，TF試樣和TC試樣的孔隙率分別為2.98%和2.93%，均低于NC試樣的3.13%，說明鐵尾礦混凝土密實度高于普通混凝土。但隨著硫酸凍融循環次數的增加，鐵尾礦混凝土孔隙率的增長速率加快，在循環160次時，TFC試樣的孔隙率為6.98%，較NC、TF和TC試樣分別高出1.75%、1.41%和0.34%。混凝土在硫酸鹽凍融循環次數為40～80，孔隙率的增長幅度較小，同時超聲波速表現為速率下降減緩，其原因是侵蝕介質SO4- 2在混凝土內部產生的鈣礬石填充了混凝土內部孔隙，導致混凝土的基體變得密實。

2.4.3 基于波速變化的密實度分析

依據傳統研究結果，超聲波速、試件彈性模量和密度的關系如式（3）所示。

UPV=Eρ1－μ1+μ1－2μ，

（3）

式中：UPV為試件超聲波速；E為彈性模量；ρ為試件密度；μ為泊松比。

依據文獻［20］可知，低孔隙率下的均勻固體材料的超聲波速與孔隙率的關系如式（4）所示。

UPV=UPV01－bw，

（4）

式中：UPV0為零孔隙率下固體材料的超聲波速；b為擬合系數。

結合式（3）、式（4），可建立鐵尾礦混凝土硫酸鹽凍融循環后超聲波速、動彈模量和孔隙率的關聯度模型。

UPV=aE1－bw+c，

（5）

式中：a、b、c均為擬合系數。

對式（5）進行變形操作得到鐵尾礦混凝土在不同硫酸鹽凍融循環次數后的密實度模型。

w=1－UPV－cabE。

代入試驗數據擬合驗證該模型，進而獲得鐵尾礦混凝土在不同硫酸鹽凍融循環次數后的密實度模型。

普通混凝土密實度模型：

wNC=3 210.582－UPV－0.010 82.104×10－4E。

（6）

鐵尾礦砂混凝土密實度模型：

wTF=3 973.773 1－UPV－0.007 11.684 5×10－4E。

（7）

鐵尾礦石混凝土密實度模型：

wTC=UPV+0.687 61.694 3×10－2E－55.248 6。

（8）

鐵尾礦砂石混凝土密實度模型：

wTFC=UPV+1.174 12.507×10－2E－31.152 6。

（9）

通過式（6）—（9）可知，超聲波速和彈性模量成正比，超聲波速和彈性模量越大，混凝土的孔隙率就越小，即密實度更好。通過將不同硫酸鹽凍融循環次數下鐵尾礦混凝土的超聲波速和彈性模量的實測值代入上式，即可得到該時期下該混凝土的孔隙率，進而了解混凝土的密實情況。

3 損傷機理分析

硫酸鹽凍融循環后，不同試樣的微觀形態如圖7所示。經過80次凍融循環后，試件內部產生了大量柱狀方解石，并伴有不同長度的針狀石膏晶體，對混凝土基體起到了一定的填充作用，但TFC試件中石膏晶體的含量明顯高于TF試件，產生了微裂紋和微孔。在160次凍融循環時，鈣-氧化鋁和石膏繼續生成，形成網狀結構，與160次循環時的TF試樣相比，微裂紋和孔隙進一步擴展，形成貫通通道，并出現明顯的孔洞，其內部損傷小于TFC試樣。

硫酸鹽侵蝕和凍融循環耦合作用下，混凝土受到這兩者疊加的作用，呈加速劣化趨勢。在凍融循環過程中，混凝土內部的毛細孔會同時受到靜水壓和滲透壓作用，當2種壓力大于混凝土的極限抗拉強度時，混凝土的內部就產生裂縫進而開裂破壞；而硫酸鹽溶液中的硫酸根離子侵入混凝土內部的毛細孔中會與水泥水化產物反應生成鈣礬石和石膏等侵蝕產物［21］，如式（10）和式（11）所示，導致混凝土膨脹開裂。

4CaO·Al2O3·13H2O+3（CaSO4·2H2O）+14H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+Ca（OH）2，

（10）

Na2SO4+Ca（OH）2+2H2O→CaSO4·2H2O+2NaOH。

（11）

在硫酸鹽溶液和凍融循環交互作用下，對混凝土的破壞產生促進和抑制2種作用。其中促進作用一方面為凍融過程中的結冰時造成的低溫效應減緩了硫酸鹽溶液的滲透侵蝕；另一方面硫酸鹽溶液的結冰點低于水，減緩了孔隙中冰的膨脹性，并且反應生成的侵蝕產物對混凝土起到一定的密實作用。抑制作用一方面為凍融破壞導致混凝土中產生裂縫，鹽溶液滲透增快，在化學侵蝕和凍脹壓反復作用下加劇混凝土損傷；另一方面硫酸鹽使混凝土的飽水程度增加，凍融過程中孔隙壁承受壓力增大，并且硫酸鹽進入混凝土內部加速產生鹽結晶和化學產物，造成的膨脹應力也會加劇混凝土的劣化。在侵蝕前期，促進作用大于抑制作用，宏觀上表現為試樣質

量、相對動彈性模量和抗壓強度的緩慢下降。在侵

蝕后期，抑制作用大于促進作用，宏觀上表現為混凝土膨脹開裂，試件表面砂漿剝落，質量、相對動彈性模量和抗壓強度的大幅度減小，作用機理如圖8所示。

4 結 語

本文研究了鐵尾礦混凝土在硫酸鹽侵蝕與凍融循環耦合作用下的耐久性，并結合超聲波技術分析損傷劣化過程，得出以下結論。

1）鐵尾礦砂混凝土、鐵尾礦石混凝土和鐵尾礦砂石混凝土經過160次凍融循環后，抗壓強度損失率均超過50%，而對照組混凝土的抗壓強度損失率小于50%，且鐵尾礦砂石混凝土抗耦合作用能力最差。

2）隨著硫酸鹽凍融循環次數的增加，混凝土損傷分3個階段：第1階段，凍脹致損；第2階段，鈣礬石等水化產物填充孔隙，使質量損失、抗壓強度損失和孔隙率增長速率放緩；第3階段，反應物累積引發膨脹破壞，混凝土損傷急劇增大。

3）混凝土試樣的損傷度隨硫酸鹽凍融循環次數的增加，呈先增長后降低再增長的規律，抗壓強度損失率呈遞增趨勢。試樣的損傷是從上下兩端向中部發展，各試樣的平均損傷度的增加與損傷缺陷云圖變化一致。

上述研究表明了鐵尾礦混凝土在硫酸鹽侵蝕與凍融循環耦合作用下的耐久性。但本文僅以單一配合比進行試驗，后續可通過改變水灰比、外加劑等因素開展試驗，優化配合比以提升鐵尾礦混凝土的抗耦合侵蝕性能，為實際應用提供參考。

參考文獻/References：

［1］

申艷軍，白志鵬，郝建帥，等.尾礦制備混凝土研究進展與利用現狀分析［J］.硅酸鹽通報，2021，40（3）：845-857.

SHEN Yanjun，BAI Zhipeng，HAO Jianshuai，et al.Research progress and utilization status analysis of concrete prepared by tailings［J］.Bulletin of the Chinese Ceramic Society，2021，40（3）：845-857.

［2］ 路暢，陳洪運，傅梁杰，等.鐵尾礦制備新型建筑材料的國內外進展［J］.材料導報，2021，35（5）：5011-5026.

LU Chang，CHEN Hongyun，FU Liangjie，et al.Research progress on the preparation of new building materials using iron tailings［J］.Materials Reports，2021，35（5）：5011-5026.

［3］ 賀盛，覃志笛，李玉滔，等.多鹽耦合腐蝕環境下混凝土性能劣化規律［J］.東北大學學報（自然科學版），2023，44（4）：581-589.

HE Sheng，QIN Zhidi，LI Yutao，et al.Performance degradation law of concretes in the multi-salt coupling corrosion environment［J］.Journal of Northeastern University（Natural Science），2023，44（4）：581-589.

［4］ 董偉，王雪松，計亞靜，等.碳化-鹽凍作用下風積沙混凝土損傷劣化機理及壽命預測［J］.建筑材料學報，2023，26（6）：623-630.

DONG Wei，WANG Xuesong，JI Yajing，et al.Damage deterioration mechanism and life prediction of aeolian sand concrete under carbonization and salt freezing［J］.Journal of Building Materials，2023，26（6）：623-630.

［5］ 金祖權，陳惠蘇，趙鐵軍，等.混凝土在硫酸鹽凍融中的損傷與離子傳輸［J］.建筑材料學報，2015，18（3）：493-498.

JIN Zuquan，CHEN Huisu，ZHAO Tiejun，et al.Damage and ion penetration in concrete subjected to sulfate frost［J］.Journal of Building Materials，2015，18（3）：493-498.

［6］ 田威，李小山，王峰.凍融循環與硫酸鹽溶液耦合作用下混凝土劣化機理試驗研究［J］.硅酸鹽通報，2019，38（3）：702-710.

TIAN Wei，LI Xiaoshan，WANG Feng.Experimental study on deterioration mechanism of concrete under freeze-thaw cycles coupled with sulfate solution［J］.Bulletin of the Chinese Ceramic Society，2019，38（3）：702-710.

［7］ CHEN Dingshi，DENG Yuang，SHEN Jiyang，et al.Study on damage rules on concrete under corrosion of freeze-thaw and saline solution［J］.Construction and Building Materials，2021，304：124617.

［8］ 姜磊，牛荻濤.硫酸鹽與凍融環境下混凝土本構關系研究［J］.四川大學學報（工程科學版），2016，48（3）：71-78.

JIANG Lei，NIU Ditao.Study on constitutive relation of concrete under sulfate attack and freeze-thaw environment［J］.Journal of Sichuan University （Engineering Science Edition），2016，48（3）：71-78.

［9］ 姜磊，牛荻濤.硫酸鹽與凍融環境下混凝土損傷破壞準則研究［J］.防災減災工程學報，2017，37（1）：148-153.

JIANG Lei，NIU Ditao.Study on damage failure criterion of concrete under sulfate attack and freeze-thaw environment［J］.Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering，2017，37（1）：148-153.

［10］WANG Boxin，PAN Jingjing，FANG Ruichang，et al.Damage model of concrete subjected to coupling chemical attacks and freeze-thaw cycles in saline soil area［J］.Construction and Building Materials，2020，242：118205.

［11］程云虹，黃菲，齊珊珊，等.高硅型鐵尾礦對混凝土碳化及抗硫酸鹽腐蝕性能的影響［J］.東北大學學報（自然科學版），2019，40（1）：121-125.

CHENG Yunhong，HUANG Fei，QI Shanshan，et al.Effects of high-silicon iron tailings on carbonation and sulphate corrosion resistance of concrete［J］.Journal of Northeastern University（Natural Science），2019， 40（1）：121-125.

［12］HAN Jie，FU Chun，LIU Songyang，et al.life prediction of iron ore tailings concrete under freeze-thaw cycle based on weibull distribution［J］.Advances in Materials Science and Engineering，2022，2022（1）：8028009.

［13］程和平，陸璐.改良鐵尾礦砂混凝土的力學和耐腐蝕性能研究［J］.礦產綜合利用，2021（6）：47-52.

CHENG Heping，LU Lu.Research on mechanical properties and corrosion resistance of improved iron tailings concrete［J］.Multipurpose Utilization of Mineral Resources，2021（6）：47-52.

［14］GB/T 50082—2009，普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準［S］.

［15］HAMZE Y.Concrete durability in harsh environmental conditions exposed to freeze thaw cycles［J］.Physics Procedia，2014，55：265-270.

［16］YU Hongfa，MA Haoxia，YAN Kun.An equation for determining freeze-thaw fatigue damage in concrete and a model for predicting the service life［J］.Construction and Building Materials，2017，137：104-116.

［17］吳瑞東.石英巖型鐵尾礦微粉及廢石對水泥基材料的性能影響及機理［D］.北京：北京科技大學，2020.

WU Ruidong.Performance and Mechanism Analysis of Quartz-Type Iron Tailings Powder and Waste Rock in Cement-Based Materials［D］.Beijing：Beijing University of Science and Technology，2020.

［18］SHETTIMA A U，HUSSIN M W，AHMAD Y，et al.Evaluation of iron ore tailings as replacement for fine aggregate in concrete［J］.Construction and Building Materials，2016，120：72-79.

［19］陳正，陳犇，鄭皆連，等.青藏高原低氣壓環境下鋼管混凝土的核心混凝土密實性評估方法研究［J］.土木工程學報，2021，54（8）：1-13.

CHEN Zheng，CHEN Ben，ZHENG Jielian，et al.Methodology on evaluating the compactness of core concrete in CFST serving under low atmospheric pressure over the Qinghai-Tibet Plateau［J］.China Civil Engineering Journal，2021，54（8）：1-13.

［20］LAFHAJ Z，GOUEYGOU M，DJERBI A，et al.Correlation between porosity， permeability and ultrasonic parameters of mortar with variable water/cement ratio and water content［J］.Cement and Concrete Research，2006，36（4）：625-633.

［21］苑立冬，牛荻濤，姜磊，等.硫酸鹽侵蝕與凍融循環共同作用下混凝土損傷研究［J］.硅酸鹽通報，2013，32（6）：1171-1176.

YUAN Lidong，NIU Ditao，JIANG Lei，et al.Study on damage of concrete under the combined action of sulfate attack and freeze-thaw cycle［J］.Bulletin of the Chinese Ceramic Society，2013，32（6）：1171-1176.

收稿日期：2024-05-06;修回日期：2024-12-12；責任編輯：王淑霞

基金項目：國家自然科學基金（52378245）

第一作者簡介：

李淑燕（1998—），女，山東濟寧人，碩士研究生，主要從事新型建筑材料方面的研究。

通信作者：

馮海暴高級工程師。E-mail： a1516373584@163.com

李淑燕，王鴻源，馮海暴.

凍融與硫酸鹽作用下鐵尾礦混凝土損傷性能研究

［J］.河北工業科技，2025，42（2）：128-136.

LI Shuyan，WANG Hongyuan，FENG Haibao.

Study on damage properties of iron tailings concrete under freeze-thaw and sulfate action

［J］. Hebei Journal of Industrial Science and Technology，2025，42（2）：128-136.