钼尾矿生态型超高性能混凝土性能及综合效益研究

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0154

硅酸盐通报 ›› 2026, Vol. 45 ›› Issue (8): 2782-2793.DOI: 10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0154

钼尾矿生态型超高性能混凝土性能及综合效益研究

冯俊杰¹^,²(), 李毅霄¹, 马艳³, 耿圣涵⁴, 申星月¹, 严少洋¹^,², 王新武¹^,⁴(), 刘琦¹^,²()

^1.洛阳理工学院智能建造与土木工程学院，洛阳 471023
^2.洛阳理工学院河南省绿色建筑材料制造与智能装备重点实验室，洛阳 471023
^3.洛阳市政建设集团有限公司，洛阳 471023
^4.河南科技大学土木建筑学院，洛阳 471023

收稿日期:2026-02-13 修订日期:2026-03-23 出版日期:2026-08-15 发布日期:2026-09-01
通信作者: 王新武，博士，教授。E-mail：lywxw518@163.com
刘琦，博士，讲师。E-mail：liuqi@lit.edu.cn
作者简介:冯俊杰（1987—），男，博士，讲师。主要从事绿色混凝土材料的研究。E-mail：junjiefeng@lit.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(12402430);河南省自然科学基金(242300420350);河南省科技攻关项目(252102321151);河南省高等学校重点科研项目计划(25A560020);河南省高等学校重点科研项目计划(26A410008);河南省高等学校重点科研项目计划(26B410003);河南省大学生创新创业训练计划(202411070016);西安市城镇低碳建设重点实验室（长安大学）开放基金资助(300102285505);洛阳市科技计划项目(2401051B);洛阳理工学院教育教学改革研究项目(2025JYZD-09)

Performance and Comprehensive Benefit of Eco-Friendly Ultra-High Performance Concrete with Molybdenum Tailings

FENG Junjie¹^,²(), LI Yixiao¹, MA Yan³, GENG Shenghan⁴, SHEN Xingyue¹, YAN Shaoyang¹^,², WANG Xinwu¹^,⁴(), LIU Qi¹^,²()

^1.School of Intelligent Construction and Civil Engineering，Luoyang Institute of Science and Technology，Luoyang 471023，China
^2.Henan Key Laboratory of Green Building Materials Manufacturing and Intelligent Equipment，Luoyang Institute of Science and Technology，Luoyang 471023，China
^3.Luoyang Municipal Group Corporation Co. ，Ltd. ，Luoyang 471023，China
^4.School of Civil and Architecture，Henan University of Science and Technology，Luoyang 471023，China

Received:2026-02-13 Revised:2026-03-23 Published:2026-08-15 Online:2026-09-01

摘要/Abstract

摘要：

针对超高性能混凝土（UHPC）生产过程中存在的高碳排放和高能耗问题，提出钼尾矿粉-砂协同利用策略，旨在实现钼尾矿全组分高值化利用。基于颗粒最紧密堆积理论和湿堆积密度法优化配合比，采用机械活化钼尾矿粉替代胶凝材料、钼尾矿砂替代石英砂，制备钼尾矿生态型UHPC，并探究其性能与综合效益。结果表明，单掺钼尾矿粉不超过30%（质量分数）或钼尾矿砂不超过75%（质量分数）时，UHPC兼具良好的工作性能、较高的抗压强度和致密的孔结构。当复掺20%（质量分数）钼尾矿粉与75%（质量分数）钼尾矿砂时，生态型UHPC坍落扩展度为585 mm，满足施工流动性要求；抗压强度为154.8 MPa，较基准组（未掺钼尾矿）提高3.1%；钼尾矿资源化利用率达48.8%；单位体积单位强度下的碳排放、能耗和成本较基准组分别降低17.5%、14.9%和30.6%。研究结果可为UHPC低碳制备与钼尾矿高值化转化提供参考。

关键词: 钼尾矿, 超高性能混凝土, 工作性能, 力学性能, 孔结构, 综合效益

Abstract:

To address the prominent issues of high carbon emissions and high energy consumption in the production of ultra-high performance concrete （UHPC）， this study proposed a synergistic utilization strategy for molybdenum tailings powder and sand， aiming to realize the high-value utilization of all components of molybdenum tailings. The mix proportion of UHPC was optimized based on the particle closest packing theory and wet packing density method. Eco-friendly UHPC was prepared by substituting cementitious materials with mechanically activated molybdenum tailings powder and quartz sand with molybdenum tailings sand， and the performance and comprehensive benefit of UHPC were studied. The results indicate that UHPC exhibits favorable workability， high compressive strength and a dense pore structure when the replacement rate of molybdenum tailings powder is no more than 30% （mass fraction） or that of molybdenum tailings sand is no more than 75% （mass fraction）. The eco-friendly UHPC prepared with 20% （mass fraction） molybdenum tailings powder and 75% （mass fraction） molybdenum tailings sand exhibits a slump flow of 585 mm， meeting the workability requirements for construction. Its compressive strength reaches 154.8 MPa， an increase of 3.1% compared with that of the reference group （without molybdenum tailings）. The resource utilization rate of molybdenum tailings attains 48.8%， and the carbon emissions， energy consumption and material costs per unit strength per unit volume are reduced by 17.5%， 14.9% and 30.6% respectively relative to the reference group. This study provides references for the low-carbon preparation of UHPC and the high-value conversion of molybdenum tailings.

Key words: molybdenum tailing, ultra-high performance concrete （UHPC）, workability, mechanical property, pore structure, comprehensive benefit

中图分类号:

TU528.572

冯俊杰, 李毅霄, 马艳, 耿圣涵, 申星月, 严少洋, 王新武, 刘琦. 钼尾矿生态型超高性能混凝土性能及综合效益研究[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(8): 2782-2793.

FENG Junjie, LI Yixiao, MA Yan, GENG Shenghan, SHEN Xingyue, YAN Shaoyang, WANG Xinwu, LIU Qi. Performance and Comprehensive Benefit of Eco-Friendly Ultra-High Performance Concrete with Molybdenum Tailings[J]. BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY, 2026, 45(8): 2782-2793.

图/表 17

图1 钼尾矿的XRD谱

Fig.1 XRD pattern of molybdenum tailings

表1 原材料的主要化学成分

Table 1 Main chemical composition of raw materials

Raw material	Mass fraction/%
Raw material	SiO₂	CaO	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	Na₂O	K₂O	SO₃	LOI
Cement	19.38	63.07	4.58	3.28	2.79	0.18	1.03	0.25	1.54
Silica fume	95.11	0.52	1.21	0.53	0.46	0.21	0.32	0.17	1.32
Fly ash cenospheres	45.10	5.60	24.20	8.85	1.61	1.52	0.11	2.10	1.80
Quartz sand	99.20	0.02	0.18	0.02	0.01	—	—	—	—
Molybdenum tailings	57.81	13.12	8.53	8.64	2.34	1.68	2.16	2.27	2.42

图2 原材料的粒径分布曲线

Fig.2 Particle size distribution curves of raw materials

图3 水胶比对固体浓度和表观密度的影响

Fig.3 Effect of water-binder ratio on solid concentration and apparent density

表2 试验用UHPC配合比

Table 2 Mix proportion of UHPC for tests

Sample group	MTP content/%	MTS content/%	Mix proportion/（kg·m^-3）
Sample group	MTP content/%	MTS content/%	Cement	Silica fume	Fly ash cenospheres	MTP	Quartz sand	MTS	Steel fibers	Water	Superplasticizer
Ref.	0	0	715	165	220	0	1 210	0	156	165	28
MTP10	10	0	644	149	198	110	1 210	0	156	165	28
MTP20	20	0	572	132	176	220	1 210	0	156	165	28
MTP30	30	0	501	116	154	330	1 210	0	156	165	28
MTP40	40	0	429	99	132	440	1 210	0	156	165	28
MTS25	0	25	715	165	220	0	908	303	156	165	28
MTS50	0	50	715	165	220	0	605	605	156	165	28
MTS75	0	75	715	165	220	0	303	908	156	165	28
MTS100	0	100	715	165	220	0	0	1 210	156	165	28

图4 UHPC混合料目标级配曲线和合成级配曲线

Fig.4 Target and actual grading curves of UHPC mixtures

图5 MTP和MTS对UHPC坍落扩展度和湿堆积密度的影响

Fig.5 Effects of MTP and MTS on slump flow and packing density of UHPC

图6 MTP和MTS对UHPC抗压强度的影响

Fig.6 Effects of MTP and MTS on compressive strength of UHPC

图7 MTP对UHPC孔结构的影响

Fig.7 Effect of MTP on pore structure of UHPC

图8 MTS对UHPC孔结构的影响

Fig.8 Effect of MTS on pore structure of UHPC

图9 MTP和MTS对UHPC孔体积分布的影响

Fig.9 Effects of MTP and MTS on pore volume distribution of UHPC

图10 抗压强度与孔体积分布系数的关系

Fig.10 Relationship between compressive strength and pore volume distribution coefficient

表3 钼尾矿生态型UHPC配合比

Table 3 Mix proportion of eco-friendly UHPC with molybdenum tailings

Sample group	Mix proportion/（kg·m^-3）
Sample group	Cement	Silica fume	Fly ash cenospheres	MTP	Quartz sand	MTS	Steel fibers	Water	Superplasticizer
MTP20MTS50	572	132	176	220	605	605	156	165	28
MTP20MTS75	572	132	176	220	303	908	156	165	28
MTP30MTS50	501	116	154	330	605	605	156	165	28
MTP30MTS75	501	116	154	330	303	908	156	165	28

图11 钼尾矿生态型UHPC抗压强度和坍落扩展度

Fig.11 Compressive strength and slump flow of eco-friendly UHPC with molybdenum tailings

图12 钼尾矿生态型UHPC孔径分布和累计孔体积

Fig.12 Pore size distribution and cumulative pore volume of eco-friendly UHPC with molybdenum tailings

表4 原材料CO2排放、能耗和单价［6，22?23］

Table 4 CO2 emission， energy consumption and unit price of raw material［6，22?23］

Raw material	CO₂ emission/（kgCO₂·kg^-1）	Energy consumption/（MJ·kg^-1）	Unit price/（yuan·kg^-1）
Cement	0.830	5.750	0.8
Silica fume	0.150	0.160	1.5
Fly ash cenospheres	0.010	0.100	0.8
MTP	0.006	0.084	0.15
Quartz sand	0.010	0.539	1.0
Steel fibers	1.490	35.300	7.0
Superplasticizer	0.750	11.180	6.0

表5 钼尾矿生态型UHPC的材料可持续性指标和成本指标

Table 5 Material sustainability indicators and cost indicators of eco-friendly UHPC with molybdenum tailings

Sample group	EC/（kgCO₂·m^-3）	EE/（MJ·m^-3）	CI/［kg·（MPa‧m³）^-1］	EI/［MJ·（MPa‧m³）^-1］	CEI/［yuan·（MPa‧m³）^-1］
Ref.	885.57	10 626.09	5.90	70.81	23.07
MTP20MTS50	756.76	9 486.55	6.04	75.71	21.96
MTP20MTS75	753.73	9 323.50	4.87	60.25	16.02
MTP30MTS50	695.38	9 079.82	5.62	73.39	21.57
MTP30MTS75	692.35	8 916.77	5.42	69.84	18.77

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钼尾矿生态型超高性能混凝土性能及综合效益研究

Performance and Comprehensive Benefit of Eco-Friendly Ultra-High Performance Concrete with Molybdenum Tailings

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