采用鐵礦石尾礦為骨料的混凝土配合比設計試驗

呂 平

（1.太原理工大學 山西太原 030024；2.山西省水利水電科學研究院 山西太原 030002）

0 引言

鐵礦尾礦是鐵礦石經過破碎和分選處理，選出鐵精礦石后剩余廢料的總稱。據統計，截止2000年全國累計堆存的鐵礦尾礦已達26億t，并且以每年1.3億t的增速繼續(xù)增加。不僅占用了大量的國土資源，而且對周圍環(huán)境造成巨大影響。目前我國混凝土的骨料主要來源于采石場和河道，嚴重破壞了自然環(huán)境并影響到航運的安全。實際工程中，因地制宜將鐵礦選礦后的尾礦作為二次資源開發(fā)利用，進行篩分分成不同粒級，用來代替砂石作為混凝土的骨料使用，不僅可以緩解采石和采砂造成的環(huán)境破壞問題，而且還可節(jié)省大量尾礦的堆積維護費用，創(chuàng)造一定的經濟效益。本試驗以左權縣桐北石料廠生產的鐵礦石尾礦為選料，進行強度等級為C25混凝土配合比設計試驗。具體的技術要求詳見表1。

表1 混凝土配合比技術要求

1 試驗依據

《通用硅酸鹽水泥》GB175-2007

《水工混凝土摻用粉煤灰技術規(guī)范》DL/T 5055-2007

《水工混凝土試驗規(guī)程》SL352-2006

《水工混凝土施工規(guī)范》DLT5144-2001

2 原材料檢驗

2.1 水泥

試驗用水泥為河北省武安市新峰水泥有限責任公司生產的普通硅酸鹽水泥P.O 42.5，依據《通用硅酸鹽水泥》GB175-2007進行檢驗，檢驗結果符合標準要求。水泥的各項物理力學性能檢驗結果見表2。

表2 水泥的各項物理力學性能檢驗結果

2.2 粉煤灰

試驗用粉煤灰為榆次國電生產的粉煤灰，所檢項目的檢驗結果為符合Ⅱ級要求，其檢驗結果見表3。

表3 粉煤灰的物理化學性能檢驗結果

圖1 砂篩分曲線

2.3 細骨料

試驗用細骨料為河北省武安市新峰砂石廠生產的人工砂，其檢驗結果見表4、表5和砂的篩分曲線（圖1）。

表4 細骨料的物理性能檢驗結果

表5 細骨料的級配檢驗結果

2.4 粗骨料

試驗用粗骨料采用二級配，分別為5~20 mm、20~40 mm，試驗對該碎石進行常規(guī)檢驗外，重點檢測其堿活性及化學成分。 粗骨料的各項物理力學及化學性能檢驗結果詳見表6~表9。我們對此種鐵礦尾礦碎石進行了化學成分的檢驗，化學成分中SO3含量為0.068%，低于0.5%，滿足規(guī)范規(guī)定的對粗骨料中SO3含量的要求（見水工混凝土施工規(guī)范DL/T5144-2001，第5.2.8條）。粗骨料碎石當中的堿含量為3.93%（按照混凝土原材料中堿含量計算方式計算，堿含量=Na2O+0.658K2O），該巖石的堿含量較一般普通灰?guī)r偏高；其次SiO2含量較一般普通灰?guī)r也略高，在此基礎上對其堿活性進行檢驗，堿活性指標（砂漿棒法）14d膨脹率檢驗結論為合格，檢測結果見表6。

表6 粗骨料物理力學性能檢驗結果

表7 5~20mm級配粗骨料檢驗結果

表8 20-40mm級配粗骨料檢驗結果

表9 粗骨料的化學成分檢驗結果（%）

2.5 混凝土的外加劑

混凝土的外加劑選用河北省混凝土外加劑廠生產的DH型泵送劑，泵送劑的摻量通過試驗確定。

3 混凝土配合比設計

3.1 混凝土配合比的基本參數

依據《水工混凝土試驗規(guī)程》（SL352-2006），首先計算混凝土的配制強度。其配制強度的基本公式為：

式中:fcu,0─混凝土的配制強度，MPa；

fcu,k─為混凝土設計齡期的設計抗壓強度，MPa；

t─為混凝土強度設計保證率的保證率系數，%；σ為混凝土抗壓強度標準差，MPa。

取混凝土強度設計保證率為95%時，保證率系數t取1.645，混凝土抗壓強度標準差σ根據《水工混凝土試驗規(guī)程》（SL352-2006）進行取值。最終提出推薦的混凝土配合比，基本參數見表10。

表10 混凝土配合比設計的基本參數

3.2 混凝土配合比的試驗結果

混凝土配合比設計的試驗結果見表11。試驗選取了兩組試塊進行了凍融試驗，其抗凍等級均達到F150。

表11 混凝土配合比設計的拌和及力學性能試驗結果

4 推薦的混凝土配合比

根據《水工混凝土試驗規(guī)程》SL352-2006中的混凝土設計及施工要求，結合混凝土原材料及配合比設計的試驗結果，提出推薦的混凝土配合比及相關參數見表12。

表12 推薦的混凝土配合比

5 結論

通過對原材料水泥、粉煤灰、砂石骨料的各項試驗數據分析，得出了滿足設計和施工要求的經濟實用的配合比。在整個試驗試拌過程中，鐵礦石尾礦作為粗骨料，對于兩級配的尾礦碎石粒徑和混合比例要求比較嚴格，采用鐵礦石尾礦作為碎石骨料，由于鐵礦石一般含硫量較高，因此制作和篩分過程中嚴格執(zhí)行粒徑和含硫量等化學指標的要求，具體拌和和澆筑過程中要注意以下兩點：

1）試驗用砂、鐵礦碎石均為飽和面干狀態(tài)。砂的含泥量應控制在1.0%以下為宜，尾礦碎石的含泥量應控制在0.5%以下為宜。

2）應重視混凝土的拆模和養(yǎng)護?；炷林袚接蟹勖夯业葥胶狭?，混凝土的早期強度較低，拆模時間應根據現場情況適當調整延長；混凝土的早期養(yǎng)護十分重要，否則更容易產生開裂。混凝土的養(yǎng)護時間應在保證28天的基礎上，盡可能延長至90天齡期的養(yǎng)護。

采用鐵礦石尾礦作為粗骨料，進行混凝土配合比在滿足混凝土強度和和易性要求的前提下，節(jié)約成本，提出了新的原材料取用渠道和工程環(huán)保措施，也為工程所在地生態(tài)環(huán)境保護，減少破壞和污染，起到了重要的作用。