淺談石灰石礦尾砂在混凝土中的應(yīng)用

李國(guó)平 謝 浩 陳 號(hào)

(佛山市匯江混凝土有限公司，廣東 佛山 528251)

1 前言

石灰石礦尾砂也屬于機(jī)制砂的一種。在GB/T14684 -2011《建筑用砂》［1］中對(duì)機(jī)制砂的定義為“指經(jīng)除土處理，由機(jī)械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75mm 的巖石、礦山尾礦或工業(yè)廢渣顆粒，但不包括軟質(zhì)、風(fēng)化的顆粒，俗稱人工砂”。細(xì)度模數(shù)一般在2.6 -3.6 之間，含有一定量的石粉，其篩余均多呈三角體或方矩形體顆粒分布，表面粗糙，棱角尖銳［2］。

一份名為《關(guān)于積極應(yīng)對(duì)珠江口采砂點(diǎn)暫停采砂事件的通知》［3］出現(xiàn)在深圳市水泥及制品協(xié)會(huì)官網(wǎng)上。通知顯示，接省海事局通知，為確保港珠澳大橋安裝沉箱成功，按省政府通知要求，所有珠江口采砂點(diǎn)(包括深圳、虎門一帶)從3月1 日起暫停采砂50 天。行業(yè)協(xié)會(huì)認(rèn)為，此事可能會(huì)造成我市乃至珠三角地區(qū)混凝土及砂漿生產(chǎn)企業(yè)用砂出現(xiàn)短期緊缺。由于珠江口采點(diǎn)的暫停，直接導(dǎo)致深圳、廣州、佛山等城市用砂告急，也直接導(dǎo)致砂價(jià)格的“瘋漲”。

為了及時(shí)解決資源匱乏的問(wèn)題，本課題開展礦尾砂對(duì)混凝土性能影響的研究具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和使用價(jià)值。礦尾砂代替河砂比例低于50%時(shí)對(duì)工作性能影響不大［4］，因此本論文從礦尾砂取代率為50%開始試驗(yàn)，研究礦尾砂取代率對(duì)相同條件下混凝土工作性能和抗壓強(qiáng)度的影響，找出最佳取代率。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)原材料

(1)水泥。采用清新海螺水泥PⅡ52.5R，其部分性能如表1 所示，其性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

表1 清新海螺水泥部分性能指標(biāo)

(2)粉煤灰。采用橋贏Ⅱ級(jí)粉煤灰，其部分性能指標(biāo)如表2 所示，其性能滿足規(guī)范要求。

表2 粉煤灰的性能指標(biāo)

(3)礦粉。采用S95 ?；郀t礦渣粉(簡(jiǎn)稱S95礦粉)，其性能指標(biāo)如表3 所示。

表3 礦粉S95 性能指標(biāo)

(4)粗骨料。采用5 -25mm 連續(xù)級(jí)配碎石，壓碎值7，含泥量0.3%。

(5)細(xì)骨料。河砂采用北江中砂，細(xì)度模數(shù)為2.5。礦尾砂的物理性能如表4 所示。

表4 礦尾砂的性能指標(biāo)

(6)減水劑，科之杰新材料集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的聚羧酸類減水劑，固含量11.7%。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 礦尾砂對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

采用礦尾砂以不同的比例取代河砂，其配合比如下表5。設(shè)計(jì)塌落度為200 ±20mm，在試驗(yàn)過(guò)程中，保持水膠比不變。

表5 礦尾砂復(fù)摻配置C30 混凝土的配合比

表6 礦尾砂復(fù)摻配置C30 混凝土的和易性和力學(xué)性能

圖1 礦尾砂取代率對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由表6 和圖1 可知:(1)從混凝土工作和易性來(lái)考慮，復(fù)摻后的工作性能優(yōu)于純河砂混凝土。隨著礦尾砂取代率不斷增大，其表觀密度基本上也是不斷地增加，而混凝土的擴(kuò)展度和塌落度幾乎在不斷地變小，也即是混凝土的和易性在不斷地變差。因?yàn)榈V尾砂中含有一定量的石粉，石粉的存在，增加了固體顆粒的比表面積，需水量增大，因而混凝土的塌落度和擴(kuò)展度減小，也即是混凝土的和易性變差。

(2)從抗壓強(qiáng)度方面考慮，摻有混合砂的混凝土抗壓強(qiáng)度高于純河砂;隨著礦尾砂取代率不斷增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度基本上保持先增大后減小的趨勢(shì)在變化。其中抗壓強(qiáng)度最高的是礦尾砂取代率為70%時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到39.2MPa。因?yàn)槭勰艽龠M(jìn)C3S 和C3A 水化，起微晶核作用，同時(shí)石粉能充當(dāng)有效的填料，豐富了混凝土的漿量，使硬化后混凝土中的孔隙減少，提高混凝土的密實(shí)性和集料間的機(jī)械咬合力，但石粉含量超過(guò)飽和點(diǎn)，混凝土的密實(shí)性又會(huì)降低，因此混凝土的抗壓強(qiáng)度會(huì)隨著機(jī)制砂的取代率的增加不斷地增大，但當(dāng)?shù)竭_(dá)一定取代率時(shí)，石粉的填充效果基本達(dá)到飽和，再增加石粉的用量，破壞了混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的堆積效果，就會(huì)降低混凝土的密實(shí)度，從而降低混凝土的抗壓強(qiáng)度。

(3)本次試驗(yàn)礦尾砂的最佳取代率是70%，其塌損最小，塌損為20mm，抗壓強(qiáng)度最高，混凝土密實(shí)度最好。

2.2.2 礦尾砂對(duì)混凝土耐久性的影響

在混凝土耐久性能方面，有相關(guān)研究的試驗(yàn)結(jié)果表明，礦尾砂和天然細(xì)砂混合配制出的混合砂混凝土在抗凍性、抗硫酸鹽侵蝕及抗碳化性能方面都優(yōu)于天然中砂配制的混凝土［5］。

混凝上抗氯離子滲透性能是評(píng)價(jià)混凝土密實(shí)性和抵抗?jié)B透能力的重要指標(biāo)之一［6］。本論文展開礦尾砂的取代率對(duì)混凝土滲透性能的影響來(lái)表征混凝土的耐久性。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表7。

表7 礦尾砂取代率對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的影響

圖2 礦尾砂取代率對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的影響

由表7 和圖2 可知，混凝土抗氯離子滲透性能隨著礦尾砂取代率的增加先減小后增加。主要是由于混凝土中水泥用量較少，水灰比(0.51)較大，硬化后，混凝土中存在大量的孔隙，致使混凝土的抗氯離子滲透性能不良，但隨石粉含量的增加，豐富了混凝土的漿量，使硬化后混凝土中的孔隙減少，提高了混凝土的密實(shí)性，也提高了混凝土的抗?jié)B性能。而當(dāng)石粉含量比例過(guò)高，石粉在一定程度上破壞了混凝土的堆積效果，使得水泥不能充分包裹，導(dǎo)致混凝土的抗氯離子滲透性能降低。

3 結(jié)論

(1)礦尾砂復(fù)摻的混凝土抗壓強(qiáng)度高于純河砂混凝土，隨著礦尾砂取代率不斷增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度基本上保持先增大后減小的趨勢(shì)在變化。

(2)本次試驗(yàn)礦尾砂的最佳取代率是70%，其塌損最小，塌損為20mm，抗壓強(qiáng)度最高，混凝土密實(shí)度最好。

(3)混凝土抗氯離子滲透性能隨著礦尾砂取代率的增加先減小后增加。

［1］GB/T14684 -2011，建筑用砂［S］.

［2］楊國(guó)飛.機(jī)制砂的質(zhì)量控制及在混凝土中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2011年12月 第37 卷第34 期:115 -116.

［3］深圳市水泥及制品協(xié)會(huì)，關(guān)于積極應(yīng)對(duì)珠江口采砂點(diǎn)暫停采砂事件的通知［N］.深砼協(xié)［2015］010 號(hào)，2015年03月.

［4］陳國(guó)強(qiáng)等.機(jī)制砂對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)商品混凝土性能的影響［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014年7月第36 卷第7 期:30 -34.

［5］龐林太，機(jī)制砂混凝土在工程實(shí)踐中的應(yīng)用［J］.鐵路工程造價(jià)管理，2007年7月:28 -31.

［6］曹偉紅.混合砂在泵送混凝土中的應(yīng)用研究［D］.碩士學(xué)位論文，浙江大學(xué)，2009.