鐵尾礦砂混凝土試配試驗(yàn)研究

張凱 康洪震

摘 要：該文介紹了尾礦砂在結(jié)構(gòu)和環(huán)境可持續(xù)方面的特點(diǎn)。試驗(yàn)需要試配強(qiáng)度等級為C30、C40及C50三個強(qiáng)度標(biāo)號的鐵尾礦砂混凝土。通過強(qiáng)度等級公式確定不同水膠比混凝土的強(qiáng)度等級標(biāo)號。對比C40的尾礦砂混凝土和普通混凝土的強(qiáng)度等級探討鐵尾礦砂完全替代天然砂用于配制混凝土的可行性。試驗(yàn)結(jié)果表明，相同水膠比的鐵尾礦砂混凝土試塊和普通混凝土試塊抗壓強(qiáng)度相近，為實(shí)驗(yàn)室配制尾礦砂混凝土提供研究依據(jù)。在有摻合料配制混凝土的前提下，建議對試配混凝土強(qiáng)度等級對應(yīng)的三個水膠比進(jìn)行調(diào)整。

關(guān)鍵詞：鐵尾礦砂 配合比 強(qiáng)度等級 抗壓強(qiáng)度

中圖分類號：TU52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（a）-0059-02

尾礦是礦山開采的原礦石經(jīng)選礦或其它工藝回收有用組分后廢棄的固體物料，呈細(xì)粉狀，粒徑在0.15 mm以下，一般堆存在尾礦庫中，是工業(yè)固體廢棄物的主要組成部分。鐵尾礦砂是一種材料性能和天然砂相近的細(xì)骨料[1]，具有表面粗糙多棱角的特點(diǎn)。有研究表明，在用水量相同、水膠比相同、外加劑用量基本相同的情況下，尾礦砂混凝土的坍落度小于普通混凝土。用尾礦砂配制的混凝土流動性比普通混凝土差，也易于離析、泌水。該試驗(yàn)的目的是在鐵尾礦砂完全替代天然砂的前提下試配C30、C40及C50三個強(qiáng)度等級的混凝土。

1 試驗(yàn)原材料

（1）水泥采用唐山冀東水泥有限公司生產(chǎn)的“冀東” 牌 P.O 42.5R普通硅酸鹽水泥。（2）減水劑來自唐山華榮建材有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高性能減水劑，具有減水率高，極好的分散性和自密實(shí)性，增幅強(qiáng)度，降低混凝土碳化率、泌水率和收縮徐變的優(yōu)點(diǎn)，是新一代的綠色環(huán)保產(chǎn)品，常用摻量為膠凝材料的0.7%～1.5%。（3）鐵尾礦砂是產(chǎn)自遷安尾礦經(jīng)人工篩分處理后的中砂。（4）碎石為遷安生產(chǎn)的5～10 mm和10～20 mm兩級配天然碎石，按7：10的比例使用。（5）水則取自當(dāng)?shù)氐淖詠硭＃?）礦物摻合料包括唐山陡電粉煤灰廠生產(chǎn)的Ⅰ號粉煤灰和唐龍有限公司生產(chǎn)的礦粉，共占膠凝材料的35%。其中粉煤灰占礦物摻合料的30%，礦粉占礦物摻合料的70%。

2 試驗(yàn)與分析

2.1 配合比材料性能

“冀東” P.O 42.5R水泥，28d膠砂強(qiáng)度為51.7 Mpa ，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為27.35%。碎石堆積密度1 568 kg/m3，表觀密度2 717 kg/m3，空隙率38%。鐵尾礦砂細(xì)度模數(shù)2.13，砂率為37%，試配期砂的含水率為3.76%，堆積密度1 829 kg/m3表觀密度2 545kg/m3，空隙率28%。

2.2 混凝土強(qiáng)度等級公式

為確保正態(tài)分布下的混凝土強(qiáng)度等級總體保證率為95%[2]，有如下公式。、、分別是混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、28d強(qiáng)度均值和標(biāo)準(zhǔn)差。標(biāo)準(zhǔn)差的確定可參考文獻(xiàn)《高強(qiáng)混凝土立方體強(qiáng)度變異系數(shù)的商榷》[3]。

2.3 混凝土抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)分析

每個強(qiáng)度等級的混凝土應(yīng)采用三個不同的配合比，其中一個配合比為試拌配合比，另外兩個配合比較試拌配合比的水膠比上下浮動0.05。試拌混凝土過程中，在計算配合比的基礎(chǔ)上保持水膠比不變，以節(jié)約膠凝材料為前提，通過調(diào)整外加劑用量和砂率使混凝土拌合物的和易性達(dá)到要求[4]。作為對比C40強(qiáng)度的鐵尾礦砂混凝土配合比與普通混凝土大致相同，但根據(jù)實(shí)際拌制混凝土的情況需將試配強(qiáng)度等級C40的三個水膠比即序號5、6、7中的減水劑用量調(diào)整為2.4 kg/m3、2.6 kg/m3、3.0 kg/m3，之后便可進(jìn)行混凝土的試配，鐵尾礦砂混凝土配合比詳細(xì)參數(shù)見表1。

混凝土制作的標(biāo)準(zhǔn)試塊尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，按照實(shí)驗(yàn)要求把坍落度控制在了50 mm～90 mm之間。拌制混凝土使用的是60升攪拌機(jī)，每個水膠比需制作9個標(biāo)準(zhǔn)試塊，試配出的試塊在振動臺上振搗，一天后拆模，試塊置于溫度20±2℃，濕度95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)。需要測試每個水膠比試塊的3d齡期強(qiáng)度，7d齡期強(qiáng)度和28d齡期強(qiáng)度。標(biāo)準(zhǔn)試塊的抗壓強(qiáng)度詳細(xì)數(shù)據(jù)見表2。

從表1和前文可以觀察到在試拌強(qiáng)度等級為C40的鐵尾礦砂混凝土和普通混凝土?xí)r，除了減水劑用量不同外其余參數(shù)一樣，究其原因可能是尾礦砂混凝土和易性差、易離析的體現(xiàn)。對比表2試配強(qiáng)度C40的鐵尾礦砂混凝土和普通混凝土的齡期抗壓強(qiáng)度可以發(fā)現(xiàn)它們的數(shù)值基本保持相近，坍落度也都在規(guī)定的范圍之內(nèi)。最后可以根據(jù)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定C30、C40、C50的鐵尾礦砂混凝土配合比采用序號1、4、7的配比。

3 結(jié)語

（1）在試拌混凝土過程中，鐵尾礦砂混凝土易發(fā)生離析和泌水的情況，而普通混凝土則表現(xiàn)出稠度大坍落度過小的情況，可通過減少和增加減水劑用量來達(dá)到混凝土和易性的要求。

（2）對于確定鐵尾礦砂混凝土強(qiáng)度等級的配合比，選用的水膠比都是比試拌配合比低0.05，原因可能是摻合料的摻入增大了混凝土的強(qiáng)度。建議在有摻合料試配混凝土強(qiáng)度時，采用的三個水膠比可定為通過計算試拌配合比的水膠比，以及比其小0.05和0.1。

（3）對于最終選取的水膠比對應(yīng)的C40及C50混凝土的28d抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值仍舊偏高，仍需補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)降低水膠比試配混凝土，對于摻合料對混凝土強(qiáng)度的影響尚需進(jìn)一步作對比試驗(yàn)研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 李瑞敏，馬衛(wèi)華.鐵尾礦砂混凝土研究現(xiàn)狀及展望[J].山西建筑，2015，41（15）：107-108.

[2] GB50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]//全國.

[3] 劉紅梁，宋罕宇，陸欽年.高強(qiáng)混凝土立方體強(qiáng)度變異系數(shù)的商榷[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2004，20（5）：604-607.

[4] JGJ55-2011，普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程[S]//全國.