鐵尾礦砂在混凝土中的應(yīng)用

黃建國(guó)，黃家偉，劉先國(guó)，黃家樂(lè)

（徐州中聯(lián)混凝土有限公司，江蘇　徐州　221100）

鐵尾礦砂在混凝土中的應(yīng)用

黃建國(guó)，黃家偉，劉先國(guó)，黃家樂(lè)

（徐州中聯(lián)混凝土有限公司，江蘇徐州221100）

本文介紹通過(guò)鐵尾礦砂和水洗石屑的搭配使用，輔以調(diào)節(jié)含氣量等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了鐵尾礦砂在混凝土中的大規(guī)模使用，且混凝土的工作性能良好，力學(xué)性能略優(yōu)于天然河砂混凝土。

鐵尾礦砂；混凝土；應(yīng)用

0　前言

數(shù)十年的鐵礦開(kāi)采產(chǎn)生了數(shù)量龐大的尾礦，由于鐵尾礦一直未得到有效利用，許多礦區(qū)的尾礦用堆積成山都不足以形容其對(duì)環(huán)境造成的負(fù)荷，尾礦潰壩事故時(shí)有發(fā)生。對(duì)尾礦的大規(guī)模應(yīng)用已成為許多地方政府迫在眉睫需要解決的問(wèn)題。

建材行業(yè)一直是消耗鐵尾礦的主體，水泥企業(yè)一直在持續(xù)利用鐵殘留量較高的尾礦，但作為水泥配料的微量調(diào)節(jié)組分，其用量一直不高，因此水泥企業(yè)對(duì)鐵尾礦的消化吸收能力有限。隨著國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T31288—2002《鐵尾礦砂》和GB51032—2014《鐵尾礦砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的頒布施行[1-2]，混凝土企業(yè)逐漸成為消化吸收鐵尾礦的主體。由于鐵尾礦在混凝土中充當(dāng)著用量較大的細(xì)集料，混凝土對(duì)鐵尾礦的消化吸收潛力巨大。尤其是在天然河砂資源日漸短缺，價(jià)格不斷提高的今天，混凝土企業(yè)對(duì)鐵尾礦的利用熱情暴漲。但鐵尾礦不同于普通機(jī)制砂，將其直接應(yīng)用于混凝土中需要采取相應(yīng)的措施。本文通過(guò)與水洗石屑混用、提高含氣量等措施改善其和易性，對(duì)提高鐵尾礦混凝土的施工性能起到了良好的效果。

1　原材料

（1）水泥：淮海中聯(lián) P·O42.5水泥，28d 強(qiáng)度為49.7MPa；

（2）礦粉：徐州中誠(chéng)礦粉，28d 活性指數(shù)103%；

（3）粉煤灰：國(guó)華Ⅱ級(jí)灰，需水量比98%；

（4）鐵尾礦砂：細(xì)度模數(shù)1.5，比重2.9～3.4；

（5）水洗石屑：細(xì)度模數(shù)3.4，MB 值0.5；

（6）碎石：公稱粒徑5～31.5mm，含泥量0.5%；

（7）水：市政自來(lái)水；

（8）減水劑：蘇博特 PCA，減水率18%；

（9）引氣劑：蘇博特 GYQ-Ⅲ；

（10）天然河砂：Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.6，含泥量2.4%。

2　試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法參照 GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》和 GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)試驗(yàn)方法》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，測(cè)試的項(xiàng)目包括混凝土的容重、含氣量、坍落度和7d、28d 抗壓強(qiáng)度。混凝土試驗(yàn)配比參照 C30商品混凝土配比，如表1所示。

表1　C30商品混凝土配合比　kg/m3

3　試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1鐵尾礦和水洗石屑的摻入比例對(duì)混凝土性能的影響

水洗石屑存在著顆粒級(jí)配不良、顆粒形貌較差、細(xì)顆粒缺乏等缺點(diǎn)，單獨(dú)使用時(shí)配制的混凝土和易性較差；鐵尾礦砂存在著細(xì)度模數(shù)過(guò)低、比重較大等缺點(diǎn)，單獨(dú)使用時(shí)混凝土的粘聚性過(guò)高、體積穩(wěn)定性差、且漿體過(guò)重，施工難度較大。兩者混合使用時(shí)可以互相彌補(bǔ)各自的缺點(diǎn)，此外，水洗石屑和鐵尾礦都具有含泥量較低的優(yōu)點(diǎn)，與外加劑的適應(yīng)性較佳。此次試驗(yàn)以天然河砂配制的混凝土為基準(zhǔn)，調(diào)整水洗石屑和鐵尾礦的體積用量比，確定水洗石屑和鐵尾礦的合理使用比例。本試驗(yàn)的試配比例及所制備混凝土的性能見(jiàn)表2。

表2　鐵尾礦和水洗石屑摻入比例對(duì)混凝土工作性能的影響

與天然河砂相比，由于水洗石屑和鐵尾礦砂中幾乎都不含泥，因此混凝土的坍落度損失相對(duì)較小。隨著鐵尾礦摻入比例的提高，混凝土的和易性明顯改善，混凝土的含氣量隨之降低，容重隨之增加。當(dāng)鐵尾礦的摻入比例較高時(shí)，混凝土的坍落度開(kāi)始降低，料顯粘稠，施工性能較差。從表2中數(shù)據(jù)得出，水洗石屑和鐵尾礦砂的比例為1:1時(shí)，混凝土的工作性能相對(duì)最好。

3.2鐵尾礦砂的比重對(duì)混凝土性能的影響

即使是同一礦脈中的鐵尾礦內(nèi)部成分也會(huì)存在著一定的差異。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)臨沂某鐵尾礦的比重波動(dòng)幅度達(dá)到了500kg/m3。波動(dòng)范圍在2900～3400kg/m3，2013年某工地使用比重達(dá)到3350kg/m3的鐵尾礦砂時(shí)，出現(xiàn)了漿體下沉、表層混凝土粉化的質(zhì)量事故。因此應(yīng)加強(qiáng)鐵尾礦砂的比重的監(jiān)控，若鐵尾礦砂的比重超過(guò)某一范圍時(shí)，對(duì)混凝土坍落度、粘聚性等的監(jiān)控應(yīng)更為嚴(yán)格，同時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的其他技術(shù)手段，防范質(zhì)量事故的發(fā)生。本次試驗(yàn)確定鐵尾礦砂和水洗石屑的摻加比例為1:1，選用比重不同的尾礦砂，考察混凝土的工作性能（見(jiàn)表3）。

表3　鐵尾礦比重對(duì)混凝土工作性能的影響

當(dāng)鐵尾礦砂的比重達(dá)到3100kg/m3以后，漿體開(kāi)始感覺(jué)偏重，混凝土的施工性能變差，當(dāng)鐵尾礦砂的比重超過(guò)3300kg/m3以后，漿體開(kāi)始下沉。因此，選用鐵尾礦砂時(shí)，應(yīng)保證其比重低于3100kg/m3，若超出此范圍，必須采取其他技術(shù)手段，否則極易發(fā)生文中提及的類似質(zhì)量事故。

3.3引氣劑對(duì)鐵尾礦砂混凝土性能的影響

使用引氣劑可提升混凝土的含氣量，同時(shí)降低混凝土的容重，使混凝土變得更為松軟，因此，使用引氣劑可以緩解鐵尾礦砂混凝土的施工性能。本次試驗(yàn)選用比重最大的3400kg/m3鐵尾礦砂，調(diào)節(jié)含氣量，提高混凝土的施工性能（表4）。

表4　引氣劑對(duì)鐵尾礦砂混凝土工作性能的影響

當(dāng)含氣量達(dá)到3.9% 時(shí)，混凝土的施工性能明顯改善，當(dāng)含氣量提高到4.4% 時(shí)，鐵尾礦砂混凝土顯得相當(dāng)松軟，容重和其他性能指標(biāo)都與普通混凝土的施工性能相當(dāng)，因此調(diào)節(jié)含氣量是改善鐵尾礦砂混凝土施工性能的一個(gè)有效手段。

測(cè)試鐵尾礦砂混凝土的力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)其7d 和28d 強(qiáng)度略高于天然河砂配制的普通混凝土，具體結(jié)果如表5。

表5　鐵尾礦砂混凝土的力學(xué)性能

4　結(jié)論

（1）水洗石屑和鐵尾礦砂的混合使用可以提升其與外加劑的適應(yīng)性，降低混凝土坍落度的經(jīng)時(shí)損失，調(diào)整兩者比例至一個(gè)合適的范圍，混凝土的工作性能良好。

（2）鐵尾礦砂的比重對(duì)混凝土工作性能的影響較大，當(dāng)鐵尾礦砂的比重超過(guò)3300kg/m3以后，混凝土的施工性能變差，調(diào)節(jié)混凝土的含氣量可以解決這一問(wèn)題。

（3）與河砂配制的普通混凝土相比，同配比條件下的鐵尾礦砂混凝土力學(xué)性能要略高于天然河砂混凝土。

[1] GB/T31288—2014．鐵尾礦砂[S]．

[2] GB51032—2014．鐵尾礦砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S]．

［通訊地址］徐州市銅山經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)第三工業(yè)園盛寶路西首徐州中聯(lián)混凝土有限公司（221100）

Application of iron ore tailings in concrete

Huang Jianguo, Huang Jiawei, Liu Shengguo, Huang Jiale
(Xuzhou Zonglian Concrete Co., Ltd., Jiangsu Xuzhou221100)

This paper introduced using iron ore tailings and washed stone ships mixture, and regulating the gas content and other technical means to realized large-scale use of iron ore tailings in concrete. The concrete has good performances, mechanical performance is slightly superior to the natural river sand concrete.

iron ore tailings; concrete; application

黃建國(guó)（1965—），男，工程師，從事水泥基建筑材料的生產(chǎn)與研究。