鐵尾礦砂混凝土研究進(jìn)展綜述

閆 冰 李海洋

/華北理工大學(xué)

鐵尾礦砂混凝土研究進(jìn)展綜述

閆 冰 李海洋

/華北理工大學(xué)

作為天然砂混凝土的代替品，鐵尾礦砂混凝土研究是十分必要的。天然砂作為自然資源短期內(nèi)不可再生，而尾礦存在巨大的風(fēng)險(xiǎn)，鐵尾礦砂混凝土作為一種新型材料可以解決資源短缺和尾礦危害這兩個(gè)問題。研究鐵尾礦砂混凝土代替天然砂混凝土的可行性具有十分巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。本文通過對國內(nèi)外鐵尾礦砂混凝土取代天然砂混凝土的研究進(jìn)行歸納總結(jié)，并將對鐵尾礦砂混凝土的研究分為三個(gè)階段來闡述鐵尾礦砂混凝土取代普通混凝土的可行性。

天然砂；尾礦；鐵尾礦砂混凝土 ；研究

前言

近年來我國城市建設(shè)發(fā)展速度十分迅速，成績舉世矚目，但在繁榮的背后隱藏著巨大的資源消耗，建筑材料的消耗量越來越大，僅2006年,我國就有80億t以上的尾礦產(chǎn)生,并呈逐年增加的趨勢[1]。其中天然砂的用量更是達(dá)到了20億噸。天然砂作為一種自然資源短期不可再生，對天然砂的大量開采會嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。天然砂資源的短缺的矛盾將日益嚴(yán)重。

與此同時(shí)，我國在進(jìn)行大量的礦產(chǎn)開采的過程中產(chǎn)生了大量的尾礦，尾礦含有重金屬離子和有毒物質(zhì)，對農(nóng)田和河流產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。尾礦的堆積會占用農(nóng)田，并且還會誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。因此尾礦的處理問題有亟待解決。

為了響應(yīng)綠色環(huán)保、節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展理念，對鐵尾礦砂混凝土研究勢在必行。本文通過對我國鐵尾礦沙混凝土的研究進(jìn)行歸納總結(jié)，將對鐵尾礦砂混凝土的研究分為三個(gè)階段來闡述鐵尾礦砂混凝土取代普通混凝土的可行性。

1.鐵尾礦砂混凝土研究進(jìn)展

20世紀(jì)80年代以來我國開始研究鐵尾礦綜合利用，對鐵尾礦砂作為混凝土骨料的研究近幾年發(fā)展迅速。對鐵尾礦砂混凝土的研究分為三個(gè)階段：第一個(gè)階段是對鐵尾礦砂混凝土配制的研究；第二個(gè)階段是對鐵尾礦砂混凝土的基本力學(xué)性能研究；第三個(gè)階段是對鐵尾礦砂混凝土構(gòu)件(比如梁、板、柱、墻)承載力的研究。

1.1 鐵尾礦砂混凝土配制研究

第一個(gè)階段對鐵尾礦砂混凝土配制研究目前主要有：

2010年，徐寶華，宋姍在《尾礦砂復(fù)配在混凝土生產(chǎn)中的研究及應(yīng)用》[2]中研究復(fù)合尾礦砂配制混凝土的耐久性能，試驗(yàn)表明人工砂和尾礦砂復(fù)合后的混凝土碳化深度小于天然砂，復(fù)合尾礦的耐久性能好于天然砂混凝土。

2013年，胡現(xiàn)良在《鐵尾礦砂混凝土研究現(xiàn)狀》[3]中研究混凝土拌合物中發(fā)現(xiàn)，尾礦砂的堆積密度小空隙大，這就會引起水泥用量的增加。并且混凝土拌合物的自由水會遭到鐵尾礦砂的吸收，引起混凝土拌合物坍落度增加。

2015年，張凱，康洪震[4]在鐵尾礦砂混凝土試配試驗(yàn)研究中試配C30、C40、C50 三個(gè)強(qiáng)度的鐵尾礦砂混凝土，確定了不同水膠比混凝土強(qiáng)度等級。

1.2 鐵尾礦砂混凝土基本力學(xué)性能研究

第二個(gè)階段是對鐵尾礦砂混凝土基本力學(xué)性能研究。

2014年，張秀芝等[5]通過檢測鐵尾礦砂性能發(fā)現(xiàn)：天然河沙混凝土的抗壓強(qiáng)度低于鐵尾礦砂混凝土；采用6:4的鐵尾礦砂和機(jī)制砂時(shí)，所配制的混凝土抗壓強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和流動(dòng)性較為接近天然河沙混凝土。

2014年，喬京生、胡現(xiàn)良[6]通過滲透系數(shù)法研究鐵尾礦砂混凝土的抗?jié)B性能，發(fā)現(xiàn)在荷載水平0.4時(shí)，抗?jié)B性能效果最好，超過0.4時(shí)，抗?jié)B性能將大幅度降低。

2015年，張凱、康洪震，等[7]在研究鐵尾礦砂混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€試驗(yàn)得到：在強(qiáng)度小于C40時(shí)鐵尾礦砂混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與普通混凝土的基本相同，當(dāng)強(qiáng)度大于C40時(shí)，鐵尾礦砂混凝土的下降段變陡，并擬合出了強(qiáng)度大于C40的鐵尾礦砂混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€。

1.3 鐵尾礦砂混凝土構(gòu)件的承載力研究

第三個(gè)階段是對鐵尾礦砂混凝土構(gòu)件的承載力研究。目前來說研究較少，

2014年，王光琦[8]在鐵尾礦砂混凝土梁抗彎性能試驗(yàn)中，進(jìn)行了15根鐵尾礦砂混凝土梁和3根天然砂鐵尾礦砂混凝土梁的抗彎性能試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)鐵尾礦砂混凝土梁與天然砂混凝土抗彎性能基本相同。在抗彎性能上，可以用鐵尾礦砂代替河沙做混凝土梁。

2015年，張凱[9]在鐵尾礦砂短柱軸壓比性能試驗(yàn)中制作了24根混凝土短柱，其中20根鐵尾礦砂混凝土短柱和4根天然砂混凝土短柱，研究發(fā)現(xiàn)相同混凝土強(qiáng)度，鐵尾礦砂約束混凝土短柱表現(xiàn)出和普通約束混凝土短柱相近的軸壓變形性能和延性性能。

2.總結(jié)

作為天然砂混凝土替代品，鐵尾礦砂混凝土研究是十分必要的，通過對鐵尾礦砂混凝土性能的研究來認(rèn)識鐵尾礦砂混凝土取代普通混凝土的可行性。第一階段是鐵尾礦砂混凝土的配制研究，這個(gè)階段已經(jīng)十分成熟，對鐵尾礦砂混凝土拌合物進(jìn)行了相當(dāng)充分的研究，并總結(jié)出了不同水膠比配制不同強(qiáng)度鐵尾礦砂混凝土。第二階段認(rèn)識鐵尾礦砂混凝土的基本力學(xué)性能，目前已經(jīng)對鐵尾礦砂混凝土的耐久性、抗?jié)B性、抗壓強(qiáng)度、與鋼筋的錨固性能、鐵尾礦砂混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€進(jìn)行了深入的研究，但是鐵尾礦砂混凝土的物理力學(xué)性能研究內(nèi)容涉及到的面很廣，研究仍然不夠充分，鐵尾礦砂混凝土的抗拉性能、抗凍性能、抗疲勞性能等研究不足，鐵尾礦砂混凝土的物理力學(xué)性能理論體系不夠完善，需要進(jìn)一步研究。第三階段研究鐵尾礦砂混凝土構(gòu)件的承載力性能，目前已經(jīng)對鐵尾礦砂混凝土受彎構(gòu)件和受壓構(gòu)件承載力進(jìn)行了一小部分研究。而受拉構(gòu)件和受扭構(gòu)件承載力的研究仍然處于空白階段。

鐵尾礦砂混凝土的理論體系的基本構(gòu)架仍然不夠完善，需要投入大量的人力物力進(jìn)行研究，把鐵尾礦砂混凝土應(yīng)用到實(shí)際工程中仍然需要很長的一步要走。

[1]閆滿志 ,白麗梅 ,張?jiān)迄i ,張錦瑞.我國鐵尾礦綜合利用現(xiàn)狀問題及對策.礦業(yè)快報(bào).2008.7

[2]胡現(xiàn)良.鐵尾礦砂混凝土研究現(xiàn)狀[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2013,(7):166-169.

[3]張凱,康洪震.鐵尾礦砂混凝土試配研究[J].工程技術(shù)，2015.

[4]鄭艷.鐵尾礦砂混凝土與鋼筋粘結(jié)錨固性能研究[D].唐山：河北聯(lián)合大學(xué)，2013.

[5]張秀芝,付寶華,劉俊彪,周宗輝.鐵尾礦砂/機(jī)制砂制備高性能混凝土性能研究[J].混凝土：預(yù)拌混凝土，2014,3.

[6]喬京生,胡現(xiàn)良.軸向壓力與強(qiáng)度對鐵尾礦砂混凝土抗?jié)B性能的影響[J].河北聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào),2014,1.

[7]張凱,康洪震等.鐵尾礦砂混凝土軸心受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2015.

[8]王光琦.鐵尾礦砂混凝土梁抗彎性能試驗(yàn)研究[D].唐山：華北理工大學(xué)，2015.

[9]張凱.鐵尾礦砂混凝土短柱軸壓性能試驗(yàn)研究[D].唐山：華北理工大學(xué)，2016.

閆冰（1991-），男，漢族，碩士研究生，研究方向：結(jié)構(gòu)工程。