尾礦砂在干粉砂漿中的技術(shù)研究

孫梅，王博

（1. 天津摩根坤德高新科技發(fā)展有限公司；天津 300480；2. 中交海洋建設(shè)開發(fā)有限公司，天津 300456）

0 前言

隨著中國建筑市場的快速發(fā)展，建筑材料也日益緊張，尤其大宗商品混凝土及砂漿的用量已經(jīng)導(dǎo)致天然砂石儲量急劇下降。前期天然砂石無節(jié)制的粗放式開采，在資源浪費的同時，也加劇了環(huán)境的污染。以天津為例，隨著霧霾天氣的多發(fā)，人們環(huán)保意識的增強，國家治污力度的加大，天津周邊地區(qū)天然砂石的開采與運輸成本也在迅速攀升。天津在用的砂子多為從遼寧、河北、山東甚至福建等省市采購，海運的局限性導(dǎo)致了該地區(qū)砂子質(zhì)量價格波動較大，從而對自身產(chǎn)品也造成了一定影響。尾礦砂（尾鐵礦砂或選礦碎屑）作為采礦和選礦過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，被隨意排放，對生產(chǎn)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。前幾年，一批有強烈社會責(zé)任感的企業(yè)，如天津港保稅區(qū)航保商品混凝土有限公司主動研發(fā)尾礦砂石在商品混凝土中的應(yīng)用，并成功應(yīng)用于各類建筑物，帶動了天津地區(qū)商混站對尾礦砂石的認識及使用，在享受政策減免稅的同時，也改善了環(huán)境。同理，用尾礦砂取代天然砂來生產(chǎn)干粉砂漿，對減少天然砂的用量，加強環(huán)境的保護，以及解決干粉砂漿原材料來源和成本，都具有重要的意義。

1 原材料

1.1 水泥

水泥為唐山曙光水泥有限公司生產(chǎn)的 32.5 礦渣硅酸鹽水泥（P·S·B），具體性能指標(biāo)見表 1。

1.2 粉煤灰

天津北疆電廠產(chǎn)粉煤灰，依據(jù) GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》標(biāo)準(zhǔn)，其性能指標(biāo)見表 2。

1.3 外加劑

纖維素醚采用沈陽東方魯美建材有限公司提供的諾盾羥丙基甲基纖維素醚（HPMC），具體指標(biāo)見表 3。

1.4 河砂

天然砂采用遼寧綏中產(chǎn)綏中河砂，指標(biāo)見表 4。

表 1 水泥性能指標(biāo)

表 2 粉煤灰的性能指標(biāo)

表 3 纖維素醚性能指標(biāo)

表 4 河砂性能指標(biāo)

1.5 尾礦砂

本次試驗用尾礦砂來自首鋼集團不同鐵礦廠區(qū)，從不同批次分別取樣進行相關(guān)指標(biāo)的檢測。

1.5.1 尾礦砂化學(xué)成份分析

試驗用尾礦砂化學(xué)成份分析見表 5。

表 5 尾礦砂化學(xué)成份分析 %

1.5.2 尾礦砂的級配分析

幾種樣品尾礦砂篩分結(jié)果見表 6。

表 6 尾礦砂級配分析

從表 6 中不難看出，不同產(chǎn)地不同批次的尾礦砂細度模數(shù)差異較大，模數(shù)普遍較大，屬于中粗砂，顆粒級配中料徑大于 2.36mm 和粒徑小于 0.15mm 這兩部分顆粒與河砂相比含量比較多，通過亞甲基藍 MB 值試驗表明，該試驗批次粉末以石粉為主。尾礦砂外觀呈灰黑色。本次試驗選擇細度模數(shù)最接近河砂的 6 號砂，目的是通過多種取代模式的試驗，最大化綜合利用尾礦砂。

2 試驗方案及方法

2.1 試驗方案

本次試驗側(cè)重研究尾礦砂在干粉砂漿中應(yīng)用的可能性，根據(jù)目前干粉砂漿生產(chǎn)供求情況，需求量最大的M5 砌筑砂漿和 M5 抹灰砂漿占普通干粉砂漿生產(chǎn)量的50% 以上，而 M5 強度的干粉砂漿強度低，膠材用量也有劣勢，從而尾礦砂自身特點造成的影響也最突出。因此，重點試驗尾礦砂在 M5 砌筑及抹灰砂漿中性能，確定等級為 M5 的干粉砂漿基本配合比，見表 7。

表 7 M5 砂漿配合比

在此基礎(chǔ)上研究尾礦砂分別以不同比例取代天然砂對砂漿工作性和強度的影響，以期找到尾礦砂對砂漿性能及強度的影響規(guī)律。

其次，根據(jù)尾礦砂、成品倉的儲存及生產(chǎn)線工藝特點，試驗研究不同粒徑范圍的尾礦砂對干粉砂漿性能及強度的影響，探討尾礦砂綜合利用的可行性。

2.2 試驗方法

按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 JG/T 230—2007《預(yù)拌砂漿》和 JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》進行。

3 尾礦砂砂漿性能研究

3.1 不同比例尾礦砂干粉砂漿性能試驗

以 M5 強度等級干粉砂漿配合比為基準(zhǔn)，稠度控制在 (80±10)mm 范圍內(nèi)，并通過適當(dāng)調(diào)整用水量使稠度指標(biāo)盡量接近，分層度和黏聚性良好，強度達到設(shè)計要求。用尾礦砂分別取代 0%、20%、40%、60%、80%、100% 的河砂，檢測其強度、工作性及影響規(guī)律。試驗結(jié)果見表 8。

從表中可以看到，隨著尾礦砂取代量的增加，盡管增加了部分用水，但砂漿稠度指標(biāo)呈現(xiàn)下降趨勢。原因可能與尾礦砂自身特點有關(guān)，尾礦砂顆粒外形一般都不規(guī)則，呈多棱邊、角方體，圓度系數(shù)明顯不如天然河砂的好，流動時內(nèi)部阻力較大。另外尾礦砂與河砂相比，在級配連續(xù)性方面也略差，導(dǎo)致相同稠度或相同流動性要求下，尾礦砂用水量更大。

同上原因，尾礦砂的顆粒及粒徑分布特點卻利于其在分層度及強度方面要優(yōu)于河砂，通過圖 1 可以看出，隨著尾礦砂取代比例的增大，砂漿 28 天強度也有所增加，當(dāng)尾礦砂完全取代河砂時，雖然水膠比大了 0.02，但強度卻高出河砂砂漿約 26%。原因可能由于尾礦砂顆粒不規(guī)則、形貌粗糙，提高了砂漿體系膠凝材料與細骨料之間的粘接性能，從而有利于強度的增加。

表 8 不同比例尾礦砂砂漿性能指標(biāo)

圖 1 不同比例尾礦砂強度曲線圖

施工性能是干粉砂漿最重要的性能之一。從狀態(tài)描述中可知，尾礦砂取代達到 40% 時，狀態(tài)已有明顯變化，隨著取代量的增加，砂漿的顆粒感增加，抹灰時劃痕明顯，主要是由尖銳的大粒徑尾礦砂顆粒棱角所導(dǎo)致。因此，不同比例尾礦砂用于砌筑砂漿是完全沒問題的。但在用于抹灰砂漿時，可目的性的選擇使用。

3.2 不同粒徑尾礦砂取代試驗

目前的干粉砂漿生產(chǎn)線，砂子的成品倉一般都在四個左右。不同批次的砂子細度模數(shù)差異較大，為便于質(zhì)量控制，干砂入倉前進行篩分，將不同粒徑砂子分類存放。雖然增加了部分成本，但對產(chǎn)品的質(zhì)量控制卻是十分有利的。砂子成品可分為直通倉和分篩倉，級配連續(xù)的天然河砂烘干后直接儲存，分篩倉則用于粒徑連續(xù)性差的砂子或性能要求高的砂漿產(chǎn)品。

3.2.1 粒徑 2～4 (2.3 6～4.7 5)m m 尾礦砂砂漿的性能試驗

由于 2～4mm 尾礦砂顆粒大棱角突出，用于抹面砂漿時顆粒感強且有明顯劃痕，影響外觀及施工效果。本著充分利用原則，可將此粒徑范圍尾礦砂應(yīng)用于砌筑砂漿，重點解決尾礦砂取代后的泌水問題，隨著尾礦砂取代量的提高，表 9 中輕微泌水問題可通過適當(dāng)提高纖維素醚摻量來加以改善。

通過多次多組試驗證明，適當(dāng)提高纖維素醚摻量可改善尾礦砂砂漿泌水問題，但同時隨著纖維素醚摻量的提高，也會對砂漿強度造成一定影響。2～4mm 尾礦砂完全可以應(yīng)用到砌筑砂漿中，具體取代比例可結(jié)合生產(chǎn)用量和經(jīng)濟成本綜合考慮。

3.2.2 粒徑 0～2 (0～2.3 6)m m 尾礦砂砂漿的性能試驗

粒徑 0～2mm 尾礦砂取代相應(yīng)粒徑河砂應(yīng)用于抹灰砂漿試驗，通過提高纖維素醚摻量來調(diào)整砂漿流動性、保水性，具體結(jié)果見表 10。

從表 10 中可以看出，隨著 0～2mm 粒徑尾礦砂取代率的提高，砂漿的抗壓強度并無明顯的變化趨勢。0～2mm 粒徑尾礦砂相對量較大，同質(zhì)量尾礦砂比表面積要比河砂大，且粒徑分布不如河砂連續(xù)，雖然纖維素醚摻量在提高，但保水仍呈降低趨勢。但在 70% 取代比例內(nèi)，抹灰砂漿的工作性能是可以滿足施工要求的。

表 9 粒徑 2～4 mm 尾礦砂取代試驗結(jié)果

表 1 0 粒徑 0～2 mm 尾礦砂取代試驗結(jié)果

4 結(jié)論及展望

（1）通過三種取代模式的試驗，將尾礦砂與河砂以一定比例混合使用，技術(shù)上是可行的，既可以優(yōu)化尾礦砂的級配，也綜合利用了廢棄資源。

（2）隨著尾礦砂取代比例的增大，砂漿抗壓強度及分層度等性能有所提高，但綜合施工性能，不宜大于40%。

（3）尾礦砂泌水問題可以通過提高纖維素醚摻量得以改善，從而 2～4mm 粒徑的尾礦砂完全可以應(yīng)用于砌筑砂漿。

（4）由于粒形原因，0～2mm 粒徑尾礦砂在抹灰砂漿中受到取代比例限制，為保證施工性能，嚴(yán)格控制級配的連續(xù)性，取代比例不宜大于 70%。

（5）隨著技術(shù)的進步，尾礦砂可以通過生產(chǎn)工藝的改進，如多次回籠整形等增強其圓度系數(shù)等性能，將更利于大量應(yīng)用于普通干粉砂漿甚至特種干粉砂漿。于社會，即減少了尾礦砂對環(huán)境的污染，又充分利用了廢棄資源。于企業(yè)則可享受政策優(yōu)惠，增加效益。

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