以鐵尾礦為骨料的免燒透水磚配合比設(shè)計及試驗

韓祖麗　陳羽玲　吳春梅

【摘 要】本文論述以鐵尾礦為骨料的免燒透水磚配合比設(shè)計方法及試驗，在分析配比設(shè)計步驟基礎(chǔ)上，闡述以水泥漿包裹骨料的厚度為主要參數(shù)，在水灰比為0.2～0.3，水泥漿包裹厚度為0.3mm～0.6mm，骨料為4.75～9.5mm單一粒徑鐵尾礦的條件下的試驗過程，試驗結(jié)果表明：鐵尾礦透水磚的透水系數(shù)滿足GB/T25993-2010《透水路面磚和透水路面板》的要求;鐵尾礦透水磚28天抗壓強(qiáng)度與水泥漿包裹骨料厚度的關(guān)系，可作為鐵尾礦透水磚配比設(shè)計的依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】鐵尾礦? 免燒透水磚? 配合比設(shè)計? 裹漿厚度

【中圖分類號】G? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2019）02C-0190-03

礦產(chǎn)開采、加工伴生大量煤矸石、粉煤灰、尾礦渣等工業(yè)固體廢物，工業(yè)固體廢物的有效處理成為全球公認(rèn)的重大課題。目前多數(shù)企業(yè)對工業(yè)固體廢物處置采取堆放的形式，侵占大量土地資源，同時破壞地貌景觀和植被，堆場一旦發(fā)生崩塌或者滲透，工業(yè)固體廢棄物滲入河流或者地下水，對生態(tài)環(huán)境和周邊居民飲用水安全影響巨大。因此，加強(qiáng)對尾礦的研究已刻不容緩，尤其是排放量較大的鐵尾礦。

近年來，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，城市中心區(qū)被大量鋼筋混凝土、花崗巖等密封材料覆蓋，雨水不能迅速滲入地下，導(dǎo)致地表氣溫升高，形成“熱島效應(yīng)”。透水磚是一種路面鋪裝材料，具有透水性好、強(qiáng)度高、保濕、防滑、抗凍、耐風(fēng)化等特點。透水磚的貫通孔隙結(jié)構(gòu)，使雨水能夠透過磚表面快速滲透地下，補(bǔ)給地下水資源和土壤水;遇到暴雨時可有效減少徑流，同時可調(diào)節(jié)地表的溫濕度，有效緩解城市“熱島效應(yīng)”。

利用資源化處理后的鐵尾礦作為骨料生產(chǎn)免燒透水磚，是提高尾礦綜合利用率的有效方式。透水磚作為海綿城市建設(shè)重要的建筑材料之一，在歐美、日本等地已廣泛應(yīng)用?？箟簭?qiáng)度和透水性能是透水磚的兩個關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，與透水磚的組成材料、配合比密切相關(guān)。我國對于透水磚的研究起步較晚，目前國內(nèi)無統(tǒng)一的透水磚配合比設(shè)計方法。本文在國內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，提出一種以水泥漿包裹骨料的厚度為主要參數(shù)，通過調(diào)整水泥漿包裹骨料的厚度來滿足強(qiáng)度要求的鐵尾礦免燒透水磚配合比設(shè)計方法，并通過試驗證明該配合比設(shè)計方法行之有效。

一、配合比設(shè)計的基本思路和方法

透水磚在結(jié)構(gòu)上與普通混凝土有較大差別，普通混凝土要求內(nèi)部結(jié)構(gòu)越密實越好，而透水磚要求在滿足一定密實度的基礎(chǔ)上，還應(yīng)具有一定孔隙，以滿足透水的要求。透水磚制備的基本思路為：水泥漿體均勻地包裹緊密堆積狀態(tài)下的粗骨料，且水泥漿無多余，使骨料顆粒相互黏結(jié)在一起，由于缺少水泥漿、細(xì)骨料的填充作用，透水磚凝固后形成多孔透水結(jié)構(gòu)。根據(jù)以上思路，本文提出一種透水磚配合比設(shè)計方法：第一，根據(jù)骨料緊密堆積密度，計算單位體積骨料的用量;第二，根據(jù)骨料粒徑、表觀密度計算骨料比表面積;第三，假定骨料的包裹厚度、水灰比，計算水泥漿總體積，進(jìn)而計算水泥用量;第四，根據(jù)水灰比計算水用量，根據(jù)外加劑與膠凝材料的質(zhì)量百分比計算外加劑用量;第五，根據(jù)需要調(diào)整裹漿厚度以實現(xiàn)不同配合比要求。

三、鐵尾礦免燒透水磚配合比設(shè)計試驗

透水磚的透水性能和強(qiáng)度是相互矛盾的指標(biāo)。若要保證透水磚具有一定強(qiáng)度，并且具有較好透水性能，可通過合理搭配顆粒級配來實現(xiàn)。對于粗骨料的級配，通常選用單粒級或間斷級配。對于粗骨料的粒徑，通常選用粒徑較小的顆粒。一般來說，骨料粒徑越大，其表面積越小，水泥漿包裹骨料的面積減少，透水磚內(nèi)部結(jié)構(gòu)較松散，透水系數(shù)越大，抗壓強(qiáng)度越低;反之，骨料粒徑越小，其表面積越大，水泥漿包裹骨料的面積增大，透水磚內(nèi)部結(jié)構(gòu)越密實，透水系數(shù)越小，抗壓強(qiáng)度越高。

（一）原材料

1.膠凝材料。選用42.5級普通硅酸鹽水泥，表觀密度3050Kg/m3 ，其化學(xué)成分見表1。

2.鐵尾礦。將廣西崇左某地鐵尾礦進(jìn)行人工篩分，選取4.75～9.5mm單一粒徑作為制備骨料，表觀密度2715Kg/m3，堆積密度1610Kg/m3，孔隙率41%。其化學(xué)成分見表2。

3.減水劑。為聚羧酸聚合物高性能減水劑，其主要指標(biāo)見表3。

（二）尾礦透水磚配合比設(shè)計參數(shù)及理論值

本算例的骨料采用4.75～9.5mm單一粒徑的鐵尾礦，撥開系數(shù)取0.97，水灰比為0.23，設(shè)計5組試樣，水泥漿包裹骨料的厚度分別為：0.38、0.42、0.46、0.5、0.54mm。5組試樣的配合比設(shè)計參數(shù)見表4，配合比設(shè)計方案見表5。

（三）試件制備

將鐵尾礦骨料與適量水拌和，使骨料處于表面飽和面干狀態(tài);將全部膠凝材料加入拌和;再加入全部減水劑和剩余的水?dāng)嚢杈鶆?，將物料注入磚模;試件采用加壓成形工藝，成形壓力2MPa;成形后將試件送入養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度（20±2）℃，相對濕度95%;24小時后脫模，轉(zhuǎn)到室外繼續(xù)人工養(yǎng)護(hù)，每天澆水 1 次，直至規(guī)定28天齡期。

（四）試驗及數(shù)據(jù)分析

5組試樣的配合比及各指標(biāo)實測值，見表6。由表6可知，隨著裹漿厚度增加，透水磚試件的28天抗壓強(qiáng)度逐漸增大，透水系數(shù)逐漸減小;并且隨著裹漿厚度的增加，28天抗壓強(qiáng)度的增幅減小。當(dāng)裹漿厚度為0.381mm時，28天抗壓強(qiáng)度為22.66MPa，透水系數(shù)為4.23mm/s;當(dāng)裹漿厚度為0.425mm時，28天抗壓強(qiáng)度為27.58MPa，透水系數(shù)為2.85mm/s;當(dāng)裹漿厚度為0.467mm時，28天抗壓強(qiáng)度為32.54MPa，透水系數(shù)為2.65mm/s;當(dāng)裹漿厚度為0.508mm時，28天抗壓強(qiáng)度為36.80MPa，透水系數(shù)為1.70mm/s;當(dāng)裹漿厚度為0.537mm時，28天抗壓強(qiáng)度為39.03MPa，透水系數(shù)為1.48mm/s。5組試件的透水系數(shù)均大于0.2mm/s，即均滿足GB/T25993-2010《透水路面磚和透水路面板》中規(guī)定的A級透水系數(shù)的要求。

考慮到鐵尾礦透水磚內(nèi)部結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性，采用二次多項式函數(shù)擬合骨料裹漿厚度和28天抗壓強(qiáng)度散點圖（見圖1），擬合方程y=-123.46x2+220.08x-43.388，相關(guān)系數(shù)R2=0.999。由此可知，骨料裹漿厚度與28天抗壓強(qiáng)度具有較好相關(guān)性。證明通過調(diào)整水泥漿包裹骨料的厚度來滿足強(qiáng)度要求的鐵尾礦免燒透水磚配合比設(shè)計方法是可行的。

四、結(jié)論

以水泥漿包裹骨料的厚度為主要參數(shù)的鐵尾礦透水磚配合比設(shè)計方法，在水灰比為0.2～0.3，水泥漿包裹厚度為0.3mm～0.6mm，骨料為4.75～9.5mm單一粒徑鐵尾礦的條件下，通過反復(fù)試驗表明：首先，以鐵尾礦為粗骨料，不添加細(xì)骨料配制的免燒透水磚，經(jīng)實測其透水系數(shù)和28天抗壓強(qiáng)度等主要指標(biāo)，滿足GB/T25993-2010《透水路面磚和透水路面板》的要求，可見以鐵尾礦為骨料配制免燒透水磚是可行的。其次，鐵尾礦透水磚28天抗壓強(qiáng)度與水泥漿包裹骨料的厚度具有較好相關(guān)性，通過調(diào)整水泥漿包裹骨料的厚度可制作不同抗壓強(qiáng)度的鐵尾礦透水磚。若調(diào)整水泥漿包裹骨料的厚度無法滿足要求，還可以通過改變骨料粒徑、顆粒級配，調(diào)整水灰比，添加硅灰、粉煤灰等礦物摻和料等方法直至滿足要求。

通過試驗可知，本文提出的透水磚配合比設(shè)計方法是可靠的。以水泥漿包裹骨料的厚度為主要參數(shù)的鐵尾礦透水磚配合比設(shè)計方法，不僅適用于單粒徑骨料，對于任意比例的單粒徑復(fù)合級配同樣適用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]賀圖升，趙旭光，趙三銀，等.基于集料裹漿厚度的水泥基透水磚配合比設(shè)計[J].建筑材料學(xué)報，2015（2）

[2]陳鵬.彩色透水性機(jī)制礦渣骨料混凝土路面磚的研究[J].新型建筑材料，2017（2）

[3]李冉，趙迪，等.生態(tài)混凝土抗壓強(qiáng)度與孔隙率關(guān)系試驗研究[J].海河水利，2018（2）

【基金項目】2019年度廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項目“以鐵尾礦為骨料的免燒透水磚配合比設(shè)計研究”（2019KY1654）

【作者簡介】韓祖麗（1985— ），男，壯族，廣西河池人，講師，工程師，研究生，研究方向：巖石斷裂力學(xué)與建筑材料;陳羽玲（1982— ），女，廣西北海人，講師，碩士，研究方向：行政管理（信息化管理）;吳春梅（1985— ），女，重慶合川人，講師，工程師，研究生，研究方向：新型建筑材料。

（責(zé)編 蘇 洋）