河北省滄州市鐵尾礦砂的應(yīng)用現(xiàn)狀

陳強(qiáng)，李陽

（滄州市金巖建材集團(tuán)有限公司，河北 滄州 061000）

0 引言

河北省滄州地區(qū)全部是平原且沒有可采河砂的河道，長期以來混凝土建設(shè)用砂全部采用石家莊和保定河道的河砂，港口地區(qū)使用部分海運(yùn)過來的江砂。由于河砂天然資源有限和近幾年環(huán)保壓力加大，優(yōu)質(zhì)的河砂越來越少，且價(jià)格從原來的 50 元左右一噸到價(jià)格最高時(shí)突破過 130 元/噸，平均價(jià)格長期維持在 110 元/噸左右，而且進(jìn)場的河砂質(zhì)量變差，細(xì)度模數(shù)太小和含泥量經(jīng)常超標(biāo)，優(yōu)質(zhì)河砂嚴(yán)重供應(yīng)不足，對(duì)工程質(zhì)量構(gòu)成嚴(yán)重的安全隱患。使用機(jī)制砂或鐵尾礦砂替代天然河砂迫在眉睫。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國機(jī)制砂的應(yīng)用比例已經(jīng)超過砂子用量的 70%，河北唐山和承德地區(qū)有大量的尾礦資源，長期供應(yīng)本地和京津地區(qū)，河北省也于 2014 年發(fā)布地標(biāo) DB 13(J)/T 134—2014《鐵尾礦骨料混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，為滄州地區(qū)使用鐵尾礦砂提供了依據(jù)。

1 鐵尾礦砂的性能和特點(diǎn)

鐵尾礦砂是鐵礦石經(jīng)過提純、磨細(xì)、選鐵礦后粒徑小于 4.75mm 的廢棄顆粒。由于鐵尾礦砂是使用球磨機(jī)磨出來的，顆粒形狀雖然比不上天然河砂，但是要比使用破碎機(jī)加整形機(jī)生產(chǎn)的機(jī)制砂粒型的棱角要少，針片狀幾乎沒有，且優(yōu)質(zhì)的鐵尾礦砂的級(jí)配能夠接近天然河砂。國標(biāo) GB 50132—2014《鐵尾礦砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，鐵尾礦砂只有細(xì)砂和特細(xì)砂，而對(duì)細(xì)度模數(shù)大于等于 2.3 的中砂和粗砂沒有進(jìn)行規(guī)定，這是因?yàn)檫x礦磨得越細(xì)能夠用強(qiáng)磁吸出來的鐵粉就越多，經(jīng)濟(jì)效益越好，所以鐵尾礦砂一般都磨得很細(xì)。但是河北唐山和承德存在大量貧鐵礦，礦石的含鐵量低，為了提高選礦效率就沒有必要再把鐵尾礦磨得過細(xì)，所以還存在部分鐵尾礦“中砂”和“粗砂”，河北省地方標(biāo)準(zhǔn)《鐵尾礦骨料混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中將鐵尾礦砂的劃分加上了中砂和粗砂，個(gè)人認(rèn)為這是比較準(zhǔn)確的。鐵尾礦砂含的是石粉不是泥，一定量的石粉含量還對(duì)混凝土的和易性和強(qiáng)度起到好的作用。相比含泥量較高的河砂，鐵尾礦砂具有混凝土坍落度損失小、外加劑摻量低等特點(diǎn)，鐵尾礦砂的棱角相比河砂多，表面要粗糙，混凝土的流動(dòng)性相比河砂稍差，但是增加了砂子與水泥漿之間的粘結(jié)，一定程度上增加了混凝土的強(qiáng)度，但同時(shí)鐵尾礦砂的保水性比河砂差，比河砂更容易泌水。

2 鐵尾礦砂在普通混凝土中的應(yīng)用

我公司將鐵尾礦砂細(xì)砂和中砂送到石家莊河北省檢測中心進(jìn)行了全項(xiàng)檢測，尤其對(duì)鐵尾礦砂的有害物質(zhì)、硫化物、堿活性和放射性等參數(shù)進(jìn)行了檢測，全部合格。我們分別用細(xì)度模數(shù) 2.0、含粉量 4% 的鐵尾礦砂和細(xì)度模數(shù) 2.3、含泥量 2.5% 的河砂通過不同的比例進(jìn)行搭配，在 C30～C50 混凝土中對(duì)混凝土強(qiáng)度和和易性進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果見表1。

同時(shí)我公司還制作了全部使用鐵尾礦砂生產(chǎn)的C30、C40 以及 C50 強(qiáng)度等級(jí)混凝土的抗?jié)B試驗(yàn)，抗?jié)B等級(jí)全部達(dá)到 P8 以上。表1 的試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著鐵尾礦砂摻量的增加，混凝土的出機(jī)坍落度略有減小，但是混凝土坍落度損失較小，且強(qiáng)度還略有增加，抗?jié)B性能也符合要求，雖然 C40 強(qiáng)度等級(jí)以下混凝土全部使用鐵尾礦砂會(huì)產(chǎn)生輕微泌水，但是不影響質(zhì)量，且通過調(diào)整外加劑復(fù)配方案，使混凝土的泌水可控，為鐵尾礦砂大量替代甚至完全替代河砂提供了數(shù)據(jù)支撐。

3 鐵尾礦砂在高強(qiáng)混凝土中的應(yīng)用

原河北理工大學(xué)蔡基偉老師對(duì)使用鐵尾礦骨料用于生產(chǎn) C60 和 C70 混凝土的工作性能和強(qiáng)度進(jìn)行了分析。我公司也做了相應(yīng) C60 高強(qiáng)混凝土的試配，分別用細(xì)度模數(shù) 2.7、含粉量 2.0% 的鐵尾礦砂中砂和細(xì)度模數(shù) 2.7、含泥量 2.0% 的河砂的不同比例進(jìn)行試配，試驗(yàn)結(jié)果如表2。

鐵尾礦砂中不含泥，含少量石粉，但是棱角相比河砂要較多，高強(qiáng)混凝土的膠凝材料較多，所以出機(jī)混凝土坍落度基本一致，河砂混凝土的出機(jī)流動(dòng)性要略高于鐵尾礦砂，但是使用鐵尾礦砂一小時(shí)后的擴(kuò)展度和坍落度損失要比河砂小；強(qiáng)度基本接近，說明使用鐵尾礦砂中砂部分替代和完全替代天然河砂中砂用于生產(chǎn) C60高強(qiáng)混凝土是可行的。滄州地區(qū)基本上工民建使用的最高強(qiáng)度等級(jí)混凝土就是 C60 混凝土，所以使用鐵尾礦砂能夠滿足滄州地區(qū)目前所有混凝土的應(yīng)用要求。

表1 不同鐵尾礦砂摻量對(duì) C30～C50 混凝土強(qiáng)度和和易性對(duì)比

表2 不同鐵尾礦砂摻量對(duì) C60 混凝土的強(qiáng)度和狀態(tài)影響

4 鐵尾礦砂在應(yīng)用中存在的問題和措施

（1）鐵尾礦砂由于是球磨機(jī)磨和水洗出來的，砂子含水率較高，應(yīng)用時(shí)宜分堆存放，新進(jìn)場的砂子單獨(dú)存放，使用放置一周左右含水率較穩(wěn)定的鐵尾礦砂。

（2）鐵尾礦砂還有細(xì)度模數(shù)小于 1.6 的特細(xì)砂，本文沒有對(duì)特細(xì)鐵尾礦砂進(jìn)行研究。進(jìn)場驗(yàn)收時(shí)禁止細(xì)度模度低于 1.6 的鐵尾礦砂進(jìn)場，宜使用細(xì)度模數(shù) 2.0左右的細(xì)砂和細(xì)度模數(shù) 2.3 以上的中砂。

（3）鐵尾礦砂的保水性比河砂稍差，比河砂混凝土更容易泌水，生產(chǎn)過程中應(yīng)避免使用泌水率較大的水泥，適當(dāng)調(diào)整外加劑配方，外加劑中增加保水成分和適量引氣劑來增加混凝土流動(dòng)性，減少泌水情況。

（4）由于當(dāng)?shù)罔F尾礦砂生產(chǎn)企業(yè)的規(guī)?；粔?，滄州地區(qū)使用的鐵尾礦砂主要產(chǎn)地在唐山和承德。不同規(guī)模鐵尾礦廠較多，造成進(jìn)場鐵尾礦砂質(zhì)量波動(dòng)，宜去唐山或承德從源頭購進(jìn)鐵尾礦砂，盡量使用大型企業(yè)生產(chǎn)的鐵尾礦砂。

5 前景展望

近年來鐵尾礦骨料在混凝土工程中的應(yīng)用越來越普遍，目前天然砂資源日漸匱乏，大量不合格的河砂充斥著市場，嚴(yán)重影響混凝土工程質(zhì)量。國家也在推廣固體廢棄物的綜合利用，尤其是尾礦資源的利用，這既能提高資源利用率，又能緩解環(huán)境污染、占用土地等問題。滄州地區(qū)距離唐山和承德兩大尾礦砂的產(chǎn)源地較近，且貨源充足，既可以選擇公路運(yùn)輸也可以使用鐵路運(yùn)輸，尤其近兩年國家推廣建筑砂石“公轉(zhuǎn)鐵”，改為鐵路運(yùn)輸，既能降低運(yùn)輸成本，又能保證貨源的穩(wěn)定，因此使用鐵尾太砂生產(chǎn)混凝土必將是大勢所趨。