鐵尾礦砂對(duì)普通干混砂漿耐久性影響的試驗(yàn)研究

孫健，谷向民，殷學(xué)宇，王敏，呂新鋒

（山東魯碧建材有限公司，山東 濟(jì)南 271100）

0 前言

干混砂漿是近年隨著建筑業(yè)科技進(jìn)步和文明施工要求發(fā)展起來(lái)的新型建筑材料，與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)攪拌砂漿相比，干混砂漿具有許多明顯優(yōu)勢(shì)：（1）產(chǎn)品質(zhì)量高，可滿足不同的用途和性能要求；（2）有利于使用自動(dòng)化施工機(jī)具，可提高施工效率；（3）有利于推進(jìn)墻體材料革新工作，便于文明施工和減少環(huán)境污染[1]。干混砂漿主要為用量大的普通砌筑砂漿、普通抹灰砂漿和用于建筑地面及屋面面層或找平層的普通地面砂漿[2-3]。干混砂漿的發(fā)展可推動(dòng)利用尾礦廢石、鋼渣、礦渣等固體廢棄物制成的人工砂代替天然砂[4-5]，會(huì)帶動(dòng)良好社會(huì)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)[6]。

隨著我國(guó)工業(yè)化地迅速發(fā)展，礦產(chǎn)資源的需求與日俱增，而我國(guó)大多數(shù)礦山資源品位較低，在選礦過(guò)程中產(chǎn)生大量的尾礦，導(dǎo)致尾礦量不斷增加，尾礦在工業(yè)固體廢棄物中所占的比例也越來(lái)越大。尾礦屬選礦后的廢棄物，是工業(yè)固體廢棄物的主要組成部分[7]。目前，我國(guó)發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)有 150 多種，開發(fā)建立了 8000 多座礦山，累計(jì)產(chǎn)生尾礦 5900 多億 t[8-9]。

本文主要利用鐵尾礦砂部分取代河砂或機(jī)制砂，組成混合骨料，研究鐵尾礦砂對(duì)干混砂漿耐久性能（抗凍性、抗?jié)B性和收縮性能等）的影響。

1 試驗(yàn)原材料、試驗(yàn)儀器、試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原材料

（1）水泥：山東魯碧建材有限公司 P·O42.5 水泥，比表面積為 383kg/m2，細(xì)度為 1.1%。

（2）粉煤灰：山東濟(jì)南萊城電廠 F 類Ⅱ級(jí)灰，需水量比為 104%，比表面積為 392kg/m2，45μm 篩篩余為 18.1%。

（3）砂：干混砂漿用河砂和機(jī)制砂、鐵尾礦砂的細(xì)度模數(shù)及累計(jì)篩余等如表 1 所示。

表 1 河砂、機(jī)制砂和鐵尾礦砂累計(jì)篩余及細(xì)度模數(shù)

（4）纖維素醚：采用山東常春藤建材科技有限公司生產(chǎn)的 10 萬(wàn) MPa·s 羥丙基甲基纖維素醚。

（5）水：飲用自來(lái)水。

1.2 試驗(yàn)儀器

砂子方孔標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)一套（Φ300mm，孔徑邊長(zhǎng)0.075～4.75mm），砂漿攪拌機(jī)、壓力試驗(yàn)機(jī)、振動(dòng)臺(tái)、YH-40B 標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱、全自動(dòng)抗凍儀、SJS-1.5 型砂漿抗?jié)B儀、收縮率儀器一套、電熱鼓風(fēng)干燥箱、AL204 電子天平和 DJ 系列電子天平等。

1.3 試驗(yàn)方法

抗凍性、抗?jié)B性、收縮率、試件制作與養(yǎng)護(hù)等試驗(yàn)測(cè)試按照 JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

2 鐵尾礦砂摻量對(duì)干混砂漿耐久性能的影響

2.1 添加鐵尾礦砂砌筑砂漿耐久性能對(duì)比試驗(yàn)

根據(jù)鐵尾礦砂、粉煤灰、纖維素醚對(duì)混合骨料砌筑砂漿力學(xué)性能及工作性能的影響試驗(yàn)，分別以 10%、30% 鐵尾礦砂取代機(jī)制砂、河砂，粉煤灰摻量為 30%和 20%，纖維素醚在鐵尾礦砂、機(jī)制砂或河砂混合骨料砂漿中分別是 0.1%、0.125%，通過(guò)調(diào)整需水量，控制砂漿稠度在 70～80mm，分別與未添加鐵尾礦砂砌筑砂漿耐久性（抗凍性、抗?jié)B性）進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，抗凍試驗(yàn)及抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果如表 2 所示。

從表 2 中可以看出：經(jīng) 25 次凍融循環(huán)后，用 10%鐵尾礦砂取代機(jī)制砂混合骨料砂漿強(qiáng)度損失率相對(duì)未添加鐵尾礦砂強(qiáng)度損失率降低 41.3%，質(zhì)量損失率降低13.8%；用 30% 鐵尾礦砂取代河砂混合骨料砂漿強(qiáng)度損失率相對(duì)未添加鐵尾礦砂砂漿強(qiáng)度損失率降低 5.8%，質(zhì)量損失率則降低 59.1%。兩種混合骨料砂漿抗凍性能相比較，鐵尾礦砂與機(jī)制砂混合骨料砂漿抗凍性能改善效果優(yōu)于鐵尾礦砂與河砂混合骨料的改善效果。

從表 2 中還可以看出：用鐵尾礦砂取代機(jī)制砂或河砂混合骨料砂漿抗?jié)B等級(jí)相同或有所提高，鐵尾礦砂與機(jī)制砂混合骨料砂漿抗?jié)B等級(jí)相對(duì)機(jī)制砂砂漿抗?jié)B等級(jí)由 P9 增加至 P10，而鐵尾礦砂與河砂混合骨料砂漿抗?jié)B等級(jí)與未添加鐵尾礦砂砂漿抗?jié)B等級(jí)一致，均為P8。

2.2 添加鐵尾礦砂抹灰砂漿耐久性能對(duì)比試驗(yàn)

根據(jù)鐵尾礦砂、粉煤灰、纖維素醚對(duì)混合骨料抹灰砂漿力學(xué)性能及工作性能的影響試驗(yàn)，分別以30%、50% 鐵尾礦砂取代機(jī)制砂、河砂，粉煤灰摻量為 20%，纖維素醚在鐵尾礦砂、機(jī)制砂或河砂混合骨料砂漿中均為 0.1%，通過(guò)調(diào)整需水量，控制砂漿稠度在90～100mm，分別與未添加鐵尾礦砂抹灰砂漿耐久性（抗凍性、抗?jié)B性、收縮性）進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，抗凍試驗(yàn)及抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果如表 3 所示，收縮性試驗(yàn)結(jié)果如表 4 所示。

由表 3 中可以看出：經(jīng) 25 次凍融循環(huán)后，鐵尾礦砂與機(jī)制砂混合骨料抹灰砂漿強(qiáng)度損失由 16.6% 降低至 15.9%，降低幅度為 4.2%，質(zhì)量損失由 0.28% 降低至 0.26%，降低幅度為 7.1%；鐵尾礦砂與河砂混合骨料抹灰砂漿強(qiáng)度損失由 23.9% 降低至 23.5%，降低幅度為 1.6%，質(zhì)量損失由 0.44% 降低至 0.19%，降低幅度為 56.8%。

由表 3 中還可以看出：機(jī)制砂或河砂與鐵尾礦砂混合應(yīng)用砂漿抗?jié)B等級(jí)均有所提高，鐵尾礦砂與機(jī)制砂抗?jié)B等級(jí)相對(duì)機(jī)制砂抹灰砂漿由 P8 提高至 P9，鐵尾礦砂與河砂抗?jié)B等級(jí)相對(duì)河砂抹灰砂漿由 P6 提高至 P7。

由表 4 中可以看出：無(wú)論機(jī)制砂還是河砂，與鐵尾礦砂混合后砂漿早期收縮相對(duì)未添加鐵尾礦砂的砂漿收縮有所增加，但是后期收縮逐漸降低甚至低于未添加鐵尾礦砂的砂漿收縮率。另外，相同齡期時(shí)，鐵尾礦砂與機(jī)制砂混合砂漿收縮率低于鐵尾礦砂與河砂混合砂漿收縮率，這是因?yàn)楹由吧皾{需水量相對(duì)較高，導(dǎo)致砂漿收縮會(huì)相對(duì)大些。

表 2 鐵尾礦砂砌筑砂漿抗凍性、抗?jié)B性試驗(yàn)結(jié)果

表 3 鐵尾礦砂抹灰砂漿抗凍性、抗?jié)B性試驗(yàn)結(jié)果

表 4 鐵尾礦砂抹灰砂漿收縮性能試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

（1）鐵尾礦砂細(xì)度模數(shù)較小、顆粒偏細(xì)，不宜單獨(dú)制備普通干混砂漿；可與機(jī)制砂或河砂進(jìn)行復(fù)摻，以獲得滿足符合連續(xù)級(jí)配及細(xì)度模數(shù)的混合砂。

（2）鐵尾礦砂與機(jī)制砂或河砂混合應(yīng)用于砌筑或抹灰砂漿中，均可提高砂漿抗凍性和抗?jié)B等級(jí)，添加鐵尾礦砂砂漿的早期收縮率會(huì)有所增加，但是后期收縮率會(huì)逐漸降低，甚至低于未添加鐵尾礦砂砂漿收縮率。因此，利用鐵尾礦砂與常用砂漿用砂混合使用是可行的，且有重要的研究意義。