伊犁鐵尾礦替代高含泥量天然砂礫細(xì)骨料噴射混凝土性能影響試驗(yàn)研究

張利 張鵬 任建西 王燕

（1.新疆銳路精匯工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，新疆烏魯木齊 830000；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，新疆烏魯木齊 830000）

0 引言

大宗固體廢棄物最大應(yīng)用場景是建材行業(yè)，其中約有70%多固體廢棄物的應(yīng)用市場領(lǐng)域?yàn)榻ú男袠I(yè)[1]。噴漿混凝土是使用噴射機(jī)械將拌合物直接噴到使用面，且有原材料種類豐富、施工快捷便利、對現(xiàn)場施工要求不高等特點(diǎn)，而被廣泛的應(yīng)用各種工程場景。

本文擬采用鐵尾礦砂作為摻和細(xì)骨料解決其中問題，探索鐵尾礦砂在噴射混凝土中的應(yīng)用情況。因?yàn)橛脟娚錂C(jī)械將拌合物直接噴到使用面具有工藝簡單與造價(jià)少等優(yōu)點(diǎn)，降低工程對天然砂石資源的需求量[2]。很多專家學(xué)者研究表明[3-5]，在噴漿混凝土中替代天然砂礫細(xì)骨料鐵尾礦等摻合料可以發(fā)揮鐵尾礦的優(yōu)點(diǎn)，降低缺點(diǎn)的影響，從而提高和改善噴射混凝土的綜合使用性能。但是，在施工配合比中單純的地將尾礦砂用于噴漿混凝土配制會(huì)出現(xiàn)各種起到相反作用的性能。但是以上應(yīng)用僅僅是針對鐵尾礦砂針對水洗集料進(jìn)料進(jìn)行的應(yīng)用，沒有針對新疆特有含泥量較大的天然砂礫集料的應(yīng)用，本文試驗(yàn)?zāi)康闹饕轻槍π陆赜械暮嗔枯^大的天然集料進(jìn)行應(yīng)用加入特有的常溫常壓下的細(xì)集料激發(fā)劑進(jìn)行運(yùn)用。本文實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有塌落度（和易性）試驗(yàn)、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、抗折試驗(yàn)以及凍融循環(huán)性能等，重點(diǎn)研究鐵尾礦砂對混凝土塌落度與抗壓、抗折的影響，以及最終的凍融性能影響研究。

1 試驗(yàn)

鐵尾礦：取樣至新疆伊犁松湖尾鐵礦砂，鐵尾礦砂顆粒級配、鐵尾礦的化學(xué)成分分解。本次試驗(yàn)所使用的伊犁松湖鐵尾礦砂的SiO2含量是小于50%是屬于低硅型尾鐵礦。鐵尾礦硫酸鹽及硫化物含量小于建設(shè)用砂的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值，且氯離子含量為0.005 在GB/T14684—2011《建設(shè)用砂》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中屬于I 類技術(shù)指標(biāo)，但是由于鐵尾礦砂沒有經(jīng)過水洗處理導(dǎo)致鐵尾礦砂的含泥量較高，超出規(guī)范要求的第三類建設(shè)用砂的技術(shù)指標(biāo)，屬于高含泥量，技術(shù)指標(biāo)不合格。

鐵尾礦砂的顆粒級配圖中可以看出本次試驗(yàn)所使用的伊犁松湖鐵尾礦砂大于2mm 粒徑的顆粒很少，接近80%的顆粒都在2mm以下。且不符合《普通混凝土用砂、石質(zhì)量檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ52-2006)標(biāo)準(zhǔn)中的顆粒級配范圍要求。

天然砂礫骨料：本次使用的粗骨料是從烏魯木齊戈壁灘上取的戈壁碎石骨料有害物質(zhì)在規(guī)定以下。水洗法測得含泥量為10.7%，高于《普通混凝土用砂、石質(zhì)量檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ52-2006)中規(guī)范的最高含泥量，屬于高含泥量集料。

核心激發(fā)劑：核心改性劑是由新疆大學(xué)化學(xué)學(xué)院二級教授黃勇老師團(tuán)隊(duì)研發(fā)，創(chuàng)福斯高科周易提。。供的核心改性劑，其效果可以在特定范圍內(nèi)激發(fā)天然砂礫中特細(xì)集料的膠凝性，并且可以作為減少泥粉對聚羧酸減水劑分散作用，核心改性劑作為天然砂礫混凝土的關(guān)鍵部分里面有非常多的金屬氧化物，一方面可以減少天然砂礫中的泥粉對減水劑的分散作用，并且可以提高天然砂礫混凝土后期的力學(xué)性能和凍融抗?jié)B能力，在含泥量較高的天然砂礫混凝土中核心改性劑對混凝土的性能影響是非常明顯的。實(shí)驗(yàn)方法主要有：工作性能測定方法（塌落度）、抗壓性能試驗(yàn)、抗折性能測定方法、混凝土耐久性試驗(yàn)（凍融循環(huán)）。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

隨著鐵尾礦砂替代率的增長，坍落度下降。隨著尾礦砂替代量的增加，集料細(xì)度模數(shù)降低，在同等情況下比天然砂礫混凝土的塌落度小。

本次鐵尾礦砂替代天然沙礫細(xì)骨料混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)中，分別測試了1 天、3 天、7 天與28 天的力學(xué)抗壓強(qiáng)度和混凝土力學(xué)抗折強(qiáng)度指標(biāo)。

噴射混凝土的耐久性能應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，耐久性能試驗(yàn)方法按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測試。抗凍性能按照凍融0次、25次、50次、75次、100次、125次、150次凍融循環(huán)后質(zhì)量損失率變化。

當(dāng)凍融循環(huán)為25 次時(shí)，試驗(yàn)組的混凝土的質(zhì)量都增加，因?yàn)榛炷量障遁^多吸水經(jīng)過收縮膨脹后，會(huì)破壞混凝土，質(zhì)量增加最多的是未摻加組，其質(zhì)量增加率達(dá)到了1.72%，質(zhì)量增加最小的是摻加40%鐵尾礦砂組，其質(zhì)量增加率只有了0.77%。

凍融循環(huán)后的混凝土相對動(dòng)彈性模量變化中，在6 組混凝土試驗(yàn)150 次凍融循環(huán)中，其相對動(dòng)彈性模量都出現(xiàn)下降趨勢，混凝土的凍融破壞是經(jīng)過凍融變化后毛細(xì)水在混凝土中收縮膨脹反復(fù)作用，將原本致密的混凝土變成疏松過程，動(dòng)彈性模量下降則表示混凝土內(nèi)部本身就存在一定的缺陷和微小裂縫，隨著凍融循環(huán)過程，使得微小的單個(gè)裂縫貫通成多個(gè)裂縫合多為一的貫通裂縫。當(dāng)凍融循環(huán)在25次時(shí)，鐵尾礦砂替代率40%組的試驗(yàn)的動(dòng)彈性模量下降最少，相對動(dòng)彈性模量為99.8%。未摻加鐵尾礦砂組的試驗(yàn)的動(dòng)彈性模量下降最大，相對動(dòng)彈性模量為94.3%。當(dāng)凍融循環(huán)在50 次時(shí)，鐵尾礦砂替代率40%組的試驗(yàn)的動(dòng)彈性模量下降最少，相對動(dòng)彈性模量為95.7%。

3 結(jié)語

1）伴隨著鐵尾礦替代率增加，天然砂礫混凝土的和易性逐漸下降。

2）鐵尾礦砂摻量增加各齡期混凝土抗壓、劈裂抗拉強(qiáng)度先上升后下降，并且摻量為40%時(shí)達(dá)到最大值，且高于復(fù)摻35%砂率的天然砂礫細(xì)骨料對照組。

3）摻入鐵尾礦的混凝土凍融后質(zhì)量損失率相差不超過3%，且相對動(dòng)彈性模量都可保持60%以上，在復(fù)摻40%鐵尾礦砂時(shí)，相對動(dòng)彈性模量下降最少。鐵尾礦砂混凝土和天然砂混凝土的抗凍性基本接近。

4）綜合使用鐵尾礦混凝土的工作性能、力學(xué)性能和耐久性能，在最大使用量利用鐵尾礦出發(fā)，鐵尾礦摻量為50%及以下的摻量均可滿足配制強(qiáng)度等級為C30 的噴射混凝土力學(xué)性能要求，凍融性能略微差一點(diǎn)。