基于尾礦砂利用技術(shù)的綠色混凝土施工技術(shù)研究

張海霞 王龍志 崔 鑫 張 雪

(山東建澤混凝土有限公司，濟南 250101)

1 前言

混凝土是由膠結(jié)材料，骨料和水按一定比例配制，經(jīng)攪拌振搗成型，在一定條件下養(yǎng)護而成的人造石材。混凝土具有原料豐富，價格低廉，生產(chǎn)工藝簡單的特點，其用量越來越大;同時混凝土具有抗壓強度高，耐久性好，強度等級范圍寬，使其得到廣泛使用。目前混凝土原材料品種豐富，混凝土質(zhì)量良莠不齊，而現(xiàn)代混凝土設(shè)計除滿足強度外，環(huán)保性、安全性、耐久性和經(jīng)濟性成了必須考慮的因素。在這種情況下，各種活性摻合料、人工集料、混凝土外加劑已經(jīng)成為現(xiàn)代混凝土中不可缺少的組份，如何保證混凝土中各組分能夠為混凝土做貢獻，是目前預拌混凝土企業(yè)面臨的問題。在多年的混凝土生產(chǎn)施工過程中，致力于綠色混凝土施工方法的研究，通過不斷探索、創(chuàng)新、發(fā)展、完善，總結(jié)出了一整套成熟的施工方法，并形成了基于尾礦砂利用技術(shù)的綠色混凝土施工技術(shù)。

2 技術(shù)原理

目前使用機制砂全部取代河砂制成的混凝土，由于其機制砂級配斷層從而導致其工作性能存在一定的缺陷，采用鐵尾礦砂取代部分機制砂，可有效彌補其級配缺陷。使用機制砂和鐵尾礦砂制成的混合砂取代細骨料，其細骨料級配更合理，可以更好地調(diào)整混凝土的工作性能，且滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的力學性能。同時鐵尾礦砂的使用不僅可解決廢棄物的堆放造成的環(huán)境污染，還可大大降低混凝土的材料成本。

以《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》(JGJ55)為基礎(chǔ)，視工程實際應用情況以及上周期混凝土強度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)以傳統(tǒng)方式進行基準配合比設(shè)計;其中各膠凝材料比例的確定采用膠砂強度法確定，細骨料各組分的確定采用級配法確定，回收水的利用采用濃度法確定;對基準配合比進行調(diào)整，最終通過試配驗證并結(jié)合工程實際情況和具體要求給出最終配合比。

3 材料選擇

3.1 骨料

(1)細骨料采用機制砂和鐵尾礦砂制成的混合砂，其中機制砂選用濟南當?shù)厣a(chǎn)，細度模數(shù)3.1～3.3，石粉含量低于10.0%，亞甲藍試驗合格;鐵尾礦砂選用濟南長清地區(qū)生產(chǎn)，細度模數(shù)1.4～1.7，亞甲藍試驗合格，化學組成如表1 所示。

表1 濟南附近地區(qū)尾礦砂化學組成

由于沒有尾礦砂在水泥混凝土中應用的相關(guān)檢測標準，同時為了確保尾礦砂的安定性滿足應用于水泥混凝土中的標準，將尾礦砂磨成80μm 篩余小于5%的細粉，依據(jù)《水泥標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》GB/T 1346-2011 進行尾礦砂粉安定性檢測，三種尾礦砂粉的安定性值均小于2mm，判定三種尾礦砂安定性合格。

(2)粗骨料選用濟南當?shù)禺a(chǎn)的5～25mm 碎石。

3.2 摻合料

(1)粉煤灰宜采用Ⅱ級粉煤灰。對于低強度等級混凝土，也可以采用Ⅲ級粉煤灰。本技術(shù)中試驗及生產(chǎn)中采用的粉煤灰為聊城茌平電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰［1］。

(2)礦渣粉宜選用S95 級。對于低強度等級混凝土，也可以采用S75 級礦渣粉，對于高強混凝土或高性能混凝土，優(yōu)先選用S105 級礦渣粉。本技術(shù)中試驗及生產(chǎn)中所用礦渣粉為濟南魯新建材有限公司生產(chǎn)的S95 級礦渣粉。

表2 粉煤灰性能指標

表3 礦粉物化指標

3.3 外加劑

選用當?shù)禺a(chǎn)的脂肪族外加劑，降低水泥用量和用水量，增大混凝土穩(wěn)定性和流動性。本技術(shù)中所用外加劑為濟南華建外加劑廠生產(chǎn)的BSM 系列外加劑。

3.4 飲用水

濟南地區(qū)飲用水。

4 試驗及試生產(chǎn)

4.1 各材料比例的確定

依據(jù)相關(guān)國家及行業(yè)標準，通過試驗確定機制砂與尾礦砂的比例。

機制砂與尾礦砂比例的確定:通過不同比例的混合，獲取最大堆積密度和最小孔隙率，以便盡可能減少膠凝材料漿體的用量，來達到降低砂率，減少用水量和膠凝材料用量的目的。對混合砂進行篩分試驗，確定混合砂的最佳級配區(qū)間，同時確保0.315mm篩混合砂的通過量不小于15%，從而確保混凝土的可泵性能。實驗證明在機制砂與鐵尾礦砂的比例為8∶2 時較為合理。

表4 混合砂實例

上述數(shù)據(jù)根據(jù)一種利用尾礦砂進行砂級配改良的方法得到，具體步驟為:

①對尾礦砂進行篩分，各方孔篩上的累積篩余用Ax 表示，計算其細度模數(shù);

②對需改良砂進行篩分，各方孔篩上的累積篩余用Bx 表示，計算其細度模數(shù);

③將尾礦砂與需改良砂按a∶b 混合進行篩分，各方孔篩上的累積篩余用Cx 表示，Cx=a ×Ax +b ×Bx，x 取值1、2、3、4、5、6，計算其細度模數(shù)，其中a+b=1，且a 與b 取0.05 的正整數(shù)倍;

④當混合砂的細度模數(shù)值在2.3～3.0 時，將a* 100%份尾礦砂和b* 100%份的需改良砂進行充分混合后，得到混合砂;當混合砂的細度模數(shù)值不在2.3～3.0 時，重復步驟①②③。

其中以尾礦砂為例，細度模數(shù)計算公式為:細度模數(shù)=【(A2 +A3 +A4 +A5 +A6)-5* A1】/(100-A1)，實例1 中a 取值0.35，b 取值0.65，a +b=1，混合砂的細度模數(shù)2.7，在2.3～3.0 之間，實例1的混合砂是按照質(zhì)量份數(shù)用上述35%的有色金屬礦尾礦砂與65%的機制砂充分混合得到。

實例2 中a 取值0.5，b 取值0.5，a +b=1，混合砂的細度模數(shù)2.7，在2.3～3.0 之間，實例2 的混合砂是按照質(zhì)量份數(shù)用上述50%的鐵尾礦砂與50%的河沙與機制砂組成的需改良砂充分混合得到。

實例3 中a 取值0.2，b 取值0.8，a+b=1，混合砂的細度模數(shù)2.8，在2.3～3.0 之間，實例3 的混合砂是按照質(zhì)量份數(shù)用上述20%的黃金礦尾礦砂與80%的河砂充分混合得到。

實例1～3 中的混合砂主要參數(shù)指標，如表5 所示。其中混合砂的主要參數(shù)使用JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》檢驗。

表5 混合砂主要參數(shù)指標

利用上述實例1～3 的混合砂制備的預拌混凝土，主要數(shù)據(jù)如表6 所示。

表6 混合砂制備的預拌混凝土主要數(shù)據(jù) kg/m3

檢測預拌混凝土的工作性能、力學性能、耐久性能。工作性能的試驗方法按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行試驗，檢測指標要求滿足施工要求;力學性能試驗方法按照GB/T50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行試驗，檢測指標要求滿足設(shè)計強度要求;耐久性能的試驗方法按照GB/T50082-2002《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》進行試驗，檢測指標要求滿足設(shè)計耐久性要求。

預拌混凝土主要指標如表7 所示，混凝土狀態(tài)如圖2 所示。

表7 預拌混凝土主要指標

其中，上述預拌混凝土在制備過程中，投料順序都是石與混合砂攪拌10s～30s，再投入所述的膠凝材料、水、外加劑，攪拌10s～60s，出機。

4.2 混凝土試生產(chǎn)

結(jié)合現(xiàn)場情況、環(huán)境情況及其它影響對優(yōu)化后的配合比進行試生產(chǎn)，同時進行拌合物性能試驗，符合要求即進行生產(chǎn)，不符合要求進行微調(diào)。

5 工程應用

本技術(shù)自2013 年9 月份已大范圍應用于中國建筑第八工程局有限公司承建的東城逸家建設(shè)項目工程2-2 地塊工程、中海華山北片區(qū)a 地塊地下車庫及配套設(shè)施工程、中海華山北片區(qū)A 地塊地下車庫及配套設(shè)施工程等建筑工程當中，混凝土應用量已超過100 萬方，對確保混凝土的質(zhì)量、降低了混凝土成本、杜絕現(xiàn)場混凝土堵泵現(xiàn)象起到了重要作用，同時保護了環(huán)境。

圖1 東城逸家施工現(xiàn)場

圖2 中海華山北片區(qū)施工現(xiàn)場

圖3 中海華山北片區(qū)施工現(xiàn)場

6 效益分析

6.1 社會效益

本技術(shù)解決了目前原材料品種變化多樣、實際生產(chǎn)比例無法確定的現(xiàn)狀，尤其是混凝土中摻合料比例無明確的標準及試驗方法，導致均為經(jīng)驗比例，從而導致浪費。本技術(shù)不僅為本公司的混凝土生產(chǎn)及質(zhì)量控制提供了可靠的依據(jù)，更為各預拌混凝土企業(yè)混凝土的質(zhì)量控制提供了借鑒，具有很好的推廣應用價值，可有效的保護環(huán)境，避免資源的浪費。

6.2 經(jīng)濟效益

采用本技術(shù)，可以大力推廣摻合料和回收水的使用，不僅改善了混凝土狀態(tài)，還大大降低了生產(chǎn)施工成本。山東建澤混凝土有限公司濟南分公司和青島分公司目前以生產(chǎn)混凝土，每方混凝土節(jié)約材料成本，降低排污費，更為公司創(chuàng)造效益。

7 結(jié)語

本技術(shù)以事實為原則，數(shù)據(jù)充足且可靠，對機制砂與鐵尾礦砂的摻量確定，通過更科學的方法進行確定，從而保證了混凝土的可泵性能。以雙摻粉煤灰和礦粉代替部分水泥，以大小粒徑組合、混摻等技術(shù)措施配置的具有良好的級配和低的空隙率的混合砂代替天然砂，使廢物得到利用，減少環(huán)境污染，節(jié)約資源，混凝土其工作性能優(yōu)于傳統(tǒng)預拌混凝土，成本降低，經(jīng)濟效益和環(huán)境效益明顯。

［1］崔鑫，張海霞，李亞真，等.關(guān)于粉煤灰需水量比測試方法的幾點思考［J］.混凝土，2012(11):51-53.