鐵尾礦粉摻量對混凝土強(qiáng)度的影響

商東波，楊四華，白少森，吳 博，申佩佩

鐵尾礦粉摻量對混凝土強(qiáng)度的影響

商東波1，楊四華2，白少森2，吳 博2，申佩佩2

（1.河北省南水北調(diào)工程建設(shè)管理局，石家莊050035；2.河北省水利科學(xué)研究院，石家莊050057）

鐵尾礦粉產(chǎn)出量大且污染環(huán)境，通過對鐵尾礦粉的物理性能進(jìn)行分析，將鐵尾礦粉與粉煤灰作為礦物摻合料，按照不同比例摻入混凝土拌合物中，研究在不同的水膠比下，鐵尾礦粉對混凝土強(qiáng)度的影響。當(dāng)摻合料中的鐵尾礦粉摻量高于粉煤灰時，會降低混凝土的抗壓強(qiáng)度。較高水膠比情況下，隨著摻合料的增加混凝土強(qiáng)度越來越低；中等水膠比情況下，適當(dāng)摻加摻合料提高了混凝土抗壓強(qiáng)度；較低水膠比情況下，適量摻合料對混凝土強(qiáng)度有明顯提高。

鐵尾礦粉；粉煤灰；水膠比；混凝土強(qiáng)度

河北省是鋼鐵大省，鐵礦石資源豐富，而鐵尾礦粉目前已成為我國產(chǎn)出量最大、綜合利用率最低的固體廢棄物。鐵尾礦粉不僅占用土地、污染環(huán)境，而且對地下水也會產(chǎn)生影響［1］。二次合理利用鐵尾礦粉，不僅能夠解決環(huán)境問題，而且能夠給國家?guī)硪欢ǖ慕?jīng)濟(jì)效益和社會效益。在混凝土中摻入鐵尾礦粉能夠消耗大量的鐵尾礦粉，對社會經(jīng)濟(jì)循環(huán)及可持續(xù)發(fā)展具有要意義。

1 鐵尾礦粉性能檢測

試驗用鐵尾礦粉來自河北省承德市地區(qū)和唐山市地區(qū)，礦物組成主要包括石英石、赤鐵礦、角閃石、磁鐵礦等。材料檢測試驗依據(jù)DL/T 5144-2015《水工混凝土施工規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)要求，通過對鐵尾礦粉進(jìn)行物理［2］及化學(xué)性能［3］的檢測，結(jié)果如表1、表2。

表1 物理性能檢測結(jié)果

表2 化學(xué)性能檢測結(jié)果

各項檢測結(jié)果均符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。對鐵尾礦粉進(jìn)行顆粒級配檢測試驗，其細(xì)度模數(shù)1.27，屬于超細(xì)砂。

根據(jù)鐵尾礦粉的化學(xué)性能檢測結(jié)果，尾礦粉的質(zhì)量系數(shù)為0.27，堿度系數(shù)為0.15。

分析可知，鐵尾礦粉的活性并不高，而且屬于酸性渣。

2 試驗方案

根據(jù)鐵尾礦粉物理性能及化學(xué)性能的檢測結(jié)果，對試驗方案進(jìn)行設(shè)計。試驗選用的水膠比分別為0.55，0.45和0.35，每個水膠比試塊分為10組，為方便計數(shù)，試驗將水膠為比0.55，0.45和0.35的試塊分別編號1，2，3……10。所有試塊編號1的混凝土試塊均不摻加摻合料，其膠凝材料只有水泥；編號2～4的混凝土試塊用20%鐵尾礦粉和粉煤灰的摻合料代替同比例的水泥用量，摻合料中鐵尾礦粉和粉煤灰比例分別為2∶8，4∶6，6∶4；編號5~7的混凝土試塊30%鐵尾礦粉和粉煤灰的摻合料代替同比例的水泥用量，摻合料中鐵尾礦粉和粉煤灰比例分別為2∶8，4∶6，6∶4；編號8～10的混凝土試塊用40%鐵尾礦粉和粉煤灰的摻合料代替同比例的水泥用量，摻合料中鐵尾礦粉和粉煤灰的比例分別為2∶8，4∶6，6∶4。

試驗按照各自配比進(jìn)行混凝土拌合，每組配比試塊分3組，分別標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至7，28，90d，在壓力機(jī)上進(jìn)行混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度試驗。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 高水膠比

水膠比為0.55時混凝土的抗壓強(qiáng)度如圖1。

圖1 水膠比0.55時混凝土抗壓強(qiáng)度

如圖1所示，10組試塊的抗壓強(qiáng)度的增長趨勢基本一致，試塊抗壓強(qiáng)度從齡期7～28d的增長率高于從齡期28～90d。

1號試塊的抗壓強(qiáng)度明顯高于其他試塊，且混凝土的強(qiáng)度隨著摻合料比例的增加而降低。

在摻加摻合料的試塊中，當(dāng)鐵尾礦粉和粉煤灰的比例為2∶8時，混凝土的抗壓強(qiáng)度最高；當(dāng)鐵尾礦粉和粉煤灰的比例為4∶6時，混凝土的抗壓強(qiáng)度次之；當(dāng)鐵尾礦粉和粉煤灰的比例為6∶4時，混凝土的抗壓強(qiáng)度最低。鐵尾礦粉作為摻合料的活性略低于粉煤灰，且當(dāng)鐵尾礦粉在摻合料中的含量明顯高于粉煤灰的含量時，在一定程度上降低了混凝土的抗壓強(qiáng)度。

3.2 中水膠比

水膠比為0.45時混凝土的抗壓強(qiáng)度如圖2。

如圖2所示，與第1組試塊相似，10組試塊的抗壓強(qiáng)度的增長趨勢基本一致，試塊抗壓強(qiáng)度從齡期7～28d的增長率高于從齡期28～90d；隨著摻合料比例的增加，混凝土強(qiáng)度呈遞減趨勢；當(dāng)鐵尾礦粉和粉煤灰的比例為2∶8時，混凝土的抗壓強(qiáng)度最高，比例為4∶6時，強(qiáng)度次之，比例為6∶4時，強(qiáng)度最低。

圖2 水膠比0.45時混凝土抗壓強(qiáng)度

1號試塊的抗壓強(qiáng)度并沒有明顯高于其他試塊，在齡期為7d和28d時，1號的強(qiáng)度略高于其他9組試塊，而到了齡期為90d時，1號的強(qiáng)度反而低于2號和3號試塊。

在中水膠比情況下，摻合料的添加并沒用使碾壓混凝土抗壓的強(qiáng)度有明顯降低，反而有適當(dāng)提高。

3.3 低水膠比

水膠比為0.35時混凝土的抗壓強(qiáng)度如圖3。

圖3 水膠比0.35時混凝土抗壓強(qiáng)度

如圖3所示，與前兩組試塊相似，10組試塊的抗壓強(qiáng)度的增長趨勢基本一致，試塊抗壓強(qiáng)度從齡期7～28d的增長率高于從齡期為28～90d；隨著摻合料比例的增加，混凝土強(qiáng)度呈遞減趨勢；當(dāng)鐵尾礦粉和粉煤灰的比例為2∶8時，混凝土的抗壓強(qiáng)度最高，比例為4∶6時，強(qiáng)度次之，比例為6∶4時，強(qiáng)度最低。

1號試塊的增長趨勢與前兩組試驗基本一致，2～5號試驗與前兩組試驗有著明顯不同，齡期7～28d期間增長更加迅猛，后5組試塊的抗壓強(qiáng)度的增長趨勢與前兩組基本保持一致。1號試塊只有齡期為7d時的抗壓強(qiáng)度明顯高于其他9號試塊的強(qiáng)度，到28d和90d時，有4組試塊的強(qiáng)度比它要高。說明在水膠比較低的情況下，雖然隨著摻合料比例的提高，會使混凝土強(qiáng)度的增長率呈負(fù)值，但是適量摻合料會使碾壓混凝土試塊抗壓強(qiáng)度有明顯增加。

在配合比條件中水膠比的數(shù)值較低的情況下，20%和30%的摻合料含量都會增加碾壓混凝土的抗壓強(qiáng)度，較不含摻合料的混凝土強(qiáng)度有明顯提高。

4 結(jié)語

（1）研究了鐵尾礦粉的物理性能，鐵尾礦粉屬于超細(xì)砂，并且鐵尾礦粉活性不高，屬于酸性渣一類。試驗將鐵尾礦粉與粉煤灰一起作為礦物摻合料，按照不同比例摻入混凝土拌合物中，在不同的水膠比下，鐵尾礦粉對混凝土強(qiáng)度的影響。

（2）不同水膠比下，當(dāng)鐵尾礦粉與粉煤灰比例為2∶8時，混凝土的抗壓強(qiáng)度最高，當(dāng)鐵尾礦粉與粉煤灰比例為4∶6時，混凝土的強(qiáng)度次之，當(dāng)鐵尾礦粉與粉煤灰比例為6∶4時，混凝土的強(qiáng)度最低。當(dāng)摻合料中的鐵尾礦粉摻量高于粉煤灰時，會降低混凝土的抗壓強(qiáng)度。

（3）混凝土高水膠比0.55的情況下，隨著摻合料增加，混凝土強(qiáng)度越低；在中等水膠比0.45的情況下，摻合料的摻加提高了混凝土抗壓強(qiáng)度；在水膠比較低0.35的情況下，20%和30%的摻合料摻量相比于不摻加摻合料的混凝土有明顯提高。

［1］韓冬蕓.鐵尾礦整體綜合利用技術(shù)［J］.礦業(yè)快報，2007（5）.

［2］程琳琳，朱申紅.國內(nèi)外尾礦綜合利用淺析［J］.中國資源綜合利用，2005（11）：30-32.

［3］何哲祥，鮑俠杰，董澤振.銅綠山銅礦不脫泥尾礦充填試驗研究［J］.金屬礦山，2005：15-17.

［4］閻培渝，張慶歡.含粉煤灰或石英粉復(fù)合膠凝材料的抗壓強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律［J］.硅酸鹽學(xué)報，35（3）：263-268.

［5］田景松，楊榮俊，王海波.北京地區(qū)鐵尾礦砂在水泥混凝土中的資源化利用技術(shù)研究［J］.科技導(dǎo)航，2009（2）：33-45.

［6］王振宇，王俊亭，袁杰.活性粉末混凝土配比試驗研究［J］.混凝土，2006（6）：80-84.

Study in impact of concrete strength on the amount of iron ore tail

SHANG Dong-bo1，YANG Si-hua2，BAI Shao-sen2，WU bo2，SHEN Pei-pei2
（1.The Administration of the South-to-North Water Diversion Project Construction in Hebei Province，Shijiazhuang 050035，China；2.Hebei Provincial Academy of Water Resources，Shijiazhuang 050057，China）

Iron ore tail output is large and pollute the environment，In this paper，it is themineral admixtures toiron ore tail and fly ashby the different proportion in concrete mixture，through study of the physical properties of iron ore tail.Research the iron ore tail's influence on the strength of concrete under different water ratio.The strength of the concrete will be affected by addingthe iron ore tail，it can reduce the concrete strength when the amount of iron ore tail is higher than fly ash.When the water ratio is higher，it is more and more low to concrete strength with the admixture increased；When the water ratio is middle，it properly increased the concrete strength with the adding of admixture；When the water ratio is low，the concrete strength are improved obviously with the right amount of admixture.

Iron ore tail；fly ash；water-binder ratio；concrete strength

TU528

B

1672-9900（2016）04-0067-03

2016-06-15

商東波（1974-），男（漢族），河北石家莊人，高級工程師，主要從事水利工程設(shè)計工作，（Tel）13722997896。