尾礦砂摻量對C30路用混凝土性能的影響

徐國強， 于慶坤， 楊小杰

(1. 華北理工大學 建筑工程學院，河北 唐山 063009；2. 河北省地震工程研究中心，河北 唐山 063009)

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尾礦砂摻量對C30路用混凝土性能的影響

徐國強1,2， 于慶坤1， 楊小杰1

(1. 華北理工大學 建筑工程學院，河北 唐山 063009；2. 河北省地震工程研究中心，河北 唐山 063009)

尾礦砂；混凝土；農村公路；力學性能

試驗以C30農村公路用混凝土為研究對象，研究摻加不同比例尾礦砂對混凝土工作性能、力學性能的影響。試驗結果表明，摻加尾礦砂的各組混凝土工作性能良好；摻加尾礦砂降低了混凝土3 d抗彎拉強度，強度值相對于基準組降低了27.38%，尾礦砂摻量對7 d和28 d抗彎拉強度影響不大；隨著尾礦砂摻量的增加，混凝土抗壓強度呈上升趨勢，其中3 d和7 d抗壓強度增加更為明顯，當摻量為100%時，混凝土3 d、7 d和28 d抗壓強度均達到最大值。

0 引言

近年來，世界各國對尾礦砂的綜合治理和開發利用越來越重視。尾礦砂作為一種二次資源，廢棄堆積不僅嚴重污染環境，而且制約了金屬礦山的可持續發展[1-2]，因此合理開發利用尾礦砂是當前面臨的重要研究課題之一。20世紀90年代以來，我國的公路建設獲得前所未有的發展，但在公路數量和質量方面，與歐美等發達國家相比仍存在較大差距。尤其是在農村公路建設方面，路網密度偏低，路況較差，通達深度不夠，制約了農村經濟社會發展和人民生活質量的提高，農村公路建設任務依然艱巨[3]。而天然砂作為非可再生資源，建筑需求量卻是越來越大，過量開采對河道造成嚴重破壞，進而影響環境。鑒于此，考慮將尾礦砂替代天然砂用于農村公路建設，不僅可以節約資源，控制環境污染，而且經濟效益也非常可觀，具有良好的應用前景和可行性[4]。

本試驗采用尾礦砂替代天然砂制備C30路用混凝土，研究尾礦砂的摻量對混凝土工作性能和力學性能的影響，為尾礦砂資源的合理開發利用提供一條切實可行的途徑。

1 原材料與配合比

1.1原材料

水泥：唐山冀東水泥有限公司生產的“冀東牌”P.S.B32.5礦渣硅酸鹽水泥，其主要性能指標如表1所示。

表1　水泥的主要性能指標

減水劑：聚羧酸減水劑，橙黃色油狀液體，固含量30%，減水率20%。

天然砂：河北省遷安市河砂，細度模數為3.16，壓碎指標為8.1%，表觀密度為2 720 kg/m3，堆積密度為1 630 kg/m3。

鐵尾礦砂：遷安鐵尾礦經過篩分處理后的人工砂，細度模數為3.3，壓碎指標為10.9%，表觀密度為2 780 kg/m3，堆積密度為1 530 kg/m3，其主要化學成分如表2所示。

表2　鐵尾礦砂的化學成分

大石子：粒徑為10～20 mm，緊密堆積密度為1 480.5 kg/m3，表觀密度為2 467.0 kg/m3，空隙率為40.0%。

小石子：粒徑為5～10 mm，緊密堆積密度為1 438.5 kg/m3，表觀密度為2 387.0 kg/m3，空隙率為39.7%。

1.2配合比

試驗根據混凝土中尾礦砂摻加比例的不同，將混凝土配合比分為7組，各組混凝土配合比如表3所示。

表3　混凝土配合比/(kg/m3)

2 試驗結果與分析

2.1尾礦砂摻量對混凝土工作性能的影響

根據GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》，測定混凝土拌合物的坍落度，并觀察拌合物的粘聚性和保水性。試驗結果表明：尾礦砂摻量對混凝土的工作性能基本沒有影響，各組混凝土坍落度值均在35～60 mm之間，且混凝土和易性良好，無分層、泌水和離析現象。這說明摻加尾礦砂的各組混凝土工作性能良好，能夠滿足路用混凝土工作性能的要求。

2.2尾礦砂摻量對混凝土力學性能的影響

本試驗采用電液式壓力試驗機，所用混凝土試塊尺寸分別為：抗彎拉試塊100 mm×100 mm×400 mm，抗壓試塊100 mm×100 mm×100 mm。混凝土經過標準養護后，分別測定3 d、7 d、28 d的抗彎拉強度和抗壓強度，試驗測得各組混凝土抗彎拉強度值和抗壓強度值如表4所示。

表4　混凝土抗彎拉強度、抗壓強度試驗結果

2.2.1 混凝土抗彎拉強度試驗結果分析

圖1所示為尾礦砂摻量對混凝土抗彎拉強度的影響。

圖1　尾礦砂摻量對混凝土抗彎拉強度的影響

從圖1可以看出，摻加尾礦砂的各組混凝土3 d抗彎拉強度值均低于基準組，7 d和28 d強度值圍繞基準組上下波動。對于3 d抗彎拉強度，當尾礦砂摻量為10%時，其值最小為2.36 MPa，比基準組降低了27.38%；對于7 d抗彎拉強度值，尾礦砂摻量為10%～70%時，其值均低于基準組；摻量為100%時，抗彎拉強度值最大為5.11 MPa，比基準組提高了12.06%；對于28 d抗彎拉強度，尾礦砂摻量為30%時，強度值最大為6.21 MPa，比基準組提高了4.90%；摻量為70%時，強度值最小為5.63 MPa，比基準組降低了4.90%?？傊?，摻加尾礦砂降低了混凝土3 d抗彎拉強度，對于7 d和28 d抗彎拉強度影響不大。

2.2.2 混凝土抗壓強度試驗結果分析

圖2所示為尾礦砂摻量對混凝土抗壓強度的影響。

圖2　尾礦砂摻量對混凝土抗壓強度的影響

從圖2可以看出，對于3 d抗壓強度，當尾礦砂摻量為10%時，其值小于基準組混凝土，之后隨著尾礦砂摻量的增加，抗壓強度逐漸增大；當摻量為70%時，抗壓強度有所降低，但仍大于基準組混凝土；當摻量為100%時，抗壓強度最大，為20.92 MPa，比基準組提高了10.63%。對于7 d抗壓強度，當尾礦砂摻量為10%時，其值低于基準組混凝土，之后隨尾礦砂摻量的增加，抗壓強度逐漸增大；當摻量為100%時，達到最大值為35.13 MPa，比基準組提高了14.69%。對于28 d抗壓強度，隨著尾礦砂摻量的增加，抗壓強度圍繞基準組混凝土上下波動，當尾礦砂摻量為100%，抗壓強度為最大值45.38 MPa，比基準組提高了7.74%。

通過以上分析，對于尾礦砂摻量對混凝土抗彎拉強度和抗壓強度的影響，可能有以下3個方面的原因[2]：(1)尾礦砂外表粗糙，多棱角，內摩擦力較大，集料顆粒間機械嚙合力高，與膠凝材料的膠結作用更強；(2)尾礦砂的表觀密度略高于天然砂，其密實性好，體積穩定性高，而堆積密度略小于天然砂，在材料中所占體積分數較大，與其他材料接觸更加充分，骨架作用更強；(3)尾礦砂中含有少量石粉，起到微集料效應，填充混凝土結構內部的微小孔隙，提高混凝土的密實度，改善了混凝土的孔隙大小和分布，增強了水泥與骨料間的密實性，對提高強度也是有利的。

3 結論

(1)對于C30路用混凝土，摻加不同比例尾礦砂，其工作性能均能滿足路用混凝土性能的要求，新拌混凝土無泌水、離析和分層現象，坍落度值均在35～60 mm之間，工作性能良好，能夠滿足農村公路混凝土對工作性能的要求；

(2)摻加尾礦砂降低了混凝土3 d的抗彎拉強度，對于7 d和28 d的抗彎拉強度影響不大。3 d齡期時摻加尾礦砂的各組混凝土抗彎拉強度均小于基準組，7 d和28 d抗彎拉強度圍繞基準組上下波動，其波動范圍最大為13.37%；

(3)隨著尾礦砂摻量的增加，混凝土抗壓強度呈上升趨勢，其中3 d和7 d抗壓強度增加更為明顯。當尾礦砂摻量為100%時，混凝土各齡期的抗壓強度均達到最大，相對于基準組3 d、7 d和28 d抗壓強度分別提高了10.63%、14.69%和10.36%。

[1]國家統計局環境保護部．中國環境統計年鑒—2014[M]．北京：中國統計出版社，2014.

[2]張秀芝，付寶華，劉俊彪，等．鐵尾礦砂/機制砂制備高性能混凝土性能研究[J]．混凝土，2014，(3)：116-118.

[3]張百?。r村公路水泥混凝土路面的建設和管理[D]．西安：長安大學，2011.

[4]侯云芬，賈鑫．鐵尾礦砂對混凝土工作性的影響[J]．粉煤灰綜合利用，2013，(2)：27-30.

Influence of Mixing Amount of Tailing Sand on Performance in Rural Highway Concrete of C30

XU Guo-qiang1,2, YU Qing-kun1, YANG Xiao-jie1

(1.College of Civil and Architectural Engineering, North China University of Science and Technology, Tangshan Hebei 063009, China;2. Earthquake Engineering Research Center of Hebei Province, Tangshan Hebei 063009, China)

tailing sand; concrete; rural highway; mechanical property

Based on the rural highway concrete mixture ratio of C30, the influence of mixing different ratio of tailing sand on working performance and mechanical properties of concrete was studied. The test results show that each group of concrete with tailing sand has good working performance. The 3 d concrete flexural strength is reduced after adding tailing sand, and the strength value compared with the basis standard group is reduced by 27.38%, the mixing amount of tailing sand in concrete has a little influence on flexural strength of 7 d and 28 d concrete. With the increase of tailing sand content, the compressive strength of concrete is increased, and the increase of compressive strength of 3 d and 7 d concrete is more obvious. When the content of tailing sand is 100%, the compressive strength of 3 d, 7 d and 28 d concrete is maximum.

2095-2716(2016)03-0120-04

TU502+.6

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