以鐵尾礦為骨料的免燒透水磚配合比設計及試驗

韓祖麗　陳羽玲　吳春梅

【摘 要】本文論述以鐵尾礦為骨料的免燒透水磚配合比設計方法及試驗，在分析配比設計步驟基礎上，闡述以水泥漿包裹骨料的厚度為主要參數，在水灰比為0.2～0.3，水泥漿包裹厚度為0.3mm～0.6mm，骨料為4.75～9.5mm單一粒徑鐵尾礦的條件下的試驗過程，試驗結果表明：鐵尾礦透水磚的透水系數滿足GB/T25993-2010《透水路面磚和透水路面板》的要求;鐵尾礦透水磚28天抗壓強度與水泥漿包裹骨料厚度的關系，可作為鐵尾礦透水磚配比設計的依據。

【關鍵詞】鐵尾礦? 免燒透水磚? 配合比設計? 裹漿厚度

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2019）02C-0190-03

礦產開采、加工伴生大量煤矸石、粉煤灰、尾礦渣等工業固體廢物，工業固體廢物的有效處理成為全球公認的重大課題。目前多數企業對工業固體廢物處置采取堆放的形式，侵占大量土地資源，同時破壞地貌景觀和植被，堆場一旦發生崩塌或者滲透，工業固體廢棄物滲入河流或者地下水，對生態環境和周邊居民飲用水安全影響巨大。因此，加強對尾礦的研究已刻不容緩，尤其是排放量較大的鐵尾礦。

近年來，隨著城鎮化進程加快，城市中心區被大量鋼筋混凝土、花崗巖等密封材料覆蓋，雨水不能迅速滲入地下，導致地表氣溫升高，形成“熱島效應”。透水磚是一種路面鋪裝材料，具有透水性好、強度高、保濕、防滑、抗凍、耐風化等特點。透水磚的貫通孔隙結構，使雨水能夠透過磚表面快速滲透地下，補給地下水資源和土壤水;遇到暴雨時可有效減少徑流，同時可調節地表的溫濕度，有效緩解城市“熱島效應”。

利用資源化處理后的鐵尾礦作為骨料生產免燒透水磚，是提高尾礦綜合利用率的有效方式。透水磚作為海綿城市建設重要的建筑材料之一，在歐美、日本等地已廣泛應用?？箟簭姸群屯杆阅苁峭杆u的兩個關鍵技術指標，與透水磚的組成材料、配合比密切相關。我國對于透水磚的研究起步較晚，目前國內無統一的透水磚配合比設計方法。本文在國內外相關研究成果的基礎上，提出一種以水泥漿包裹骨料的厚度為主要參數，通過調整水泥漿包裹骨料的厚度來滿足強度要求的鐵尾礦免燒透水磚配合比設計方法，并通過試驗證明該配合比設計方法行之有效。

一、配合比設計的基本思路和方法

透水磚在結構上與普通混凝土有較大差別，普通混凝土要求內部結構越密實越好，而透水磚要求在滿足一定密實度的基礎上，還應具有一定孔隙，以滿足透水的要求。透水磚制備的基本思路為：水泥漿體均勻地包裹緊密堆積狀態下的粗骨料，且水泥漿無多余，使骨料顆粒相互黏結在一起，由于缺少水泥漿、細骨料的填充作用，透水磚凝固后形成多孔透水結構。根據以上思路，本文提出一種透水磚配合比設計方法：第一，根據骨料緊密堆積密度，計算單位體積骨料的用量;第二，根據骨料粒徑、表觀密度計算骨料比表面積;第三，假定骨料的包裹厚度、水灰比，計算水泥漿總體積，進而計算水泥用量;第四，根據水灰比計算水用量，根據外加劑與膠凝材料的質量百分比計算外加劑用量;第五，根據需要調整裹漿厚度以實現不同配合比要求。

三、鐵尾礦免燒透水磚配合比設計試驗

透水磚的透水性能和強度是相互矛盾的指標。若要保證透水磚具有一定強度，并且具有較好透水性能，可通過合理搭配顆粒級配來實現。對于粗骨料的級配，通常選用單粒級或間斷級配。對于粗骨料的粒徑，通常選用粒徑較小的顆粒。一般來說，骨料粒徑越大，其表面積越小，水泥漿包裹骨料的面積減少，透水磚內部結構較松散，透水系數越大，抗壓強度越低;反之，骨料粒徑越小，其表面積越大，水泥漿包裹骨料的面積增大，透水磚內部結構越密實，透水系數越小，抗壓強度越高。

（一）原材料

1.膠凝材料。選用42.5級普通硅酸鹽水泥，表觀密度3050Kg/m3 ，其化學成分見表1。

2.鐵尾礦。將廣西崇左某地鐵尾礦進行人工篩分，選取4.75～9.5mm單一粒徑作為制備骨料，表觀密度2715Kg/m3，堆積密度1610Kg/m3，孔隙率41%。其化學成分見表2。

3.減水劑。為聚羧酸聚合物高性能減水劑，其主要指標見表3。

（二）尾礦透水磚配合比設計參數及理論值

本算例的骨料采用4.75～9.5mm單一粒徑的鐵尾礦，撥開系數取0.97，水灰比為0.23，設計5組試樣，水泥漿包裹骨料的厚度分別為：0.38、0.42、0.46、0.5、0.54mm。5組試樣的配合比設計參數見表4，配合比設計方案見表5。

（三）試件制備

將鐵尾礦骨料與適量水拌和，使骨料處于表面飽和面干狀態;將全部膠凝材料加入拌和;再加入全部減水劑和剩余的水攪拌均勻，將物料注入磚模;試件采用加壓成形工藝，成形壓力2MPa;成形后將試件送入養護室養護，養護溫度（20±2）℃，相對濕度95%;24小時后脫模，轉到室外繼續人工養護，每天澆水 1 次，直至規定28天齡期。

（四）試驗及數據分析

5組試樣的配合比及各指標實測值，見表6。由表6可知，隨著裹漿厚度增加，透水磚試件的28天抗壓強度逐漸增大，透水系數逐漸減小;并且隨著裹漿厚度的增加，28天抗壓強度的增幅減小。當裹漿厚度為0.381mm時，28天抗壓強度為22.66MPa，透水系數為4.23mm/s;當裹漿厚度為0.425mm時，28天抗壓強度為27.58MPa，透水系數為2.85mm/s;當裹漿厚度為0.467mm時，28天抗壓強度為32.54MPa，透水系數為2.65mm/s;當裹漿厚度為0.508mm時，28天抗壓強度為36.80MPa，透水系數為1.70mm/s;當裹漿厚度為0.537mm時，28天抗壓強度為39.03MPa，透水系數為1.48mm/s。5組試件的透水系數均大于0.2mm/s，即均滿足GB/T25993-2010《透水路面磚和透水路面板》中規定的A級透水系數的要求。

考慮到鐵尾礦透水磚內部結構的非均質性，采用二次多項式函數擬合骨料裹漿厚度和28天抗壓強度散點圖（見圖1），擬合方程y=-123.46x2+220.08x-43.388，相關系數R2=0.999。由此可知，骨料裹漿厚度與28天抗壓強度具有較好相關性。證明通過調整水泥漿包裹骨料的厚度來滿足強度要求的鐵尾礦免燒透水磚配合比設計方法是可行的。

四、結論

以水泥漿包裹骨料的厚度為主要參數的鐵尾礦透水磚配合比設計方法，在水灰比為0.2～0.3，水泥漿包裹厚度為0.3mm～0.6mm，骨料為4.75～9.5mm單一粒徑鐵尾礦的條件下，通過反復試驗表明：首先，以鐵尾礦為粗骨料，不添加細骨料配制的免燒透水磚，經實測其透水系數和28天抗壓強度等主要指標，滿足GB/T25993-2010《透水路面磚和透水路面板》的要求，可見以鐵尾礦為骨料配制免燒透水磚是可行的。其次，鐵尾礦透水磚28天抗壓強度與水泥漿包裹骨料的厚度具有較好相關性，通過調整水泥漿包裹骨料的厚度可制作不同抗壓強度的鐵尾礦透水磚。若調整水泥漿包裹骨料的厚度無法滿足要求，還可以通過改變骨料粒徑、顆粒級配，調整水灰比，添加硅灰、粉煤灰等礦物摻和料等方法直至滿足要求。

通過試驗可知，本文提出的透水磚配合比設計方法是可靠的。以水泥漿包裹骨料的厚度為主要參數的鐵尾礦透水磚配合比設計方法，不僅適用于單粒徑骨料，對于任意比例的單粒徑復合級配同樣適用。

【參考文獻】

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[3]李冉，趙迪，等.生態混凝土抗壓強度與孔隙率關系試驗研究[J].海河水利，2018（2）

【基金項目】2019年度廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目“以鐵尾礦為骨料的免燒透水磚配合比設計研究”（2019KY1654）

【作者簡介】韓祖麗（1985— ），男，壯族，廣西河池人，講師，工程師，研究生，研究方向：巖石斷裂力學與建筑材料;陳羽玲（1982— ），女，廣西北海人，講師，碩士，研究方向：行政管理（信息化管理）;吳春梅（1985— ），女，重慶合川人，講師，工程師，研究生，研究方向：新型建筑材料。

（責編 蘇 洋）