一種鐵尾礦砂摻和的綠色混凝土的制備與性能研究

孫昌明

（鐵正檢測科技有限公司，山東 濟南 250014）

1 研究背景

中國作為一個幅員遼闊、礦產資源豐富的國家，有許多礦產資源開采基地，同時也存在著廢棄礦渣被大量堆積許多年且得不到有效利用的現象，不僅造成污染環境，而且每年耗費大量人力物力。現如今，在我國基建大規模進行的背景下，原材料等需求不斷增加，但是供給卻不足。而且由于環境污染越來越嚴重，因此國家近年來加大了對高能耗高污染的行業的限制，垃圾處理問題困擾著企業的發展。如何高效地利用原材料，同時將工業廢棄物變廢為寶成為亟待解決的問題。

2 試驗

2.1 原材料

本試驗的原材料包括：鐵尾礦砂、水泥（選用中聯水泥有限公司P.O42.5硅酸鹽水泥，初凝時間180min，終凝時間360min，比表面積335m2/kg，抗壓抗折強度合格）摻合料（選用肥城電廠F類Ⅱ級粉煤灰，細度15.6%，燒失量3.8%，含水量0.5%，需水量比96%，28d活性指數80%）、細骨料（選用河砂，屬于Ⅱ區中砂，細度模數為2.9，含泥量1.6%，泥塊含量0.5%，表觀密度2640kg/m3）、粗骨料（選用泰安道朗5-31.5mm規格碎石，其含泥量0.4%，泥塊含量0.1%，針片狀含量5%，表觀密度2710kg/m3，壓碎指標值10.9%）、外加劑（選用高性能減水劑，減水率為26.1%，泌水率比48%，28d抗壓強度比129%）。

2.2 試驗方法

（1）先通過普通C30泵送混凝土配合比，以不同比例的鐵尾礦砂、機制砂搭配代替部分河砂進行混凝土試配，最終找出拌和物最好狀態下的鐵尾礦砂、機制砂最佳摻加量用于混凝土生產配合比。

（2）分別對不同比例的鐵尾礦砂、機制砂與河砂的混凝土拌合物進行和易性、力學性能、微觀結構、抗凍性能、抗滲性能分析，研究鐵尾礦砂對混凝土各項性能的影響，為鐵尾礦砂在混凝土生產中的大批量應用提供堅實的理論依據。

3 鐵尾礦砂混凝土的性能研究

3.1 混凝土和易性及力學性能對比

鐵尾礦砂：樣品1的細度模數為1.6，樣品2的細度模數為1.2，樣品3的細度模數為1.0。通過C30配合比，將鐵尾礦砂與砂按照比例進行摻配來進行實驗。

隨著鐵尾礦砂細度模數的減少，鐵尾礦砂顆粒更細，這使得混凝土拌合物的表觀密度有所提高，但由于細度增大需水量增大，混凝土工作性變差，所以混凝土拌合物的坍落度降低，含氣量增大。

由于鐵尾礦砂本身細度較小，因此具有一定的填充效應，使得混凝土更加密實有助于強度的提高。根據試驗我們可以得出樣品2的強度最大。這是因為只有合適的堆積下才能保證填充更加完美，同時鐵尾礦砂的填充效應使得混凝土拌合物的表觀密度增大和含氣量減少，這樣成型的混凝土較為致密，所以強度最大。

3.2 鐵尾礦砂的細度模數對混凝土抗氯離子滲透性能的影響

鐵礦尾砂的細度模數能夠改變混凝土的抗氯離子滲透性，本節設計了細度模數對混凝土氯離子電通量影響測試。

由于鐵尾礦砂細度模數小填充效應明顯，在中和需水量以及填充效應后找到了合適方案。細度模數為1.2的鐵尾礦砂的電通量和抗氯離子系數最低，表明抗氯離子滲透的能力越高，如圖1所示。若減小鐵尾礦砂的細度模數則混凝土的工作性變差，成型的混凝土孔隙較高，不利于抵抗氯離子侵蝕。

圖1 細度模數對混凝土氯離子電通量的影響

3.3 鐵尾礦砂摻量對混凝土抗凍性能的影響

抗凍性是混凝土耐久性中的一項重要指標。所有試樣均在國標下標準養護28d后進行測試。鐵尾礦砂摻量對混凝土抗凍性的影響如表1所示，鐵尾礦砂摻量對混凝土質量損失率的影響如圖2所示。

表1 鐵尾礦砂摻量對混凝土抗凍性的影響

圖2 鐵尾礦砂摻量對混凝土質量損失率的影響

從表1、圖2可以看出，隨著鐵礦尾砂含量的增多，混凝土的抗凍性趨勢都是先減小后增大，這主要是鐵尾礦砂密實了基體，水分更難侵入到基體，從而通過凍融產生破壞。但是總體來說，在不同的摻量下，混凝土的抗凍性能差別不大，在合適的摻量下甚至有小幅度的提高，最優摻量為25%。

4 結束語

文章采用鐵尾礦砂取代河砂的形式，分別研究了混凝土工作性能最佳狀態下的混合砂最佳細度模數、摻量以及石粉摻量對混凝土的影響。研究了鐵尾礦砂取代河砂對混凝土性能的影響規律和機理，在這個研究的基礎上得出以下結論：

（1）由于鐵尾礦砂的細度模數小，隨著鐵尾礦砂摻量的提高，混凝土的坍落度降低，對于混凝土的坍落度影響較大，但是可以通過減水劑進行調整。

（2）鐵尾礦砂細度模數為1.2時，對混凝土拌合物和易性影響不大，此時混凝土的強度最大，可達43MPa。

（3）鐵尾礦砂對混凝土沒有太大的影響，最合適的摻量為25%，此時混凝土抗凍性能得到提升，抗凍等級可以達到F50。鐵尾礦砂最佳的細度模數為1.2，此時可以起到較好的填充效應，對混凝土的工作性不會產生太大影響，優化顆粒級配。