鐵尾礦砂混凝土力學(xué)性能研究

李 壯

（華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院， 廣東 廣州 510641）

0 引言

鐵尾礦砂是一種常見(jiàn)的工業(yè)廢料，我國(guó)每年向環(huán)境中排放約30 億t。鐵尾礦砂大量堆積不僅污染環(huán)境，同時(shí)也對(duì)人民的聲明財(cái)產(chǎn)安全造成了很大的威脅。如何將這部分鐵尾礦砂“變廢為寶”一直是工程界關(guān)注的問(wèn)題[1-2]。將鐵尾礦砂作為原料制備混凝土，不僅能夠

同時(shí)還能節(jié)約寶貴的河砂資源。已有學(xué)者對(duì)鐵尾礦砂對(duì)混凝土的力學(xué)性能[3-4]、工作性能[5]和耐久性能[6-7]的影響進(jìn)行研究。研究認(rèn)為：鐵尾礦砂顆粒粗糙、級(jí)配差。將鐵尾礦砂直接用作細(xì)骨料制備混凝土，會(huì)嚴(yán)重影響混凝土的工作性能從而導(dǎo)致力學(xué)性能劣化。建議將鐵尾礦砂與河砂混合以改善其級(jí)配，并將鐵尾礦砂比例控制在30%以內(nèi)，以保證混凝土力學(xué)性能。

為增加鐵尾礦砂的使用率，本文嘗試在保證混凝土流動(dòng)性相同的前提下，對(duì)同水灰比的鐵尾礦砂、混合砂（50%尾礦和50%河砂）、河砂三種細(xì)骨料對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響進(jìn)行研究。

1 實(shí)驗(yàn)概況

細(xì)骨料：河砂產(chǎn)自清遠(yuǎn)市北江，鐵尾礦砂產(chǎn)自大冶市金山店鐵礦，混合砂使用50%鐵尾礦砂和50%篩分后的粗河砂顆粒混合而成，細(xì)骨料級(jí)配分布見(jiàn)圖1。

粗骨料：0.5～2mm 粒徑連續(xù)級(jí)配碎石。

水泥：石井牌P.O 42.5R 水泥。

外加劑：SiKa 牌 ViscoCrete-530P 高性能減水劑。

拌合水：城市自來(lái)水。

1.1 原材料

圖1 細(xì)骨料篩余曲線

圖2 測(cè)量裝置示意圖

1.2 配合比

混凝土配合比見(jiàn)表1。

表 1 混凝土配合比（kg/m3）

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

試驗(yàn)機(jī)采用500t 剛性試驗(yàn)機(jī)，全程采用位移控制，加載速率恒定為0.18mm/min。正式加載前對(duì)試件進(jìn)行預(yù)壓，通過(guò)試件四周縱向應(yīng)變片控制試件對(duì)中。為消除試驗(yàn)機(jī)加載頭對(duì)試件端部的約束作用，在試件兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置兩只CDP-5高精度位移計(jì)標(biāo)距100mm，以采集試件中部變形見(jiàn)圖2。采用JM3841 動(dòng)靜態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，采集頻率1Hz。

2 結(jié)果與討論

試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總

2.1 抗壓強(qiáng)度

鐵尾礦砂和混合砂混凝土平均強(qiáng)度較河砂混凝土分別提高24.1%和9.5%。鐵尾礦砂使混凝土強(qiáng)度提高的主要原因是：同水會(huì)比條件下，鐵尾礦砂使得細(xì)骨料表面積增大。會(huì)有更多的自由水吸附到鐵尾礦砂表面，導(dǎo)致參與水泥水化的自由水減少。相當(dāng)于降低了水灰比，從而是混凝土強(qiáng)度提高。

2.2 彈性模量

鐵尾礦砂和混合砂混凝土彈性模量較河砂混凝土分別降低13.7%和4.9%。原因是鐵尾礦砂的級(jí)配分布中，細(xì)顆粒遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于粗顆粒。必然導(dǎo)致鐵尾礦砂混凝土內(nèi)部的致密程度低于河砂混凝土，導(dǎo)致混凝土的彈性模量降低。

2.3 峰值應(yīng)變

鐵尾礦砂和混合砂混凝土峰值應(yīng)變較河砂混凝土分別提高13.4%和6.4%。鐵尾礦砂對(duì)混凝土峰值應(yīng)變影響幅度與對(duì)彈性模量影響幅度相近，但遠(yuǎn)小于強(qiáng)度的增加幅度。說(shuō)明使用鐵尾礦砂夠提高混凝土的變形能力。

2.4 應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€

鐵尾礦砂、混合砂和河砂三種混凝土的平均應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖3 所示。三種混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線彈性段基本一致，出現(xiàn)了明顯的彈性段和塑性段；應(yīng)力-應(yīng)變曲線的下降段區(qū)別較大，顯然對(duì)于下降段的陡峭程度鐵尾礦砂混凝土＞混合砂混凝土＞河砂混凝土。試驗(yàn)結(jié)果表明混凝土的延性隨鐵尾礦砂摻量的增加而降低。

3 結(jié)論

在保證混凝土流動(dòng)性的前提下，鐵尾礦砂可以直接作為混凝土細(xì)骨料。鐵尾礦砂會(huì)顯著增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度，但同時(shí)會(huì)降低混凝土的彈性模量和延性。

圖3 平均應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€