鐵尾礦砂在C60混凝土中的應用研究

（山東華森建材集團有限公司，山東 濟南 250101）

0 前言

目前我國多數地區在生產混凝土時多數以天然砂作為主要的細骨料，而天然砂為地方性資源，短期內不可再生，也不利于長距離運輸。混凝土的生產中，砂和石是最重要且用量最多的原材料，對混凝土配制和性能產生巨大影響。若混凝土的生產區域位于天然砂比較短缺的地區，例如西部地區，就需要采用異地運輸的方式獲取天然砂，這導致了混凝土原材料成本的增加[1-3]。

鐵尾礦砂是礦山開采的原礦石經選礦或其它工藝回收有用組分后廢棄的固體物料，呈細粉狀，粒徑一般在 4.75mm 以下，一般堆存在尾礦庫中，是工藝固體廢棄物的主要組成部分。鐵尾礦是一種材料性能與天然砂相近的細骨料[4-6]，具有表面粗糙多棱角的特點。本文主要利用兩種鐵尾礦砂按一定比例混摻，研究鐵尾礦砂對 C60 混凝土性能影響，包括工作性能（流動性、粘聚性、含氣量、凝結時間和坍落度保坍情況）與力學性能；為鐵尾礦砂在混凝土工程的應用提供一定的理論指導。

1 試驗原材料、試驗儀器、試驗方法

1.1 試驗原材料

水泥：P·O52.5 水泥，密度 3.15g/cm3，比表面積362kg/m2，安定性合格，3d 抗壓強度 28.6MPa，28d 抗壓強度 63.8MPa。

粉煤灰：泰安電廠 F 類Ⅰ級灰，細度 12.6%，需水量比 4.5%，燒失量 1.20%。

細骨料：天然河砂，Ⅱ區中砂，細度模數 2.65，含泥量 1.2%；細鐵尾礦砂，山東濟南某鐵尾礦堆放廠，Ⅲ 區細砂，細度模數 1.25，表觀密度 2860kg/m3；粗鐵尾礦砂，山東濟南某鐵尾礦堆放廠，Ⅱ區中砂，細度模數 3.15，表觀密度 2840kg/m3。砂篩分試驗結果見表1。

表1 砂的累計篩分結果 %

粗骨料：山東濟南港溝某石料廠 5～10mm 和 10～20mm 兩級配碎石（3:7）。

外加劑：山東華森建材集團有限公司聚羧酸高性能減水劑；引氣劑、泡劑、緩凝劑均來自當地化工市場。

水：為飲用水，符合混凝土用水標準 JGJ 63—2006《混凝土用水標準》中規定的拌合用水要求。

1.2 試驗儀器

J60—混凝土攪拌機、混凝土含氣量測定儀、萬能壓力試驗機、坍落度筒等。

1.3 試驗方法

混凝土含氣量、凝結時間、坍落度性能試驗測試依據 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》。

混凝土試件制作與養護、抗壓強度測試依據 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》。

2 鐵尾礦砂對 C60 混凝土性能的影響

以天然砂中砂 C60 混凝土配合比為基準，采用兩種鐵尾礦砂復摻替代天然中砂，研究鐵尾礦砂對混凝土工作性及抗壓強度的影響。試驗結果見表 2。

2.1 河砂與鐵尾礦砂 C60 混凝土對減水劑需求量對比

保持混凝土中膠凝材料用量、砂率和水膠比不變，通過調整聚羧酸高性能減水劑用量來控制天然河砂和鐵尾礦砂混凝土初始坍落度和坍損基本相同，則兩種混凝土的減水劑用量見表 2 所示。

從表 2 中可以看出：與天然河砂 C60 混凝土相比，兩種鐵尾礦砂復配時，C60 混凝土中聚羧酸高性能減水劑需求量變大，隨著細鐵尾礦砂用量的增加，其 C60混凝土中聚羧酸高性能減水劑需求量明顯最大，且細鐵尾礦砂用量越高，聚羧酸高性能減水劑需求量增加越明顯；另外，兩種鐵尾礦砂復配后，其 C60 混凝土坍落度基本無損失，都可以保持 1h。

表2 河砂和鐵尾礦砂 C60 混凝土對減水劑的需求量

2.2 天然河砂與鐵尾礦砂 C60 混凝土工作性能對比

天然河砂和鐵尾礦砂 C60 混凝土工作性對比的試驗結果見表 2 所示。從表 2 中可以看出：與河砂混凝土相比，鐵尾礦砂混凝土的擴展度、倒坍漏空時間、含氣量基本相同，鐵尾礦砂混凝土可泵性略差一些，但完全能夠滿足工程泵送要求；另外，鐵尾礦砂混凝土的含氣量稍微偏低，是因為鐵尾礦砂的粒形差，以及對引氣劑吸附性偏大等，導致鐵尾礦砂混凝土含氣量比天然砂混凝土含氣量低，且含氣量保持性較差。

2.3 天然河砂與鐵尾礦砂 C60 混凝土抗壓強度對比

河砂與鐵尾礦砂混凝土抗壓強度的對比試驗結果見表 2 所示。從表 2 中可以看出：與天然河砂混凝土相比，無論是 7d 還是 28d，鐵尾礦砂混凝土的抗壓強度均較天然河砂混凝土強度略高，且隨著鐵尾礦砂中細砂比例的增加，其鐵尾礦砂混凝土的抗壓強度先增加而后下降，當鐵尾礦砂中細砂和粗砂比例為 150:535 時，其鐵尾礦砂混凝土的 7d 和 28d 抗壓強度都達到最大值，這是由于鐵尾礦砂中的細粉起到了微集料的作用，填充了混凝土的孔隙。

3 結論

（1）鐵尾礦砂混凝土要達到天然河砂混凝土的工作狀態需要明顯增大聚羧酸高性能減水劑的用量。

（2）與河砂混凝土相比，鐵尾礦砂混凝土的擴展度、倒坍漏空時間、含氣量基本相同，完全能夠滿足泵送要求。

（3）與天然河砂混凝土相比，無論是 7d 還是28d，鐵尾礦砂混凝土的抗壓強度均較天然河砂混凝土強度略高，當鐵尾礦砂中細砂和粗砂比例為 150:535時，其鐵尾礦砂混凝土的 7d 和 28d 抗壓強度都達到最大值。