铁尾矿砂对干混砂浆性能影响的试验研究

时间：2024-09-30

路齐英，杜纪锋

（1. 济南浩宏伟业检测技术有限公司，山东济南 250101；2. 济南常春藤建材科技有限公司，山东济南 250101）

0 前言

干混砂浆是近年随着建筑业科技进步和文明施工要求发展起来的新型建筑材料，与传统的现场搅拌砂浆相比，干混砂浆具有许多明显的优点：（1）产品质量高，可适应不同的用途和性能要求；（2）有利于使用自动化施工机具，可提高施工效率；（3）有利于推进墙体材料革新工作，便于文明施工和减少环境污染[1]。干混砂浆主要为用量大的普通砌筑砂浆、普通抹灰砂浆和用于建筑地面及屋面面层或找平层的普通地面砂浆[2-3]。干混砂浆的发展可推动利用尾矿废石、钢渣、矿渣等固体废弃物制成的人工砂代替天然砂[4]，会带动良好社会经济效应[5]。

随着我国工业化地迅速发展，矿产资源的需求日益俱增，而我国大多数矿山资源品位较低，在选矿过程中产生大量的尾矿，导致尾矿量不断增加，尾矿在工业固体废弃物中所占的比例也越来越大。尾矿属选矿后的废弃物，是工业固体废弃物的主要组成部分[6]。凡有矿产资源且进行选矿加工的国家都有大量的尾矿产生。据不完全统计[7]，目前我国发现的矿产有 150 多种，开发建立了 8000 多座矿山，累计产生尾矿 5900 多亿吨[8-9]。本文主要利用铁尾矿砂部分取代河砂，组成混合骨料，研究铁尾矿砂对干混砂浆性能（流动性和力学性能等）的影响。

1 试验原材料、试验仪器、试验方法

1.1 试验原材料

水泥：山东济南山水 P·O42.5 水泥。

粉煤灰：F 类Ⅱ级，需水量比 101%，细度18.5%，比表面积为 320kg/m2，45µm 筛筛余为 8.1%，为济南黄台电厂产。

干混砂浆用河砂的物理性质，铁尾矿砂的细度模数及累计筛余如表 1 所示。

纤维素醚为：10 万 MPa·s 羟丙基甲基纤维素醚，山东常春藤建材科技有限公司产。

水：饮用自来水。

表1 河砂和铁尾矿砂累计筛余及细度模数

1.2 试验仪器

砂浆搅拌机，压力试验机，振动台，稠度仪，数显砂浆凝结时间测定仪，电热鼓风干燥箱，AL204 电子天平和 DJ 系列电子天平，两套砂浆保水性试验仪器等。

1.3 试验方法

砂浆强度、流动度、试件制作与养护等试验测试按照 JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行。

2 铁尾矿砂掺量对干混砂浆性能的影响

以不同比例的铁尾矿砂取代河砂，研究分别以0%、10%、20%、30%、40% 铁尾矿砂取代河砂对干混砂浆工作性及强度的影响，基准配比为水泥 : 砂 : 水=1:3:0.5，具体试验配比及结果见表 2。

2.1 不同比例铁尾矿砂对干混砂浆流动度的影响

分别以 0、10%、20%、30%、40% 铁尾矿砂取代河砂对胶砂流动度影响如图 1 所示。

如图 1 所示，胶砂流动度随铁尾矿砂取代比例的增加先增加后降低，在取代比例为 10% 时，流动度值最大。胶砂流动度在铁尾矿砂取代比例大于 20% 的情况下，随取代比例增加而有所下降，但是降低幅度较小，说明用部分铁尾矿砂取代河砂砂对砂浆工作性影响较小。但是，试验中发现在铁尾矿砂取代比例过高时，砂浆塑性浆体工作性较差，说明铁尾矿砂中含有大量粒径微小的颗粒，少量微小颗粒可以改善砂浆流动性，过多则会导致砂浆塑性降低。

表2 试验方案和试验结果

图1 铁尾矿砂取代河砂对干混砂浆流动度影响

2.2 不同比例铁尾矿砂对干混砂浆力学性能的影响

不同比例铁尾矿砂取代河砂对干混砂浆抗折强度、抗压强度及折压比的影响如图 2～4 所示。

图2 铁尾矿砂对干混砂浆抗折强度影响

由图 2～4 中可以看出：干混砂浆 3d、28d 抗折和抗压强度随铁尾矿砂掺加比例的增加而有所降低，但是不同龄期的折压比随取代比例增加而增加，说明添加铁尾矿砂的干混砂浆韧性要优于普通干混砂浆，即添加铁尾矿砂的砂浆抗裂性能会有所提高，这是因为铁尾矿砂含有类似水泥熟料的硅酸钙成分，具有一定的活性，一定程度上可以改善水泥浆体与细集料砂的界面过渡区，增强其粘结力。

图3 铁尾矿砂对干混砂浆抗压强度影响

图4 铁尾矿砂对干混砂浆折压比影响

综合铁尾矿砂对干混砂浆强度及流动性的影响，可以看出：用适量的铁尾矿砂取代河砂，在不降低砂浆流动性的前提下，砂浆强度略有降低，但是砂浆韧性有所改善，一定程度上可以改善砂浆性能，因此可以推断开展利用铁尾矿砂与常用砂浆用砂混合使用的研究是可行的，且是很有意义的。