铁尾矿砂在C60混凝土中的应用研究

时间：2024-10-02

（山东华森建材集团有限公司，山东济南 250101）

0 前言

目前我国多数地区在生产混凝土时多数以天然砂作为主要的细骨料，而天然砂为地方性资源，短期内不可再生，也不利于长距离运输。混凝土的生产中，砂和石是最重要且用量最多的原材料，对混凝土配制和性能产生巨大影响。若混凝土的生产区域位于天然砂比较短缺的地区，例如西部地区，就需要采用异地运输的方式获取天然砂，这导致了混凝土原材料成本的增加[1-3]。

铁尾矿砂是矿山开采的原矿石经选矿或其它工艺回收有用组分后废弃的固体物料，呈细粉状，粒径一般在 4.75mm 以下，一般堆存在尾矿库中，是工艺固体废弃物的主要组成部分。铁尾矿是一种材料性能与天然砂相近的细骨料[4-6]，具有表面粗糙多棱角的特点。本文主要利用两种铁尾矿砂按一定比例混掺，研究铁尾矿砂对 C60 混凝土性能影响，包括工作性能（流动性、粘聚性、含气量、凝结时间和坍落度保坍情况）与力学性能；为铁尾矿砂在混凝土工程的应用提供一定的理论指导。

1 试验原材料、试验仪器、试验方法

1.1 试验原材料

水泥：P·O52.5 水泥，密度 3.15g/cm3，比表面积362kg/m2，安定性合格，3d 抗压强度 28.6MPa，28d 抗压强度 63.8MPa。

粉煤灰：泰安电厂 F 类Ⅰ级灰，细度 12.6%，需水量比 4.5%，烧失量 1.20%。

细骨料：天然河砂，Ⅱ区中砂，细度模数 2.65，含泥量 1.2%；细铁尾矿砂，山东济南某铁尾矿堆放厂，Ⅲ 区细砂，细度模数 1.25，表观密度 2860kg/m3；粗铁尾矿砂，山东济南某铁尾矿堆放厂，Ⅱ区中砂，细度模数 3.15，表观密度 2840kg/m3。砂筛分试验结果见表1。

表1 砂的累计筛分结果 %

粗骨料：山东济南港沟某石料厂 5～10mm 和 10～20mm 两级配碎石（3:7）。

外加剂：山东华森建材集团有限公司聚羧酸高性能减水剂；引气剂、泡剂、缓凝剂均来自当地化工市场。

水：为饮用水，符合混凝土用水标准 JGJ 63—2006《混凝土用水标准》中规定的拌合用水要求。

1.2 试验仪器

J60—混凝土搅拌机、混凝土含气量测定仪、万能压力试验机、坍落度筒等。

1.3 试验方法

混凝土含气量、凝结时间、坍落度性能试验测试依据 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》。

混凝土试件制作与养护、抗压强度测试依据 GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》。

2 铁尾矿砂对 C60 混凝土性能的影响

以天然砂中砂 C60 混凝土配合比为基准，采用两种铁尾矿砂复掺替代天然中砂，研究铁尾矿砂对混凝土工作性及抗压强度的影响。试验结果见表 2。

2.1 河砂与铁尾矿砂 C60 混凝土对减水剂需求量对比

保持混凝土中胶凝材料用量、砂率和水胶比不变，通过调整聚羧酸高性能减水剂用量来控制天然河砂和铁尾矿砂混凝土初始坍落度和坍损基本相同，则两种混凝土的减水剂用量见表 2 所示。

从表 2 中可以看出：与天然河砂 C60 混凝土相比，两种铁尾矿砂复配时，C60 混凝土中聚羧酸高性能减水剂需求量变大，随着细铁尾矿砂用量的增加，其 C60混凝土中聚羧酸高性能减水剂需求量明显最大，且细铁尾矿砂用量越高，聚羧酸高性能减水剂需求量增加越明显；另外，两种铁尾矿砂复配后，其 C60 混凝土坍落度基本无损失，都可以保持 1h。

表2 河砂和铁尾矿砂 C60 混凝土对减水剂的需求量

2.2 天然河砂与铁尾矿砂 C60 混凝土工作性能对比

天然河砂和铁尾矿砂 C60 混凝土工作性对比的试验结果见表 2 所示。从表 2 中可以看出：与河砂混凝土相比，铁尾矿砂混凝土的扩展度、倒坍漏空时间、含气量基本相同，铁尾矿砂混凝土可泵性略差一些，但完全能够满足工程泵送要求；另外，铁尾矿砂混凝土的含气量稍微偏低，是因为铁尾矿砂的粒形差，以及对引气剂吸附性偏大等，导致铁尾矿砂混凝土含气量比天然砂混凝土含气量低，且含气量保持性较差。

2.3 天然河砂与铁尾矿砂 C60 混凝土抗压强度对比

河砂与铁尾矿砂混凝土抗压强度的对比试验结果见表 2 所示。从表 2 中可以看出：与天然河砂混凝土相比，无论是 7d 还是 28d，铁尾矿砂混凝土的抗压强度均较天然河砂混凝土强度略高，且随着铁尾矿砂中细砂比例的增加，其铁尾矿砂混凝土的抗压强度先增加而后下降，当铁尾矿砂中细砂和粗砂比例为 150:535 时，其铁尾矿砂混凝土的 7d 和 28d 抗压强度都达到最大值，这是由于铁尾矿砂中的细粉起到了微集料的作用，填充了混凝土的孔隙。