铁尾矿粉掺量对混凝土强度的影响

商东波，杨四华，白少森，吴 博，申佩佩

铁尾矿粉掺量对混凝土强度的影响

商东波1，杨四华2，白少森2，吴 博2，申佩佩2

（1.河北省南水北调工程建设管理局，石家庄050035；2.河北省水利科学研究院，石家庄050057）

铁尾矿粉产出量大且污染环境，通过对铁尾矿粉的物理性能进行分析，将铁尾矿粉与粉煤灰作为矿物掺合料，按照不同比例掺入混凝土拌合物中，研究在不同的水胶比下，铁尾矿粉对混凝土强度的影响。当掺合料中的铁尾矿粉掺量高于粉煤灰时，会降低混凝土的抗压强度。较高水胶比情况下，随着掺合料的增加混凝土强度越来越低；中等水胶比情况下，适当掺加掺合料提高了混凝土抗压强度；较低水胶比情况下，适量掺合料对混凝土强度有明显提高。

铁尾矿粉；粉煤灰；水胶比；混凝土强度

河北省是钢铁大省，铁矿石资源丰富，而铁尾矿粉目前已成为我国产出量最大、综合利用率最低的固体废弃物。铁尾矿粉不仅占用土地、污染环境，而且对地下水也会产生影响［1］。二次合理利用铁尾矿粉，不仅能够解决环境问题，而且能够给国家带来一定的经济效益和社会效益。在混凝土中掺入铁尾矿粉能够消耗大量的铁尾矿粉，对社会经济循环及可持续发展具有要意义。

1 铁尾矿粉性能检测

试验用铁尾矿粉来自河北省承德市地区和唐山市地区，矿物组成主要包括石英石、赤铁矿、角闪石、磁铁矿等。材料检测试验依据DL/T 5144-2015《水工混凝土施工规范》标准要求，通过对铁尾矿粉进行物理［2］及化学性能［3］的检测，结果如表1、表2。

表1 物理性能检测结果

表2 化学性能检测结果

各项检测结果均符合规范标准要求。对铁尾矿粉进行颗粒级配检测试验，其细度模数1.27，属于超细砂。

根据铁尾矿粉的化学性能检测结果，尾矿粉的质量系数为0.27，碱度系数为0.15。

分析可知，铁尾矿粉的活性并不高，而且属于酸性渣。

2 试验方案

根据铁尾矿粉物理性能及化学性能的检测结果，对试验方案进行设计。试验选用的水胶比分别为0.55，0.45和0.35，每个水胶比试块分为10组，为方便计数，试验将水胶为比0.55，0.45和0.35的试块分别编号1，2，3……10。所有试块编号1的混凝土试块均不掺加掺合料，其胶凝材料只有水泥；编号2～4的混凝土试块用20%铁尾矿粉和粉煤灰的掺合料代替同比例的水泥用量，掺合料中铁尾矿粉和粉煤灰比例分别为2∶8，4∶6，6∶4；编号5~7的混凝土试块30%铁尾矿粉和粉煤灰的掺合料代替同比例的水泥用量，掺合料中铁尾矿粉和粉煤灰比例分别为2∶8，4∶6，6∶4；编号8～10的混凝土试块用40%铁尾矿粉和粉煤灰的掺合料代替同比例的水泥用量，掺合料中铁尾矿粉和粉煤灰的比例分别为2∶8，4∶6，6∶4。

试验按照各自配比进行混凝土拌合，每组配比试块分3组，分别标准养护至7，28，90d，在压力机上进行混凝土试块的抗压强度试验。

3 数据分析

3.1 高水胶比

水胶比为0.55时混凝土的抗压强度如图1。

图1 水胶比0.55时混凝土抗压强度

如图1所示，10组试块的抗压强度的增长趋势基本一致，试块抗压强度从龄期7～28d的增长率高于从龄期28～90d。

1号试块的抗压强度明显高于其他试块，且混凝土的强度随着掺合料比例的增加而降低。

在掺加掺合料的试块中，当铁尾矿粉和粉煤灰的比例为2∶8时，混凝土的抗压强度最高；当铁尾矿粉和粉煤灰的比例为4∶6时，混凝土的抗压强度次之；当铁尾矿粉和粉煤灰的比例为6∶4时，混凝土的抗压强度最低。铁尾矿粉作为掺合料的活性略低于粉煤灰，且当铁尾矿粉在掺合料中的含量明显高于粉煤灰的含量时，在一定程度上降低了混凝土的抗压强度。

3.2 中水胶比

水胶比为0.45时混凝土的抗压强度如图2。

如图2所示，与第1组试块相似，10组试块的抗压强度的增长趋势基本一致，试块抗压强度从龄期7～28d的增长率高于从龄期28～90d；随着掺合料比例的增加，混凝土强度呈递减趋势；当铁尾矿粉和粉煤灰的比例为2∶8时，混凝土的抗压强度最高，比例为4∶6时，强度次之，比例为6∶4时，强度最低。

图2 水胶比0.45时混凝土抗压强度

1号试块的抗压强度并没有明显高于其他试块，在龄期为7d和28d时，1号的强度略高于其他9组试块，而到了龄期为90d时，1号的强度反而低于2号和3号试块。

在中水胶比情况下，掺合料的添加并没用使碾压混凝土抗压的强度有明显降低，反而有适当提高。

3.3 低水胶比

水胶比为0.35时混凝土的抗压强度如图3。

图3 水胶比0.35时混凝土抗压强度

如图3所示，与前两组试块相似，10组试块的抗压强度的增长趋势基本一致，试块抗压强度从龄期7～28d的增长率高于从龄期为28～90d；随着掺合料比例的增加，混凝土强度呈递减趋势；当铁尾矿粉和粉煤灰的比例为2∶8时，混凝土的抗压强度最高，比例为4∶6时，强度次之，比例为6∶4时，强度最低。

1号试块的增长趋势与前两组试验基本一致，2～5号试验与前两组试验有着明显不同，龄期7～28d期间增长更加迅猛，后5组试块的抗压强度的增长趋势与前两组基本保持一致。1号试块只有龄期为7d时的抗压强度明显高于其他9号试块的强度，到28d和90d时，有4组试块的强度比它要高。说明在水胶比较低的情况下，虽然随着掺合料比例的提高，会使混凝土强度的增长率呈负值，但是适量掺合料会使碾压混凝土试块抗压强度有明显增加。

在配合比条件中水胶比的数值较低的情况下，20%和30%的掺合料含量都会增加碾压混凝土的抗压强度，较不含掺合料的混凝土强度有明显提高。

4 结语

（1）研究了铁尾矿粉的物理性能，铁尾矿粉属于超细砂，并且铁尾矿粉活性不高，属于酸性渣一类。试验将铁尾矿粉与粉煤灰一起作为矿物掺合料，按照不同比例掺入混凝土拌合物中，在不同的水胶比下，铁尾矿粉对混凝土强度的影响。

（2）不同水胶比下，当铁尾矿粉与粉煤灰比例为2∶8时，混凝土的抗压强度最高，当铁尾矿粉与粉煤灰比例为4∶6时，混凝土的强度次之，当铁尾矿粉与粉煤灰比例为6∶4时，混凝土的强度最低。当掺合料中的铁尾矿粉掺量高于粉煤灰时，会降低混凝土的抗压强度。

（3）混凝土高水胶比0.55的情况下，随着掺合料增加，混凝土强度越低；在中等水胶比0.45的情况下，掺合料的掺加提高了混凝土抗压强度；在水胶比较低0.35的情况下，20%和30%的掺合料掺量相比于不掺加掺合料的混凝土有明显提高。

［1］韩冬芸.铁尾矿整体综合利用技术［J］.矿业快报，2007（5）.

［2］程琳琳，朱申红.国内外尾矿综合利用浅析［J］.中国资源综合利用，2005（11）：30-32.

［3］何哲祥，鲍侠杰，董泽振.铜绿山铜矿不脱泥尾矿充填试验研究［J］.金属矿山，2005：15-17.

［4］阎培渝，张庆欢.含粉煤灰或石英粉复合胶凝材料的抗压强度发展规律［J］.硅酸盐学报，35（3）：263-268.

［5］田景松，杨荣俊，王海波.北京地区铁尾矿砂在水泥混凝土中的资源化利用技术研究［J］.科技导航，2009（2）：33-45.

［6］王振宇，王俊亭，袁杰.活性粉末混凝土配比试验研究［J］.混凝土，2006（6）：80-84.

Study in impact of concrete strength on the amount of iron ore tail

SHANG Dong-bo1，YANG Si-hua2，BAI Shao-sen2，WU bo2，SHEN Pei-pei2
（1.The Administration of the South-to-North Water Diversion Project Construction in Hebei Province，Shijiazhuang 050035，China；2.Hebei Provincial Academy of Water Resources，Shijiazhuang 050057，China）

Iron ore tail output is large and pollute the environment，In this paper，it is themineral admixtures toiron ore tail and fly ashby the different proportion in concrete mixture，through study of the physical properties of iron ore tail.Research the iron ore tail's influence on the strength of concrete under different water ratio.The strength of the concrete will be affected by addingthe iron ore tail，it can reduce the concrete strength when the amount of iron ore tail is higher than fly ash.When the water ratio is higher，it is more and more low to concrete strength with the admixture increased；When the water ratio is middle，it properly increased the concrete strength with the adding of admixture；When the water ratio is low，the concrete strength are improved obviously with the right amount of admixture.

Iron ore tail；fly ash；water-binder ratio；concrete strength

TU528

B

1672-9900（2016）04-0067-03

2016-06-15

商东波（1974-），男（汉族），河北石家庄人，高级工程师，主要从事水利工程设计工作，（Tel）13722997896。