呂 平

（1.太原理工大學 山西太原 030024；2.山西省水利水電科學研究院 山西太原 030002）

0 引言

鐵礦尾礦是鐵礦石經(jīng)過破碎和分選處理，選出鐵精礦石后剩余廢料的總稱。據(jù)統(tǒng)計，截止2000年全國累計堆存的鐵礦尾礦已達26億t，并且以每年1.3億t的增速繼續(xù)增加。不僅占用了大量的國土資源，而且對周圍環(huán)境造成巨大影響。目前我國混凝土的骨料主要來源于采石場和河道，嚴重破壞了自然環(huán)境并影響到航運的安全。實際工程中，因地制宜將鐵礦選礦后的尾礦作為二次資源開發(fā)利用，進行篩分分成不同粒級，用來代替砂石作為混凝土的骨料使用，不僅可以緩解采石和采砂造成的環(huán)境破壞問題，而且還可節(jié)省大量尾礦的堆積維護費用，創(chuàng)造一定的經(jīng)濟效益。本試驗以左權(quán)縣桐北石料廠生產(chǎn)的鐵礦石尾礦為選料，進行強度等級為C25混凝土配合比設計試驗。具體的技術(shù)要求詳見表1。

表1 混凝土配合比技術(shù)要求

1 試驗依據(jù)

《通用硅酸鹽水泥》GB175-2007

《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》DL/T 5055-2007

《水工混凝土試驗規(guī)程》SL352-2006

《水工混凝土施工規(guī)范》DLT5144-2001

2 原材料檢驗

2.1 水泥

試驗用水泥為河北省武安市新峰水泥有限責任公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥P.O 42.5，依據(jù)《通用硅酸鹽水泥》GB175-2007進行檢驗，檢驗結(jié)果符合標準要求。水泥的各項物理力學性能檢驗結(jié)果見表2。

表2 水泥的各項物理力學性能檢驗結(jié)果

2.2 粉煤灰

試驗用粉煤灰為榆次國電生產(chǎn)的粉煤灰，所檢項目的檢驗結(jié)果為符合Ⅱ級要求，其檢驗結(jié)果見表3。

表3 粉煤灰的物理化學性能檢驗結(jié)果

圖1 砂篩分曲線

2.3 細骨料

試驗用細骨料為河北省武安市新峰砂石廠生產(chǎn)的人工砂，其檢驗結(jié)果見表4、表5和砂的篩分曲線（圖1）。

表4 細骨料的物理性能檢驗結(jié)果

表5 細骨料的級配檢驗結(jié)果

2.4 粗骨料

試驗用粗骨料采用二級配，分別為5~20 mm、20~40 mm，試驗對該碎石進行常規(guī)檢驗外，重點檢測其堿活性及化學成分。 粗骨料的各項物理力學及化學性能檢驗結(jié)果詳見表6~表9。我們對此種鐵礦尾礦碎石進行了化學成分的檢驗，化學成分中SO3含量為0.068%，低于0.5%，滿足規(guī)范規(guī)定的對粗骨料中SO3含量的要求（見水工混凝土施工規(guī)范DL/T5144-2001，第5.2.8條）。粗骨料碎石當中的堿含量為3.93%（按照混凝土原材料中堿含量計算方式計算，堿含量=Na2O+0.658K2O），該巖石的堿含量較一般普通灰?guī)r偏高；其次SiO2含量較一般普通灰?guī)r也略高，在此基礎上對其堿活性進行檢驗，堿活性指標（砂漿棒法）14d膨脹率檢驗結(jié)論為合格，檢測結(jié)果見表6。

表6 粗骨料物理力學性能檢驗結(jié)果

表7 5~20mm級配粗骨料檢驗結(jié)果

表8 20-40mm級配粗骨料檢驗結(jié)果

表9 粗骨料的化學成分檢驗結(jié)果（%）

2.5 混凝土的外加劑

混凝土的外加劑選用河北省混凝土外加劑廠生產(chǎn)的DH型泵送劑，泵送劑的摻量通過試驗確定。

3 混凝土配合比設計

3.1 混凝土配合比的基本參數(shù)

依據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程》（SL352-2006），首先計算混凝土的配制強度。其配制強度的基本公式為：

式中:fcu,0─混凝土的配制強度，MPa；

fcu,k─為混凝土設計齡期的設計抗壓強度，MPa；

t─為混凝土強度設計保證率的保證率系數(shù)，%；σ為混凝土抗壓強度標準差，MPa。

取混凝土強度設計保證率為95%時，保證率系數(shù)t取1.645，混凝土抗壓強度標準差σ根據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程》（SL352-2006）進行取值。最終提出推薦的混凝土配合比，基本參數(shù)見表10。

表10 混凝土配合比設計的基本參數(shù)

3.2 混凝土配合比的試驗結(jié)果

混凝土配合比設計的試驗結(jié)果見表11。試驗選取了兩組試塊進行了凍融試驗，其抗凍等級均達到F150。

表11 混凝土配合比設計的拌和及力學性能試驗結(jié)果

4 推薦的混凝土配合比

根據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程》SL352-2006中的混凝土設計及施工要求，結(jié)合混凝土原材料及配合比設計的試驗結(jié)果，提出推薦的混凝土配合比及相關參數(shù)見表12。

表12 推薦的混凝土配合比

5 結(jié)論

通過對原材料水泥、粉煤灰、砂石骨料的各項試驗數(shù)據(jù)分析，得出了滿足設計和施工要求的經(jīng)濟實用的配合比。在整個試驗試拌過程中，鐵礦石尾礦作為粗骨料，對于兩級配的尾礦碎石粒徑和混合比例要求比較嚴格，采用鐵礦石尾礦作為碎石骨料，由于鐵礦石一般含硫量較高，因此制作和篩分過程中嚴格執(zhí)行粒徑和含硫量等化學指標的要求，具體拌和和澆筑過程中要注意以下兩點：

1）試驗用砂、鐵礦碎石均為飽和面干狀態(tài)。砂的含泥量應控制在1.0%以下為宜，尾礦碎石的含泥量應控制在0.5%以下為宜。

2）應重視混凝土的拆模和養(yǎng)護?；炷林袚接蟹勖夯业葥胶狭希炷恋脑缙趶姸容^低，拆模時間應根據(jù)現(xiàn)場情況適當調(diào)整延長；混凝土的早期養(yǎng)護十分重要，否則更容易產(chǎn)生開裂?；炷恋酿B(yǎng)護時間應在保證28天的基礎上，盡可能延長至90天齡期的養(yǎng)護。

采用鐵礦石尾礦作為粗骨料，進行混凝土配合比在滿足混凝土強度和和易性要求的前提下，節(jié)約成本，提出了新的原材料取用渠道和工程環(huán)保措施，也為工程所在地生態(tài)環(huán)境保護，減少破壞和污染，起到了重要的作用。