段國偉， 林雙艮， 張亮

（1.河北建研工程技術(shù)有限公司，石家莊 050227；2.河北省固廢建材化利用科學(xué)與技術(shù)重點實驗室，石家莊 050227；3.北京華夏建龍礦業(yè)科技有限公司，北京 100070）

0 引言

我國鐵礦資源豐富，多年開采積累了大量鐵尾礦。截止2016年，全國鐵尾礦總堆存量超過100億噸，其中當(dāng)年總產(chǎn)生量7.98億噸，而河北省就占到了41%，位居第一[1]。

目前國內(nèi)外能大宗消納鐵尾礦砂，處理工藝成熟又不產(chǎn)生二次污染最佳途徑就是將其應(yīng)用在預(yù)拌混凝土中作細集料[2-5]。如果把鐵尾礦砂利用與大規(guī)模的預(yù)拌混凝土生產(chǎn)結(jié)合起來，既解決了鐵尾礦砂的綜合利用問題，又緩解了混凝土行業(yè)天然砂資源的匱乏壓力，存在很大的研究利用價值。雖然國家已經(jīng)開始力推鐵尾礦砂資源的循環(huán)再利用，但因不同地區(qū)不同類型礦床產(chǎn)生的尾礦成分、粒形、石粉含量等差異較大，限制了鐵尾礦砂在混凝土中的應(yīng)用[6-9]。因此有必要針對區(qū)域內(nèi)的鐵尾礦砂資源開展性能調(diào)查及其在混凝土中的應(yīng)用研究，推動區(qū)域內(nèi)鐵尾礦資源的應(yīng)用，解決環(huán)境污染問題，促使企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益。

1 試驗原材料與試驗方法

1.1 試驗原材料

試驗室自來水；石家莊曲寨水泥有限公司生產(chǎn)的P·O42.5水泥；金泰成公司生產(chǎn)的S95級礦渣粉比表面積429kg/m2活性指數(shù)101%；凝灰?guī)r；石灰?guī)r；標(biāo)準(zhǔn)砂。

1.2 試驗方法

（1） 用自制條形孔篩把機制砂中的片狀顆粒篩出，再與無片狀顆粒的機制砂混合，使片狀顆粒含量分別為0%、10%、20%、30%用于膠砂試驗，分析片狀顆粒含量對膠砂和混凝土流動性與強度的影響。

（2） 設(shè)計不同摻量石粉配合比及膠砂流動度試驗結(jié)果，研究不同石粉摻量對膠砂抗折抗壓強度影響。

（3） C30基準(zhǔn)混凝土配合比：水泥286kg、粉煤灰123kg、機制砂773kg、石粉含量4%、碎石984kg、水185kg、減水劑4.09kg；C35基準(zhǔn)混凝土配合比：水泥328kg、粉煤灰82kg、機制砂731kg、石粉含量8%、碎石1053kg、水 168kg、減水劑 4.1kg。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 機制砂片狀顆粒含量對膠砂和混凝土流動性與強度的影響

文中用自制條形孔篩把機制砂中的片狀顆粒篩出，再與無片狀顆粒的機制砂混合，使片狀顆粒含量分別為0%、10%、20%、30%用于膠砂試驗，配合比如表1，在W/B=0.5、W/B=0.45時，采用凝灰?guī)r和石灰?guī)r機制砂做膠砂流動度和強度實驗，其流動度如表2所示。

表1 膠砂配合基準(zhǔn)比

表2 片狀顆粒含量對砂漿流動度的影響

表2為砂漿在0.5、0.45兩種水膠比條件下不同片狀顆粒含量對凝灰?guī)r、石灰?guī)r流動度試驗，結(jié)果表明隨著片狀顆粒的增加，兩種砂漿流動度均減小，并且凝灰?guī)r減少幅度高于石灰?guī)r砂漿減小幅度；兩種砂漿，水膠比越小流動性減少幅度越大；由于顆粒容易聚集到一起，降低了砂漿的均勻性，砂漿流動性變差，隨著片狀顆粒增加，流動性減小越明顯；由于石灰?guī)r顆粒表面光滑，凝灰?guī)r顆粒由于靜電作用，顆粒表面吸附更多細顆粒，導(dǎo)致石灰?guī)r砂漿流動性高于凝灰?guī)r砂漿流動性。

表3為不同片狀顆粒含量對石灰?guī)r與凝灰?guī)r機制砂C30與C35混凝土坍落度影響，從同強度混凝土坍落度來看，隨著片狀顆粒含量的增加，兩種混凝土的坍落度均減小，C35混凝土坍落度降低幅度小于C30混凝土坍落度幅度。圖1為在不同片狀顆粒對相同流動度下用水量擬合曲線，片狀顆粒與用水量之間明顯為線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.9956，表明相關(guān)程度較高。由試驗可得，保持相同流動性，每增加10%的片狀顆粒，增加的用水量基本在0.45g左右。

表3 不同片狀顆粒含量對機制砂C30、C35混凝土坍落度影響

圖1 不同含量片狀顆粒對不同機制砂C30、C35混凝土坍落度影響擬合曲線

表4、表5為W/B=0.5時不同摻量片狀顆粒，石灰?guī)r與凝灰?guī)r砂漿3、28d砂漿抗折、抗壓強度試驗結(jié)果，對于兩種巖型的機制砂來說，隨著片狀顆粒的增加，砂漿的抗折與抗壓強度不斷下降趨勢，在片狀顆粒摻量為0%時，石灰?guī)r砂漿的強度略高于凝灰?guī)r砂漿，但是隨著片狀顆粒摻量的增加，凝灰?guī)r強度略高于石灰?guī)r。由于凝灰?guī)r片狀顆粒表面比石灰?guī)r比表面顆粒粗糙，導(dǎo)致凝灰?guī)r砂漿抗折與抗壓強度略高于石灰?guī)r砂漿強度。因此混凝土用機制砂一定要控制其片狀顆粒含量，否則會影響混凝土力學(xué)性能，針對凝灰?guī)r機制砂中片狀顆粒宜在10%以下。

表4 凝灰?guī)r片狀顆粒摻量對砂漿強度影響（水膠比為0.5）

表5 石灰?guī)r片狀顆粒摻量對砂漿強度影響（水膠比為0.5）

表6為W/B=0.45時不同含量片狀顆粒，石灰?guī)r與凝灰?guī)r砂漿3、28d砂漿抗折、抗壓強度，不同片狀顆粒對砂漿強度的影響試驗結(jié)果。由表4～表6可得水膠比為0.45的砂漿強度高于水膠比為0.5砂漿的強度。主要原因是水膠比降低，增加了砂漿中空隙含量，提高了砂漿強度。

表6 片狀顆粒含量對凝灰?guī)r漿強度影響（水膠比為0.45）

表7、表8為不同片狀顆粒對石灰?guī)r與凝灰?guī)rC30、C35混凝土3、28d抗壓強度影響的試驗結(jié)果表明，隨著片狀顆粒的增加，兩種混凝土的3、28d強度不斷降低，另外凝灰?guī)r機制砂混凝土強度略高于石灰?guī)r混凝土強度。是由于片狀顆粒的機制砂強度比規(guī)則的機制砂強度低，而且與片狀顆粒的定向排列也有關(guān)系，隨著片狀顆粒的增加，片狀顆粒在漿體中定向排列，使得砂漿中空隙增加，導(dǎo)致砂漿強度增加。

表7 針片狀顆粒含量對石灰?guī)rC30、C35混凝土強度影響

表8 針片狀顆粒含量對凝灰?guī)rC30、C35混凝土強度影響

2.2 不同含量石粉對砂漿流動性、混凝土強度影響

表9是不同摻量凝灰?guī)r石粉配合比設(shè)計及膠砂流動度試驗結(jié)果，隨著石粉摻量的增加，膠砂流動度從168mm降低到150mm。表10是不同石粉摻量對膠砂抗折抗壓強度影響結(jié)果，隨著摻量增加，砂漿的7、28d強度逐漸降低，在石粉摻量為10%以內(nèi)，摻加了凝灰?guī)r石粉的膠砂比不摻加石粉的強度降低幅度很小，為了保證機制砂有較好的級配，必須含有一定量的石粉，減少混凝土的泌水、提高混凝土的和易性。并且，機制砂在制備過程中，石粉不可能100%去除，在盡量降低石粉量對砂漿流動性與強度影響前提下，機制砂中保留10%以內(nèi)的石粉，還能優(yōu)化機制砂去除粉體工藝，降低機制砂制備成本。表11是不同石粉含量對C30、C35混凝土流動性影響實驗結(jié)果，隨著石粉摻量增加，混凝土坍落度與擴展度不斷降低，但是石粉摻量為4%、8%時候，坍落度與擴展度降低幅度很小，大于8%時候，混凝土的坍落度與擴展度降低幅度增高。另外，同條件下相比，C35坍落度與擴展度降低幅度大于C30混凝土坍落度與擴展度值。由于凝灰?guī)r石粉的需水量比大于石灰石粉與粉煤灰，使得漿體在相同用水量的情況下，需要的水量更多；其次隨著凝灰?guī)r石粉加入，砂漿與混凝土的漿體粘度增加，初始流動度、擴展度減小。

表9 膠砂配合比與膠砂流動度

表10 不同石粉摻量對膠砂強度的影響

表11 不同石粉含量對混凝土流動性影響

表12、表13是不同石粉摻量凝灰?guī)r混凝土對3、7、28d強度的影響，隨著石粉摻量的增加，混凝土強度值增加，再降低，在石粉摻量為10%與12%時，兩種混凝土強度達到最大，其中C30混凝土強度最大值：3d為 20.2MPa、7d 為 46.6MPa、28d 為 55.2MPa，與石粉摻量為10%時差值很小，C35混凝土強度值最大值，3d為 20.1MPa、7d 為 46.9MPa、28d 為 54.1MPa。由于凝灰?guī)r石粉在砂漿與混凝土中主要起到摻合料作用，由于凝灰?guī)r石粉的活性較低，在水泥水化早期，石粉主要為惰性摻合料，起到微集料填充效應(yīng)，在C30與C35高水膠比的情況下，對后期砂漿與混凝土強度貢獻較?。涣硗庥捎谑坌杷勘却?，石粉在漿體不能有效地分散均勻，導(dǎo)致砂漿與混凝土強度降低。

表12 不同石粉摻量對C30混凝土強度影響

表13 不同石粉摻量對C35混凝土強度影響

3 結(jié)語

（1） 機制砂的片狀顆粒含量會使拌合物粘滯力增大，流變性能變差，導(dǎo)致混凝土和易性差，坍落度降低。

（2） 隨著片狀顆粒的增加，砂漿的抗折與抗壓強度不斷下降；在石粉摻量為0%時，石灰?guī)r砂漿的強度略高于凝灰?guī)r砂漿，但是隨著石粉摻量的增加，凝灰?guī)r強度略高于石灰?guī)r；水膠比為0.45的砂漿強度明顯高于水膠比為0.5強度。

（3） 凝灰?guī)r石粉摻量為10%與12%時，混凝土強度達到最大。