呂 平

（1.太原理工大學(xué) 山西太原 030024；2.山西省水利水電科學(xué)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(jì)，截止2000年全國累計(jì)堆存的鐵礦尾礦已達(dá)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(duì)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(chǎng)和河道，嚴(yán)重破壞了自然環(huán)境并影響到航運(yùn)的安全。實(shí)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(jìn)行篩分分成不同粒級(jí)，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(hù)費(fèi)用，創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。本試驗(yàn)以左權(quán)縣桐北石料廠生產(chǎn)的鐵礦石尾礦為選料，進(jìn)行強(qiáng)度等級(jí)為C25混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)。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(yàn)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(yàn)規(guī)程》SL352-2006

《水工混凝土施工規(guī)范》DLT5144-2001

2 原材料檢驗(yàn)

2.1 水泥

試驗(yàn)用水泥為河北省武安市新峰水泥有限責(zé)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(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。水泥的各項(xiàng)物理力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 水泥的各項(xiàng)物理力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果

2.2 粉煤灰

試驗(yàn)用粉煤灰為榆次國電生產(chǎn)的粉煤灰，所檢項(xiàng)目的檢驗(yàn)結(jié)果為符合Ⅱ級(jí)要求，其檢驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 粉煤灰的物理化學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果

圖1 砂篩分曲線

2.3 細(xì)骨料

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

表4 細(xì)骨料的物理性能檢驗(yàn)結(jié)果

表5 細(xì)骨料的級(jí)配檢驗(yàn)結(jié)果

2.4 粗骨料

試驗(yàn)用粗骨料采用二級(jí)配，分別為5~20 mm、20~40 mm，試驗(yàn)對(duì)該碎石進(jìn)行常規(guī)檢驗(yàn)外，重點(diǎn)檢測(cè)其堿活性及化學(xué)成分。 粗骨料的各項(xiàng)物理力學(xué)及化學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果詳見表6~表9。我們對(duì)此種鐵礦尾礦碎石進(jìn)行了化學(xué)成分的檢驗(yàn)，化學(xué)成分中SO3含量為0.068%，低于0.5%，滿足規(guī)范規(guī)定的對(duì)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(dāng)中的堿含量為3.93%（按照混凝土原材料中堿含量計(jì)算方式計(jì)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(chǔ)上對(duì)其堿活性進(jìn)行檢驗(yàn)，堿活性指標(biāo)（砂漿棒法）14d膨脹率檢驗(yàn)結(jié)論為合格，檢測(cè)結(jié)果見表6。

表6 粗骨料物理力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果

表7 5~20mm級(jí)配粗骨料檢驗(yàn)結(jié)果

表8 20-40mm級(jí)配粗骨料檢驗(yàn)結(jié)果

表9 粗骨料的化學(xué)成分檢驗(yàn)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(yàn)確定。

3 混凝土配合比設(shè)計(jì)

3.1 混凝土配合比的基本參數(shù)

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

式中:fcu,0─混凝土的配制強(qiáng)度，MPa；

fcu,k─為混凝土設(shè)計(jì)齡期的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度，MPa；

t─為混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)保證率的保證率系數(shù)，%；σ為混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，MPa。

取混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)保證率為95%時(shí)，保證率系數(shù)t取1.645，混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ根據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL352-2006）進(jìn)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(shè)計(jì)的基本參數(shù)

3.2 混凝土配合比的試驗(yàn)結(jié)果

混凝土配合比設(shè)計(jì)的試驗(yàn)結(jié)果見表11。試驗(yàn)選取了兩組試塊進(jìn)行了凍融試驗(yàn)，其抗凍等級(jí)均達(dá)到F150。

表11 混凝土配合比設(shè)計(jì)的拌和及力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

4 推薦的混凝土配合比

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

表12 推薦的混凝土配合比

5 結(jié)論

通過對(duì)原材料水泥、粉煤灰、砂石骨料的各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得出了滿足設(shè)計(jì)和施工要求的經(jīng)濟(jì)實(shí)用的配合比。在整個(gè)試驗(yàn)試拌過程中，鐵礦石尾礦作為粗骨料，對(duì)于兩級(jí)配的尾礦碎石粒徑和混合比例要求比較嚴(yán)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(yán)格執(zhí)行粒徑和含硫量等化學(xué)指標(biāo)的要求，具體拌和和澆筑過程中要注意以下兩點(diǎn)：

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

2）應(yīng)重視混凝土的拆模和養(yǎng)護(hù)?；炷林袚接蟹勖夯业葥胶狭希炷恋脑缙趶?qiáng)度較低，拆模時(shí)間應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)調(diào)整延長；混凝土的早期養(yǎng)護(hù)十分重要，否則更容易產(chǎn)生開裂?；炷恋酿B(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)在保證28天的基礎(chǔ)上，盡可能延長至90天齡期的養(yǎng)護(hù)。

采用鐵礦石尾礦作為粗骨料，進(jìn)行混凝土配合比在滿足混凝土強(qiáng)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(hù)，減少破壞和污染，起到了重要的作用。