余春榮，耿加會(huì)，李國(guó)宏

（1. 建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所，北京 100024；2. 舞陽縣惠達(dá)公路工程有限公司，河南 舞陽 462400）

鐵尾礦砂在混凝土中的應(yīng)用研究

余春榮1，耿加會(huì)2，李國(guó)宏2

（1. 建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所，北京 100024；2. 舞陽縣惠達(dá)公路工程有限公司，河南 舞陽 462400）

鐵尾礦砂是選礦過程中留下的一種固體廢棄物，大量的堆放污染環(huán)境。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)鐵尾礦砂的研究和使用取得了突破性的進(jìn)展，本文在國(guó)內(nèi)專家學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)罔F尾礦砂的特點(diǎn)，通過試驗(yàn)分析鐵尾礦砂的摻量對(duì)混凝土砂率、工作性、混凝土強(qiáng)度、漿體量、外加劑摻量等因素分析，結(jié)合試驗(yàn)提出自己一些看法，供大家參考。

鐵尾礦砂；細(xì)度模數(shù)；砂率；混凝土強(qiáng)度；坍落度；漿體量；外加劑摻量

鐵尾礦砂是鐵礦石精選礦提純、磨細(xì)、選鐵礦后產(chǎn)生的一種細(xì)度模數(shù)穩(wěn)定，且符合細(xì)砂或者特細(xì)砂的尾礦廢渣。

鐵尾礦砂含有的細(xì)粉大部分為石粉顆粒，屬于堅(jiān)固成分，有利于混凝土力學(xué)性能和耐久性。同時(shí)依照 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)規(guī)定，結(jié)合混凝土和鐵尾礦砂的特點(diǎn)，對(duì)鐵尾礦砂用作混凝土細(xì)集料的可行性和應(yīng)用范圍進(jìn)行試驗(yàn)分析。由于砂石資源匱乏，砂石原材料品質(zhì)波動(dòng)較大，很難購(gòu)買到滿足現(xiàn)行規(guī)范要求的天然砂石。主要表現(xiàn)為天然砂中含石率較高（一般在10%～40%），并且含泥量嚴(yán)重超出標(biāo)準(zhǔn)。顆粒級(jí)配表現(xiàn)為粗顆粒多、細(xì)顆粒少、級(jí)配十分不合理，給配制中、低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土帶來很大的困難。用鐵尾礦砂部分取代河砂，既可以減小含石波動(dòng)對(duì)混凝土工作性能的不利影響，又可優(yōu)化細(xì)骨料的顆粒級(jí)配。尾礦砂粒徑小于 0.15mm 的細(xì)粉主要是石粉，石粉在性能上不同于河砂中的泥粉，對(duì)外加劑吸附較小，摻入部分鐵尾礦砂可以有效降低細(xì)骨料的含泥量。應(yīng)用鐵尾礦砂也可以優(yōu)化混凝土配合比參數(shù)的調(diào)整范圍，增加混凝土配合比調(diào)整自由度。尤其在膠凝材料相對(duì)較少的低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中加入適量的石粉充當(dāng)細(xì)集料有利于提高混凝土的粘聚性、和易性。

在鐵尾礦砂的與河砂復(fù)配使用缺少系統(tǒng)性的研究，另外，對(duì)尾礦砂的使用還存在以下困難：①長(zhǎng)期以來，混凝土行業(yè)習(xí)慣于使用天然河砂，對(duì)河砂產(chǎn)生依賴和固定的思維難以改變，對(duì)于鐵尾礦砂認(rèn)識(shí)不足。②鐵礦開采企業(yè)對(duì)選礦過程中產(chǎn)生鐵尾礦作為廢棄物進(jìn)行堆積、掩埋等簡(jiǎn)單處理。③對(duì)鐵尾礦砂的認(rèn)識(shí)、使用是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。

我國(guó)對(duì)鐵尾礦砂的使用的研究比較晚，在混凝土中使用鐵尾礦砂的研究近幾年才得到迅速發(fā)展，研究的內(nèi)容主要有：

許發(fā)松[1]研究表明：用鐵尾礦配制的混凝土同天然河砂混凝土相比，無堿—骨料反應(yīng)且抗凍性能良好；卞立波、宋少民[2]研究發(fā)現(xiàn)：在石子級(jí)配良好、空隙率低的情況下，粉煤灰的使用和采用較低的水膠比，鐵尾礦細(xì)砂混凝土具有很強(qiáng)的抗氯離子滲透能力；孫玉良、趙蕓平、閻嘉旺[5]試驗(yàn)表明：尾礦砂石配制的混凝土的抗凍性與天然砂石混凝土的接近；強(qiáng)度等級(jí)較低時(shí)，尾礦砂石配制的混凝土抗?jié)B性能低于天然砂石混凝土，尾礦砂石混凝土的抗碳化性能高于天然砂石混凝土的抗碳化性能。

蔡基偉、封孝信、趙麗[3]試驗(yàn)表明：使用鐵尾礦砂配制的混凝土與天然河砂混凝土相比流動(dòng)性差、泌水率大；張少波[4]研究發(fā)現(xiàn)：天然河砂配制的混凝土塑性粘度系數(shù)均大于鐵尾礦砂混凝土，但屈服應(yīng)力均小于鐵尾礦砂混凝土；趙蕓平、孫玉良、于濤等[6]研究表明，在相同試驗(yàn)條件下，尾礦砂石配制的混凝土的坍落度、黏聚性和保水性略差于天然砂石混凝土；何兆芳、鄧初首[7]試驗(yàn)表明：鐵尾礦砂混凝土的工作性、黏結(jié)性、力學(xué)性能、抗凍性能和抗?jié)B性能均優(yōu)于天然砂混凝土，干縮性能和天然砂混凝土相當(dāng)；廖華平[8]研究發(fā)現(xiàn)：隨著砂率的增加，鐵尾礦砂配制的自密實(shí)混凝土工作性能良好，但砂率超過 45% 時(shí)，工作性下降，其流動(dòng)度、填充性和間隙通過性均降低。鐵尾礦砂取代普通砂、石英砂作為細(xì)骨料，其基本力學(xué)性能較好，且具有一定的早強(qiáng)作用。

混凝土的可持續(xù)性發(fā)展、綠色生產(chǎn)，也不只是降低水泥用量的技術(shù)要求，質(zhì)量?jī)?yōu)良的砂石才是配制出低成本、高性能混凝土的前提和保證。砂石質(zhì)量是影響混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵，對(duì)砂石的級(jí)配必須引起足夠的重視。

利用河砂復(fù)配鐵尾礦砂配制的混凝土性能指標(biāo)是否滿足要求，需要大量是試驗(yàn)和工作實(shí)踐。參照已有的技術(shù)研究成果，充分認(rèn)識(shí)鐵尾礦砂對(duì)混凝土性能的影響，總結(jié)鐵尾礦砂應(yīng)用的技術(shù)規(guī)律和技術(shù)控制要點(diǎn)，合理使用鐵尾礦砂。

1　試驗(yàn)所用原材料

1.1水泥

平頂山市寶豐大地水泥 P·O42.5，密度為 3000kg/m3，其它物理力學(xué)性能見表 1。

表1　水泥的物理與力學(xué)性能

1.2礦物摻合料

粉煤灰：平頂山姚孟電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰，密度 2200kg/m3，其它性能如表 2。礦粉：漯河市臨潁縣“鐵星牌”S95 級(jí)礦渣粉，密度為 2800kg/m3，其它性能指標(biāo)如表 3。

表2　粉煤灰性能

表3　礦渣粉性能檢測(cè)數(shù)據(jù)

1.3粗集料

舞鋼市礦山碎石，其性能指標(biāo)如表 4，得分分析見表 5。

表 4 舞鋼 5～25mm 碎石性能指標(biāo)

表5　舞鋼5～25mm碎石篩分情況

1.4細(xì)集料

平頂山市葉縣辛店鎮(zhèn)河砂，篩分指標(biāo)見表 6。

表6　河砂顆粒級(jí)配

1.5鐵尾礦砂

平頂山市舞鋼尾礦砂，表觀密度為 2720kg/m3，篩分指標(biāo)見表 7，化學(xué)成分分析見表 8。

表7　鐵尾礦砂顆粒級(jí)配

表8　平頂山市舞鋼鐵尾礦砂化學(xué)成分分析 %

從化學(xué)成分上看，尾礦砂中有較高的活性化學(xué)成分：CaO、SiO2、Al2O3和 Fe2O3，它們的總和占 83.3%。用于調(diào)劑細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)的材料，摻于混凝土中除可優(yōu)化配合比、改善混凝土的粘聚性、保水性外，這部分尾礦砂與水泥漿體的界表面結(jié)合力也是比較強(qiáng)的；尾礦砂中小于 0.075mm和小于 0.045mm 的部分，可作為膠凝材料的補(bǔ)充，增加漿體濃度，甚至直接與水泥水化析出的 Ca(OH)2發(fā)生二次水化反應(yīng)。尾礦砂中含有較高的 Fe2O3在反應(yīng)中形成的水化產(chǎn)物水化鐵酸鈣對(duì)提高抗折強(qiáng)度有利。鐵尾礦砂在放大鏡下如圖1(a)、(b)，鐵尾礦砂顆粒較小較細(xì)，粒形不規(guī)則，電鏡放表面顆粒粗糙。

圖1　鐵尾礦砂在放大鏡下的形狀

1.6減水劑

脂肪族復(fù)合高效減水劑，其性能指標(biāo)見表 9。

表9　減水劑性能指標(biāo)

2　鐵尾礦砂摻量對(duì)混凝土的影響

天然河砂細(xì)度模數(shù)偏大、含石量大，鐵尾礦砂顆粒級(jí)配主要集中在 0.63～0.15mm 之間，粒徑小于 0.15mm 的細(xì)顆粒在 15% 左右。針對(duì)天然河砂與鐵尾礦砂的特點(diǎn)，將鐵尾礦砂與天然河砂混合配制成滿足混凝土生產(chǎn)要求的Ⅱ區(qū)中砂。使用這種混合砂配制混凝土，技術(shù)關(guān)鍵是混合砂的混合比例怎么確定。其混合比例可按照混凝土工作性、力學(xué)性能、混合砂細(xì)度模數(shù)等技術(shù)指標(biāo)優(yōu)選出最佳的混合比例，該比例的混合砂應(yīng)滿足混凝土對(duì)普通砂的各項(xiàng)技術(shù)要求。試驗(yàn)時(shí)，外加劑摻量適當(dāng)調(diào)整，保證達(dá)到要求的工作性，探討鐵尾礦混合砂混凝土的應(yīng)用技術(shù)規(guī)律。

2.1鐵尾礦砂混凝土試驗(yàn)配合比

新拌混凝土的和易性，也稱工作性，是指拌合物易于攪拌、運(yùn)輸、澆搗成型，并獲得質(zhì)量均勻密實(shí)的混凝土的一項(xiàng)綜合技術(shù)性能。通常用流動(dòng)性、粘聚性和保水性三項(xiàng)內(nèi)容表示。流動(dòng)性是指拌合物在自重或外力作用下產(chǎn)生流動(dòng)的難易程度；粘聚性是指拌合物各組成材料之間不產(chǎn)生分層離析現(xiàn)象；保水性是指拌合物不產(chǎn)生嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象。通常情況下，混凝土拌合物的流動(dòng)性越大，則保水性和粘聚性越差，反之亦然，相互之間存在一定矛盾。和易性良好的混凝土是指既具有滿足施工要求的流動(dòng)性，又具有良好的粘聚性和保水性。因此，不能簡(jiǎn)單地將流動(dòng)性大的混凝土稱之為和易性好，或者流動(dòng)性減小說成和易性變差。在評(píng)價(jià)混凝土工作性時(shí)，用坍落度結(jié)合坍落流動(dòng)度（用拌合物坍落穩(wěn)定時(shí)所鋪展的直徑表示，也稱擴(kuò)展度），參考圖 2[9]進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖2　混凝土拌合物工作性的簡(jiǎn)易評(píng)價(jià)

坍落度與擴(kuò)展度的比值也稱為坍?dāng)U比，從圖中可以看出坍?dāng)U比在 0.4 左右混凝土的工作性較好；大于 0.4 時(shí)，混凝土工作性粘稠；小于 0.4 時(shí)，混凝土工作性差，易出現(xiàn)泌水、離析。坍?dāng)U比與 0.4 的差值越大，工作性越差，坍?dāng)U比可以作為工作性評(píng)價(jià)的簡(jiǎn)易方法。

鐵尾礦砂中小于 0.15mm 的細(xì)顆?？梢哉{(diào)節(jié)砂子的級(jí)配，充當(dāng)粉體填充料，填充混凝土骨料間的空隙，提高混凝土保水性和粘聚性，改善離析、泌水現(xiàn)象，使得混凝土易于密實(shí)成型。尤其在低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中，作用更加明顯。低強(qiáng)度等級(jí)混凝土膠凝材料用量少，摻用鐵尾礦砂后，補(bǔ)充粉體材料，有效解決工作性差的缺點(diǎn)。為了系統(tǒng)了解鐵尾礦砂摻量變化對(duì)不同膠凝材料用量、水膠比的混凝土性能影響，采用表 10 的混凝土配合比進(jìn)行試驗(yàn)。

3.1尾礦砂摻量對(duì)砂率的影響

在混凝土拌合物坍落度一定的條件下，若砂率小，為保證有足夠的砂漿包裹潤(rùn)滑粗骨料，必須增加膠凝材料漿體的用量才能保證足夠的砂漿量。同樣，若砂率過大，要增加過多的膠凝材料漿體來包裹、填充、潤(rùn)滑骨料。因此，砂率是控制混凝土拌合物工作性的重要參數(shù)，砂率選用的是否合理直接影響混凝土的工作性和質(zhì)量。鐵尾礦砂在顆粒級(jí)配上與河砂有顯著的區(qū)別，河砂的細(xì)度模數(shù)較大，粗顆粒較多，細(xì)顆粒不足，而鐵尾礦砂中粗顆粒較少，細(xì)顆粒偏多。單獨(dú)使用鐵尾礦砂配制混凝土，細(xì)顆粒多，比表面積大，膠凝材料料漿體用量大，同樣，單獨(dú)使用河砂配制混凝土，由于缺少細(xì)顆粒，保水性和粘聚性變差，以泌水、離析。

鐵尾礦砂與河砂混合使用可以克服河砂細(xì)顆粒不足的弊端，使混凝土的細(xì)顆粒增加，另外鐵尾礦砂中小于 0.15mm的石粉顆粒，也可以使混凝土粉體材料增加，改變總漿體量、漿體稠度及水粉比（用水量與細(xì)粉量的比值）。為了研究鐵尾礦砂混合比例的變化對(duì)混凝土砂率的影響，按照表 10所給出的配合比，鐵尾礦砂摻量分別為 0%、20%、40% 進(jìn)行試驗(yàn)?？紤]到鐵尾礦砂摻量的增加改變了原有粉體的數(shù)量及漿體的稠度，在鐵尾礦砂摻量的同時(shí)，適當(dāng)提高減水劑的摻量，保證混凝土拌合物具有良好的工作性，其試驗(yàn)結(jié)果如表11。

表10　試驗(yàn)配合比

表11　尾礦砂摻量對(duì)砂率的影響

在用水量和膠凝材料用量相同的情況下，隨著鐵尾礦砂摻量的增加，通過調(diào)整砂率均可以獲得滿意的工作性能。鐵尾礦砂摻量為 0%、混凝土砂率為 45% 時(shí)，坍?dāng)U比為 0.41，工作性較好；鐵尾礦砂摻量為 20%、混凝土砂率為 42% 時(shí)，坍?dāng)U比為 0.40，工作性較好；鐵尾礦砂摻量為 40%、混凝土砂率為 39% 時(shí)，坍?dāng)U比為 0.40，工作性較好。表現(xiàn)出隨著鐵尾礦砂的摻量的增加，混凝土砂率隨之降低。

河砂的細(xì)度模數(shù)為 3.1，鐵尾礦砂的細(xì)度模數(shù)為 1.4，隨著鐵尾礦砂摻量的增加，必然引起混合砂細(xì)度模數(shù)的變化。混合砂的細(xì)度模數(shù)等于鐵尾礦砂的細(xì)度模數(shù)與其摻量的乘積加上河砂的細(xì)度模數(shù)與其摻量的乘積，即：

鐵尾礦砂摻量為 20% 時(shí)，

混合砂細(xì)度模數(shù)=1.4×20%＋3.1×(1－20%)=2.76

鐵尾礦砂摻量為 40% 時(shí)，

混合砂細(xì)度模數(shù)=1.4×40%＋3.1×(1－40%)=2.38

可以看出，鐵尾礦砂摻量增加 20%，混合砂的細(xì)度模數(shù)降低近 0.4，砂率降低 3%。鐵尾礦砂摻量的增加直接改變混合砂的細(xì)度模數(shù)，進(jìn)而影響砂率。因此，在鐵尾礦砂的使用過程中，應(yīng)關(guān)注河砂與鐵尾礦砂細(xì)度模數(shù)的變化，及時(shí)調(diào)整砂率?；旌仙凹?xì)度模數(shù)變化 0.2，砂率要相應(yīng)調(diào)整 1%～2%。

從外加劑的用量來看，隨著鐵尾礦砂用量的增加，外加劑摻量也相應(yīng)增加才能獲得良好的工作性。從表 6 和表 7 可知，河砂中粒徑小于 0.15mm 的粉狀顆粒含量為3%，鐵尾礦砂中粒徑小于 0.15mm 的粉狀顆粒含量為 17.8%，即相同質(zhì)量的情況下鐵尾礦砂含有粒徑小于 0.15mm 的顆粒較河砂多14.8%。當(dāng)鐵尾礦砂摻量為 20% 時(shí)，砂率為 42%，混凝土工作性較好。此時(shí)，細(xì)砂用量為 154kg/m3、較鐵尾礦砂摻量為0% 時(shí)，混合砂中粒徑小于 0.15mm 的粉體顆粒較鐵尾礦砂摻量為 0% 時(shí)增加了 154×14.8%=22.8(kg/m3)。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，鐵尾礦砂摻量為 0% 時(shí)，外加劑的摻量為 1.9%，如果把增加的這些粉體粒徑在計(jì)算外加劑用量時(shí)看做粉體材料，外加劑的用量為 (360＋22.8)×1.9%=7.27(kg/m3)。鐵尾礦砂摻量為 20% 時(shí)，外加劑摻量為 2.0%，用量為 7.2kg/m3，兩者相差不大。在計(jì)算外加劑用量時(shí)，應(yīng)充分考慮砂中含有的石粉對(duì)外加劑的影響。

3.2尾礦砂摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響

鐵尾礦砂作為一種質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定的特細(xì)砂與河砂混合使用，增加了混凝土配合比設(shè)調(diào)整的空間。通過混合比例，優(yōu)化混合砂的顆粒級(jí)配，降低空隙率，提高混凝土整體性能。根據(jù)表 10 的配合比參數(shù)，對(duì)鐵尾礦砂摻量為 0%、20%、40%、60%，進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果如表 12所示。

表12　尾礦砂摻量對(duì)混凝土工作性及抗壓強(qiáng)度的影響

從表 12 可以看出，在膠凝材料用量 300kg/m3時(shí)，鐵尾礦砂摻量為 40% 時(shí)坍落度達(dá)到最大值 220mm，坍?dāng)U比 0.4；在膠凝材料用量 360kg/m3時(shí)，鐵尾礦砂摻量為 20% 時(shí)坍落度達(dá)到最大值 185mm，坍?dāng)U比 0.4；在膠凝材料用量 420kg/m3時(shí)，鐵尾礦砂摻量為 0% 時(shí)坍落度達(dá) 235mm，坍?dāng)U比 0.41，鐵尾礦砂摻量增加到 20% 時(shí)，坍落度為 225mm，略有減低，坍?dāng)U比 0.4；膠凝材料增加到 480kg/m3時(shí)，鐵尾礦砂的加入均降低工作性。

在膠凝材料用量低于 420kg/m3時(shí)，適當(dāng)增加鐵尾礦砂摻量能夠改善混凝土的和易性，提高混凝土保水性、抗離析泌水能力，增加混凝土的粘聚性。隨著鐵尾礦砂摻量的增加，混凝土的粘聚性增加，混凝土的坍落度及擴(kuò)展度先增大后減小?；炷恋臐{體在一定的范圍內(nèi)可以有效填充到骨料的的空隙中，潤(rùn)滑骨料顆粒，減小表面摩擦力。當(dāng)漿體中粉體量增大超過一定的范圍時(shí)，造成漿體的稠度過大，不能有效克服骨料顆粒間的摩擦力，流動(dòng)性變差。

混凝土拌合物內(nèi)摩擦阻力，一是來自膠凝材料漿體間的內(nèi)聚力與粘性，二是來自骨料顆粒間的摩擦力。漿體的粘聚力主要取決于水膠比，即膠凝材料漿體的稠度。水膠比越大漿體的稠度越小，粘聚力越差，無法帶動(dòng)骨料一起運(yùn)動(dòng)，混凝土越容易離析、泌水、分層；水膠比降低，漿體的稠度增大，粘聚力增強(qiáng)，混凝土流動(dòng)時(shí)需要克服屈服剪切力，使得混凝土的擴(kuò)展度降低，流動(dòng)性變差。骨料間摩擦力主要取決于骨料顆粒間的摩擦系數(shù)及包裹在骨料表面膠凝材料漿體的數(shù)量，漿體數(shù)量越多，骨料間水泥漿層越厚，骨料之間的摩擦力越小。因此，在原材料一定時(shí)，坍落度主要取決于漿體的多少和黏度大小。

鐵尾礦混合砂混凝土拌合物工作性試驗(yàn)表明，只要混合比例合適，完全可以配制出性能優(yōu)良的混凝土。混合砂中鐵尾礦砂與河砂的混合比例不是固定的，其隨著強(qiáng)度等級(jí)（膠凝材料用量）的變化而變化，即隨著膠凝材料的增加鐵尾礦砂的摻入比例逐漸降低。

從各齡期強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律來看，不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，鐵尾礦砂的摻入比例不同，各齡期強(qiáng)度雖有差異，但波動(dòng)幅度不大，只要是工作性能良好的混凝土，混凝土強(qiáng)度及發(fā)展規(guī)律均能滿足要求。

3.3鐵尾礦砂摻量對(duì)坍落度的影響

漿體是由水泥等膠凝材料與水拌合而成，具有流動(dòng)性和可塑性，膠凝材料漿體使混凝土拌合物中砂石骨料表面具有一層潤(rùn)滑流體使砂石骨料彼此分開，降低由于混凝土拌合物中石子之間的相互摩擦而形成的摩擦力，膠凝材料漿體量大小直接影響混凝土的和易性。

鐵尾礦砂的細(xì)度模數(shù)和細(xì)粉含量相對(duì)穩(wěn)定，波動(dòng)范圍較小。鐵尾礦砂中粒徑小于 0.15mm 的細(xì)粉主要是石粉，這些細(xì)顆粒在粒徑上類似于粉體膠凝材料，在混凝土膠凝體系中起到補(bǔ)充膠凝體系中的數(shù)量，改變混凝土體系的流變性能。在水膠比不變的情況下，隨著鐵尾礦砂摻量的增加，漿體的稠度變大、流動(dòng)性降低。

為了了解混凝土中鐵尾礦砂摻量對(duì)混凝土最大坍落度的影響，混凝土配合比采用表 10 和表 12，進(jìn)行混凝土試驗(yàn)，通過調(diào)整外加劑摻量使混凝土獲得最大坍落度，試驗(yàn)結(jié)果見表13。

表13　尾礦砂摻量變化對(duì)坍落度的影響

從表 13 可以看出，隨著鐵尾礦砂摻量的增加，鐵尾礦砂帶入的細(xì)粉量也逐漸增加。鐵尾礦砂摻量每增加 20%，混合砂中的總粉量增加 15～20kg 左右。在用水量、膠凝材料用量不變的情況下，鐵尾礦砂摻量的增加，水粉比減小，漿體的粘聚性增大，拌合物的保水性增強(qiáng)，隨著外加劑摻量的增加混凝土坍落度變大。

在鐵尾礦砂的使用過程中，由于鐵尾礦砂中含有大量粒徑小于 0.15mm 細(xì)粉顆粒，從形態(tài)上應(yīng)把這些細(xì)粉顆?？醋髂z凝材料的一部分。則混凝土各膠凝材料表觀密度為：水泥表觀密度為 3000kg/m3、粉煤灰表觀密度為 2200kg/m3、礦粉表觀密度為 2800kg/m3，由水泥（60%）、礦粉（20%）、粉煤灰（20%）組成的混凝土膠凝材料表觀密度為：

式中：

αC、αF、αK——分別為水泥、粉煤灰、礦粉占膠凝材料的質(zhì)量百分比，%；

ρB、ρC、ρF、ρK——分別為膠凝材料、水泥、粉煤灰、礦粉的密度，kg/m3。

將水泥、粉煤灰、礦粉的密度代入上式可以計(jì)算出膠凝材料密度為 2770kg/m3，鐵尾礦砂表觀密度為 2720 kg/m3。根據(jù)表 13 可以得出表 14 各配合比粉體總漿體量對(duì)應(yīng)的適宜坍落度。

表14　混凝土粉體總漿量與坍落度的關(guān)系

從表 14 可以看出，隨著混凝土最大坍落度的增加，混凝土用水量與所有粉體總成的總粉體漿量也相應(yīng)增大。為了直觀表現(xiàn)出混凝土粉體總漿體量與坍落度的關(guān)系，繪制出圖3。從圖中可以看出混凝土坍落度 x 與混凝土漿體量 y 有線性關(guān)系：

圖3　混凝土總粉料粉體漿量用量與坍落度的關(guān)系

為獲得滿意的工作性，混凝土必須具有一定的漿體，漿體越多，骨料間摩擦力越小，混凝土拌合物越易于流動(dòng)，混凝土坍落度就越大，反之坍落度變小。若滿足工作性的條件下，漿體過多，就會(huì)出現(xiàn)流漿及泌水現(xiàn)象，且膠凝材料用量大也不經(jīng)濟(jì)；若漿體過少，致使不能填滿骨料間的空隙或不夠包裹所有骨料表面時(shí)，則混凝土拌合物粘聚性變差，會(huì)產(chǎn)生崩塌現(xiàn)象。因此，在鐵尾礦砂的使用過程中，應(yīng)根據(jù)混凝土坍落度的要求、混凝土的強(qiáng)度等級(jí)和膠凝材料用量調(diào)整鐵尾礦砂在混合砂中的摻量，以找到適合混凝土工作性的漿體用量。

4　不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土中鐵尾礦砂的摻量

鐵尾礦砂中的細(xì)粉顆粒在混凝土漿體中主要起兩方面的作用：其一，增加混凝土漿體的數(shù)量，提高包裹在骨料表面漿體的厚度，減小骨料間的摩擦力，增加混凝土的工作性；其二，在水膠比不變的情況下，鐵尾礦砂的細(xì)粉顆?？梢栽黾铀郾?，增加混凝土漿體的稠度，使粘聚性、保水性增加。在低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中，漿體量少，漿體稠度低，增加鐵尾礦砂的摻量可以增加漿體數(shù)量，增加混凝土的粘聚性、保水性。而高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土拌合物，自身膠凝材料較多、漿體大，再加上水膠比小、漿體稠度大，再加入鐵尾礦砂，漿體的水粉比更低、工作性更差。因此，低強(qiáng)度等級(jí)混凝土使用的砂應(yīng)細(xì)度模數(shù)小一些，以提高混凝土粘聚性、保水性，高強(qiáng)度等級(jí)混凝土使用的砂細(xì)度模數(shù)大一些，以降低混凝土中細(xì)粉的數(shù)量，降低混凝土的黏度。由此看來，在鐵尾礦砂與河砂混合使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)混凝土膠凝材料用量及混凝土工作性要求確定混合比例，對(duì)于泵送 C10～C60 等級(jí)混凝土，混合比例可按表 15 使用。

表15　各強(qiáng)度等級(jí)下，尾礦砂代替河砂的比例

使用鐵尾礦砂的過程中應(yīng)注意對(duì)天然砂質(zhì)量的檢測(cè)，根據(jù)天然砂的細(xì)度模數(shù)調(diào)整混合比例，在調(diào)整過程中，并注意調(diào)整砂率及減水劑摻量。

5　結(jié)論

從本文的試驗(yàn)結(jié)果可以看出：

（1）鐵尾礦砂的用量對(duì)混凝土砂率有影響，鐵尾礦砂摻量大，鐵尾礦砂與河砂組成的混合砂的細(xì)度模數(shù)降低，砂率應(yīng)相應(yīng)降低，保證混凝土良好的工作性。

（2）混凝土中摻入不同比例的尾礦砂，雖然各齡期的強(qiáng)度有所差異，但波動(dòng)幅度不大，只要混凝土工作性良好，均滿足混凝土強(qiáng)度發(fā)展的規(guī)律。

（3）鐵尾礦砂用量的增加，使混凝土中小于 0.015mm的細(xì)粉顆粒增加，漿體用量相應(yīng)增加，改善混凝土的粘聚性和保水性。但細(xì)粉量的增加也增加了對(duì)外加劑的吸附，應(yīng)適當(dāng)提高外加劑摻量。

（4）鐵尾礦砂的使用比例應(yīng)根據(jù)強(qiáng)度等級(jí)和膠凝材料用量的不同而不同，混凝土膠凝材料用量大，鐵尾礦砂摻量小，反之摻量增加。

[1] 許發(fā)松．尾礦砂石在混凝土中的研究與應(yīng)用[J]．商品混凝土，2006.03: 21-26．

[2] 卞立波，宋少民．第六屆全國(guó)土木工程研究生學(xué)術(shù)論壇論文集[C]．北京：清華大學(xué)出版社，2008．

[3] 蔡基偉，封孝信，趙麗，等．鐵尾礦砂混凝土的泌水特性[J]．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009.07: 88-91．

[4] 張少波．鐵尾礦砂混凝土流變性能研究[D]．唐山：河北理工大學(xué)，2010．

[5] 孫玉良、趙蕓平、閻嘉旺．尾礦砂石混凝土耐久性的試驗(yàn)研究[J]．建材發(fā)展導(dǎo)向．2009.04: 36-38．

[6] 趙蕓平、孫玉良、于濤等．尾礦砂石混凝土施工性能的試驗(yàn)研究[J]．混凝土，2009.06: 94-102．

[7] 何兆芳，鄧初首．尾礦在預(yù)拌混凝土中應(yīng)用的試驗(yàn)研究[J].混凝土，2009.09: 115-118．

[8] 廖華平．鐵尾礦砂自密實(shí)混凝土施工性能及基本力學(xué)性能試驗(yàn)研究[D]．合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2011．

[9] 吳中偉，廉慧珍．高性能混凝土[M]．北京：中國(guó)鐵道出版社，1999.09: 184．

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余春榮（1978—），女，工程師，從事混凝土信息技術(shù)研究。