王永海，王慶濤，張靖巖，冷發(fā)光

（1.中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013；2.建筑環(huán)境與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100013）

1 編制背景和意義

由于我國近幾十年基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對水泥和混凝土需求巨大，生產(chǎn)水泥的混合材凸顯緊缺，特別是粉煤灰、礦渣等摻合料出現(xiàn)緊缺的問題，有的地區(qū)甚至出現(xiàn)粉煤灰脫銷的現(xiàn)象。而尾礦是一種容易得到的廉價(jià)材料，其來源有保證，價(jià)格低廉。尤其是我國南方、西南某些地區(qū)，在一些施工地附近沒有粉煤灰、礦渣，而采、選礦尾礦資源非常豐富。尾礦的有效綜合利用，一方面可消除尾礦造成大量占用農(nóng)林地、安全隱患、環(huán)境的污染、制約經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展等突出問題；另一方面可以替代日益緊缺的粉煤灰和礦渣，同時可解決生產(chǎn)水泥所需的混合材及實(shí)際混凝土工程中原材料緊缺的問題，降低生產(chǎn)成本及工程造價(jià)。

鉛鋅、鐵尾礦微粉是以金屬鉛鋅、鐵礦采礦或選礦過程中產(chǎn)生的固體廢棄物為主要原料，經(jīng)高效粉磨制成的以硅酸鹽或碳酸鹽為主要成分的粉體。近些年的研究成果證明[1-2]，鉛鋅、鐵尾礦微粉富含硅酸鹽及碳酸鹽成分，一方面，可替代粉煤灰、礦渣粉作為混合材用于生產(chǎn)水泥，改善粉磨效率，降低生產(chǎn)成本；另一方面，應(yīng)用在混凝土中，可以發(fā)揮微細(xì)填料的作用，改善混凝土微細(xì)顆粒體系的級配組成，減少新拌混凝土的泌水和離析。以往的混凝土中，水泥和礦物摻合料僅有一部分參與水化反應(yīng)，生成水化產(chǎn)物，其余實(shí)際上只起到填料作用。利用鉛鋅、鐵尾礦微粉取代這部分只發(fā)揮填料作用的膠凝材料，可以配制出性價(jià)比高的綠色混凝土。

閆少杰[3]的研究表明，鐵尾礦微粉替代粉煤灰作為混凝土摻合料可以增加混凝土的粘聚性，有利于改善中低強(qiáng)度等級混凝土的和易性；對比粉煤灰，鐵尾礦微粉對于混凝土早期強(qiáng)度更有利，對混凝土后期強(qiáng)度貢獻(xiàn)相對較??；在采用P·Ⅰ水泥時，C30混凝土中鐵尾礦微粉摻量宜在25%以下，C50混凝土中摻量宜在20%以下，在此摻量下混凝土各齡期強(qiáng)度均有較好保障；鐵尾礦微粉在適宜摻量下，混凝土的抗碳化、抗氯離子侵蝕、抗凍、抗硫酸鹽侵蝕性能并不弱于摻粉煤灰的。

為了規(guī)范引導(dǎo)鉛鋅、鐵尾礦微粉這種新型礦物摻合料在水泥混凝土工程中的合理應(yīng)用，發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)和規(guī)范作用，中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會發(fā)布了鉛鋅、鐵尾礦微粉的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和工程標(biāo)準(zhǔn)的制定計(jì)劃，由中國建筑科學(xué)研究院有限公司會同有關(guān)單位制定。為此，編制組開展了大量的調(diào)研、試驗(yàn)研究及工程應(yīng)用研究等工作，目前產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)T/CECS10103—2020《用于水泥和混凝土的鉛鋅鐵尾礦微粉》和工程標(biāo)準(zhǔn)T/CECS732—2020《鉛鋅、鐵尾礦微粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（以下簡稱《規(guī)程》）均已發(fā)布，均自2021年1月1日起實(shí)施。

2 規(guī)程的主要技術(shù)條款解讀

2.1 總則

《規(guī)程》編制的目的主要是為了規(guī)范鉛鋅、鐵尾礦微粉在混凝土中的應(yīng)用，充分利用尾礦廢料、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境，同時做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，保證工程質(zhì)量?！兑?guī)程》適用于將鉛鋅、鐵尾礦微粉作為礦物摻合料使用的混凝土的生產(chǎn)與應(yīng)用。

《規(guī)程》根據(jù)我國在該領(lǐng)域的科研成果和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)制定，旨在指導(dǎo)鉛鋅、鐵尾礦微粉在混凝土中的科學(xué)、合理應(yīng)用，保證混凝土工程質(zhì)量，促進(jìn)固廢資源化利用。

2.2 術(shù)語

《規(guī)程》規(guī)定了鉛鋅、鐵尾礦微粉的定義，即以鉛鋅礦或鐵礦在采礦或選礦過程中產(chǎn)生的尾礦為主要原料，經(jīng)粉磨至規(guī)定細(xì)度的粉體材料。鉛鋅在自然界里特別在原生礦床中共生極為密切。鉛鋅、鐵尾礦分別是鉛鋅、鐵礦選礦行業(yè)中對鉛鋅、鐵元素進(jìn)行選取后，經(jīng)排放堆積于尾礦庫形成的固體礦物廢料。鉛鋅、鐵尾礦微粉即是將這些固體廢棄物作為主要原料，經(jīng)高效粉磨制成的以硅酸鹽或碳酸鹽為主要成分的粉體。

2.3 基本規(guī)定

《規(guī)程》第3.0.2規(guī)定，鉛鋅、鐵尾礦微粉應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5085.3—2007《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》的有關(guān)規(guī)定；放射性核素限量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》的有關(guān)規(guī)定。第3.0.3條規(guī)定，鉛鋅、鐵尾礦微粉混凝土用于供水、飲水工程時，應(yīng)經(jīng)過安全可靠性論證。一般情況下，鉛鋅、鐵尾礦微粉的浸出重金屬含量和放射性均能滿足要求，也有資料表明[4-5]，部分鉛鋅、鐵尾礦微粉存在浸出重金屬含量超標(biāo)的情況，因此對于飲水工程應(yīng)經(jīng)過安全可靠性論證，建議不宜應(yīng)用于飲水工程。

2.4 原材料

《規(guī)程》第4.1節(jié)對鉛鋅、鐵尾礦微粉的技術(shù)要求及試驗(yàn)方法進(jìn)行了規(guī)定，如表1所示。

表1 鉛鋅、鐵尾礦微粉的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法

本節(jié)內(nèi)容與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)T/CECS10103—2020內(nèi)容一致，主要技術(shù)指標(biāo)確定依據(jù)如下：

（1）比表面積：考慮到尾礦粉在混凝土中主要起微集料填充效應(yīng)，顆粒越細(xì)越有利于其填充效應(yīng)的發(fā)揮，因此將其比表面積指標(biāo)設(shè)定為Ⅰ級≥450m2/kg，Ⅱ級≥400 m2/kg。

（2）需水量比：《規(guī)程》采用需水量比指標(biāo)來評價(jià)鉛鋅、鐵尾礦微粉的需水行為，結(jié)合驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果（見表2），需水量比設(shè)定為Ⅰ級≤100%，Ⅱ級≤105%。

表2 鉛鋅、鐵尾礦微粉需水行為試驗(yàn)結(jié)果

（3）亞甲藍(lán)值：《規(guī)程》對于亞甲藍(lán)值的技術(shù)要求及測試方法與GB/T 30190—2013《石灰石粉混凝土》及福建省地方標(biāo)準(zhǔn)DB35/T 1467—2014《用于水泥和混凝土中的鉛鋅鐵尾礦微粉》有所不同，樣品采用純粉體測試，亞甲藍(lán)值設(shè)定為Ⅰ級≤4.0 g/kg，Ⅱ級≤6.0 g/kg。

（4）活性指數(shù)：DB35/T 1467—2014中規(guī)定了鉛鋅鐵尾礦微粉的活性指數(shù)為≥70%，結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)情況（見表3），《規(guī)程》對活性指數(shù)進(jìn)行了分級規(guī)定，Ⅰ級為≥70%，Ⅱ級為≥60%。

表3 鉛鋅、鐵尾礦微粉活性指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

（5）三氧化硫含量：通過調(diào)研摻合料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》規(guī)定礦渣粉中三氧化硫含量≤4.0%；GBT 1596—2017規(guī)定粉煤灰中三氧化硫含量≤3.5%；JG/T 315—2011《水泥砂漿和混凝土用天然火山灰質(zhì)材料》規(guī)定沸石粉中三氧化硫含量≤3.5%。參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果（見表4），本《規(guī)程》規(guī)定鉛鋅、鐵尾礦微粉中三氧化硫含量≤3.5%。

表4 鉛鋅、鐵尾礦微粉三氧化硫含量試驗(yàn)結(jié)果

（6）氯離子含量：通過調(diào)研摻合料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，JG/T 315—2011規(guī)定天然火山灰質(zhì)材料中氯離子含量≤0.06%；GB/T 18046—2008規(guī)定礦渣粉中氯離子含量≤0.06%；GB/T 26751—2011《用于水泥和混凝土中的?；姞t磷渣粉》規(guī)定磷渣粉中氯離子含量≤0.06%；GB/T 27690—2011《砂漿和混凝土用硅灰》規(guī)定硅灰中氯離子含量≤0.1%；JG/T 486—2015《混凝土用復(fù)合摻合料》規(guī)定復(fù)合摻合料中氯離子含量≤0.06%；DB35/T 1467—2014規(guī)定鉛鋅鐵尾礦微粉中氯離子含量≤0.04%?！兑?guī)程》規(guī)定定鉛鋅、鐵尾礦微粉中氯離子含量≤0.04%。表5驗(yàn)證試驗(yàn)表明，一般情況下均可滿足此要求。

表5 鐵尾礦微粉中的氯離子含量試驗(yàn)結(jié)果

（7）安定性：鉛鋅、鐵尾礦微粉一般情況下不存在安定性不良問題，根據(jù)編制組對征集試驗(yàn)樣品的測試結(jié)果及多組樣品的送檢結(jié)果來看，安定性均為合格。采用壓蒸法安定性的測試結(jié)果如表6所示。

表6 鉛鋅、鐵尾礦微粉壓蒸法安定性試驗(yàn)結(jié)果

表6結(jié)果表明，純基準(zhǔn)水泥試件沸煮壓蒸后，出現(xiàn)了收縮現(xiàn)象，但摻鉛鋅、鐵尾礦微粉的試件壓蒸后有微量膨脹。參照GB/T 750—1992《水泥壓蒸安定性試驗(yàn)方法》，當(dāng)普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥的壓蒸膨脹率不大于0.50%，硅酸鹽水泥壓蒸膨脹率不大于0.80%時，為體積安定性合格，反之為不合格。摻30%鉛鋅、鐵尾礦微粉的膠凝材料膨脹率遠(yuǎn)小于0.50%，可判定為安定性合格。根據(jù)多組樣品送檢情況看，按GB 1346—2011進(jìn)行測試，安定性均為合格。

（8）浸出重金屬含量限值：尾礦微粉作為一種固體廢棄物，《規(guī)程》規(guī)定了其浸出重金屬含量限值，具體應(yīng)符合GB 5085.3—2007的規(guī)定，鐵尾礦微粉（FJK）浸毒性測試結(jié)果如表7所示，所測樣品浸出重金屬含量均符合要求。

表7 鐵尾礦微粉浸出重金屬含量測試結(jié)果 mg/L

按照GB/T 15337—2008《原子吸收光譜分析法通則》測得的重金屬含量如表8所示。

表8 尾礦微粉重金屬含量測試結(jié)果 mg/kg

（9）放射性：根據(jù)GB 6566—2010的規(guī)定，建筑主體材料的放射性應(yīng)同時滿足IRa≤1.0、Ir≤1.0的要求，一般情況下，鉛鋅、鐵尾礦微粉的放射性均可滿足此要求，部分送檢的尾礦微粉樣品放射性測試結(jié)果如表9所示，所測樣品均符合放射性要求。

表9 尾礦微粉的放射性測試結(jié)果

（10）表觀密度：鉛鋅鋅鐵尾礦微粉因礦源不同，表觀密度會有所差別，《規(guī)程》設(shè)置表觀密度這一指標(biāo)可作為控制尾礦微粉勻質(zhì)性的一項(xiàng)指標(biāo)。

2.5 混凝土性能

本標(biāo)準(zhǔn)編制組驗(yàn)證試驗(yàn)研究表明，部分鉛鋅、鐵尾礦微粉對混凝土的初凝、終凝時間有一定影響，有的會縮短混凝土的初凝、終凝時間，有的會延長混凝土初凝時間、縮短終凝時間，但影響不大，一般情況下，鉛鋅、鐵尾礦微粉混凝土的凝結(jié)時間均能滿足施工要求。

當(dāng)采用鉛鋅、鐵尾礦微粉配制泵送混凝土?xí)r，鉛鋅、鐵尾礦微粉的質(zhì)量對混凝土坍落度損失有一定影響，但影響不大。通過適宜的配合比和外加劑調(diào)控，一般情況下均可將坍落度經(jīng)時損失控制在30 mm/h內(nèi)，采用鉛鋅、鐵尾礦微粉均可配制出C60及以下混凝土，混凝土的長期性能和耐久性能均可滿足工程要求。

2.6 配合比

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》關(guān)于混凝土配合比試配、調(diào)整與確定的規(guī)定也適用于鉛鋅、鐵尾礦微粉混凝土。

《規(guī)程》第6.0.2條規(guī)定了各類混凝土中鉛鋅、鐵尾礦微粉的最大摻量（見表10），是根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)類型、水膠比及水泥品種確定的，其中鉛鋅、鐵尾礦微粉摻量按占膠凝材料質(zhì)量計(jì)，對于C25及以下混凝土，經(jīng)過試驗(yàn)確定，鉛鋅、鐵尾礦微粉最大摻量可在表10的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高。

表10 鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土中鉛鋅、鐵尾礦微粉的最大摻量

鉛鋅、鐵尾礦微粉最大摻量的確定，除了與強(qiáng)度、施工時的環(huán)境溫度、大體積混凝土等有關(guān)外，也關(guān)系到混凝土的抗氯離子滲透、抗碳化、抗凍性、抗硫酸鹽侵蝕性能等耐久性指標(biāo)。本標(biāo)準(zhǔn)編制組驗(yàn)證試驗(yàn)表明，適宜的鉛鋅、鐵尾礦微粉摻量可以減小混凝土收縮，對混凝土拌合物性能、力學(xué)性能及耐久性能影響不大，摻量過大則會對混凝土的強(qiáng)度以及抗氯離子滲透等耐久性能產(chǎn)生較大影響。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ55—2011對復(fù)合摻合料的使用作出了明確規(guī)定，為了保證混凝土質(zhì)量，復(fù)合摻合料中鉛鋅、鐵尾礦微粉的摻量不超過單摻時的最大摻量。例如在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，采用普通硅酸鹽水泥時，在水膠比大于0.40的情況下，復(fù)合摻合料的最大摻量為45%，例如復(fù)合摻合料為鉛鋅、鐵尾礦微粉與礦渣粉等，其中，鉛鋅、鐵尾礦微粉不超過20%（即單摻時的上限值）。

鉛鋅、鐵尾礦微粉由于各地礦源的不同，密度有所差別，對混凝土漿體體積量影響不同，因此，配合比計(jì)算時，宜考慮密度對漿體體積的影響。

在混凝土配合比水膠比計(jì)算中，膠凝材料28 d膠砂抗壓強(qiáng)度宜根據(jù)試驗(yàn)確定，在試驗(yàn)無實(shí)測值時，鉛鋅、鐵尾礦微粉影響系數(shù)可按表11取值。粉煤灰影響系數(shù)和?；郀t礦渣粉影響系數(shù)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ55—2011的規(guī)定一致。當(dāng)摻量在表11所列數(shù)值之間的，可采用線性插值估算；當(dāng)摻量超過30%時，按實(shí)測值計(jì)算；當(dāng)采用Ⅰ級時，可采用上限值，當(dāng)采用Ⅱ級時，可采用下限值。

表11 鉛鋅、鐵尾礦微粉的影響系數(shù)

工程結(jié)構(gòu)使用的混凝土原材料品種或質(zhì)量有顯著變化，鉛鋅、鐵尾礦微粉混凝土的配合比需要通過試配確定，以滿足工程施工和混凝土性能的要求。原材料質(zhì)量顯著變化是指如水泥、外加劑減水率和礦物摻合料細(xì)度等發(fā)生明顯變化。在施工前，應(yīng)進(jìn)行混凝土試生產(chǎn)，進(jìn)行試生產(chǎn)并對配合比進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整是確定施工配合比的重要環(huán)節(jié)。

2.7 混凝土生產(chǎn)與施工

鉛鋅、鐵尾礦微粉需要單獨(dú)貯存，攪拌站可以使用筒倉，有利于投料和防潮。鉛鋅、鐵尾礦微粉混凝土與其它預(yù)拌混凝土相同，生產(chǎn)和施工一般沒有特殊要求，《規(guī)程》中的施工部分主要參照了國家標(biāo)準(zhǔn)GB50164—2011《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》等有關(guān)條文編寫。

2.8 質(zhì)量檢驗(yàn)與驗(yàn)收

《規(guī)程》第8.1.3條規(guī)定了鉛鋅、鐵尾礦微粉的進(jìn)場檢驗(yàn)項(xiàng)目，包括密度、比表面積、需水量比、含水量、亞甲藍(lán)值、活性指數(shù)。當(dāng)混凝土使用堿活性骨料時，鉛鋅、鐵尾礦微粉進(jìn)場檢驗(yàn)項(xiàng)目還應(yīng)包括堿含量。鉛鋅、鐵尾礦微粉以每200 t為一個檢驗(yàn)批，每個批次的鉛鋅、鐵尾礦微粉應(yīng)來自同一廠家、同一礦源；非連續(xù)供應(yīng)不足200t應(yīng)作為一個檢驗(yàn)批。在同一工程中、同一廠家生產(chǎn)的鉛鋅、鐵尾礦微粉，當(dāng)連續(xù)3次進(jìn)場檢驗(yàn)均一次檢驗(yàn)合格時，后續(xù)的檢驗(yàn)批量可擴(kuò)大1倍。

鉛鋅、鐵尾礦微粉混凝土的拌合物性能檢驗(yàn)、硬化混凝土性能檢驗(yàn)、混凝土工程質(zhì)量驗(yàn)收與其他預(yù)拌混凝土相同，實(shí)際工程中可參照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50164—2011的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

3 結(jié)語

《規(guī)程》的發(fā)布實(shí)施，將會引導(dǎo)、規(guī)范我國鉛鋅、鐵尾礦微粉在混凝土工程中的應(yīng)用技術(shù)，能夠加強(qiáng)規(guī)范、指導(dǎo)我國鉛鋅、鐵尾礦微粉混凝土工程質(zhì)量監(jiān)督和管理，促進(jìn)我國生產(chǎn)尾礦微粉產(chǎn)品的企業(yè)向產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；较虬l(fā)展，推動礦業(yè)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)“綠色礦業(yè)”的發(fā)展，促進(jìn)尾礦資源再生高效清潔利用；符合國家產(chǎn)業(yè)政策和混凝土綠色化方向的總體戰(zhàn)略要求，有利于“構(gòu)建工業(yè)生產(chǎn)-廢渣-建材產(chǎn)業(yè)鏈”技術(shù)水平的整體進(jìn)步?！兑?guī)程》的實(shí)施有利于鉛鋅、鐵尾礦微粉在混凝土工程中得到科學(xué)、合理、有效的利用。