淺談石灰石礦尾砂在混凝土中的應用

李國平 謝 浩 陳 號

(佛山市匯江混凝土有限公司，廣東 佛山 528251)

1 前言

石灰石礦尾砂也屬于機制砂的一種。在GB/T14684 -2011《建筑用砂》［1］中對機制砂的定義為“指經除土處理，由機械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75mm 的巖石、礦山尾礦或工業廢渣顆粒，但不包括軟質、風化的顆粒，俗稱人工砂”。細度模數一般在2.6 -3.6 之間，含有一定量的石粉，其篩余均多呈三角體或方矩形體顆粒分布，表面粗糙，棱角尖銳［2］。

一份名為《關于積極應對珠江口采砂點暫停采砂事件的通知》［3］出現在深圳市水泥及制品協會官網上。通知顯示，接省海事局通知，為確保港珠澳大橋安裝沉箱成功，按省政府通知要求，所有珠江口采砂點(包括深圳、虎門一帶)從3月1 日起暫停采砂50 天。行業協會認為，此事可能會造成我市乃至珠三角地區混凝土及砂漿生產企業用砂出現短期緊缺。由于珠江口采點的暫停，直接導致深圳、廣州、佛山等城市用砂告急，也直接導致砂價格的“瘋漲”。

為了及時解決資源匱乏的問題，本課題開展礦尾砂對混凝土性能影響的研究具有重要的經濟價值和使用價值。礦尾砂代替河砂比例低于50%時對工作性能影響不大［4］，因此本論文從礦尾砂取代率為50%開始試驗，研究礦尾砂取代率對相同條件下混凝土工作性能和抗壓強度的影響，找出最佳取代率。

2 試驗

2.1 試驗原材料

(1)水泥。采用清新海螺水泥PⅡ52.5R，其部分性能如表1 所示，其性能指標滿足規范要求。

表1 清新海螺水泥部分性能指標

(2)粉煤灰。采用橋贏Ⅱ級粉煤灰，其部分性能指標如表2 所示，其性能滿足規范要求。

表2 粉煤灰的性能指標

(3)礦粉。采用S95 粒化高爐礦渣粉(簡稱S95礦粉)，其性能指標如表3 所示。

表3 礦粉S95 性能指標

(4)粗骨料。采用5 -25mm 連續級配碎石，壓碎值7，含泥量0.3%。

(5)細骨料。河砂采用北江中砂，細度模數為2.5。礦尾砂的物理性能如表4 所示。

表4 礦尾砂的性能指標

(6)減水劑，科之杰新材料集團有限公司生產的聚羧酸類減水劑，固含量11.7%。

2.2 試驗方法

2.2.1 礦尾砂對混凝土力學性能的影響

采用礦尾砂以不同的比例取代河砂，其配合比如下表5。設計塌落度為200 ±20mm，在試驗過程中，保持水膠比不變。

表5 礦尾砂復摻配置C30 混凝土的配合比

表6 礦尾砂復摻配置C30 混凝土的和易性和力學性能

圖1 礦尾砂取代率對混凝土抗壓強度的影響

由表6 和圖1 可知:(1)從混凝土工作和易性來考慮，復摻后的工作性能優于純河砂混凝土。隨著礦尾砂取代率不斷增大，其表觀密度基本上也是不斷地增加，而混凝土的擴展度和塌落度幾乎在不斷地變小，也即是混凝土的和易性在不斷地變差。因為礦尾砂中含有一定量的石粉，石粉的存在，增加了固體顆粒的比表面積，需水量增大，因而混凝土的塌落度和擴展度減小，也即是混凝土的和易性變差。

(2)從抗壓強度方面考慮，摻有混合砂的混凝土抗壓強度高于純河砂;隨著礦尾砂取代率不斷增大，混凝土的抗壓強度基本上保持先增大后減小的趨勢在變化。其中抗壓強度最高的是礦尾砂取代率為70%時，抗壓強度達到39.2MPa。因為石粉能促進C3S 和C3A 水化，起微晶核作用，同時石粉能充當有效的填料，豐富了混凝土的漿量，使硬化后混凝土中的孔隙減少，提高混凝土的密實性和集料間的機械咬合力，但石粉含量超過飽和點，混凝土的密實性又會降低，因此混凝土的抗壓強度會隨著機制砂的取代率的增加不斷地增大，但當到達一定取代率時，石粉的填充效果基本達到飽和，再增加石粉的用量，破壞了混凝土內部結構的堆積效果，就會降低混凝土的密實度，從而降低混凝土的抗壓強度。

(3)本次試驗礦尾砂的最佳取代率是70%，其塌損最小，塌損為20mm，抗壓強度最高，混凝土密實度最好。

2.2.2 礦尾砂對混凝土耐久性的影響

在混凝土耐久性能方面，有相關研究的試驗結果表明，礦尾砂和天然細砂混合配制出的混合砂混凝土在抗凍性、抗硫酸鹽侵蝕及抗碳化性能方面都優于天然中砂配制的混凝土［5］。

混凝上抗氯離子滲透性能是評價混凝土密實性和抵抗滲透能力的重要指標之一［6］。本論文展開礦尾砂的取代率對混凝土滲透性能的影響來表征混凝土的耐久性。試驗數據如下表7。

表7 礦尾砂取代率對混凝土抗氯離子滲透性能的影響

圖2 礦尾砂取代率對混凝土抗氯離子滲透性能的影響

由表7 和圖2 可知，混凝土抗氯離子滲透性能隨著礦尾砂取代率的增加先減小后增加。主要是由于混凝土中水泥用量較少，水灰比(0.51)較大，硬化后，混凝土中存在大量的孔隙，致使混凝土的抗氯離子滲透性能不良，但隨石粉含量的增加，豐富了混凝土的漿量，使硬化后混凝土中的孔隙減少，提高了混凝土的密實性，也提高了混凝土的抗滲性能。而當石粉含量比例過高，石粉在一定程度上破壞了混凝土的堆積效果，使得水泥不能充分包裹，導致混凝土的抗氯離子滲透性能降低。

3 結論

(1)礦尾砂復摻的混凝土抗壓強度高于純河砂混凝土，隨著礦尾砂取代率不斷增大，混凝土的抗壓強度基本上保持先增大后減小的趨勢在變化。

(2)本次試驗礦尾砂的最佳取代率是70%，其塌損最小，塌損為20mm，抗壓強度最高，混凝土密實度最好。

(3)混凝土抗氯離子滲透性能隨著礦尾砂取代率的增加先減小后增加。

［1］GB/T14684 -2011，建筑用砂［S］.

［2］楊國飛.機制砂的質量控制及在混凝土中的應用［J］.山西建筑，2011年12月 第37 卷第34 期:115 -116.

［3］深圳市水泥及制品協會，關于積極應對珠江口采砂點暫停采砂事件的通知［N］.深砼協［2015］010 號，2015年03月.

［4］陳國強等.機制砂對不同強度等級商品混凝土性能的影響［J］.武漢理工大學學報，2014年7月第36 卷第7 期:30 -34.

［5］龐林太，機制砂混凝土在工程實踐中的應用［J］.鐵路工程造價管理，2007年7月:28 -31.

［6］曹偉紅.混合砂在泵送混凝土中的應用研究［D］.碩士學位論文，浙江大學，2009.