鐵尾礦砂混凝土試配試驗研究

張凱 康洪震

摘 要：該文介紹了尾礦砂在結構和環境可持續方面的特點。試驗需要試配強度等級為C30、C40及C50三個強度標號的鐵尾礦砂混凝土。通過強度等級公式確定不同水膠比混凝土的強度等級標號。對比C40的尾礦砂混凝土和普通混凝土的強度等級探討鐵尾礦砂完全替代天然砂用于配制混凝土的可行性。試驗結果表明，相同水膠比的鐵尾礦砂混凝土試塊和普通混凝土試塊抗壓強度相近，為實驗室配制尾礦砂混凝土提供研究依據。在有摻合料配制混凝土的前提下，建議對試配混凝土強度等級對應的三個水膠比進行調整。

關鍵詞：鐵尾礦砂 配合比 強度等級 抗壓強度

中圖分類號：TU52 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（a）-0059-02

尾礦是礦山開采的原礦石經選礦或其它工藝回收有用組分后廢棄的固體物料，呈細粉狀，粒徑在0.15 mm以下，一般堆存在尾礦庫中，是工業固體廢棄物的主要組成部分。鐵尾礦砂是一種材料性能和天然砂相近的細骨料[1]，具有表面粗糙多棱角的特點。有研究表明，在用水量相同、水膠比相同、外加劑用量基本相同的情況下，尾礦砂混凝土的坍落度小于普通混凝土。用尾礦砂配制的混凝土流動性比普通混凝土差，也易于離析、泌水。該試驗的目的是在鐵尾礦砂完全替代天然砂的前提下試配C30、C40及C50三個強度等級的混凝土。

1 試驗原材料

（1）水泥采用唐山冀東水泥有限公司生產的“冀東” 牌 P.O 42.5R普通硅酸鹽水泥。（2）減水劑來自唐山華榮建材有限公司生產的聚羧酸高性能減水劑，具有減水率高，極好的分散性和自密實性，增幅強度，降低混凝土碳化率、泌水率和收縮徐變的優點，是新一代的綠色環保產品，常用摻量為膠凝材料的0.7%～1.5%。（3）鐵尾礦砂是產自遷安尾礦經人工篩分處理后的中砂。（4）碎石為遷安生產的5～10 mm和10～20 mm兩級配天然碎石，按7：10的比例使用。（5）水則取自當地的自來水。（6）礦物摻合料包括唐山陡電粉煤灰廠生產的Ⅰ號粉煤灰和唐龍有限公司生產的礦粉，共占膠凝材料的35%。其中粉煤灰占礦物摻合料的30%，礦粉占礦物摻合料的70%。

2 試驗與分析

2.1 配合比材料性能

“冀東” P.O 42.5R水泥，28d膠砂強度為51.7 Mpa ，標準稠度用水量為27.35%。碎石堆積密度1 568 kg/m3，表觀密度2 717 kg/m3，空隙率38%。鐵尾礦砂細度模數2.13，砂率為37%，試配期砂的含水率為3.76%，堆積密度1 829 kg/m3表觀密度2 545kg/m3，空隙率28%。

2.2 混凝土強度等級公式

為確保正態分布下的混凝土強度等級總體保證率為95%[2]，有如下公式。、、分別是混凝土標準試塊的強度標準值、28d強度均值和標準差。標準差的確定可參考文獻《高強混凝土立方體強度變異系數的商榷》[3]。

2.3 混凝土抗壓強度實驗分析

每個強度等級的混凝土應采用三個不同的配合比，其中一個配合比為試拌配合比，另外兩個配合比較試拌配合比的水膠比上下浮動0.05。試拌混凝土過程中，在計算配合比的基礎上保持水膠比不變，以節約膠凝材料為前提，通過調整外加劑用量和砂率使混凝土拌合物的和易性達到要求[4]。作為對比C40強度的鐵尾礦砂混凝土配合比與普通混凝土大致相同，但根據實際拌制混凝土的情況需將試配強度等級C40的三個水膠比即序號5、6、7中的減水劑用量調整為2.4 kg/m3、2.6 kg/m3、3.0 kg/m3，之后便可進行混凝土的試配，鐵尾礦砂混凝土配合比詳細參數見表1。

混凝土制作的標準試塊尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，按照實驗要求把坍落度控制在了50 mm～90 mm之間。拌制混凝土使用的是60升攪拌機，每個水膠比需制作9個標準試塊，試配出的試塊在振動臺上振搗，一天后拆模，試塊置于溫度20±2℃，濕度95%以上的標準養護室養護。需要測試每個水膠比試塊的3d齡期強度，7d齡期強度和28d齡期強度。標準試塊的抗壓強度詳細數據見表2。

從表1和前文可以觀察到在試拌強度等級為C40的鐵尾礦砂混凝土和普通混凝土時，除了減水劑用量不同外其余參數一樣，究其原因可能是尾礦砂混凝土和易性差、易離析的體現。對比表2試配強度C40的鐵尾礦砂混凝土和普通混凝土的齡期抗壓強度可以發現它們的數值基本保持相近，坍落度也都在規定的范圍之內。最后可以根據強度標準值確定C30、C40、C50的鐵尾礦砂混凝土配合比采用序號1、4、7的配比。

3 結語

（1）在試拌混凝土過程中，鐵尾礦砂混凝土易發生離析和泌水的情況，而普通混凝土則表現出稠度大坍落度過小的情況，可通過減少和增加減水劑用量來達到混凝土和易性的要求。

（2）對于確定鐵尾礦砂混凝土強度等級的配合比，選用的水膠比都是比試拌配合比低0.05，原因可能是摻合料的摻入增大了混凝土的強度。建議在有摻合料試配混凝土強度時，采用的三個水膠比可定為通過計算試拌配合比的水膠比，以及比其小0.05和0.1。

（3）對于最終選取的水膠比對應的C40及C50混凝土的28d抗壓強度標準值仍舊偏高，仍需補充實驗降低水膠比試配混凝土，對于摻合料對混凝土強度的影響尚需進一步作對比試驗研究。

參考文獻

[1] 李瑞敏，馬衛華.鐵尾礦砂混凝土研究現狀及展望[J].山西建筑，2015，41（15）：107-108.

[2] GB50010-2010，混凝土結構設計規范[S]//全國.

[3] 劉紅梁，宋罕宇，陸欽年.高強混凝土立方體強度變異系數的商榷[J].哈爾濱商業大學學報：自然科學版，2004，20（5）：604-607.

[4] JGJ55-2011，普通混凝土配合比設計規程[S]//全國.