鐵尾礦水泥砂漿的材料性能分析

【摘要】將鐵尾礦砂代替天然河砂制備水泥砂漿，通過測試其漿體性能、力學性能、耐久性能等指標，分析鐵尾礦水泥砂漿的材料特性。試驗表明：在同條件下，鐵尾礦砂漿比天然河砂砂漿流動性降低，而表觀密度、抗壓強度和彈性模量更高。50次凍融循環及酸、堿溶液浸泡下，鐵尾礦砂漿表現較好。

【關鍵詞】鐵尾礦；砂漿；強度；耐久性

鐵尾礦是礦山企業將提取具有經濟價值后而被排棄的固體廢棄物。鐵尾礦作為固體廢棄物常被拋置于礦山附近修筑好的尾礦庫。它是我國存量最大的工業廢棄物，對環境造成了嚴重的污染。如何有效利用鐵尾礦，實現其利用價值的最大化，已迫在眉睫。

在鐵尾礦的價值化利用方面，有的是將其用于制備路面混凝土等[1]，也有的是利用其制備砂漿、等建筑材料[2]。但是由于其組成、邢臺等方面同天然砂石存在一定的差異，鐵尾礦在建筑用砂方面的應用還較少。本研究利用鐵尾礦替代天然河砂配制建筑砂漿，測定其各項性能。為鐵尾礦的綜合利用，提供技術支持。

1.試驗方案的制定

1.1 原材料

鐵尾礦采用山西大同某鐵尾礦庫的天然鐵尾礦，天然河砂采用臨沂沂河河砂，水泥為山東省沂州水泥股份有限公司生產的P.C 32.5水泥，減水劑為萘系高效減水劑，粉煤灰為II級灰，保水劑為羥丙基甲基纖維素醚，粘度100000MPa·s。鐵尾礦砂，其粒度級配屬于II區，細度模數提高至2.49，接近天然河砂。

1.2 試驗方案

水泥砂漿配合比為：N1：水泥200Kg、粉煤灰80Kg、河砂720Kg、減水劑：3Kg、水：300Kg、保水劑：0.2Kg；N2：水泥200Kg、粉煤灰80Kg、河砂360Kg、尾礦砂：360Kg、減水劑：3Kg、水：300Kg、保水劑：0.2Kg；N3：水泥200Kg、粉煤灰80Kg、尾礦砂720Kg、減水劑：3Kg、水：300Kg、保水劑：0.2Kg；M1：水泥250Kg、粉煤灰50Kg、河砂700Kg、減水劑：3Kg、水：200Kg、保水劑：0.25Kg；M2：水泥250Kg、粉煤灰50Kg、河砂350Kg、尾礦砂：3560Kg、減水劑：3Kg、水：200Kg、保水劑：0.25Kg；M3：水泥250Kg、粉煤灰50Kg、尾礦砂700Kg、減水劑：3Kg、水：200Kg、保水劑：0.25Kg。

2. 試驗結果與分析

2.1 砂漿漿體性能

砂漿新拌漿體測試結果，N1：濕表觀密度：1850Kg、砂漿稠度：88mm、保水率：91%、凝結時間：6.5h；N2：濕表觀密度：2060Kg、砂漿稠度：86mm、保水率：91%、凝結時間：7.0h；N3：濕表觀密度：2040Kg、砂漿稠度：69mm、保水率：90%、凝結時間：7.5h；M1：濕表觀密度：2060Kg、砂漿稠度：81mm、保水率：91%、凝結時間：7.0h；M2：濕表觀密度：2190Kg、砂漿稠度：79mm、保水率：92%、凝結時間：7.0h；M3：濕表觀密度：2150Kg、砂漿稠度：76mm、保水率：90%、凝結時間：7.5h。

通過分析測試數據，在相同條件下，采用鐵尾礦生產的砂漿其稠度最小，砂漿流動性降低。為獲得與天然河砂砂漿近似的流動性，則鐵尾礦砂漿的需水量將增加。鐵尾礦砂漿濕表觀密度也高于混合砂砂漿，天然河砂濕表觀密度最小。由于均采用了保水劑的原因，砂漿的保水性能均較好，砂漿漿體的使用性能良好。采用鐵尾礦后雖然表觀密度有所增加，但仍然在可接受范圍內，滿足使用要求。

2.2 砂漿力學性能

依據《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》（JGJ/T70-2009），采用立方體標準試件測試力學性能。并采用70.7mm×70.7mm×210mm的棱柱體試件測定試件的彈性模量。

通過分析各組試樣的力學性能，對摻鐵尾礦的混合骨料的砂漿，以及全部為鐵尾礦的砂漿的力學性能均高于天然河砂配制的砂漿力學性能。且N1、N2、N3和M1、M2、M3的彈性模量的變化規律相同。全部為鐵尾礦的砂漿的彈性模量最大、天然河砂的砂漿的彈性模量最小，且兩大組的砂漿的彈性模量均在（1.42—2.16）×104MPa之間。

2.3 耐久性試驗

依據《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》JGJ/T 70-2009進行砂漿抗凍融性能測試。試件在標準條件下養護28天進行凍融試驗。在試驗進行過程中，以凍融循環五次為節點，對試件的質量損失率和抗壓強度損失率進行跟蹤測量，當質量損失率大于等于5%或者抗壓強度損失率大于等于25%為結束凍融試驗的條件。本試驗最終將評定試件50次凍融循環后的性能指標。

將標準試件在標準條件下養護28天后，分別浸泡在0.1mol/L的H2SO4溶液和1mol/L的NaOH堿性溶液中。分別測定不同齡期試件的質量損失率和抗壓強度損失率，從而評定砂漿的抗酸堿能力。

砂漿的耐久性能數據可知：六組試件中質量損失率最大者為0.92%，低于《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》JGJ/T70-2009要求的5%。抗壓強度損失率最大為4.96%，低于標準要求的25%。鐵尾礦制備的水泥砂漿的耐凍融性能可達到50次循環。耐酸堿性能測定顯示，三組不同砂漿的性能相差甚小，故可推定，鐵尾礦用作建筑砂漿細集料在耐久性能方面沒有缺陷，在自然環境中能夠正常使用。

3結論

在相同配合比條件下，鐵尾礦用作建筑砂漿細集料，其漿體工作性能有所下降，表觀密度相對較高，但其力學性能和彈性模量均高于普通砂漿。鐵尾礦砂漿具有良好的抗凍性和耐酸堿侵蝕特性。

參考文獻

[1] 李榮海，汪建，周志華，等，鐵尾礦在公路工程中的應用.礦業工程，2007，5（5）：52～54.

[2] 蔡霞.鐵尾礦用作建筑材料的進展，2000，（10）：45～48.