鐵尾礦砂自密實混凝土3h內流動性變化的研究

劉冰

（河海大學文天學院 土木工程系，安徽 馬鞍山 243031）

鐵尾礦砂自密實混凝土3h內流動性變化的研究

劉冰

（河海大學文天學院 土木工程系，安徽 馬鞍山 243031）

鐵尾礦砂自密實混凝土不僅可以大量消納工業副產品，而且可以獲得較為優良的自密實性能，是一種綠色環保的高性能混凝土.對于預拌混凝土來說，需要在拌合完成后的3h以內保持較好的流動性能以滿足運輸以及澆筑的需要.用單一變量法來測試鐵尾礦砂摻量對自密實混凝土拌合物在3h以內流動性能的變化情況，試驗表明，摻入一定量的鐵尾礦砂可以顯著減少自密實混凝土拌合物在3h以內流動能力的損失，但是同時也會略微降低拌合物的流動速度.

鐵尾礦砂自密實混凝土；預拌混凝土；3h以內流動性能

1 引言

混凝土材料已經成為目前世界上應用最廣泛的土木工程材料，性能優越、價格低廉，都是其所具備的優點.然而，隨著科學技術的不斷進步，隨著一個多世紀以來的不斷改進，越來越多的新型混凝土不斷涌現，而混凝土材料本身也朝著各種各樣的方向，比如說綠色混凝土以及高性能混凝土[1].自密實混凝土（self-compacting concrete）就是其中新型混凝土的代表.相比較于普通混凝土，自密實混凝土具有下列較為明顯的優點：（1）在混凝土新拌階段，不需要人工振搗，僅在自重作用下即能充滿整個模板，達到密實狀態，從而節省大量的人力、物力和財力；（2）基本上解決了在工程施工過程中經常發生的過振以及漏振的問題，同時也盡量避免了外界振動對模板本身產生的沖擊和可能導致的模板移位.這對減少對模板的損傷，提高模板的利用周轉率有較大的幫助；（3）由于自密實混凝土的拌合物具有優異的自密實性能，故可以有效避免混凝土產生原始有害裂縫；（4）在配制自密實混凝土的過程中，可以采用礦物摻和料，這樣既有利于資源的綜合利用及環境保護，又可以降低混凝土水化熱，提高其耐久性，常用的礦物摻和料有粉煤灰等.自密實混凝土作為一種新型高性能的混凝土，是未來混凝土發展的主要方向之一[2].

礦山尾礦作為選礦廠剔選精礦后的殘留工業副產品，目前我國絕大部分地區都作為廢棄物進行堆積處理，而在處理的過程中會排出大量的尾礦.現在，僅鐵尾礦的排放量便可達每年1.3億噸[3].礦山尾礦的大量排放和堆放會占用大量的耕地，嚴重污染環境，制約當地經濟的發展.更為嚴重的是，尾礦庫的日益堆放還有發生潰壩的風險.但是若尾礦可以得到合理的利用，不僅能夠節約耕地，改善礦區環境，還可以變廢為寶，為企業增加收入來源.故現將鐵尾礦砂作為天然普通砂的替代品，配制成鐵尾礦砂自密實混凝土.鐵尾礦砂是鐵礦石經過篩選和磨細之后產生的的細砂一樣的廢渣，據不完全統計，我國目前堆存的鐵尾礦數量已經達到了十幾億噸，且每年還要排出將近3億噸[4]，但其綜合利用率只有百分之十幾.目前我們國家對于鐵尾礦砂的綜合利用也有一定的嘗試，主要體現在：（1）采取適當合理的措施生產水泥熟料[5]；（2）用鐵尾礦制作建筑用的磚和陶瓷產品；（3）用鐵尾礦制作小型空心砌塊[6].所以用鐵尾礦砂替代或部分替代天然砂具有廣闊的應用前景.

2 鐵尾礦砂自密實混凝土的配制

2.1 試驗目的

對于預拌混泥土或者商品混凝土來說，由于存在其拌合物運輸以及澆筑的需要，混凝土坍落度或者其拌合物流動性能可保持能力的改進是永恒的主題.然而，如果我們針對某種特殊情況，即只考慮在同一個城市進行運輸和澆筑，在考慮了混凝土的運輸和其拌合物的澆筑等待時間的前提下，我們只要保證混凝土拌合物的流動性能在1～2個小時，最多3個小時之內得到較好的保持即可.所以，我們進行鐵尾礦砂自密實混凝土拌合物的3個小時以內的流動性能變化情況的研究，并來探究不同鐵尾礦砂取代率下自密實混凝土拌合物流動性能和鐵尾礦砂摻量的影響關系曲線[7].

在3小時以內不同鐵尾礦砂摻量下自密實混凝土流動性能變化的研究中，我們主要測量鐵尾礦砂自密實混凝土拌合物的坍落擴展度和T50，這兩個性質是《自密實混凝土規程》CECS203-2006所規定的性能指標，可以反映出自密實混凝土的流動性能.

2.2 試驗材料

本次試驗所用水泥來自余安徽省某公司生產的標號為P.O.42.5級的普通硅酸鹽水泥.水泥的主要成分為高強度等級的硅酸鹽水泥熟料，出廠水泥符合《通用硅酸鹽水泥》標準GB175-2007的要求.減水劑使用的是江蘇省某建材公司生產的聚羧酸型高性能減水劑，該減水劑綜合性能指標較為優良，具有綠色無污染、粉狀等優點，是一種過新型工藝制成的高性能環保型聚羧酸減水劑.活性礦物摻合料來源于合肥某電廠生產的粉煤灰.粉煤灰是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細灰，也是我國燃煤電廠排出的主要固體廢物.粉煤灰目前的主要來源是以煤粉為燃料的火電廠和城市集中供熱鍋爐.本次試驗所采用的砂子的細度模數為2.79，根據相關規范，屬于中砂的范圍.經過測試，砂的含泥量和泥塊含量百分數也符合相關規程標準.粗骨料采用符合《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》中的連續粒徑.

本次試驗所用的工業副產品鐵尾礦砂來自本省某特大型鐵礦.經過相關的試驗以及相應的公式計算，其細度模數為0.77，而特細砂的細度模數范圍是0.7～1.5，所以0.77已經接近特細砂細度模數的下限值.

3 試驗方法以及試驗數據

在本次試驗中，試驗的目的是研究3h以內鐵尾礦砂自密實混凝土拌合物流動性的變化情況.故我們采用單一變量法來進行相關試驗研究.

通過鐵尾礦砂自密實混凝土的適配以及配合比的調整，我們選取一組在試驗中表現出較為優良的保水性和抗離析能力的同時，還具有一定流動能力的混凝土.隨后，在這組自密實混凝土的試驗過程中，我們用單一變量法，只改變鐵尾礦砂摻量這一個因素，同時設置了基準配合比（鐵尾礦砂取代率為0%），來分別進行鐵尾礦砂取代率（即鐵尾礦砂用量占鐵尾礦砂和普通砂用量之和的百分數）從0%到80%的自密實混凝土拌合物的3h以內流動性能的變化的研究.性能指標采用相關規程規定的坍落度、坍落擴展度和T50.其中，擴展時間T50指用坍落度筒測量混凝土坍落度時，自坍落度筒提起開始計時至坍落擴展度達到500mm的時間（s）.坍落擴展度指指用坍落度筒測量混凝土坍落度之后，隨即測量混凝土拌合物坍落擴展終止后擴展面相互垂直的兩個直徑，其兩個直徑的平均值（mm）.

4 試驗結果及數據分析

（1）隨著鐵尾礦砂摻量的提高，對于新拌混凝土，即在t=0h時，鐵尾礦砂自密實混凝土拌合物的坍落度幾乎保持不變，九組試驗的坍落度均在275±2mm范圍之內；擴展度出現了略微的降低，第一組的擴展度為最大值850mm，第九組的擴展度為最小值805mm；T50隨著鐵尾礦砂摻量的增加有了顯著地增長，反映出自密實混凝土拌合物的流動速度隨著鐵尾礦砂摻量的提高出現了較為明顯的降低.

（2）對于鐵尾礦砂取代率為60%及以上的鐵尾礦砂自密實混凝土來說，T50在三小時之后超過了60s，已經不再適宜鐵尾礦砂自密實混凝土的澆筑，故對于預拌混凝土來說，鐵尾礦砂的摻量不易過高.

（3）對于坍落度和擴展度來說，3h之后的損失率（損失量除以初始量）在鐵尾礦砂取代率為0%和80%的時候達到最大，在40%和50%的時候達到最小.即對于反映流動擴展能力的坍落度和擴展度來說，摻入一定量的鐵尾礦砂有助于顯著減少自密實混凝土拌合物3h以內流動擴展能力的損失，但是鐵尾礦砂取代率不宜過高或者過低，以40%～50%為宜.

〔1〕張云國.自密實輕骨料混凝土性能研究[D].大連：大連理工大學,2009.1.

〔2〕桂苗苗.國內外自密實混凝土的標準概況與比較[J].材料導報,2011(3):101-104+119.

〔3〕閆滿志，白麗梅，張云鵬，等.我國鐵尾礦綜合利用現狀問題及對策[J].礦業快報，2008(7)：9-13.

〔4〕黃世偉，程麟，嚴生，李妍妍.用眉山鐵尾礦制備免燒免蒸磚[J].金屬礦山,2007(4)：81-84.

〔5〕李繼芳,劉向陽.鐵尾礦在新型干法水泥生產線上的應用[J].新世紀水泥導報,2005（4）:7-9.

〔6〕賈清梅,張錦瑞,李鳳久.鐵尾礦的資源化利用研究及現狀[J].礦業工程，2006（3）:7-9.

〔7〕孫振平,蔣正武,金慧忠,于龍,張冠倫,劉樸,王匯文.流動性可保持（6-8）h自密實高性能混凝土的研制與應用[J].高強與高性能混凝土及其應用專題研討會論文集,2007.239.

TU528.04

A

1673-260X（2017）07-0078-02

2017-03-21

2016年河海大學文天學院重點項目（WT16014ZD）