鐵尾礦砂對(duì)各種性能混凝土的影響分析

丁海棠 胡明玉 楊東友

鐵尾礦砂對(duì)各種性能混凝土的影響分析

丁海棠 胡明玉 楊東友

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城鎮(zhèn)化建設(shè)也在不斷地發(fā)展，混凝土的需求量也越來(lái)越大，因此需要更多的配制混凝土的原料用來(lái)配制符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的混凝土。本文通過(guò)分析日照當(dāng)?shù)氐蔫F尾礦砂的性能，探索采用鐵尾礦砂配制符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的各種性能的混凝土，通過(guò)分析混凝土新拌性能、力學(xué)性能、抗凍融性能和干燥收縮性能，探索日照市低品位鐵尾礦砂的比例分配對(duì)混凝土性能的影響。

一、引言

在目前的建筑建設(shè)中，混凝土是使用最多的建筑材料，而鐵尾礦砂是一種細(xì)骨料，將其摻入到混凝土中不僅能夠緩解天然砂資源的匱乏，還促進(jìn)鐵尾礦砂的使用。但是，由于鐵尾礦砂顆粒較小，大部分屬于細(xì)砂或特細(xì)砂的范疇，直接用于配制混凝土?xí)?yán)重影響拌合物的工作性。目前，在預(yù)拌混凝土中應(yīng)用較多的機(jī)制砂則存在細(xì)度較粗，顆粒級(jí)配較差，小于0.315mm的粒徑較少的，對(duì)混凝土的新拌性能也有較大的影響。

二、鐵尾礦砂混凝土

1.鐵尾礦砂混凝土原材料

（1）采用普通的硅酸水泥，水泥符合GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》生物42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)，3d抗折強(qiáng)度為5.6MPa、抗壓強(qiáng)度為30.6MPa，28d抗折強(qiáng)度為8.6MPa、抗壓強(qiáng)度為44.0MPa，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為29.2%，比表面積為430m2/kg。

（2）粉煤灰為企業(yè)生產(chǎn)的一級(jí)粉煤灰，45μm篩余12.0%，需水量95.5%，比表面積為650m2/kg，密度為2.33g/cm3。

（3）礦渣粉為S95級(jí)粒化高爐礦渣粉，其主要的化學(xué)成分有氧化鈣、二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化鎂、氧化鉀、氧化鈉等。

（4）粗骨料為天然碎石，其含砂量為0.3%，細(xì)度模數(shù)為2.93，堆積密度為1750kg/m3，碎石為5～16mm級(jí)配。

（5）鐵尾礦砂的細(xì)度模數(shù)為0.58，堆積密度為2937kg/m3。

（6）拌合水為普通的自來(lái)水。

2.鐵尾礦砂混凝土的配合比設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，混凝土強(qiáng)度需要滿足等級(jí)的要求，對(duì)于本身性能沒有達(dá)到要求的鐵尾礦砂需要根據(jù)混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程以及應(yīng)用混凝土的技術(shù)，適當(dāng)?shù)募尤胩砑觿﹣?lái)調(diào)節(jié)混凝土強(qiáng)度，配置符合要求的混凝土的強(qiáng)度公式為：

式中：fcu，o—混凝土配制強(qiáng)度MPa；

fcu，k—混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值MPa；

σ—混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差MPa。

表1 鐵尾礦砂配合比（kg）

二、鐵尾礦砂性基本組成

1.化學(xué)性質(zhì)

表2 鐵尾礦砂的化學(xué)成分（%）

2.礦物組成

表3 鐵尾礦砂的礦物組成

2.鐵尾礦砂密度

表4 鐵尾礦砂的密度

三、鐵尾礦砂混凝土性能研究

1.鐵尾礦砂混凝土工作性能

在配置混凝土?xí)r，鐵尾礦砂加入的比例與混凝土強(qiáng)度存在反比的關(guān)系，也就是說(shuō)，在混凝土中加入的鐵尾礦砂比例越高，混凝土的強(qiáng)度越低，因此，鐵尾礦砂混合時(shí)的比例不是固定的，是由所需的混凝土的強(qiáng)度決定，所需混凝土的強(qiáng)度高，那么鐵尾礦砂的比例小，所需混凝土的強(qiáng)度低，那么鐵尾礦砂的比例大。隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的增高以及其工作性能和粘稠度適宜，應(yīng)適當(dāng)?shù)慕档蜕邦w粒級(jí)配區(qū)間中細(xì)粉顆粒以及含細(xì)顆粒較多的鐵尾礦比例。因此，在配制混凝土?xí)r，只要鐵尾礦砂的比例合適就可以制備性能優(yōu)良的混凝土。

2.鐵尾礦砂混凝土力學(xué)性能

混凝土的力學(xué)性能主要考察指標(biāo)是在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下各齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度。

3.鐵尾礦砂混凝土干縮性能

在干燥的情況下，鐵尾礦砂混凝土的體積會(huì)變小，在潮濕的情況，其體積會(huì)變大。鐵尾礦砂混凝土在硬化后，其混凝土內(nèi)部的水分會(huì)逐漸蒸發(fā)出來(lái)，水分在蒸發(fā)過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致混凝土從表面到內(nèi)部產(chǎn)生干燥收縮的現(xiàn)象。混凝土的收縮裂縫在早期時(shí)往往不為人們所注意，主要是由于裂縫在早期比較細(xì)微，人們很難觀察到，然而隨著時(shí)間的推移，混凝土內(nèi)部的水分蒸發(fā)量越大，混凝土收縮越明顯，裂縫也就越大。

圖1 混凝土的干燥收縮隨齡期的變化

由圖1可知，鐵尾礦砂摻入量越多其混凝土收縮越小，隨著時(shí)間的推移，鐵尾礦砂的摻入量越多，其混凝土收縮性越小。

采用鐵尾礦砂配制的混凝土收視率小的原因可能是：（1）鐵尾礦砂的密實(shí)性較高。密實(shí)性越高的鐵尾礦砂體積越穩(wěn)定。（2）鐵尾礦砂的棱角較多。由于鐵尾礦砂堆積密度小，使其在混凝土中占的體積較多，因而減少了混凝土之間的收縮應(yīng)力。

4.鐵尾礦砂混凝土抗凍性能

圖2 C20混凝土快速凍融次數(shù)

圖3 C30～C50混凝土快速凍融次數(shù)

圖4 普通混凝土快速凍融次數(shù)

由圖2可知，C20鐵尾礦砂混凝土抗凍融性能達(dá)到F140，而C20天然砂普通混凝土抗凍融僅達(dá)到F65次，這是由于C20鐵尾礦砂混凝土中膠凝材料的含量和適量的引氣致使鐵尾礦砂混凝土抗凍融性能得到很大的改善。由圖3、圖4可知，C30混凝土抗凍融性能可達(dá)到F165，C40、C50混凝土抗凍融性能可達(dá)到F250以上，C60混凝土抗凍融性能可以達(dá)到F300。對(duì)于C20～C50鐵尾礦砂混凝土抗凍融性能與普通混凝土抗凍融性能相類似。

（作者單位：丁海棠，日照市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司；胡明玉，山東港灣建設(shè)集團(tuán)；楊東友，日照市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)站）