鐵尾礦砂對各種性能混凝土的影響分析

丁海棠 胡明玉 楊東友

鐵尾礦砂對各種性能混凝土的影響分析

丁海棠 胡明玉 楊東友

隨著經濟的發展，城鎮化建設也在不斷地發展，混凝土的需求量也越來越大，因此需要更多的配制混凝土的原料用來配制符合國家標準的混凝土。本文通過分析日照當地的鐵尾礦砂的性能，探索采用鐵尾礦砂配制符合國家標準的各種性能的混凝土，通過分析混凝土新拌性能、力學性能、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混凝土性能的影響。

一、引言

在目前的建筑建設中，混凝土是使用最多的建筑材料，而鐵尾礦砂是一種細骨料，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，大部分屬于細砂或特細砂的范疇，直接用于配制混凝土會嚴重影響拌合物的工作性。目前，在預拌混凝土中應用較多的機制砂則存在細度較粗，顆粒級配較差，小于0.315mm的粒徑較少的，對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級普通硅酸鹽水泥標準，3d抗折強度為5.6MPa、抗壓強度為30.6MPa，28d抗折強度為8.6MPa、抗壓強度為44.0MPa，標準稠度用水量為29.2%，比表面積為430m2/kg。

（2）粉煤灰為企業生產的一級粉煤灰，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級粒化高爐礦渣粉，其主要的化學成分有氧化鈣、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%，細度模數為2.93，堆積密度為1750kg/m3，碎石為5～16mm級配。

（5）鐵尾礦砂的細度模數為0.58，堆積密度為2937kg/m3。

（6）拌合水為普通的自來水。

2.鐵尾礦砂混凝土的配合比設計

在設計強度時，混凝土強度需要滿足等級的要求，對于本身性能沒有達到要求的鐵尾礦砂需要根據混凝土配合比設計規程以及應用混凝土的技術，適當的加入添加劑來調節混凝土強度，配置符合要求的混凝土的強度公式為：

式中：fcu，o—混凝土配制強度MPa；

fcu，k—混凝土立方體抗壓強度標準值MPa；

σ—混凝土強度標準差MPa。

表1 鐵尾礦砂配合比（kg）

二、鐵尾礦砂性基本組成

1.化學性質

表2 鐵尾礦砂的化學成分（%）

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

在配置混凝土時，鐵尾礦砂加入的比例與混凝土強度存在反比的關系，也就是說，在混凝土中加入的鐵尾礦砂比例越高，混凝土的強度越低，因此，鐵尾礦砂混合時的比例不是固定的，是由所需的混凝土的強度決定，所需混凝土的強度高，那么鐵尾礦砂的比例小，所需混凝土的強度低，那么鐵尾礦砂的比例大。隨著混凝土強度等級的增高以及其工作性能和粘稠度適宜，應適當的降低砂顆粒級配區間中細粉顆粒以及含細顆粒較多的鐵尾礦比例。因此，在配制混凝土時，只要鐵尾礦砂的比例合適就可以制備性能優良的混凝土。

2.鐵尾礦砂混凝土力學性能

混凝土的力學性能主要考察指標是在標準養護條件下各齡期混凝土的抗壓強度。

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變小，在潮濕的情況，其體積會變大。鐵尾礦砂混凝土在硬化后，其混凝土內部的水分會逐漸蒸發出來，水分在蒸發過程中會導致混凝土從表面到內部產生干燥收縮的現象。混凝土的收縮裂縫在早期時往往不為人們所注意，主要是由于裂縫在早期比較細微，人們很難觀察到，然而隨著時間的推移，混凝土內部的水分蒸發量越大，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）鐵尾礦砂的密實性較高。密實性越高的鐵尾礦砂體積越穩定。（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

圖3 C30～C50混凝土快速凍融次數

圖4 普通混凝土快速凍融次數

由圖2可知，C20鐵尾礦砂混凝土抗凍融性能達到F140，而C20天然砂普通混凝土抗凍融僅達到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到F165，C40、C50混凝土抗凍融性能可達到F250以上，C60混凝土抗凍融性能可以達到F300。對于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，日照市建筑設計研究院有限公司；胡明玉，山東港灣建設集團；楊東友，日照市建設工程質量檢測站）