鐵尾礦砂在普通干混砌筑砂漿中的應(yīng)用研究

房啟濤，賽豐，鞏政，李云超，張?jiān)骑w

（1. 山東省建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院，山東 濟(jì)南 250022；2. 中國中鐵四局集團(tuán)安徽中鐵工程材料科技有限公司，安徽 合肥 230022）

0 前言

隨著干混砂漿行業(yè)的不斷發(fā)展，優(yōu)質(zhì)砂資源日益短缺，尋找可以取代干混砂漿中人工砂、河砂的資源是非常有意義的。普通干混砂漿生產(chǎn)中，砂和石是最重要、且用量最多的原材料，對砂漿配制和性能產(chǎn)生巨大影響。如果砂漿的生產(chǎn)區(qū)域位于天然砂比較短缺的地區(qū)，例如山東濟(jì)南地區(qū)，就需要采用異地運(yùn)輸?shù)姆绞将@取天然砂，從而導(dǎo)致混凝土原材料成本不斷地增加[1-4]。

尾礦是礦山開采的原礦石經(jīng)選礦或其它工藝回收有用組分后廢棄的固體物料，呈細(xì)粉狀，粒徑一般在0.15mm 以下，一般堆存在尾礦庫中，是工業(yè)固體廢棄物的主要組成部分。鐵尾礦是一種材料性能與天然砂相近的細(xì)骨料[5-8]，具有表面粗糙、多棱角的特點(diǎn)。本文主要利用鐵尾礦砂部分取代人工砂或河砂，組成混合骨料，一放面可以利用尾礦廢棄物，保護(hù)環(huán)境，另一方面，鐵尾礦砂與人工砂或河砂混合可以改善骨料顆粒級(jí)配，改善砂漿性能。

1 試驗(yàn)原材料、試驗(yàn)儀器、試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原材料

山東濟(jì)南山水 P·O42.5 水泥，其水泥物理性能見表1；粉煤灰為濟(jì)南黃臺(tái)電廠Ⅱ級(jí)，比表面積 320kg/m2，45μm 篩篩余為 8.1%，粉煤灰技術(shù)指標(biāo)見表2；砌筑砂漿用人工砂、河砂及鐵尾礦砂的細(xì)度模數(shù)及累計(jì)篩余如表3 所示；纖維素醚為山東某廠生產(chǎn) 10 萬 MPa·s 羥丙基甲基纖維素醚；水為飲用自來水。

表1 水泥物理性能

表2 粉煤灰技術(shù)指標(biāo) %

1.2 試驗(yàn)儀器

砂漿攪拌機(jī)，壓力試驗(yàn)機(jī)，振動(dòng)臺(tái)，稠度儀，數(shù)顯砂漿凝結(jié)時(shí)間測定儀，電熱鼓風(fēng)干燥箱，AL204 電子天平和 DJ 系列電子天平（量程最大 5kg，最小分度0.1g），兩套砂漿保水性試驗(yàn)儀器，表觀密度測定容量筒等。

1.3 試驗(yàn)方法

砂漿強(qiáng)度、保水率、稠度、表觀密度、凝結(jié)時(shí)間、試件制作與養(yǎng)護(hù)等試驗(yàn)測試按照 JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

表3 人工砂、河砂及鐵尾礦砂累計(jì)篩余及細(xì)度模數(shù)

2 鐵尾礦砂摻量對砌筑砂漿性能的影響

試驗(yàn)方案：分別以0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70% 的鐵尾礦砂取代人工砂或河砂，調(diào)整砌筑砂漿用水量，控制砂漿稠度 70～80mm，分析鐵尾礦砂對砌筑砂漿表觀密度、保水率及強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 鐵尾礦砂取代人工砂、河砂砌筑砂漿配合比及試驗(yàn)結(jié)果

2.1 鐵尾礦砂取代比例對砌筑砂漿表觀密度的影響

鐵尾礦砂取代比例對砌筑砂漿表觀密度影響曲線如圖1 所示。

圖1 鐵尾礦砂取代比例對砌筑砂漿表觀密度影響

由表4 和圖1 可以看出：鐵尾礦砂與人工砂或河砂混合后配制的砌筑砂漿表觀密度隨著鐵尾礦砂取代比例增加先增加后降低。鐵尾礦砂表觀密度相對較大，同時(shí)一定程度上可以改善砂的顆粒級(jí)配，使其堆積更為緊密，因此鐵尾礦砂取代比例較低時(shí)，砂漿表觀密度隨取代比例增加而增加，但是鐵尾礦砂中含有大量＜0.075mm 的粉料，較低摻量可以填充孔隙，增加砂漿密實(shí)性，但是過高摻量則會(huì)增加砂漿需水量而降低砂漿表觀密度。由表4 和圖1 還可以看出：以鐵尾礦砂取代人工砂和河砂配制砌筑砂漿分別在 40% 和 50% 時(shí)達(dá)到最大值，分別為 2320kg/m3和 2240kg/m3。

2.2 鐵尾礦砂取代比例對砌筑砂漿保水率的影響

鐵尾礦砂取代比例對砌筑砂漿保水率影響曲線如圖2 所示。

圖2 鐵尾礦砂取代比例對砌筑砂漿保水率影響

由表4 和圖2 可以看出：用鐵尾礦砂取代人工砂或河砂后配制砌筑砂漿保水率隨著鐵尾礦砂取代比例增加先增加后減小。鐵尾礦砂細(xì)度模數(shù)相對較小，能夠改善目前用砂級(jí)配不合理的問題，同時(shí)鐵尾礦砂可提高砂漿粘聚性，提高砂漿保水率；鐵尾礦砂取代人工砂和河砂分別在 20% 和 40% 時(shí)，其砂漿保水率達(dá)到最大；但是，過高比例鐵尾礦砂會(huì)使砂漿中用砂的比表面積增大，使需水量大幅增加，保水率則會(huì)下降。

2.3 鐵尾礦砂取代比例對砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度的影響

鐵尾礦砂取代比例對砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度影響曲線如圖3 所示。

圖3 鐵尾礦砂取代比例對砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度影響

由表4 和圖3 可以看出：鐵尾礦砂取代人工砂或河砂后配制砌筑砂漿 7d、28d 強(qiáng)度隨鐵尾礦砂取代比例增加有所變化，但是變化幅度較小；鐵尾礦砂取代人工砂和河砂比例分別在 20% 和 40% 時(shí)，各齡期抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值；但是鐵尾礦砂取代比例過高時(shí)，砌筑砂漿強(qiáng)度則會(huì)大幅度降低。這主要是為保證砌筑砂漿工作性，過高摻量鐵尾礦砂會(huì)增加砂漿需水量，導(dǎo)致砂漿強(qiáng)度嚴(yán)重降低。

3 摻鐵尾礦砂砌筑砂漿 SEM 微觀結(jié)構(gòu)分析

用人工砂配制砌筑砂漿微觀結(jié)構(gòu)如圖4 所示，人工砂、鐵尾礦砂混合配制的砌筑砂漿微觀結(jié)構(gòu)如圖5 所示，用河砂配制砌筑砂漿微觀結(jié)構(gòu)如圖6 所示，用河砂、鐵尾礦砂混合配制砌筑砂漿微觀結(jié)構(gòu)如圖7 所示。

圖4 人工砂砌筑砂漿SEM圖

圖5 人工砂、鐵尾礦砂混合砂砌筑砂漿SEM圖

由圖4 與圖5、圖6 與圖7 對比分析可以看出：利用鐵尾礦砂部分取代人工砂或河砂配制混合骨料砌筑或抹灰砂漿較單純?nèi)斯ど盎蚝由肮橇掀鲋皾{結(jié)構(gòu)更為致密，孔隙率較低。由圖4 和圖6 可以發(fā)現(xiàn)大量的六方板狀氫氧化鈣和針棒狀的 AFt；由圖5 和圖7 可知：含鐵尾礦砂砂漿硬化體水化產(chǎn)物中氫氧化鈣和 AFt 量較少，大部分被水化硅酸鈣凝膠覆蓋，氫氧化鈣、AFt 與C-S-H 相互交織成網(wǎng)絡(luò)狀整體，使得砂漿硬化體結(jié)構(gòu)更為致密。

圖6 河砂砌筑砂漿SEM圖

圖7 河砂、鐵尾礦砂混合砂砌筑砂漿SEM圖

4 結(jié)論

（1）鐵尾礦砂細(xì)度模數(shù)較小、顆粒偏細(xì)，不宜單獨(dú)制備普通干混砌筑砂漿；可與人工砂或河砂進(jìn)行復(fù)摻，以獲得滿足符合連續(xù)級(jí)配及細(xì)度模數(shù)的混合砂。

（2）不同比例鐵尾礦砂取代人工砂或河砂配制砌筑砂漿保水率、強(qiáng)度等會(huì)有所改善，但是過高鐵尾礦砂取代后則會(huì)嚴(yán)重降低砂漿性能。

（3）綜合考慮鐵尾礦砂取代比例對普通干混砌筑砂漿保水率、表觀密度、抗壓強(qiáng)度的影響，用鐵尾礦砂取代人工砂配制砂漿最佳比例為 20%，取代河砂最優(yōu)比例為 40%。