利用鉬尾礦砂制備水泥砂漿試驗(yàn)研究

羅 翔，王曉強(qiáng)，顧福才

1.蘇州中材建設(shè)有限公司，江蘇 蘇州 215300；2.洛陽(yáng)理工學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471023

0 前言

工業(yè)固廢-尾礦資源化再利用具有良好的生態(tài)效益和社會(huì)效益［1-3］。本文利用鉬尾礦砂代替天然砂制備水泥砂漿試件，并通過(guò)和易性及抗壓試驗(yàn)，來(lái)探究不同摻量對(duì)試樣強(qiáng)度性能的影響程度［4］。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論。用鉬尾礦砂代替天然砂，不僅使環(huán)境污染得到緩解，而且使自然資源得到二次利用。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥：選取強(qiáng)度等級(jí)為42.5 的普通硅酸鹽水泥為水泥原料，也可叫做P.O 42.5R級(jí)水泥。天然砂：選取的天然砂為河沙。表觀密度：2650kg/m3，堆積密度：1520kg/m3。鉬尾礦砂：選取河南洛陽(yáng)欒川某地礦場(chǎng)的鉬尾礦為試驗(yàn)原料，其顆粒大小基本屬于中砂。表觀密度：2630kg/m3，堆積密度：1370kg/m3。

1.2 試驗(yàn)材料配比

該試驗(yàn)的基本內(nèi)容就是通過(guò)改變鉬尾礦砂摻量代替天然砂制備砂漿通過(guò)不同力學(xué)試驗(yàn)，來(lái)探究其摻量對(duì)砂漿和易性以及力學(xué)性能的影響［5-6］。材料配合比見(jiàn)下表：

1.3 試樣的制作

抗壓強(qiáng)度試件設(shè)計(jì)：選用圓柱體模具，其模具尺寸直徑50mm，高為100mm。計(jì)劃做兩批試樣分別進(jìn)行7d、28d的養(yǎng)護(hù)，來(lái)進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)規(guī)律。材料配比數(shù)據(jù)見(jiàn)表1 鉬尾礦砂摻量配比表。

2 鉬尾礦砂砂漿的和易性測(cè)定試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)概況

砂漿的和易性能主要通過(guò)以下兩個(gè)參數(shù)來(lái)確定：

流動(dòng)性：砂漿的流動(dòng)性也可以稱之為稠度，它可以表示砂漿在自重或外力作用下流動(dòng)的難易程度。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定可以用試錐沉入量又稱稠度值來(lái)表示。砂漿試錐沉入后其稠度儀表上的數(shù)值即為沉入量。數(shù)值越大稠度值越大越容易發(fā)生流動(dòng)，反之?dāng)?shù)值越小越不易流動(dòng)。

表1 鉬尾礦砂摻量配比表

保水性：砂漿的保水性指的是新拌制的砂漿保存水分的能力，也可以是砂漿中各骨料之間的難易分離程度的性質(zhì)。保水性通常采用分層度數(shù)值來(lái)描述。將砂漿倒入儀器前，先測(cè)一次稠度，再將砂漿倒入靜置一段時(shí)間去掉上部的三分之二，測(cè)其剩余三分之一的稠度，兩者之差為分層度的數(shù)值。數(shù)值過(guò)大說(shuō)明保水性不好，反之?dāng)?shù)值越低保水性越好。

2.2 結(jié)果分析

圖1 砂漿稠度變化圖

圖2 砂漿分層度變化圖

從圖1 稠度變化圖可以看出，稠度值在30%時(shí)達(dá)到最低，此時(shí)它的密實(shí)度好，流動(dòng)性適宜。在0～30%稠度值先增后減，前面因?yàn)殂f尾礦的增多導(dǎo)致用水增加，其稠度增大，當(dāng)摻量增加到30%時(shí)，砂和水的配比達(dá)到最佳狀態(tài)，稠度減小，此后從30%～100%稠度基本一直呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，稠度的大小與用水量和顆粒級(jí)配有關(guān)，隨著摻量增大尾礦細(xì)砂增多，用水量增大使其稠度增大，最終結(jié)果說(shuō)明在鉬尾礦砂摻量為30%時(shí)性能最好。從圖2 分層度變化圖可以看出當(dāng)摻量在20%處時(shí)數(shù)值最低，保水性最好。從20%以后開(kāi)始分層度逐漸上升，從50%之后開(kāi)分層度超過(guò)20mm，分層度大于20mm的砂漿容易發(fā)生離析，不方便施工。當(dāng)摻量為10%～50%時(shí)，其分層度大小在10～20mm之間，這部分砂漿的性質(zhì)良好。當(dāng)100%代替后分層度達(dá)到最大。從40%以后尾礦砂小粒徑占據(jù)砂漿大部分骨料，在水泥總量不變的情況下，使比表面積變大，膠結(jié)性能降低，分層度隨即增大。

3 鉬尾礦砂砂漿試件的抗壓試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)概況

通過(guò)試驗(yàn)來(lái)測(cè)試砂漿圓柱體的極限抗壓強(qiáng)度，作為研究和調(diào)整砂漿質(zhì)量、砂漿配比的重要參考依據(jù)。研究用不同摻量的鉬尾礦砂代替天然砂制作砂漿的抗壓強(qiáng)度來(lái)選取最佳摻量比。

3.2 結(jié)果分析

砂漿計(jì)算方法如下：

σ=F/S （精確到0.1MPa）

σ：表示抗壓強(qiáng)度，單位為兆帕（MPa）

F：表示破壞荷載，單位為牛頓（N）

S：表示試件受壓面的面積，單位為平方毫米（mm2）

將養(yǎng)護(hù)好的試樣進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，通過(guò)公式計(jì)算可得出7d、28d 的抗壓強(qiáng)度，數(shù)據(jù)如下表：

表2 鉬尾礦砂砂漿抗壓強(qiáng)度表

圖3 鉬尾礦砂漿抗壓強(qiáng)度

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，剛開(kāi)始抗壓強(qiáng)度先增大，增加到摻量為30%時(shí)其抗壓強(qiáng)度最大，在此之后抗壓強(qiáng)度逐漸減小，所以說(shuō)30%鉬尾礦砂摻量是一個(gè)臨界點(diǎn)。隨著鉬尾礦砂的逐步增加，其中的細(xì)砂和粉砂會(huì)越來(lái)越多，在水泥總量不變的情況下會(huì)增加水的用量，導(dǎo)致稠度降低，從而使強(qiáng)度降低。仔細(xì)來(lái)分析整個(gè)數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)摻量從0～30%增加時(shí)，7d 和28d 的抗壓逐漸增加，因?yàn)樘烊簧暗牧酱笥阢f尾礦砂粒徑，天然砂中的空隙由鉬尾礦粉砂來(lái)填補(bǔ)，使砂漿的密實(shí)性增加，所以強(qiáng)度增加，從30%摻量以后，7d 和28d 的強(qiáng)度都減少。因?yàn)殂f尾礦砂較細(xì)顆粒越來(lái)越多，隨著摻入比例的增加，需水量逐步增大，使強(qiáng)度下降。但是30%～60%，7d 的強(qiáng)度下降緩慢，28d 的強(qiáng)度下降迅速，究其原因，7d 砂漿試樣都沒(méi)養(yǎng)護(hù)充分所以其強(qiáng)度差異小，下降緩慢。經(jīng)過(guò)28d 的養(yǎng)護(hù)后，砂漿試樣都已經(jīng)凝固成型，不同摻量試樣強(qiáng)度差異明顯，所以強(qiáng)度下降快。所以從此試驗(yàn)可以得出，當(dāng)鉬尾礦砂摻量為30%時(shí)，抗壓強(qiáng)度最好。

4 結(jié)論

本文主要以鉬尾礦砂為研究對(duì)象，通過(guò)用不同比例的鉬尾礦砂代替天然砂制作水泥砂漿來(lái)做試驗(yàn)，分別進(jìn)行了流動(dòng)性、保水性、抗壓試驗(yàn)研究，整理數(shù)據(jù)后從中得到不同配比下的各個(gè)試樣的力學(xué)性能，對(duì)比數(shù)據(jù)選出最佳配比。通過(guò)試驗(yàn)得出以下結(jié)論：

（1）在流動(dòng)性試驗(yàn)中在摻量為30%時(shí)，此時(shí)稠度和起始稠度相同，且在此之后稠度基本上逐漸增大。在鉬尾礦完全代替天然砂后，其用水量達(dá)到最大，稠度達(dá)到最大值。

（2）在保水性試驗(yàn)中，分層度越大且超過(guò)20mm，砂漿容易發(fā)生離析，分層度越小且小于10mm 砂漿容易發(fā)生開(kāi)裂。在摻量為20%時(shí)，其分層度最低保水性最好，50%之后的砂漿分層度超過(guò)20%，不易用于建筑中。

（3）在抗壓試驗(yàn)中，通過(guò)數(shù)據(jù)可以看出，抗壓強(qiáng)度先增大后減小，當(dāng)摻量增加到30%時(shí)停止增加，從此之后強(qiáng)度開(kāi)始減小，從此可以得出當(dāng)摻量為30%時(shí)為最佳摻量，在養(yǎng)護(hù)28d 后發(fā)現(xiàn)，其性能提高13.5%。當(dāng)完全代替后經(jīng)28d 養(yǎng)護(hù)，抗壓強(qiáng)度降低12.2%。