尾礦砂在混凝土中的應用試驗研究

張萌

（河北建設集團股份有限公司混凝土分公司，河北 保定 071000）

0 引言

混凝土是由膠結材料、骨料和水按一定比例配制，經攪拌振搗成型，在一定條件下養護而成的人造石材。混凝土具有原料豐富、價格低廉、生產工藝簡單的特點，因而使其用量越來越大；同時混凝土還具有抗壓強度高、耐久性好、強度等級范圍寬的優點，使其使用范圍十分廣泛，混凝土已經成為最大宗的建筑材料。

砂子作為細骨料在混凝土結構中占有不可取代的作用，對混凝土的和易性、強度、耐久性等性能有重要的影響。隨著我國混凝土的快速發展，混凝土結構的大量應用，消耗了大量的天然砂資源，全國每年建筑用砂石數十多億噸。加之對砂的技術要求越來越高，特別是能滿足高強高性能混凝土要求的天然砂越來越少，嚴重地制約了高性能混凝土的發展。天然砂是一種地方資源，短時間內不可再生和長距離運輸，我國不少地區已出現天然砂資源逐步減少、甚至無天然砂的情況。

在天然砂資源日益匱乏的同時，國內礦產資源在開發過程中，丟棄了大量的尾礦。我國有大量的金屬礦和非金屬礦，在采礦和加工過程中伴隨產生約 20% 的尾礦，由于沒有合理利用，已有上百億噸的尾礦大量堆積，占用土地，造成環境污染。而如果經過適當分選與加工，不少尾礦就可以制成人工砂。

隨著礦產資源的大量開發和利用，礦石日益貧乏，廢棄物作為二次資源再利用正日益受到世界各國的重視，國內也相繼出現了以山砂（自然山砂）、石屑（采石場在加工碎石過程中產生的副產物）、機制砂（專門以巖石經破碎、篩分生產）、尾砂（金屬礦和非金屬礦在采礦過程中產生的副產物）等人工砂替代天然砂的技術。尾礦作為一種較為理想和實際的替代材料，正越來越廣泛地被應用于各種工程項目中，并在實際工程中大量應用，取得了較好的經濟效益和社會效益。

1 試驗

1.1 試驗原料

（1）水泥：淶水冀東 P·O42.5R 水泥，標準稠度用水量 26.4%，初凝時間 186min，終凝時間 223min，3d抗壓強度 29.4MPa，28d 抗壓強度 55.2MPa，比表面積385g/cm2。

（2）礦粉：勝芳前進鋼廠 S95 級磨細礦渣粉，比表面積 450g/cm2，7d 活性指數 80%，28d 活性指數108%。

（3）粉煤灰：衡水衡冠產Ⅱ級粉煤灰，需水量比104%，燒失量 2.10%，細度（0.045mm 篩余）15.3%。

（4）石子：淶水產 5～25mm 碎石，含泥量0.3%，壓碎指標 7%。

（5）外加劑：保定慕湖產泵送劑，固含量38.2%，密度 1.218g/mL，減水率 18.6%。

（6）天然砂：淶水產Ⅱ區中砂，含泥量 1.6%，泥塊含量 0.3%，細度模數 2.7。

（7）尾礦砂：尾礦是礦開采出的礦石磨細后，再經選礦廠選出精礦后產生的廢渣。這部分廢渣主要是礦石在提純過程中留下的，組成和細度指標相對穩定。尾礦砂的主要化學成份為 SiO2，含量與天然砂的 SiO2含量基本相同。SiO2是以石英礦物形式存在，Na2O、K2O、CaO 和 Al2O3是以長石形式存在，Fe2O3以磁鐵礦形式存在，這些礦物均具有穩定的物理化學性能，SO32-含量少，不足以構成對混凝土的危害。本試驗采用的尾礦砂，含泥量 1.7%，泥塊含量 0.2%，細度模數 3.2，屬于建筑粗砂，粒級等各項物理性能均達到建筑用砂國家標準規定指標。

1.2 C30 混凝土配合比設計1.2.1 使用尾礦砂試驗

因目前 C30 混凝土在工程中較為常用，所以本試驗以 C30 混凝土為研究對象，使用尾礦砂替代河砂，研究尾礦砂替代量對混凝土性能的影響。混凝土配合比和性能試驗結果見表 1。

由表 1 可見，隨著尾礦砂摻量的提高，坍落度明顯下降。調高砂率到 50% 后，混凝土的保水性較 47% 砂率下有所改善。由于尾礦砂的細度模數較大，低砂率下砂子對石子的包裹不夠充分，砂率提高可以提高砂子對石子的包裹，從而改善混凝土的和易性。但是隨著尾礦砂摻量的提高，和易性有所下降，主要原因是尾礦砂的外形多為棱角狀，不易流動，且其顆粒級配差，極大地影響了混凝土的和易性。

1.2.2 使用粉煤灰試驗

此試驗使用粗尾礦砂作為部分細骨料，固定摻量80%，通過調整粉煤灰的含量，得出礦物摻合料對混凝土性能的影響?；炷僚浜媳群托阅茉囼灲Y果見表 2。

由表 2 可以看到提高粉煤灰摻量可以改善混凝土的和易性。這主要得益于粉煤灰的形態效應，即粉煤灰是由大小不等的球狀玻璃體組成，其表面光滑致密，在混凝土中起潤滑作用，同時粉煤灰的粒徑比水泥顆粒小，粉煤灰均勻分布再水泥顆粒之間，阻止水泥顆粒黏聚，使滯留于水泥顆粒間的水釋放出來，從而改善混凝土的和易性。

此外，可以看出，提高粉煤灰慘量后，混凝土的早期強度略有降低，但后期強度隨粉煤灰的增加而提高，說明礦物摻合料（此處即粉煤灰）在一定范圍內可以提高混凝土的后期強度。

表 1 C30 混凝土配比及性能檢測結果 1

表 2 C30 混凝土配比及性能檢測結果 2

2 結論

（1）粗尾礦單摻時，由于尾礦砂的外形多為棱角狀，不易流動，且其顆粒級配差，使混凝土容易離析和泌水。提高粉煤灰摻量可以彌補這一缺點，生產成本較高，但是尾礦砂價格較天然砂便宜，總成本不會提高或略有降低。

（2）利用尾礦砂代替天然砂配制混凝土的方案是可行的。此方案的應用不僅可以節約自然資源和保護生態環境，而且還有顯著的經濟效益，為混凝土生產節約大量成本。