鐵尾礦砂和機制砂復摻制備高性能混凝土

趙 杰

（安徽中鐵工程材料科技有限公司，安徽 合肥 230000）

1 引言

目前，隨著國家建筑業的發展，我國大多數地區在制備混凝土時很少用天然河砂作細骨料，主要原因是：天然河砂資源有限，短期內不可再生，且對遠距離運輸不利；過度開采天然河砂對自然環境造成的壓力與日俱增。用機制砂或鐵尾礦砂替代天然河砂制備混凝土，已成為國內外混凝土行業可持續發展的必然趨勢。

與天然河砂相比，機制砂具有顆粒粗糙、棱角多、級配差、石灰石粉含量多（水洗前）、斷檔（尤其水洗后）等缺點，使用機制砂配制混凝土容易出現離析、泌水、工作性差等現象。鐵尾礦砂是鐵礦石經磨細、分選后形成的粒徑小于4.75mm的顆粒，一般堆存于尾礦庫中，主要由工藝固體廢棄物組成。鐵尾礦砂是一種材料性能與天然河砂相近的細骨料，細度模數一般為0.7～2.2，表面粗糙、多棱角。本文主要是利用鐵尾礦砂與機制砂復摻制備高性能混凝土，研究鐵尾礦砂對高性能混凝土工作性能和抗壓強度的影響。

2 試驗原材料、試驗儀器及試驗方案

2.1 試驗原材料

（1）水泥：P·O42.5，海螺水泥集團安徽合肥海螺分廠產，密度 3.25g/cm3，比表面積350m2/kg，安定性合格（雷氏夾法），3d、28d抗壓強度分別為23.7MPa、46.8MPa。

（2）粉煤灰：F類二級粉煤灰，細度19.8%，需水量比101%，燒失量 0.98%，安徽省合肥市巢湖電廠產。

普通硅酸鹽水泥、二級粉煤灰的化學成分見表1。

表1 P·O42.5水泥和二級粉煤灰化學成分

（3）細骨料：細鐵尾礦砂，安徽省馬鞍山某鐵尾礦堆放廠產，細度模數1.39，表觀密度2 920kg/m3，篩分試驗結果見表2；機制砂，安徽省合肥市肥西某機制砂廠產，細度模數3.02，表觀密度2 830kg/m3，篩分試驗結果見表3。

表2 鐵尾礦砂的篩分試驗結果

表3 機制砂的篩分試驗結果

（4）粗骨料：5～16mm、10～25mm兩級配碎石（3∶7），安徽省合肥肥東某石料廠產。

（5）外加劑：聚羧酸高性能減水劑，安徽中鐵工程材料科技有限公司產。

（6）水：為飲用自來水，符合混凝土用水標準《混凝土用水標準》（JGJ 63-2006）規定的拌和用水要求。

2.2 試驗儀器

強制式混凝土攪拌機J-60、混凝土含氣量測定儀、萬能試驗壓力機、坍落度筒等。

2.3 試驗方案

本文主要研究鐵尾礦砂與機制砂復摻對C30高性能混凝土性能（工作性能和抗壓強度）的影響，其中，鐵尾礦砂與機制砂的復摻比例為0∶100、5∶95、10∶90、15∶85、20∶80、25∶75、30∶70、35∶65、40∶60、45∶55。C30高性能混凝土配合比見表4。

表4 C30高性能混凝土配合比設計方案

3 試驗結果與分析

3.1 鐵尾礦砂不同摻量對C30高性能混凝土工作性能的影響

鐵尾礦砂不同摻量對C30高性能混凝土工作性能影響的試驗結果見表5。

表5 鐵尾礦砂不同摻量對C30高性能混凝土工作性能影響的試驗結果

從表5可以看出，當鐵尾礦砂與機制砂復摻時，隨著鐵尾礦砂摻量的不斷增加，C30高性能混凝土的柔和性先逐漸變好而后逐漸變差，流速先逐漸變快而后逐漸變慢，黏度由差變好后變大，石子包裹性由差逐漸變好，含氣量變化不大，都在2.0%～4.0%之間（正常范圍內）。綜合鐵尾礦砂與機制砂復摻對C30高性能混凝土工作性能（柔和性、流速、黏度、石子包裹性等）和含氣量的影響，鐵尾礦砂的最佳摻量應控制在15%～25%范圍內。

3.2 鐵尾礦砂不同摻量對C30高性能混凝土抗壓強度的影響

鐵尾礦砂不同摻量對C30高性能混凝土抗壓強度影響的試驗結果見表6。

從表6可以看出，當鐵尾礦砂與機制砂復摻時，隨著鐵尾礦砂摻量的不斷增加，C30高性能混凝土抗壓強度先逐漸增加而后逐漸下降，且鐵尾礦砂對C30高性能混凝土3d、7d和28d（不同齡期）抗壓強度的影響規律基本一致。另外，從表6中的試驗數據還可以看出，當鐵尾礦砂摻量為20%時，C30高性能混凝土3d、7d和28d抗壓強度都達到最大值，并且隨著鐵尾礦砂摻量的增加，C30高性能混凝土3d、7d和28d抗壓強度都會下降。綜合鐵尾礦砂與機制砂復摻對C30高性能混凝土抗壓強度的影響，鐵尾礦砂的最佳摻量應控制在20%左右。

4 結語

綜上所述，可以得出結論：

（1）綜合鐵尾礦砂與機制砂復摻對C30高性能混凝土工作性能（柔和性、流速、黏度、石子包裹性等）和含氣量的影響，鐵尾礦砂的最佳摻量范圍在15%～25%之間。

（2）從鐵尾礦砂對C30高性能混凝土3d、7d和28d（不同齡期）抗壓強度的影響規律可知，鐵尾礦砂的最佳摻量應控制在20%左右。

（3）綜合鐵尾礦砂與機制砂復摻時對C30高性能混凝土工作性能和抗壓強度的影響，鐵尾礦砂的最佳摻量應控制在20%左右。