鐵尾礦砂對普通干混砂漿耐久性影響的試驗研究

孫健，谷向民，殷學宇，王敏，呂新鋒

（山東魯碧建材有限公司，山東 濟南 271100）

0 前言

干混砂漿是近年隨著建筑業科技進步和文明施工要求發展起來的新型建筑材料，與傳統的現場攪拌砂漿相比，干混砂漿具有許多明顯優勢：（1）產品質量高，可滿足不同的用途和性能要求；（2）有利于使用自動化施工機具，可提高施工效率；（3）有利于推進墻體材料革新工作，便于文明施工和減少環境污染[1]。干混砂漿主要為用量大的普通砌筑砂漿、普通抹灰砂漿和用于建筑地面及屋面面層或找平層的普通地面砂漿[2-3]。干混砂漿的發展可推動利用尾礦廢石、鋼渣、礦渣等固體廢棄物制成的人工砂代替天然砂[4-5]，會帶動良好社會經濟效應[6]。

隨著我國工業化地迅速發展，礦產資源的需求與日俱增，而我國大多數礦山資源品位較低，在選礦過程中產生大量的尾礦，導致尾礦量不斷增加，尾礦在工業固體廢棄物中所占的比例也越來越大。尾礦屬選礦后的廢棄物，是工業固體廢棄物的主要組成部分[7]。目前，我國發現的礦產有 150 多種，開發建立了 8000 多座礦山，累計產生尾礦 5900 多億 t[8-9]。

本文主要利用鐵尾礦砂部分取代河砂或機制砂，組成混合骨料，研究鐵尾礦砂對干混砂漿耐久性能（抗凍性、抗滲性和收縮性能等）的影響。

1 試驗原材料、試驗儀器、試驗方法

1.1 試驗原材料

（1）水泥：山東魯碧建材有限公司 P·O42.5 水泥，比表面積為 383kg/m2，細度為 1.1%。

（2）粉煤灰：山東濟南萊城電廠 F 類Ⅱ級灰，需水量比為 104%，比表面積為 392kg/m2，45μm 篩篩余為 18.1%。

（3）砂：干混砂漿用河砂和機制砂、鐵尾礦砂的細度模數及累計篩余等如表 1 所示。

表 1 河砂、機制砂和鐵尾礦砂累計篩余及細度模數

（4）纖維素醚：采用山東常春藤建材科技有限公司生產的 10 萬 MPa·s 羥丙基甲基纖維素醚。

（5）水：飲用自來水。

1.2 試驗儀器

砂子方孔標準篩網一套（Φ300mm，孔徑邊長0.075～4.75mm），砂漿攪拌機、壓力試驗機、振動臺、YH-40B 標準恒溫恒濕養護箱、全自動抗凍儀、SJS-1.5 型砂漿抗滲儀、收縮率儀器一套、電熱鼓風干燥箱、AL204 電子天平和 DJ 系列電子天平等。

1.3 試驗方法

抗凍性、抗滲性、收縮率、試件制作與養護等試驗測試按照 JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》進行。

2 鐵尾礦砂摻量對干混砂漿耐久性能的影響

2.1 添加鐵尾礦砂砌筑砂漿耐久性能對比試驗

根據鐵尾礦砂、粉煤灰、纖維素醚對混合骨料砌筑砂漿力學性能及工作性能的影響試驗，分別以 10%、30% 鐵尾礦砂取代機制砂、河砂，粉煤灰摻量為 30%和 20%，纖維素醚在鐵尾礦砂、機制砂或河砂混合骨料砂漿中分別是 0.1%、0.125%，通過調整需水量，控制砂漿稠度在 70～80mm，分別與未添加鐵尾礦砂砌筑砂漿耐久性（抗凍性、抗滲性）進行對比試驗，抗凍試驗及抗滲試驗結果如表 2 所示。

從表 2 中可以看出：經 25 次凍融循環后，用 10%鐵尾礦砂取代機制砂混合骨料砂漿強度損失率相對未添加鐵尾礦砂強度損失率降低 41.3%，質量損失率降低13.8%；用 30% 鐵尾礦砂取代河砂混合骨料砂漿強度損失率相對未添加鐵尾礦砂砂漿強度損失率降低 5.8%，質量損失率則降低 59.1%。兩種混合骨料砂漿抗凍性能相比較，鐵尾礦砂與機制砂混合骨料砂漿抗凍性能改善效果優于鐵尾礦砂與河砂混合骨料的改善效果。

從表 2 中還可以看出：用鐵尾礦砂取代機制砂或河砂混合骨料砂漿抗滲等級相同或有所提高，鐵尾礦砂與機制砂混合骨料砂漿抗滲等級相對機制砂砂漿抗滲等級由 P9 增加至 P10，而鐵尾礦砂與河砂混合骨料砂漿抗滲等級與未添加鐵尾礦砂砂漿抗滲等級一致，均為P8。

2.2 添加鐵尾礦砂抹灰砂漿耐久性能對比試驗

根據鐵尾礦砂、粉煤灰、纖維素醚對混合骨料抹灰砂漿力學性能及工作性能的影響試驗，分別以30%、50% 鐵尾礦砂取代機制砂、河砂，粉煤灰摻量為 20%，纖維素醚在鐵尾礦砂、機制砂或河砂混合骨料砂漿中均為 0.1%，通過調整需水量，控制砂漿稠度在90～100mm，分別與未添加鐵尾礦砂抹灰砂漿耐久性（抗凍性、抗滲性、收縮性）進行對比試驗，抗凍試驗及抗滲試驗結果如表 3 所示，收縮性試驗結果如表 4 所示。

由表 3 中可以看出：經 25 次凍融循環后，鐵尾礦砂與機制砂混合骨料抹灰砂漿強度損失由 16.6% 降低至 15.9%，降低幅度為 4.2%，質量損失由 0.28% 降低至 0.26%，降低幅度為 7.1%；鐵尾礦砂與河砂混合骨料抹灰砂漿強度損失由 23.9% 降低至 23.5%，降低幅度為 1.6%，質量損失由 0.44% 降低至 0.19%，降低幅度為 56.8%。

由表 3 中還可以看出：機制砂或河砂與鐵尾礦砂混合應用砂漿抗滲等級均有所提高，鐵尾礦砂與機制砂抗滲等級相對機制砂抹灰砂漿由 P8 提高至 P9，鐵尾礦砂與河砂抗滲等級相對河砂抹灰砂漿由 P6 提高至 P7。

由表 4 中可以看出：無論機制砂還是河砂，與鐵尾礦砂混合后砂漿早期收縮相對未添加鐵尾礦砂的砂漿收縮有所增加，但是后期收縮逐漸降低甚至低于未添加鐵尾礦砂的砂漿收縮率。另外，相同齡期時，鐵尾礦砂與機制砂混合砂漿收縮率低于鐵尾礦砂與河砂混合砂漿收縮率，這是因為河砂砂漿需水量相對較高，導致砂漿收縮會相對大些。

表 2 鐵尾礦砂砌筑砂漿抗凍性、抗滲性試驗結果

表 3 鐵尾礦砂抹灰砂漿抗凍性、抗滲性試驗結果

表 4 鐵尾礦砂抹灰砂漿收縮性能試驗結果

3 結論

（1）鐵尾礦砂細度模數較小、顆粒偏細，不宜單獨制備普通干混砂漿；可與機制砂或河砂進行復摻，以獲得滿足符合連續級配及細度模數的混合砂。

（2）鐵尾礦砂與機制砂或河砂混合應用于砌筑或抹灰砂漿中，均可提高砂漿抗凍性和抗滲等級，添加鐵尾礦砂砂漿的早期收縮率會有所增加，但是后期收縮率會逐漸降低，甚至低于未添加鐵尾礦砂砂漿收縮率。因此，利用鐵尾礦砂與常用砂漿用砂混合使用是可行的，且有重要的研究意義。