伊犁鐵尾礦替代高含泥量天然砂礫細骨料噴射混凝土性能影響試驗研究

張利 張鵬 任建西 王燕

（1.新疆銳路精匯工程勘察設計有限公司，新疆烏魯木齊 830000；2.新疆農業大學，新疆烏魯木齊 830000）

0 引言

大宗固體廢棄物最大應用場景是建材行業，其中約有70%多固體廢棄物的應用市場領域為建材行業[1]。噴漿混凝土是使用噴射機械將拌合物直接噴到使用面，且有原材料種類豐富、施工快捷便利、對現場施工要求不高等特點，而被廣泛的應用各種工程場景。

本文擬采用鐵尾礦砂作為摻和細骨料解決其中問題，探索鐵尾礦砂在噴射混凝土中的應用情況。因為用噴射機械將拌合物直接噴到使用面具有工藝簡單與造價少等優點，降低工程對天然砂石資源的需求量[2]。很多專家學者研究表明[3-5]，在噴漿混凝土中替代天然砂礫細骨料鐵尾礦等摻合料可以發揮鐵尾礦的優點，降低缺點的影響，從而提高和改善噴射混凝土的綜合使用性能。但是，在施工配合比中單純的地將尾礦砂用于噴漿混凝土配制會出現各種起到相反作用的性能。但是以上應用僅僅是針對鐵尾礦砂針對水洗集料進料進行的應用，沒有針對新疆特有含泥量較大的天然砂礫集料的應用，本文試驗目的主要是針對新疆特有的含泥量較大的天然集料進行應用加入特有的常溫常壓下的細集料激發劑進行運用。本文實驗內容，有塌落度（和易性）試驗、抗壓強度試驗、抗折試驗以及凍融循環性能等，重點研究鐵尾礦砂對混凝土塌落度與抗壓、抗折的影響，以及最終的凍融性能影響研究。

1 試驗

鐵尾礦：取樣至新疆伊犁松湖尾鐵礦砂，鐵尾礦砂顆粒級配、鐵尾礦的化學成分分解。本次試驗所使用的伊犁松湖鐵尾礦砂的SiO2含量是小于50%是屬于低硅型尾鐵礦。鐵尾礦硫酸鹽及硫化物含量小于建設用砂的規范標準值，且氯離子含量為0.005 在GB/T14684—2011《建設用砂》技術標準中屬于I 類技術指標，但是由于鐵尾礦砂沒有經過水洗處理導致鐵尾礦砂的含泥量較高，超出規范要求的第三類建設用砂的技術指標，屬于高含泥量，技術指標不合格。

鐵尾礦砂的顆粒級配圖中可以看出本次試驗所使用的伊犁松湖鐵尾礦砂大于2mm 粒徑的顆粒很少，接近80%的顆粒都在2mm以下。且不符合《普通混凝土用砂、石質量檢驗方法標準》(JGJ52-2006)標準中的顆粒級配范圍要求。

天然砂礫骨料：本次使用的粗骨料是從烏魯木齊戈壁灘上取的戈壁碎石骨料有害物質在規定以下。水洗法測得含泥量為10.7%，高于《普通混凝土用砂、石質量檢驗方法標準》(JGJ52-2006)中規范的最高含泥量，屬于高含泥量集料。

核心激發劑：核心改性劑是由新疆大學化學學院二級教授黃勇老師團隊研發，創福斯高科周易提。。供的核心改性劑，其效果可以在特定范圍內激發天然砂礫中特細集料的膠凝性，并且可以作為減少泥粉對聚羧酸減水劑分散作用，核心改性劑作為天然砂礫混凝土的關鍵部分里面有非常多的金屬氧化物，一方面可以減少天然砂礫中的泥粉對減水劑的分散作用，并且可以提高天然砂礫混凝土后期的力學性能和凍融抗滲能力，在含泥量較高的天然砂礫混凝土中核心改性劑對混凝土的性能影響是非常明顯的。實驗方法主要有：工作性能測定方法（塌落度）、抗壓性能試驗、抗折性能測定方法、混凝土耐久性試驗（凍融循環）。

2 試驗結果分析

隨著鐵尾礦砂替代率的增長，坍落度下降。隨著尾礦砂替代量的增加，集料細度模數降低，在同等情況下比天然砂礫混凝土的塌落度小。

本次鐵尾礦砂替代天然沙礫細骨料混凝土力學性能試驗中，分別測試了1 天、3 天、7 天與28 天的力學抗壓強度和混凝土力學抗折強度指標。

噴射混凝土的耐久性能應符合設計要求，耐久性能試驗方法按照現行國家標準GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》進行測試。抗凍性能按照凍融0次、25次、50次、75次、100次、125次、150次凍融循環后質量損失率變化。

當凍融循環為25 次時，試驗組的混凝土的質量都增加，因為混凝土空隙較多吸水經過收縮膨脹后，會破壞混凝土，質量增加最多的是未摻加組，其質量增加率達到了1.72%，質量增加最小的是摻加40%鐵尾礦砂組，其質量增加率只有了0.77%。

凍融循環后的混凝土相對動彈性模量變化中，在6 組混凝土試驗150 次凍融循環中，其相對動彈性模量都出現下降趨勢，混凝土的凍融破壞是經過凍融變化后毛細水在混凝土中收縮膨脹反復作用，將原本致密的混凝土變成疏松過程，動彈性模量下降則表示混凝土內部本身就存在一定的缺陷和微小裂縫，隨著凍融循環過程，使得微小的單個裂縫貫通成多個裂縫合多為一的貫通裂縫。當凍融循環在25次時，鐵尾礦砂替代率40%組的試驗的動彈性模量下降最少，相對動彈性模量為99.8%。未摻加鐵尾礦砂組的試驗的動彈性模量下降最大，相對動彈性模量為94.3%。當凍融循環在50 次時，鐵尾礦砂替代率40%組的試驗的動彈性模量下降最少，相對動彈性模量為95.7%。

3 結語

1）伴隨著鐵尾礦替代率增加，天然砂礫混凝土的和易性逐漸下降。

2）鐵尾礦砂摻量增加各齡期混凝土抗壓、劈裂抗拉強度先上升后下降，并且摻量為40%時達到最大值，且高于復摻35%砂率的天然砂礫細骨料對照組。

3）摻入鐵尾礦的混凝土凍融后質量損失率相差不超過3%，且相對動彈性模量都可保持60%以上，在復摻40%鐵尾礦砂時，相對動彈性模量下降最少。鐵尾礦砂混凝土和天然砂混凝土的抗凍性基本接近。

4）綜合使用鐵尾礦混凝土的工作性能、力學性能和耐久性能，在最大使用量利用鐵尾礦出發，鐵尾礦摻量為50%及以下的摻量均可滿足配制強度等級為C30 的噴射混凝土力學性能要求，凍融性能略微差一點。