河北矿区尾矿砂在混凝土中的应用研究

郭书佳

摘要：利用大量废弃的尾矿砂代替机制砂和日益枯竭的河砂，尝试解决河砂日益枯竭与建筑行业蓬勃发展的矛盾。在保证混凝土的工作性能和力学性能的前提下使用尾矿砂，变废为宝，具有良好的经济和社会效益。

关键词：尾矿砂；工作性能；力学性能

1 前言

蓬勃发展的建筑业推动了城市日新月异的变化，伴随而来的是建材资源的日益枯竭。在混凝土行业中，河砂的枯竭十分突出；而经过磁选后的尾矿砂在铁选厂中堆积如山，污染环境。如何利用废弃的尾矿砂替代机制砂和河砂进行混凝土生产呢？实施如下试验。

2 试验原材料与方法

2.1 尾矿砂的形成过程

尾矿砂是铁矿石经过破碎形成的一定粒度的块状物，进入球磨机加水湿磨，根据矿石的性质达到一定的细度，在进行磁选，把含铁的颗粒部分分离出来，剩余部分用水流排出；排除部分一般占矿石总量的60-80%，这就是尾矿碎屑，在经过筛分处理后成为适合建筑的尾矿砂。

2.2 尾矿砂的化学成分和物理特性

1）化学成分

经抽样对我县的尾矿砂进行了化学分析，结果见表1。

2）物理特性

尾矿砂的表观密度略高于河砂，但因空隙率较大，堆积密度低于河砂，吸水率略大于河砂。

与河砂相比，尾矿砂外形棱角尖锐，表面粗糙并且凹凸不平，以及含有部分石粉，需水量较大。

3 尾矿砂作为建筑用砂的性能指标

1）杂质及有害成分含量

按照《建筑用砂》标准（GB/T14684—2001）规定的方法测定尾矿砂中杂质及有害成分含量，测定结果见表2。

2）坚固性指标

坚固性是指砂在自然风化和外界物理化学因素作用抵抗破裂的能力。按照GB/T14684—2001规定的方法，检验尾矿砂的坚固性，结果见表3。

三个试样的损失均<8%，符合Ⅰ类砂要求。

3）压碎值指标

压碎值是指机制砂抵抗压碎的能力。按照GB/T14684—2001规定的方法，检验尾矿砂的压碎值，结果见表4。

三个试样的压碎值均<20%，符合Ⅰ类砂要求。

4）筛分试验

典型试样的筛分结果见表5。

从以上数据可以看出，尾矿砂颗粒级配分布比较集中，连续性较差，作为混凝土用砂级配不太合理，经分析知，每个厂家的尾矿砂材质和生产工艺均不同，但是球磨机生产出来的粒度都比较均匀，在经过筛洗，必然造成尾矿砂的颗粒级配比较集中。而天然砂是石头经过自然风化、水冲洗、磨蚀等不同时期的产物，必然颗粒级配分布合理，连续性较强。

4 尾矿砂泵送混凝土

使用不同厂家不同细度模数的尾矿砂、混合尾矿砂和河砂，采用同一配合比见表6进行试拌比对，混合尾矿砂是把不同厂家不同细度模数的尾矿砂混合成符合Ⅱ区级配，颗粒分布连续的尾矿砂，实验结果见表7：

从以上数据可以看出：

1、用尾矿砂拌制的混凝土粘聚性、流动性、保水性及泌水和压力泌水等指标，均不如河砂；而且压力泌水比河砂严重得多，并且随着尾矿砂细度模数的增大泌水越来越严重；分析原因是由于尾矿砂的颗粒级配分布比较集中、不合理造成的粘聚性和保水性差；另外由于尾矿砂是由矿石破碎而成，颗粒形状多棱角、表面粗糙并且凹凸不平和吸水率大造成混凝土流动性在相同条件下比河砂差。

2、随着尾矿砂的细度模数的增大，混凝土的粘聚性和保水性越来越差，而流动性越来越好，这个特点在一定细度模数范围内表现较河砂突出。

3、从强度来看，尾矿砂和河砂差别不大，但随着尾矿砂细度模数的增大，强度较河砂有略高的趋势，是因为尾矿砂多棱角的颗粒形状提高了颗粒彼此间的相互咬合作用而造成的。

4、混合尾矿砂拌制的混凝土粘聚性、流动性、保水性及泌水和压力泌水强度等指标，与河砂无甚差别，基本一致。

从以上实验结果，可以得出以下结论：

从尾矿砂的化学成分、矿物成分、坚固性等各个性质分析，尾矿砂符合普通混凝土用砂的质量标准，可以在建筑普通混凝土中推广应用。

尾矿砂的进场检验要严格，堆放要分级以利于使用时分别计量、合理掺配；也可以进料时，在料场按比例混合堆放，达到尾矿砂颗粒级配合理。

在泵送混凝土中应用尾矿砂时，更具试验情况，要不同厂家产地及细度模数的尾矿砂必须要进行掺配，调整尾矿砂的颗粒分布和级配，也可跟河砂混合使用，保证混凝土的泵送性能、粘聚性、流动性、保水性等。

尾矿砂应用于泵送混凝土时，要增加混凝土的压力泌水试验，为采取必要的技术措施提供依据。

对于使用掺配不好或不经掺配单一厂家生产的尾矿砂，要采取胶材用量或外加剂用量及增肌增稠剂等技术措施，保证混凝土的泵送性能和和易性，避免混凝土产生离析和泌水。

水泥的选用要选择泌水率较低的水泥品种和厂家，相对于河砂来说，水泥的泌水率对尾矿砂混凝土工作性能敏感得多，所以最好选择专项适用尾矿砂混凝土的水泥。