浅谈石灰石矿尾砂在混凝土中的应用

李国平 谢 浩 陈 号

(佛山市汇江混凝土有限公司，广东 佛山 528251)

1 前言

石灰石矿尾砂也属于机制砂的一种。在GB/T14684 -2011《建筑用砂》［1］中对机制砂的定义为“指经除土处理，由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm 的岩石、矿山尾矿或工业废渣颗粒，但不包括软质、风化的颗粒，俗称人工砂”。细度模数一般在2.6 -3.6 之间，含有一定量的石粉，其筛余均多呈三角体或方矩形体颗粒分布，表面粗糙，棱角尖锐［2］。

一份名为《关于积极应对珠江口采砂点暂停采砂事件的通知》［3］出现在深圳市水泥及制品协会官网上。通知显示，接省海事局通知，为确保港珠澳大桥安装沉箱成功，按省政府通知要求，所有珠江口采砂点(包括深圳、虎门一带)从3月1 日起暂停采砂50 天。行业协会认为，此事可能会造成我市乃至珠三角地区混凝土及砂浆生产企业用砂出现短期紧缺。由于珠江口采点的暂停，直接导致深圳、广州、佛山等城市用砂告急，也直接导致砂价格的“疯涨”。

为了及时解决资源匮乏的问题，本课题开展矿尾砂对混凝土性能影响的研究具有重要的经济价值和使用价值。矿尾砂代替河砂比例低于50%时对工作性能影响不大［4］，因此本论文从矿尾砂取代率为50%开始试验，研究矿尾砂取代率对相同条件下混凝土工作性能和抗压强度的影响，找出最佳取代率。

2 试验

2.1 试验原材料

(1)水泥。采用清新海螺水泥PⅡ52.5R，其部分性能如表1 所示，其性能指标满足规范要求。

表1 清新海螺水泥部分性能指标

(2)粉煤灰。采用桥赢Ⅱ级粉煤灰，其部分性能指标如表2 所示，其性能满足规范要求。

表2 粉煤灰的性能指标

(3)矿粉。采用S95 粒化高炉矿渣粉(简称S95矿粉)，其性能指标如表3 所示。

表3 矿粉S95 性能指标

(4)粗骨料。采用5 -25mm 连续级配碎石，压碎值7，含泥量0.3%。

(5)细骨料。河砂采用北江中砂，细度模数为2.5。矿尾砂的物理性能如表4 所示。

表4 矿尾砂的性能指标

(6)减水剂，科之杰新材料集团有限公司生产的聚羧酸类减水剂，固含量11.7%。

2.2 试验方法

2.2.1 矿尾砂对混凝土力学性能的影响

采用矿尾砂以不同的比例取代河砂，其配合比如下表5。设计塌落度为200 ±20mm，在试验过程中，保持水胶比不变。

表5 矿尾砂复掺配置C30 混凝土的配合比

表6 矿尾砂复掺配置C30 混凝土的和易性和力学性能

图1 矿尾砂取代率对混凝土抗压强度的影响

由表6 和图1 可知:(1)从混凝土工作和易性来考虑，复掺后的工作性能优于纯河砂混凝土。随着矿尾砂取代率不断增大，其表观密度基本上也是不断地增加，而混凝土的扩展度和塌落度几乎在不断地变小，也即是混凝土的和易性在不断地变差。因为矿尾砂中含有一定量的石粉，石粉的存在，增加了固体颗粒的比表面积，需水量增大，因而混凝土的塌落度和扩展度减小，也即是混凝土的和易性变差。

(2)从抗压强度方面考虑，掺有混合砂的混凝土抗压强度高于纯河砂;随着矿尾砂取代率不断增大，混凝土的抗压强度基本上保持先增大后减小的趋势在变化。其中抗压强度最高的是矿尾砂取代率为70%时，抗压强度达到39.2MPa。因为石粉能促进C3S 和C3A 水化，起微晶核作用，同时石粉能充当有效的填料，丰富了混凝土的浆量，使硬化后混凝土中的孔隙减少，提高混凝土的密实性和集料间的机械咬合力，但石粉含量超过饱和点，混凝土的密实性又会降低，因此混凝土的抗压强度会随着机制砂的取代率的增加不断地增大，但当到达一定取代率时，石粉的填充效果基本达到饱和，再增加石粉的用量，破坏了混凝土内部结构的堆积效果，就会降低混凝土的密实度，从而降低混凝土的抗压强度。

(3)本次试验矿尾砂的最佳取代率是70%，其塌损最小，塌损为20mm，抗压强度最高，混凝土密实度最好。

2.2.2 矿尾砂对混凝土耐久性的影响

在混凝土耐久性能方面，有相关研究的试验结果表明，矿尾砂和天然细砂混合配制出的混合砂混凝土在抗冻性、抗硫酸盐侵蚀及抗碳化性能方面都优于天然中砂配制的混凝土［5］。

混凝上抗氯离子渗透性能是评价混凝土密实性和抵抗渗透能力的重要指标之一［6］。本论文展开矿尾砂的取代率对混凝土渗透性能的影响来表征混凝土的耐久性。试验数据如下表7。

表7 矿尾砂取代率对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

图2 矿尾砂取代率对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

由表7 和图2 可知，混凝土抗氯离子渗透性能随着矿尾砂取代率的增加先减小后增加。主要是由于混凝土中水泥用量较少，水灰比(0.51)较大，硬化后，混凝土中存在大量的孔隙，致使混凝土的抗氯离子渗透性能不良，但随石粉含量的增加，丰富了混凝土的浆量，使硬化后混凝土中的孔隙减少，提高了混凝土的密实性，也提高了混凝土的抗渗性能。而当石粉含量比例过高，石粉在一定程度上破坏了混凝土的堆积效果，使得水泥不能充分包裹，导致混凝土的抗氯离子渗透性能降低。

3 结论

(1)矿尾砂复掺的混凝土抗压强度高于纯河砂混凝土，随着矿尾砂取代率不断增大，混凝土的抗压强度基本上保持先增大后减小的趋势在变化。

(2)本次试验矿尾砂的最佳取代率是70%，其塌损最小，塌损为20mm，抗压强度最高，混凝土密实度最好。

(3)混凝土抗氯离子渗透性能随着矿尾砂取代率的增加先减小后增加。

［1］GB/T14684 -2011，建筑用砂［S］.

［2］杨国飞.机制砂的质量控制及在混凝土中的应用［J］.山西建筑，2011年12月 第37 卷第34 期:115 -116.

［3］深圳市水泥及制品协会，关于积极应对珠江口采砂点暂停采砂事件的通知［N］.深砼协［2015］010 号，2015年03月.

［4］陈国强等.机制砂对不同强度等级商品混凝土性能的影响［J］.武汉理工大学学报，2014年7月第36 卷第7 期:30 -34.

［5］庞林太，机制砂混凝土在工程实践中的应用［J］.铁路工程造价管理，2007年7月:28 -31.

［6］曹伟红.混合砂在泵送混凝土中的应用研究［D］.硕士学位论文，浙江大学，2009.