尾矿砂掺量对C30路用混凝土性能的影响

徐国强， 于庆坤， 杨小杰

(1. 华北理工大学 建筑工程学院，河北 唐山 063009；2. 河北省地震工程研究中心，河北 唐山 063009)



尾矿砂掺量对C30路用混凝土性能的影响

徐国强1,2， 于庆坤1， 杨小杰1

(1. 华北理工大学 建筑工程学院，河北 唐山 063009；2. 河北省地震工程研究中心，河北 唐山 063009)

尾矿砂；混凝土；农村公路；力学性能

试验以C30农村公路用混凝土为研究对象，研究掺加不同比例尾矿砂对混凝土工作性能、力学性能的影响。试验结果表明，掺加尾矿砂的各组混凝土工作性能良好；掺加尾矿砂降低了混凝土3 d抗弯拉强度，强度值相对于基准组降低了27.38%，尾矿砂掺量对7 d和28 d抗弯拉强度影响不大；随着尾矿砂掺量的增加，混凝土抗压强度呈上升趋势，其中3 d和7 d抗压强度增加更为明显，当掺量为100%时，混凝土3 d、7 d和28 d抗压强度均达到最大值。

0 引言

近年来，世界各国对尾矿砂的综合治理和开发利用越来越重视。尾矿砂作为一种二次资源，废弃堆积不仅严重污染环境，而且制约了金属矿山的可持续发展[1-2]，因此合理开发利用尾矿砂是当前面临的重要研究课题之一。20世纪90年代以来，我国的公路建设获得前所未有的发展，但在公路数量和质量方面，与欧美等发达国家相比仍存在较大差距。尤其是在农村公路建设方面，路网密度偏低，路况较差，通达深度不够，制约了农村经济社会发展和人民生活质量的提高，农村公路建设任务依然艰巨[3]。而天然砂作为非可再生资源，建筑需求量却是越来越大，过量开采对河道造成严重破坏，进而影响环境。鉴于此，考虑将尾矿砂替代天然砂用于农村公路建设，不仅可以节约资源，控制环境污染，而且经济效益也非常可观，具有良好的应用前景和可行性[4]。

本试验采用尾矿砂替代天然砂制备C30路用混凝土，研究尾矿砂的掺量对混凝土工作性能和力学性能的影响，为尾矿砂资源的合理开发利用提供一条切实可行的途径。

1 原材料与配合比

1.1原材料

水泥：唐山冀东水泥有限公司生产的“冀东牌”P.S.B32.5矿渣硅酸盐水泥，其主要性能指标如表1所示。

表1　水泥的主要性能指标

减水剂：聚羧酸减水剂，橙黄色油状液体，固含量30%，减水率20%。

天然砂：河北省迁安市河砂，细度模数为3.16，压碎指标为8.1%，表观密度为2 720 kg/m3，堆积密度为1 630 kg/m3。

铁尾矿砂：迁安铁尾矿经过筛分处理后的人工砂，细度模数为3.3，压碎指标为10.9%，表观密度为2 780 kg/m3，堆积密度为1 530 kg/m3，其主要化学成分如表2所示。

表2　铁尾矿砂的化学成分

大石子：粒径为10～20 mm，紧密堆积密度为1 480.5 kg/m3，表观密度为2 467.0 kg/m3，空隙率为40.0%。

小石子：粒径为5～10 mm，紧密堆积密度为1 438.5 kg/m3，表观密度为2 387.0 kg/m3，空隙率为39.7%。

1.2配合比

试验根据混凝土中尾矿砂掺加比例的不同，将混凝土配合比分为7组，各组混凝土配合比如表3所示。

表3　混凝土配合比/(kg/m3)

2 试验结果与分析

2.1尾矿砂掺量对混凝土工作性能的影响

根据GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，测定混凝土拌合物的坍落度，并观察拌合物的粘聚性和保水性。试验结果表明：尾矿砂掺量对混凝土的工作性能基本没有影响，各组混凝土坍落度值均在35～60 mm之间，且混凝土和易性良好，无分层、泌水和离析现象。这说明掺加尾矿砂的各组混凝土工作性能良好，能够满足路用混凝土工作性能的要求。

2.2尾矿砂掺量对混凝土力学性能的影响

本试验采用电液式压力试验机，所用混凝土试块尺寸分别为：抗弯拉试块100 mm×100 mm×400 mm，抗压试块100 mm×100 mm×100 mm。混凝土经过标准养护后，分别测定3 d、7 d、28 d的抗弯拉强度和抗压强度，试验测得各组混凝土抗弯拉强度值和抗压强度值如表4所示。

表4　混凝土抗弯拉强度、抗压强度试验结果

2.2.1 混凝土抗弯拉强度试验结果分析

图1所示为尾矿砂掺量对混凝土抗弯拉强度的影响。

图1　尾矿砂掺量对混凝土抗弯拉强度的影响

从图1可以看出，掺加尾矿砂的各组混凝土3 d抗弯拉强度值均低于基准组，7 d和28 d强度值围绕基准组上下波动。对于3 d抗弯拉强度，当尾矿砂掺量为10%时，其值最小为2.36 MPa，比基准组降低了27.38%；对于7 d抗弯拉强度值，尾矿砂掺量为10%～70%时，其值均低于基准组；掺量为100%时，抗弯拉强度值最大为5.11 MPa，比基准组提高了12.06%；对于28 d抗弯拉强度，尾矿砂掺量为30%时，强度值最大为6.21 MPa，比基准组提高了4.90%；掺量为70%时，强度值最小为5.63 MPa，比基准组降低了4.90%。总之，掺加尾矿砂降低了混凝土3 d抗弯拉强度，对于7 d和28 d抗弯拉强度影响不大。

2.2.2 混凝土抗压强度试验结果分析

图2所示为尾矿砂掺量对混凝土抗压强度的影响。

图2　尾矿砂掺量对混凝土抗压强度的影响

从图2可以看出，对于3 d抗压强度，当尾矿砂掺量为10%时，其值小于基准组混凝土，之后随着尾矿砂掺量的增加，抗压强度逐渐增大；当掺量为70%时，抗压强度有所降低，但仍大于基准组混凝土；当掺量为100%时，抗压强度最大，为20.92 MPa，比基准组提高了10.63%。对于7 d抗压强度，当尾矿砂掺量为10%时，其值低于基准组混凝土，之后随尾矿砂掺量的增加，抗压强度逐渐增大；当掺量为100%时，达到最大值为35.13 MPa，比基准组提高了14.69%。对于28 d抗压强度，随着尾矿砂掺量的增加，抗压强度围绕基准组混凝土上下波动，当尾矿砂掺量为100%，抗压强度为最大值45.38 MPa，比基准组提高了7.74%。

通过以上分析，对于尾矿砂掺量对混凝土抗弯拉强度和抗压强度的影响，可能有以下3个方面的原因[2]：(1)尾矿砂外表粗糙，多棱角，内摩擦力较大，集料颗粒间机械啮合力高，与胶凝材料的胶结作用更强；(2)尾矿砂的表观密度略高于天然砂，其密实性好，体积稳定性高，而堆积密度略小于天然砂，在材料中所占体积分数较大，与其他材料接触更加充分，骨架作用更强；(3)尾矿砂中含有少量石粉，起到微集料效应，填充混凝土结构内部的微小孔隙，提高混凝土的密实度，改善了混凝土的孔隙大小和分布，增强了水泥与骨料间的密实性，对提高强度也是有利的。

3 结论

(1)对于C30路用混凝土，掺加不同比例尾矿砂，其工作性能均能满足路用混凝土性能的要求，新拌混凝土无泌水、离析和分层现象，坍落度值均在35～60 mm之间，工作性能良好，能够满足农村公路混凝土对工作性能的要求；

(2)掺加尾矿砂降低了混凝土3 d的抗弯拉强度，对于7 d和28 d的抗弯拉强度影响不大。3 d龄期时掺加尾矿砂的各组混凝土抗弯拉强度均小于基准组，7 d和28 d抗弯拉强度围绕基准组上下波动，其波动范围最大为13.37%；

(3)随着尾矿砂掺量的增加，混凝土抗压强度呈上升趋势，其中3 d和7 d抗压强度增加更为明显。当尾矿砂掺量为100%时，混凝土各龄期的抗压强度均达到最大，相对于基准组3 d、7 d和28 d抗压强度分别提高了10.63%、14.69%和10.36%。

[1]国家统计局环境保护部．中国环境统计年鉴—2014[M]．北京：中国统计出版社，2014.

[2]张秀芝，付宝华，刘俊彪，等．铁尾矿砂/机制砂制备高性能混凝土性能研究[J]．混凝土，2014，(3)：116-118.

[3]张百健．农村公路水泥混凝土路面的建设和管理[D]．西安：长安大学，2011.

[4]侯云芬，贾鑫．铁尾矿砂对混凝土工作性的影响[J]．粉煤灰综合利用，2013，(2)：27-30.

Influence of Mixing Amount of Tailing Sand on Performance in Rural Highway Concrete of C30

XU Guo-qiang1,2, YU Qing-kun1, YANG Xiao-jie1

(1.College of Civil and Architectural Engineering, North China University of Science and Technology, Tangshan Hebei 063009, China;2. Earthquake Engineering Research Center of Hebei Province, Tangshan Hebei 063009, China)

tailing sand; concrete; rural highway; mechanical property

Based on the rural highway concrete mixture ratio of C30, the influence of mixing different ratio of tailing sand on working performance and mechanical properties of concrete was studied. The test results show that each group of concrete with tailing sand has good working performance. The 3 d concrete flexural strength is reduced after adding tailing sand, and the strength value compared with the basis standard group is reduced by 27.38%, the mixing amount of tailing sand in concrete has a little influence on flexural strength of 7 d and 28 d concrete. With the increase of tailing sand content, the compressive strength of concrete is increased, and the increase of compressive strength of 3 d and 7 d concrete is more obvious. When the content of tailing sand is 100%, the compressive strength of 3 d, 7 d and 28 d concrete is maximum.

2095-2716(2016)03-0120-04

TU502+.6

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