铁尾矿砂对各种性能混凝土的影响分析

丁海棠 胡明玉 杨东友

铁尾矿砂对各种性能混凝土的影响分析

丁海棠 胡明玉 杨东友

随着经济的发展，城镇化建设也在不断地发展，混凝土的需求量也越来越大，因此需要更多的配制混凝土的原料用来配制符合国家标准的混凝土。本文通过分析日照当地的铁尾矿砂的性能，探索采用铁尾矿砂配制符合国家标准的各种性能的混凝土，通过分析混凝土新拌性能、力学性能、抗冻融性能和干燥收缩性能，探索日照市低品位铁尾矿砂的比例分配对混凝土性能的影响。

一、引言

在目前的建筑建设中，混凝土是使用最多的建筑材料，而铁尾矿砂是一种细骨料，将其掺入到混凝土中不仅能够缓解天然砂资源的匮乏，还促进铁尾矿砂的使用。但是，由于铁尾矿砂颗粒较小，大部分属于细砂或特细砂的范畴，直接用于配制混凝土会严重影响拌合物的工作性。目前，在预拌混凝土中应用较多的机制砂则存在细度较粗，颗粒级配较差，小于0.315mm的粒径较少的，对混凝土的新拌性能也有较大的影响。

二、铁尾矿砂混凝土

1.铁尾矿砂混凝土原材料

（1）采用普通的硅酸水泥，水泥符合GB175-2007《通用硅酸盐水泥》生物42.5级普通硅酸盐水泥标准，3d抗折强度为5.6MPa、抗压强度为30.6MPa，28d抗折强度为8.6MPa、抗压强度为44.0MPa，标准稠度用水量为29.2%，比表面积为430m2/kg。

（2）粉煤灰为企业生产的一级粉煤灰，45μm筛余12.0%，需水量95.5%，比表面积为650m2/kg，密度为2.33g/cm3。

（3）矿渣粉为S95级粒化高炉矿渣粉，其主要的化学成分有氧化钙、二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化镁、氧化钾、氧化钠等。

（4）粗骨料为天然碎石，其含砂量为0.3%，细度模数为2.93，堆积密度为1750kg/m3，碎石为5～16mm级配。

（5）铁尾矿砂的细度模数为0.58，堆积密度为2937kg/m3。

（6）拌合水为普通的自来水。

2.铁尾矿砂混凝土的配合比设计

在设计强度时，混凝土强度需要满足等级的要求，对于本身性能没有达到要求的铁尾矿砂需要根据混凝土配合比设计规程以及应用混凝土的技术，适当的加入添加剂来调节混凝土强度，配置符合要求的混凝土的强度公式为：

式中：fcu，o—混凝土配制强度MPa；

fcu，k—混凝土立方体抗压强度标准值MPa；

σ—混凝土强度标准差MPa。

表1 铁尾矿砂配合比（kg）

二、铁尾矿砂性基本组成

1.化学性质

表2 铁尾矿砂的化学成分（%）

2.矿物组成

表3 铁尾矿砂的矿物组成

2.铁尾矿砂密度

表4 铁尾矿砂的密度

三、铁尾矿砂混凝土性能研究

1.铁尾矿砂混凝土工作性能

在配置混凝土时，铁尾矿砂加入的比例与混凝土强度存在反比的关系，也就是说，在混凝土中加入的铁尾矿砂比例越高，混凝土的强度越低，因此，铁尾矿砂混合时的比例不是固定的，是由所需的混凝土的强度决定，所需混凝土的强度高，那么铁尾矿砂的比例小，所需混凝土的强度低，那么铁尾矿砂的比例大。随着混凝土强度等级的增高以及其工作性能和粘稠度适宜，应适当的降低砂颗粒级配区间中细粉颗粒以及含细颗粒较多的铁尾矿比例。因此，在配制混凝土时，只要铁尾矿砂的比例合适就可以制备性能优良的混凝土。

2.铁尾矿砂混凝土力学性能

混凝土的力学性能主要考察指标是在标准养护条件下各龄期混凝土的抗压强度。

3.铁尾矿砂混凝土干缩性能

在干燥的情况下，铁尾矿砂混凝土的体积会变小，在潮湿的情况，其体积会变大。铁尾矿砂混凝土在硬化后，其混凝土内部的水分会逐渐蒸发出来，水分在蒸发过程中会导致混凝土从表面到内部产生干燥收缩的现象。混凝土的收缩裂缝在早期时往往不为人们所注意，主要是由于裂缝在早期比较细微，人们很难观察到，然而随着时间的推移，混凝土内部的水分蒸发量越大，混凝土收缩越明显，裂缝也就越大。

图1 混凝土的干燥收缩随龄期的变化

由图1可知，铁尾矿砂掺入量越多其混凝土收缩越小，随着时间的推移，铁尾矿砂的掺入量越多，其混凝土收缩性越小。

采用铁尾矿砂配制的混凝土收视率小的原因可能是：（1）铁尾矿砂的密实性较高。密实性越高的铁尾矿砂体积越稳定。（2）铁尾矿砂的棱角较多。由于铁尾矿砂堆积密度小，使其在混凝土中占的体积较多，因而减少了混凝土之间的收缩应力。

4.铁尾矿砂混凝土抗冻性能

图2 C20混凝土快速冻融次数

图3 C30～C50混凝土快速冻融次数

图4 普通混凝土快速冻融次数

由图2可知，C20铁尾矿砂混凝土抗冻融性能达到F140，而C20天然砂普通混凝土抗冻融仅达到F65次，这是由于C20铁尾矿砂混凝土中胶凝材料的含量和适量的引气致使铁尾矿砂混凝土抗冻融性能得到很大的改善。由图3、图4可知，C30混凝土抗冻融性能可达到F165，C40、C50混凝土抗冻融性能可达到F250以上，C60混凝土抗冻融性能可以达到F300。对于C20～C50铁尾矿砂混凝土抗冻融性能与普通混凝土抗冻融性能相类似。

（作者单位：丁海棠，日照市建筑设计研究院有限公司；胡明玉，山东港湾建设集团；杨东友，日照市建设工程质量检测站）