一种铁尾矿砂掺和的绿色混凝土的制备与性能研究

孙昌明

（铁正检测科技有限公司，山东 济南 250014）

1 研究背景

中国作为一个幅员辽阔、矿产资源丰富的国家，有许多矿产资源开采基地，同时也存在着废弃矿渣被大量堆积许多年且得不到有效利用的现象，不仅造成污染环境，而且每年耗费大量人力物力。现如今，在我国基建大规模进行的背景下，原材料等需求不断增加，但是供给却不足。而且由于环境污染越来越严重，因此国家近年来加大了对高能耗高污染的行业的限制，垃圾处理问题困扰着企业的发展。如何高效地利用原材料，同时将工业废弃物变废为宝成为亟待解决的问题。

2 试验

2.1 原材料

本试验的原材料包括：铁尾矿砂、水泥（选用中联水泥有限公司P.O42.5硅酸盐水泥，初凝时间180min，终凝时间360min，比表面积335m2/kg，抗压抗折强度合格）掺合料（选用肥城电厂F类Ⅱ级粉煤灰，细度15.6%，烧失量3.8%，含水量0.5%，需水量比96%，28d活性指数80%）、细骨料（选用河砂，属于Ⅱ区中砂，细度模数为2.9，含泥量1.6%，泥块含量0.5%，表观密度2640kg/m3）、粗骨料（选用泰安道朗5-31.5mm规格碎石，其含泥量0.4%，泥块含量0.1%，针片状含量5%，表观密度2710kg/m3，压碎指标值10.9%）、外加剂（选用高性能减水剂，减水率为26.1%，泌水率比48%，28d抗压强度比129%）。

2.2 试验方法

（1）先通过普通C30泵送混凝土配合比，以不同比例的铁尾矿砂、机制砂搭配代替部分河砂进行混凝土试配，最终找出拌和物最好状态下的铁尾矿砂、机制砂最佳掺加量用于混凝土生产配合比。

（2）分别对不同比例的铁尾矿砂、机制砂与河砂的混凝土拌合物进行和易性、力学性能、微观结构、抗冻性能、抗渗性能分析，研究铁尾矿砂对混凝土各项性能的影响，为铁尾矿砂在混凝土生产中的大批量应用提供坚实的理论依据。

3 铁尾矿砂混凝土的性能研究

3.1 混凝土和易性及力学性能对比

铁尾矿砂：样品1的细度模数为1.6，样品2的细度模数为1.2，样品3的细度模数为1.0。通过C30配合比，将铁尾矿砂与砂按照比例进行掺配来进行实验。

随着铁尾矿砂细度模数的减少，铁尾矿砂颗粒更细，这使得混凝土拌合物的表观密度有所提高，但由于细度增大需水量增大，混凝土工作性变差，所以混凝土拌合物的坍落度降低，含气量增大。

由于铁尾矿砂本身细度较小，因此具有一定的填充效应，使得混凝土更加密实有助于强度的提高。根据试验我们可以得出样品2的强度最大。这是因为只有合适的堆积下才能保证填充更加完美，同时铁尾矿砂的填充效应使得混凝土拌合物的表观密度增大和含气量减少，这样成型的混凝土较为致密，所以强度最大。

3.2 铁尾矿砂的细度模数对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

铁矿尾砂的细度模数能够改变混凝土的抗氯离子渗透性，本节设计了细度模数对混凝土氯离子电通量影响测试。

由于铁尾矿砂细度模数小填充效应明显，在中和需水量以及填充效应后找到了合适方案。细度模数为1.2的铁尾矿砂的电通量和抗氯离子系数最低，表明抗氯离子渗透的能力越高，如图1所示。若减小铁尾矿砂的细度模数则混凝土的工作性变差，成型的混凝土孔隙较高，不利于抵抗氯离子侵蚀。

图1 细度模数对混凝土氯离子电通量的影响

3.3 铁尾矿砂掺量对混凝土抗冻性能的影响

抗冻性是混凝土耐久性中的一项重要指标。所有试样均在国标下标准养护28d后进行测试。铁尾矿砂掺量对混凝土抗冻性的影响如表1所示，铁尾矿砂掺量对混凝土质量损失率的影响如图2所示。

表1 铁尾矿砂掺量对混凝土抗冻性的影响

图2 铁尾矿砂掺量对混凝土质量损失率的影响

从表1、图2可以看出，随着铁矿尾砂含量的增多，混凝土的抗冻性趋势都是先减小后增大，这主要是铁尾矿砂密实了基体，水分更难侵入到基体，从而通过冻融产生破坏。但是总体来说，在不同的掺量下，混凝土的抗冻性能差别不大，在合适的掺量下甚至有小幅度的提高，最优掺量为25%。

4 结束语

文章采用铁尾矿砂取代河砂的形式，分别研究了混凝土工作性能最佳状态下的混合砂最佳细度模数、掺量以及石粉掺量对混凝土的影响。研究了铁尾矿砂取代河砂对混凝土性能的影响规律和机理，在这个研究的基础上得出以下结论：

（1）由于铁尾矿砂的细度模数小，随着铁尾矿砂掺量的提高，混凝土的坍落度降低，对于混凝土的坍落度影响较大，但是可以通过减水剂进行调整。

（2）铁尾矿砂细度模数为1.2时，对混凝土拌合物和易性影响不大，此时混凝土的强度最大，可达43MPa。

（3）铁尾矿砂对混凝土没有太大的影响，最合适的掺量为25%，此时混凝土抗冻性能得到提升，抗冻等级可以达到F50。铁尾矿砂最佳的细度模数为1.2，此时可以起到较好的填充效应，对混凝土的工作性不会产生太大影响，优化颗粒级配。