河北省沧州市铁尾矿砂的应用现状

陈强，李阳

（沧州市金岩建材集团有限公司，河北 沧州 061000）

0 引言

河北省沧州地区全部是平原且没有可采河砂的河道，长期以来混凝土建设用砂全部采用石家庄和保定河道的河砂，港口地区使用部分海运过来的江砂。由于河砂天然资源有限和近几年环保压力加大，优质的河砂越来越少，且价格从原来的 50 元左右一吨到价格最高时突破过 130 元/吨，平均价格长期维持在 110 元/吨左右，而且进场的河砂质量变差，细度模数太小和含泥量经常超标，优质河砂严重供应不足，对工程质量构成严重的安全隐患。使用机制砂或铁尾矿砂替代天然河砂迫在眉睫。据统计，全国机制砂的应用比例已经超过砂子用量的 70%，河北唐山和承德地区有大量的尾矿资源，长期供应本地和京津地区，河北省也于 2014 年发布地标 DB 13(J)/T 134—2014《铁尾矿骨料混凝土应用技术规程》，为沧州地区使用铁尾矿砂提供了依据。

1 铁尾矿砂的性能和特点

铁尾矿砂是铁矿石经过提纯、磨细、选铁矿后粒径小于 4.75mm 的废弃颗粒。由于铁尾矿砂是使用球磨机磨出来的，颗粒形状虽然比不上天然河砂，但是要比使用破碎机加整形机生产的机制砂粒型的棱角要少，针片状几乎没有，且优质的铁尾矿砂的级配能够接近天然河砂。国标 GB 50132—2014《铁尾矿砂混凝土应用技术规程》中规定，铁尾矿砂只有细砂和特细砂，而对细度模数大于等于 2.3 的中砂和粗砂没有进行规定，这是因为选矿磨得越细能够用强磁吸出来的铁粉就越多，经济效益越好，所以铁尾矿砂一般都磨得很细。但是河北唐山和承德存在大量贫铁矿，矿石的含铁量低，为了提高选矿效率就没有必要再把铁尾矿磨得过细，所以还存在部分铁尾矿“中砂”和“粗砂”，河北省地方标准《铁尾矿骨料混凝土应用技术规程》中将铁尾矿砂的划分加上了中砂和粗砂，个人认为这是比较准确的。铁尾矿砂含的是石粉不是泥，一定量的石粉含量还对混凝土的和易性和强度起到好的作用。相比含泥量较高的河砂，铁尾矿砂具有混凝土坍落度损失小、外加剂掺量低等特点，铁尾矿砂的棱角相比河砂多，表面要粗糙，混凝土的流动性相比河砂稍差，但是增加了砂子与水泥浆之间的粘结，一定程度上增加了混凝土的强度，但同时铁尾矿砂的保水性比河砂差，比河砂更容易泌水。

2 铁尾矿砂在普通混凝土中的应用

我公司将铁尾矿砂细砂和中砂送到石家庄河北省检测中心进行了全项检测，尤其对铁尾矿砂的有害物质、硫化物、碱活性和放射性等参数进行了检测，全部合格。我们分别用细度模数 2.0、含粉量 4% 的铁尾矿砂和细度模数 2.3、含泥量 2.5% 的河砂通过不同的比例进行搭配，在 C30～C50 混凝土中对混凝土强度和和易性进行对比，试验验结果见表1。

同时我公司还制作了全部使用铁尾矿砂生产的C30、C40 以及 C50 强度等级混凝土的抗渗试验，抗渗等级全部达到 P8 以上。表1 的试验结果表明，随着铁尾矿砂掺量的增加，混凝土的出机坍落度略有减小，但是混凝土坍落度损失较小，且强度还略有增加，抗渗性能也符合要求，虽然 C40 强度等级以下混凝土全部使用铁尾矿砂会产生轻微泌水，但是不影响质量，且通过调整外加剂复配方案，使混凝土的泌水可控，为铁尾矿砂大量替代甚至完全替代河砂提供了数据支撑。

3 铁尾矿砂在高强混凝土中的应用

原河北理工大学蔡基伟老师对使用铁尾矿骨料用于生产 C60 和 C70 混凝土的工作性能和强度进行了分析。我公司也做了相应 C60 高强混凝土的试配，分别用细度模数 2.7、含粉量 2.0% 的铁尾矿砂中砂和细度模数 2.7、含泥量 2.0% 的河砂的不同比例进行试配，试验结果如表2。

铁尾矿砂中不含泥，含少量石粉，但是棱角相比河砂要较多，高强混凝土的胶凝材料较多，所以出机混凝土坍落度基本一致，河砂混凝土的出机流动性要略高于铁尾矿砂，但是使用铁尾矿砂一小时后的扩展度和坍落度损失要比河砂小；强度基本接近，说明使用铁尾矿砂中砂部分替代和完全替代天然河砂中砂用于生产 C60高强混凝土是可行的。沧州地区基本上工民建使用的最高强度等级混凝土就是 C60 混凝土，所以使用铁尾矿砂能够满足沧州地区目前所有混凝土的应用要求。

表1 不同铁尾矿砂掺量对 C30～C50 混凝土强度和和易性对比

表2 不同铁尾矿砂掺量对 C60 混凝土的强度和状态影响

4 铁尾矿砂在应用中存在的问题和措施

（1）铁尾矿砂由于是球磨机磨和水洗出来的，砂子含水率较高，应用时宜分堆存放，新进场的砂子单独存放，使用放置一周左右含水率较稳定的铁尾矿砂。

（2）铁尾矿砂还有细度模数小于 1.6 的特细砂，本文没有对特细铁尾矿砂进行研究。进场验收时禁止细度模度低于 1.6 的铁尾矿砂进场，宜使用细度模数 2.0左右的细砂和细度模数 2.3 以上的中砂。

（3）铁尾矿砂的保水性比河砂稍差，比河砂混凝土更容易泌水，生产过程中应避免使用泌水率较大的水泥，适当调整外加剂配方，外加剂中增加保水成分和适量引气剂来增加混凝土流动性，减少泌水情况。

（4）由于当地铁尾矿砂生产企业的规模化不够，沧州地区使用的铁尾矿砂主要产地在唐山和承德。不同规模铁尾矿厂较多，造成进场铁尾矿砂质量波动，宜去唐山或承德从源头购进铁尾矿砂，尽量使用大型企业生产的铁尾矿砂。

5 前景展望

近年来铁尾矿骨料在混凝土工程中的应用越来越普遍，目前天然砂资源日渐匮乏，大量不合格的河砂充斥着市场，严重影响混凝土工程质量。国家也在推广固体废弃物的综合利用，尤其是尾矿资源的利用，这既能提高资源利用率，又能缓解环境污染、占用土地等问题。沧州地区距离唐山和承德两大尾矿砂的产源地较近，且货源充足，既可以选择公路运输也可以使用铁路运输，尤其近两年国家推广建筑砂石“公转铁”，改为铁路运输，既能降低运输成本，又能保证货源的稳定，因此使用铁尾太砂生产混凝土必将是大势所趋。