铁尾矿砂混凝土试配试验研究

张凯 康洪震

摘 要：该文介绍了尾矿砂在结构和环境可持续方面的特点。试验需要试配强度等级为C30、C40及C50三个强度标号的铁尾矿砂混凝土。通过强度等级公式确定不同水胶比混凝土的强度等级标号。对比C40的尾矿砂混凝土和普通混凝土的强度等级探讨铁尾矿砂完全替代天然砂用于配制混凝土的可行性。试验结果表明，相同水胶比的铁尾矿砂混凝土试块和普通混凝土试块抗压强度相近，为实验室配制尾矿砂混凝土提供研究依据。在有掺合料配制混凝土的前提下，建议对试配混凝土强度等级对应的三个水胶比进行调整。

关键词：铁尾矿砂 配合比 强度等级 抗压强度

中图分类号：TU52 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）08（a）-0059-02

尾礦是矿山开采的原矿石经选矿或其它工艺回收有用组分后废弃的固体物料，呈细粉状，粒径在0.15 mm以下，一般堆存在尾矿库中，是工业固体废弃物的主要组成部分。铁尾矿砂是一种材料性能和天然砂相近的细骨料[1]，具有表面粗糙多棱角的特点。有研究表明，在用水量相同、水胶比相同、外加剂用量基本相同的情况下，尾矿砂混凝土的坍落度小于普通混凝土。用尾矿砂配制的混凝土流动性比普通混凝土差，也易于离析、泌水。该试验的目的是在铁尾矿砂完全替代天然砂的前提下试配C30、C40及C50三个强度等级的混凝土。

1 试验原材料

（1）水泥采用唐山冀东水泥有限公司生产的“冀东” 牌 P.O 42.5R普通硅酸盐水泥。（2）减水剂来自唐山华荣建材有限公司生产的聚羧酸高性能减水剂，具有减水率高，极好的分散性和自密实性，增幅强度，降低混凝土碳化率、泌水率和收缩徐变的优点，是新一代的绿色环保产品，常用掺量为胶凝材料的0.7%～1.5%。（3）铁尾矿砂是产自迁安尾矿经人工筛分处理后的中砂。（4）碎石为迁安生产的5～10 mm和10～20 mm两级配天然碎石，按7：10的比例使用。（5）水则取自当地的自来水。（6）矿物掺合料包括唐山陡电粉煤灰厂生产的Ⅰ号粉煤灰和唐龙有限公司生产的矿粉，共占胶凝材料的35%。其中粉煤灰占矿物掺合料的30%，矿粉占矿物掺合料的70%。

2 试验与分析

2.1 配合比材料性能

“冀东” P.O 42.5R水泥，28d胶砂强度为51.7 Mpa ，标准稠度用水量为27.35%。碎石堆积密度1 568 kg/m3，表观密度2 717 kg/m3，空隙率38%。铁尾矿砂细度模数2.13，砂率为37%，试配期砂的含水率为3.76%，堆积密度1 829 kg/m3表观密度2 545kg/m3，空隙率28%。

2.2 混凝土强度等级公式

为确保正态分布下的混凝土强度等级总体保证率为95%[2]，有如下公式。、、分别是混凝土标准试块的强度标准值、28d强度均值和标准差。标准差的确定可参考文献《高强混凝土立方体强度变异系数的商榷》[3]。

2.3 混凝土抗压强度实验分析

每个强度等级的混凝土应采用三个不同的配合比，其中一个配合比为试拌配合比，另外两个配合比较试拌配合比的水胶比上下浮动0.05。试拌混凝土过程中，在计算配合比的基础上保持水胶比不变，以节约胶凝材料为前提，通过调整外加剂用量和砂率使混凝土拌合物的和易性达到要求[4]。作为对比C40强度的铁尾矿砂混凝土配合比与普通混凝土大致相同，但根据实际拌制混凝土的情况需将试配强度等级C40的三个水胶比即序号5、6、7中的减水剂用量调整为2.4 kg/m3、2.6 kg/m3、3.0 kg/m3，之后便可进行混凝土的试配，铁尾矿砂混凝土配合比详细参数见表1。

混凝土制作的标准试块尺寸为150 mm×150 mm×150 mm，按照实验要求把坍落度控制在了50 mm～90 mm之间。拌制混凝土使用的是60升搅拌机，每个水胶比需制作9个标准试块，试配出的试块在振动台上振捣，一天后拆模，试块置于温度20±2℃，湿度95%以上的标准养护室养护。需要测试每个水胶比试块的3d龄期强度，7d龄期强度和28d龄期强度。标准试块的抗压强度详细数据见表2。

从表1和前文可以观察到在试拌强度等级为C40的铁尾矿砂混凝土和普通混凝土时，除了减水剂用量不同外其余参数一样，究其原因可能是尾矿砂混凝土和易性差、易离析的体现。对比表2试配强度C40的铁尾矿砂混凝土和普通混凝土的龄期抗压强度可以发现它们的数值基本保持相近，坍落度也都在规定的范围之内。最后可以根据强度标准值确定C30、C40、C50的铁尾矿砂混凝土配合比采用序号1、4、7的配比。

3 结语

（1）在试拌混凝土过程中，铁尾矿砂混凝土易发生离析和泌水的情况，而普通混凝土则表现出稠度大坍落度过小的情况，可通过减少和增加减水剂用量来达到混凝土和易性的要求。

（2）对于确定铁尾矿砂混凝土强度等级的配合比，选用的水胶比都是比试拌配合比低0.05，原因可能是掺合料的掺入增大了混凝土的强度。建议在有掺合料试配混凝土强度时，采用的三个水胶比可定为通过计算试拌配合比的水胶比，以及比其小0.05和0.1。

（3）对于最终选取的水胶比对应的C40及C50混凝土的28d抗压强度标准值仍旧偏高，仍需补充实验降低水胶比试配混凝土，对于掺合料对混凝土强度的影响尚需进一步作对比试验研究。

参考文献

[1] 李瑞敏，马卫华.铁尾矿砂混凝土研究现状及展望[J].山西建筑，2015，41（15）：107-108.

[2] GB50010-2010，混凝土结构设计规范[S]//全国.

[3] 刘红梁，宋罕宇，陆钦年.高强混凝土立方体强度变异系数的商榷[J].哈尔滨商业大学学报：自然科学版，2004，20（5）：604-607.

[4] JGJ55-2011，普通混凝土配合比设计规程[S]//全国.