铅锌尾矿微粉掺入量对水泥砂浆性能的影响

2015-12-21崔秀琴田尔布曾武华

宿州学院学报 2015年10期

关键词：水泥砂浆

崔秀琴，田尔布，曾武华

三明学院建筑工程学院，福建三明，365004

铅锌尾矿微粉掺入量对水泥砂浆性能的影响

崔秀琴，田尔布，曾武华

三明学院建筑工程学院，福建三明，365004

摘要：利用铅锌尾矿微粉作为水泥掺合料，以尾矿微粉不同的掺入量等量代替水泥制作水泥砂浆，以尾矿微粉掺入量分别为0%、25%、50%制作1∶2、1∶3水泥砂浆，以尾矿微粉掺入量分别为0%、15%、30%制作M7.5、M10水泥砂浆，进行了砂浆各项性能指标测试，探讨尾矿微粉的掺入量对砂浆性能的影响。实验结果表明:1∶2、1∶3砂浆尾矿微粉掺入量小于50%，M7.5、M10砂浆尾矿微粉掺入量小于30%时，砂浆保水率、凝结时间、3 d抗压强度、28 d抗压强度、收缩率等性能符合规范要求。

关键词：尾矿微粉；水泥砂浆；掺合料；砂浆性能

尾矿是选矿厂将矿石磨细选取有用组分后弃置的固体废弃物，也是我国目前产出量最大、堆存量最多的工业固体废弃物。随着矿产品应用范围的不断扩展和价格的不断攀升，矿产资源消耗量大幅度增加，尾矿的弃置量随之逐年增加，它对社会、生态、经济的危害越来越大，加大尾矿综合利用是当务之急。十二五期间，我国大宗工业固体废物综合利用发展目标是：2015年我国尾矿产量大约13亿吨，综合利用量2.6亿吨，综合利用率已超过20%。目前，尾矿主要用作生产低层次建材、加气混凝土砌块、混凝土空心砌块、高强度陶粒等建筑材料、土壤改良剂以及微量元素肥料等，但这些途径有的因为能耗高、成本高，有的因为回收率低、附加值低，有的因工艺太复杂、投资过大等因素，综合利用的规模普遍较小，产业化水平较低，不利于大宗尾矿的整体综合利用[1-4]。利用铅锌尾矿微粉作为水泥掺合料，制作水泥砂浆，可减少尾矿对环境的损害，防止污染，保护环境，同时开辟一条降低成本生产建材的新途径。

利用铅锌尾矿微粉作为水泥掺合料，以尾矿微粉不同的掺入量等量代替水泥，分别制作1∶2、1∶3、M7.5与M10的水泥砂浆，同时对砂浆各项性能进行检测，以探讨尾矿微粉的掺入量对砂浆性能的影响，为实际工程提供参考。

1　原材料

水泥为三明金牛水泥有限公司生产P·C32.5复合水泥，标准筛筛余为5.0%，3 d抗折和抗压强度分别为4.0、18.0 MPa，28 d抗折和抗压强度分别为5.6、38.0 MPa。

细集料为天然河砂，中砂，细度模数为2.65，II区级配合格，表观密度为2 670 g·m-3，堆积密度为1 560 kg·m-3。

掺合料采用尾矿微粉(福建省某铅锌矿的固体废弃物)，经过研磨制成比表面积为487 m2·kg-1的尾矿微粉，尾矿微粉放射性检测结果合格，标准Ir≤1.0，实测Ir为0.5，Iy≤1.0，实测Iy为0.4。尾矿微粉的理化性能检测结果见表1。

表1　尾矿微粉理化性能检测结果

(续表)

由表1可知，尾矿微粉的化学成分中烧失量和重金属(Hg、Pb和Cr)含量较低，密度与水泥熟料接近，颗粒较细，SiO2含量46.9%，Al2O3含量3.17%，Fe2O3含量20.3%，CaO含量20.2%，可以用作水泥活性混合材。

2　试验方法与结果分析

2.1试验方法

根据JGJ/T 70-2009 《建筑砂浆基本性能试验方法标准》和JGJ/T 98-2010 《砌筑砂浆配合比设计规程》，将尾矿微粉取代部分水泥作为砂浆掺合料制作1∶2与1∶3、M7.5与M10的水泥砂浆，进行稠度、保水率、凝结时间、3 d抗压强度、28 d抗压强度、收缩率等性能测试，砂浆配合比设计见表2。

表2　砂浆配合比设计

2.2结果分析

通过试验检测，各组砂浆的表观密度、稠度、保水率、凝结时间、3 d抗压强度、28 d抗压强度、收缩率等性能指标试验结果见表3。

表3　砂浆性能试验结果

2.2.1尾矿微粉掺入量对砂浆保水率的影响

由表3可知，随着尾矿微粉掺入量的增加，砂浆保水率减小，但减小量很小。因此，尾矿微粉的掺入量对砂浆保水率影响不大，尾矿粉掺入量25%、50%的1∶2、1∶3砂浆保水率都在90%以上。尾矿粉掺入量15%、30%的M7.5、M10砂浆保水率都在90%以上。

2.2.2尾矿微粉掺入量对砂浆凝结时间的影响

普通砂浆凝结时间指标要求初凝≥1 h，终凝≤8 h，以上各种砂浆的初凝初凝时间都大于1 h，由表3可知，尾矿微粉的掺入使砂浆凝结时间延长，其原因是尾矿微粉掺入量越大，水泥浆体的浓度就越低，水化速度越慢，导致凝结时间延长[5-6]。尾矿粉掺入量为25%、50%的1∶2、1∶3砂浆凝结时间满足规范要求，尾矿粉掺入量15%、30%的M7.5、M10砂浆凝结时间满足规范要求。

2.2.3尾矿微粉掺入量对砂浆3 d抗压强度的影响

尾矿微粉掺入量对砂浆3d抗压强度的影响见图1、图2。

图1　尾矿微粉掺入量对抹灰砂浆3d抗压强度的影响

图2　尾矿微粉掺入量对砌筑砂浆3d抗压强度的影响

由图1可知，1∶2砂浆尾矿微粉掺入量为25%、50%时，3 d抗压强度分别为0掺入的94.0%、62.8%，1∶3砂浆尾矿微粉掺入量25%、50%时3 d抗压强度分别为0掺入的86.7%、49.5%。对于1∶2、1∶3水泥砂浆，随着尾矿微粉掺入量的增加，砂浆3 d抗压强度减小，尾矿粉掺入小于25%，砂浆3 d抗压强度降低较慢，尾矿粉掺入25%～50%，砂浆3 d抗压强度降低较快。原因是随着尾矿粉掺量的增加,掺入量过大会造成水泥熟料颗粒不能有效地构成胶结体系，导致大掺量尾矿胶凝材料硬化浆体结构变得疏松，孔隙率逐渐变大，大孔数量增多，最终导致砂浆强度降低较快[7-8]。尾矿微粉掺入量为25%、50%的1∶2、1∶3水泥砂浆3 d强度都满足规范要求。

由图2可知，M7.5砂浆尾矿微粉掺入量为15%、30%时，3 d抗压强度分别为0掺入的95.2%、88.8%；M10砂浆尾矿微粉掺入量为15%、30%时，3 d抗压强度分别为0掺入的97.1%、92.8%。尾矿微粉掺入量为15%、30%的M7.5、M10砂浆3 d强度都满足规范要求。

2.2.4尾矿微粉掺入量对砂浆28 d抗压强度的影响

尾矿微粉掺入量对砂浆28 d抗压强度的影响见图3、图4。

图3　尾矿微粉掺入量对抹灰砂浆28d抗压强度的影响

由图3可知，1∶2砂浆尾矿微粉掺入量为25%、50%时，28 d抗压强度分别为0掺入的88.9%、52.5%；1∶3砂浆尾矿微粉掺入量为25%、50%时，28 d抗压强度分别为0掺入的83.4%、49.3%。对于1∶2、1∶3水泥砂浆，随着尾矿微粉掺入量的增加，砂浆28 d抗压强度减小，尾矿粉掺入小于25%，砂浆28 d抗压强度降低较慢，尾矿粉掺入25%～50%，砂浆28 d抗压强度降低较快。尾矿微粉掺入量为25%、50%的1∶2、1∶3水泥砂浆28 d强度都满足规范要求。

由图4可知，M7.5砂浆尾矿微粉掺入量为15%、30%时，28 d抗压强度分别为0掺入的94.5%、85.7%，M10砂浆尾矿微粉掺入量为15%、30%时，28 d抗压强度分别为0掺入的96.5%、91.2%。尾矿微粉掺入量为15%、30%的M7.5、M10砂浆28 d强度都满足规范要求。

图4　尾矿微粉掺入量对砌筑砂浆28d抗压强度的影响

2.2.5尾矿微粉的掺入量对砂浆收缩率的影响

由表3可知，随着尾矿微粉的掺入量增加1∶2与1∶3、M7.5与M10砂浆收缩率减小。1∶2砂浆尾矿微粉掺入量为25%、50%时，收缩率分别为0掺入的58.3%、50.0%；1∶3砂浆尾矿微粉掺入量为25%、50%时，收缩率分别为0掺入的81.8%、63.6%；M7.5砂浆尾矿微粉掺入量为15%、30%时收缩率分别为0掺入的69.2%、61.5%；M10砂浆尾矿微粉掺入量为15%、30%时，收缩率分别为0掺入的76.9%、69.2%。

3　结语

利用铅锌尾矿微粉作为水泥掺合料，以尾矿微粉不同的掺入量等量代替水泥制作水泥砂浆，以尾矿微粉掺入量分别为0%、25%、50%制作1∶2、1∶3水泥砂浆，以尾矿微粉掺入量分别为0%、15%、30%制作M7.5、M10水泥砂浆，进行砂浆各项性能指标测试。实验结果表明：尾矿微粉的掺入量对砂浆保水率影响不大，随着尾矿微粉的掺入量增加砂浆收缩率减小、凝结时间延长、3 d和28 d抗压强度减小。1∶2、1∶3砂浆尾矿微粉掺入量小于50%，M7.5、M10砂浆尾矿微粉掺入量小于30%时，砂浆保水率、凝结时间、3d抗压强度、28d抗压强度、收缩率等性能符合规范要求。本试验希图为实际应用提供参考。

参考文献：

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[3]张如筠.我国尾矿综合利用现状及展望[J].科技创新导刊，2012(22):31-32

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(责任编辑：汪材印)