铁尾矿砂在混凝土中的应用

黄建国，黄家伟，刘先国，黄家乐

（徐州中联混凝土有限公司，江苏　徐州　221100）

铁尾矿砂在混凝土中的应用

黄建国，黄家伟，刘先国，黄家乐

（徐州中联混凝土有限公司，江苏徐州221100）

本文介绍通过铁尾矿砂和水洗石屑的搭配使用，辅以调节含气量等技术手段，实现了铁尾矿砂在混凝土中的大规模使用，且混凝土的工作性能良好，力学性能略优于天然河砂混凝土。

铁尾矿砂；混凝土；应用

0　前言

数十年的铁矿开采产生了数量庞大的尾矿，由于铁尾矿一直未得到有效利用，许多矿区的尾矿用堆积成山都不足以形容其对环境造成的负荷，尾矿溃坝事故时有发生。对尾矿的大规模应用已成为许多地方政府迫在眉睫需要解决的问题。

建材行业一直是消耗铁尾矿的主体，水泥企业一直在持续利用铁残留量较高的尾矿，但作为水泥配料的微量调节组分，其用量一直不高，因此水泥企业对铁尾矿的消化吸收能力有限。随着国家标准 GB/T31288—2002《铁尾矿砂》和GB51032—2014《铁尾矿砂混凝土应用技术规范》的颁布施行[1-2]，混凝土企业逐渐成为消化吸收铁尾矿的主体。由于铁尾矿在混凝土中充当着用量较大的细集料，混凝土对铁尾矿的消化吸收潜力巨大。尤其是在天然河砂资源日渐短缺，价格不断提高的今天，混凝土企业对铁尾矿的利用热情暴涨。但铁尾矿不同于普通机制砂，将其直接应用于混凝土中需要采取相应的措施。本文通过与水洗石屑混用、提高含气量等措施改善其和易性，对提高铁尾矿混凝土的施工性能起到了良好的效果。

1　原材料

（1）水泥：淮海中联 P·O42.5水泥，28d 强度为49.7MPa；

（2）矿粉：徐州中诚矿粉，28d 活性指数103%；

（3）粉煤灰：国华Ⅱ级灰，需水量比98%；

（4）铁尾矿砂：细度模数1.5，比重2.9～3.4；

（5）水洗石屑：细度模数3.4，MB 值0.5；

（6）碎石：公称粒径5～31.5mm，含泥量0.5%；

（7）水：市政自来水；

（8）减水剂：苏博特 PCA，减水率18%；

（9）引气剂：苏博特 GYQ-Ⅲ；

（10）天然河砂：Ⅱ区中砂，细度模数2.6，含泥量2.4%。

2　试验方法

试验方法参照 GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》和 GB/T50081—2002《普通混凝土力学试验方法》的有关规定进行，测试的项目包括混凝土的容重、含气量、坍落度和7d、28d 抗压强度。混凝土试验配比参照 C30商品混凝土配比，如表1所示。

表1　C30商品混凝土配合比　kg/m3

3　试验结果及分析

3.1铁尾矿和水洗石屑的掺入比例对混凝土性能的影响

水洗石屑存在着颗粒级配不良、颗粒形貌较差、细颗粒缺乏等缺点，单独使用时配制的混凝土和易性较差；铁尾矿砂存在着细度模数过低、比重较大等缺点，单独使用时混凝土的粘聚性过高、体积稳定性差、且浆体过重，施工难度较大。两者混合使用时可以互相弥补各自的缺点，此外，水洗石屑和铁尾矿都具有含泥量较低的优点，与外加剂的适应性较佳。此次试验以天然河砂配制的混凝土为基准，调整水洗石屑和铁尾矿的体积用量比，确定水洗石屑和铁尾矿的合理使用比例。本试验的试配比例及所制备混凝土的性能见表2。

表2　铁尾矿和水洗石屑掺入比例对混凝土工作性能的影响

与天然河砂相比，由于水洗石屑和铁尾矿砂中几乎都不含泥，因此混凝土的坍落度损失相对较小。随着铁尾矿掺入比例的提高，混凝土的和易性明显改善，混凝土的含气量随之降低，容重随之增加。当铁尾矿的掺入比例较高时，混凝土的坍落度开始降低，料显粘稠，施工性能较差。从表2中数据得出，水洗石屑和铁尾矿砂的比例为1:1时，混凝土的工作性能相对最好。

3.2铁尾矿砂的比重对混凝土性能的影响

即使是同一矿脉中的铁尾矿内部成分也会存在着一定的差异。经过试验，发现临沂某铁尾矿的比重波动幅度达到了500kg/m3。波动范围在2900～3400kg/m3，2013年某工地使用比重达到3350kg/m3的铁尾矿砂时，出现了浆体下沉、表层混凝土粉化的质量事故。因此应加强铁尾矿砂的比重的监控，若铁尾矿砂的比重超过某一范围时，对混凝土坍落度、粘聚性等的监控应更为严格，同时应采取相应的其他技术手段，防范质量事故的发生。本次试验确定铁尾矿砂和水洗石屑的掺加比例为1:1，选用比重不同的尾矿砂，考察混凝土的工作性能（见表3）。

表3　铁尾矿比重对混凝土工作性能的影响

当铁尾矿砂的比重达到3100kg/m3以后，浆体开始感觉偏重，混凝土的施工性能变差，当铁尾矿砂的比重超过3300kg/m3以后，浆体开始下沉。因此，选用铁尾矿砂时，应保证其比重低于3100kg/m3，若超出此范围，必须采取其他技术手段，否则极易发生文中提及的类似质量事故。

3.3引气剂对铁尾矿砂混凝土性能的影响

使用引气剂可提升混凝土的含气量，同时降低混凝土的容重，使混凝土变得更为松软，因此，使用引气剂可以缓解铁尾矿砂混凝土的施工性能。本次试验选用比重最大的3400kg/m3铁尾矿砂，调节含气量，提高混凝土的施工性能（表4）。

表4　引气剂对铁尾矿砂混凝土工作性能的影响

当含气量达到3.9% 时，混凝土的施工性能明显改善，当含气量提高到4.4% 时，铁尾矿砂混凝土显得相当松软，容重和其他性能指标都与普通混凝土的施工性能相当，因此调节含气量是改善铁尾矿砂混凝土施工性能的一个有效手段。

测试铁尾矿砂混凝土的力学性能，发现其7d 和28d 强度略高于天然河砂配制的普通混凝土，具体结果如表5。

表5　铁尾矿砂混凝土的力学性能

4　结论

（1）水洗石屑和铁尾矿砂的混合使用可以提升其与外加剂的适应性，降低混凝土坍落度的经时损失，调整两者比例至一个合适的范围，混凝土的工作性能良好。

（2）铁尾矿砂的比重对混凝土工作性能的影响较大，当铁尾矿砂的比重超过3300kg/m3以后，混凝土的施工性能变差，调节混凝土的含气量可以解决这一问题。

（3）与河砂配制的普通混凝土相比，同配比条件下的铁尾矿砂混凝土力学性能要略高于天然河砂混凝土。

[1] GB/T31288—2014．铁尾矿砂[S]．

[2] GB51032—2014．铁尾矿砂混凝土应用技术规范[S]．

［通讯地址］徐州市铜山经济开发区第三工业园盛宝路西首徐州中联混凝土有限公司（221100）

Application of iron ore tailings in concrete

Huang Jianguo, Huang Jiawei, Liu Shengguo, Huang Jiale
(Xuzhou Zonglian Concrete Co., Ltd., Jiangsu Xuzhou221100)

This paper introduced using iron ore tailings and washed stone ships mixture, and regulating the gas content and other technical means to realized large-scale use of iron ore tailings in concrete. The concrete has good performances, mechanical performance is slightly superior to the natural river sand concrete.

iron ore tailings; concrete; application

黄建国（1965—），男，工程师，从事水泥基建筑材料的生产与研究。