铁尾矿砂自密实混凝土3h内流动性变化的研究

刘冰

（河海大学文天学院 土木工程系，安徽 马鞍山 243031）

铁尾矿砂自密实混凝土3h内流动性变化的研究

刘冰

（河海大学文天学院 土木工程系，安徽 马鞍山 243031）

铁尾矿砂自密实混凝土不仅可以大量消纳工业副产品，而且可以获得较为优良的自密实性能，是一种绿色环保的高性能混凝土.对于预拌混凝土来说，需要在拌合完成后的3h以内保持较好的流动性能以满足运输以及浇筑的需要.用单一变量法来测试铁尾矿砂掺量对自密实混凝土拌合物在3h以内流动性能的变化情况，试验表明，掺入一定量的铁尾矿砂可以显著减少自密实混凝土拌合物在3h以内流动能力的损失，但是同时也会略微降低拌合物的流动速度.

铁尾矿砂自密实混凝土；预拌混凝土；3h以内流动性能

1 引言

混凝土材料已经成为目前世界上应用最广泛的土木工程材料，性能优越、价格低廉，都是其所具备的优点.然而，随着科学技术的不断进步，随着一个多世纪以来的不断改进，越来越多的新型混凝土不断涌现，而混凝土材料本身也朝着各种各样的方向，比如说绿色混凝土以及高性能混凝土[1].自密实混凝土（self-compacting concrete）就是其中新型混凝土的代表.相比较于普通混凝土，自密实混凝土具有下列较为明显的优点：（1）在混凝土新拌阶段，不需要人工振捣，仅在自重作用下即能充满整个模板，达到密实状态，从而节省大量的人力、物力和财力；（2）基本上解决了在工程施工过程中经常发生的过振以及漏振的问题，同时也尽量避免了外界振动对模板本身产生的冲击和可能导致的模板移位.这对减少对模板的损伤，提高模板的利用周转率有较大的帮助；（3）由于自密实混凝土的拌合物具有优异的自密实性能，故可以有效避免混凝土产生原始有害裂缝；（4）在配制自密实混凝土的过程中，可以采用矿物掺和料，这样既有利于资源的综合利用及环境保护，又可以降低混凝土水化热，提高其耐久性，常用的矿物掺和料有粉煤灰等.自密实混凝土作为一种新型高性能的混凝土，是未来混凝土发展的主要方向之一[2].

矿山尾矿作为选矿厂剔选精矿后的残留工业副产品，目前我国绝大部分地区都作为废弃物进行堆积处理，而在处理的过程中会排出大量的尾矿.现在，仅铁尾矿的排放量便可达每年1.3亿吨[3].矿山尾矿的大量排放和堆放会占用大量的耕地，严重污染环境，制约当地经济的发展.更为严重的是，尾矿库的日益堆放还有发生溃坝的风险.但是若尾矿可以得到合理的利用，不仅能够节约耕地，改善矿区环境，还可以变废为宝，为企业增加收入来源.故现将铁尾矿砂作为天然普通砂的替代品，配制成铁尾矿砂自密实混凝土.铁尾矿砂是铁矿石经过筛选和磨细之后产生的的细砂一样的废渣，据不完全统计，我国目前堆存的铁尾矿数量已经达到了十几亿吨，且每年还要排出将近3亿吨[4]，但其综合利用率只有百分之十几.目前我们国家对于铁尾矿砂的综合利用也有一定的尝试，主要体现在：（1）采取适当合理的措施生产水泥熟料[5]；（2）用铁尾矿制作建筑用的砖和陶瓷产品；（3）用铁尾矿制作小型空心砌块[6].所以用铁尾矿砂替代或部分替代天然砂具有广阔的应用前景.

2 铁尾矿砂自密实混凝土的配制

2.1 试验目的

对于预拌混泥土或者商品混凝土来说，由于存在其拌合物运输以及浇筑的需要，混凝土坍落度或者其拌合物流动性能可保持能力的改进是永恒的主题.然而，如果我们针对某种特殊情况，即只考虑在同一个城市进行运输和浇筑，在考虑了混凝土的运输和其拌合物的浇筑等待时间的前提下，我们只要保证混凝土拌合物的流动性能在1～2个小时，最多3个小时之内得到较好的保持即可.所以，我们进行铁尾矿砂自密实混凝土拌合物的3个小时以内的流动性能变化情况的研究，并来探究不同铁尾矿砂取代率下自密实混凝土拌合物流动性能和铁尾矿砂掺量的影响关系曲线[7].

在3小时以内不同铁尾矿砂掺量下自密实混凝土流动性能变化的研究中，我们主要测量铁尾矿砂自密实混凝土拌合物的坍落扩展度和T50，这两个性质是《自密实混凝土规程》CECS203-2006所规定的性能指标，可以反映出自密实混凝土的流动性能.

2.2 试验材料

本次试验所用水泥来自余安徽省某公司生产的标号为P.O.42.5级的普通硅酸盐水泥.水泥的主要成分为高强度等级的硅酸盐水泥熟料，出厂水泥符合《通用硅酸盐水泥》标准GB175-2007的要求.减水剂使用的是江苏省某建材公司生产的聚羧酸型高性能减水剂，该减水剂综合性能指标较为优良，具有绿色无污染、粉状等优点，是一种过新型工艺制成的高性能环保型聚羧酸减水剂.活性矿物掺合料来源于合肥某电厂生产的粉煤灰.粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，也是我国燃煤电厂排出的主要固体废物.粉煤灰目前的主要来源是以煤粉为燃料的火电厂和城市集中供热锅炉.本次试验所采用的砂子的细度模数为2.79，根据相关规范，属于中砂的范围.经过测试，砂的含泥量和泥块含量百分数也符合相关规程标准.粗骨料采用符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》中的连续粒径.

本次试验所用的工业副产品铁尾矿砂来自本省某特大型铁矿.经过相关的试验以及相应的公式计算，其细度模数为0.77，而特细砂的细度模数范围是0.7～1.5，所以0.77已经接近特细砂细度模数的下限值.

3 试验方法以及试验数据

在本次试验中，试验的目的是研究3h以内铁尾矿砂自密实混凝土拌合物流动性的变化情况.故我们采用单一变量法来进行相关试验研究.

通过铁尾矿砂自密实混凝土的适配以及配合比的调整，我们选取一组在试验中表现出较为优良的保水性和抗离析能力的同时，还具有一定流动能力的混凝土.随后，在这组自密实混凝土的试验过程中，我们用单一变量法，只改变铁尾矿砂掺量这一个因素，同时设置了基准配合比（铁尾矿砂取代率为0%），来分别进行铁尾矿砂取代率（即铁尾矿砂用量占铁尾矿砂和普通砂用量之和的百分数）从0%到80%的自密实混凝土拌合物的3h以内流动性能的变化的研究.性能指标采用相关规程规定的坍落度、坍落扩展度和T50.其中，扩展时间T50指用坍落度筒测量混凝土坍落度时，自坍落度筒提起开始计时至坍落扩展度达到500mm的时间（s）.坍落扩展度指指用坍落度筒测量混凝土坍落度之后，随即测量混凝土拌合物坍落扩展终止后扩展面相互垂直的两个直径，其两个直径的平均值（mm）.

4 试验结果及数据分析

（1）随着铁尾矿砂掺量的提高，对于新拌混凝土，即在t=0h时，铁尾矿砂自密实混凝土拌合物的坍落度几乎保持不变，九组试验的坍落度均在275±2mm范围之内；扩展度出现了略微的降低，第一组的扩展度为最大值850mm，第九组的扩展度为最小值805mm；T50随着铁尾矿砂掺量的增加有了显著地增长，反映出自密实混凝土拌合物的流动速度随着铁尾矿砂掺量的提高出现了较为明显的降低.

（2）对于铁尾矿砂取代率为60%及以上的铁尾矿砂自密实混凝土来说，T50在三小时之后超过了60s，已经不再适宜铁尾矿砂自密实混凝土的浇筑，故对于预拌混凝土来说，铁尾矿砂的掺量不易过高.

（3）对于坍落度和扩展度来说，3h之后的损失率（损失量除以初始量）在铁尾矿砂取代率为0%和80%的时候达到最大，在40%和50%的时候达到最小.即对于反映流动扩展能力的坍落度和扩展度来说，掺入一定量的铁尾矿砂有助于显著减少自密实混凝土拌合物3h以内流动扩展能力的损失，但是铁尾矿砂取代率不宜过高或者过低，以40%～50%为宜.

〔1〕张云国.自密实轻骨料混凝土性能研究[D].大连：大连理工大学,2009.1.

〔2〕桂苗苗.国内外自密实混凝土的标准概况与比较[J].材料导报,2011(3):101-104+119.

〔3〕闫满志，白丽梅，张云鹏，等.我国铁尾矿综合利用现状问题及对策[J].矿业快报，2008(7)：9-13.

〔4〕黄世伟，程麟，严生，李妍妍.用眉山铁尾矿制备免烧免蒸砖[J].金属矿山,2007(4)：81-84.

〔5〕李继芳,刘向阳.铁尾矿在新型干法水泥生产线上的应用[J].新世纪水泥导报,2005（4）:7-9.

〔6〕贾清梅,张锦瑞,李凤久.铁尾矿的资源化利用研究及现状[J].矿业工程，2006（3）:7-9.

〔7〕孙振平,蒋正武,金慧忠,于龙,张冠伦,刘朴,王汇文.流动性可保持（6-8）h自密实高性能混凝土的研制与应用[J].高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集,2007.239.

TU528.04

A

1673-260X（2017）07-0078-02

2017-03-21

2016年河海大学文天学院重点项目（WT16014ZD）