利用钼尾矿砂制备水泥砂浆试验研究

罗 翔，王晓强，顾福才

1.苏州中材建设有限公司，江苏 苏州 215300；2.洛阳理工学院，河南 洛阳 471023

0 前言

工业固废-尾矿资源化再利用具有良好的生态效益和社会效益［1-3］。本文利用钼尾矿砂代替天然砂制备水泥砂浆试件，并通过和易性及抗压试验，来探究不同掺量对试样强度性能的影响程度［4］。根据试验结果得出结论。用钼尾矿砂代替天然砂，不仅使环境污染得到缓解，而且使自然资源得到二次利用。

1 试验准备

1.1 试验原材料

水泥：选取强度等级为42.5 的普通硅酸盐水泥为水泥原料，也可叫做P.O 42.5R级水泥。天然砂：选取的天然砂为河沙。表观密度：2650kg/m3，堆积密度：1520kg/m3。钼尾矿砂：选取河南洛阳栾川某地矿场的钼尾矿为试验原料，其颗粒大小基本属于中砂。表观密度：2630kg/m3，堆积密度：1370kg/m3。

1.2 试验材料配比

该试验的基本内容就是通过改变钼尾矿砂掺量代替天然砂制备砂浆通过不同力学试验，来探究其掺量对砂浆和易性以及力学性能的影响［5-6］。材料配合比见下表：

1.3 试样的制作

抗压强度试件设计：选用圆柱体模具，其模具尺寸直径50mm，高为100mm。计划做两批试样分别进行7d、28d的养护，来进行对照试验，发现试验规律。材料配比数据见表1 钼尾矿砂掺量配比表。

2 钼尾矿砂砂浆的和易性测定试验

2.1 试验概况

砂浆的和易性能主要通过以下两个参数来确定：

流动性：砂浆的流动性也可以称之为稠度，它可以表示砂浆在自重或外力作用下流动的难易程度。通过试验测定可以用试锥沉入量又称稠度值来表示。砂浆试锥沉入后其稠度仪表上的数值即为沉入量。数值越大稠度值越大越容易发生流动，反之数值越小越不易流动。

表1 钼尾矿砂掺量配比表

保水性：砂浆的保水性指的是新拌制的砂浆保存水分的能力，也可以是砂浆中各骨料之间的难易分离程度的性质。保水性通常采用分层度数值来描述。将砂浆倒入仪器前，先测一次稠度，再将砂浆倒入静置一段时间去掉上部的三分之二，测其剩余三分之一的稠度，两者之差为分层度的数值。数值过大说明保水性不好，反之数值越低保水性越好。

2.2 结果分析

图1 砂浆稠度变化图

图2 砂浆分层度变化图

从图1 稠度变化图可以看出，稠度值在30%时达到最低，此时它的密实度好，流动性适宜。在0～30%稠度值先增后减，前面因为钼尾矿的增多导致用水增加，其稠度增大，当掺量增加到30%时，砂和水的配比达到最佳状态，稠度减小，此后从30%～100%稠度基本一直呈增长趋势，稠度的大小与用水量和颗粒级配有关，随着掺量增大尾矿细砂增多，用水量增大使其稠度增大，最终结果说明在钼尾矿砂掺量为30%时性能最好。从图2 分层度变化图可以看出当掺量在20%处时数值最低，保水性最好。从20%以后开始分层度逐渐上升，从50%之后开分层度超过20mm，分层度大于20mm的砂浆容易发生离析，不方便施工。当掺量为10%～50%时，其分层度大小在10～20mm之间，这部分砂浆的性质良好。当100%代替后分层度达到最大。从40%以后尾矿砂小粒径占据砂浆大部分骨料，在水泥总量不变的情况下，使比表面积变大，胶结性能降低，分层度随即增大。

3 钼尾矿砂砂浆试件的抗压试验

3.1 试验概况

通过试验来测试砂浆圆柱体的极限抗压强度，作为研究和调整砂浆质量、砂浆配比的重要参考依据。研究用不同掺量的钼尾矿砂代替天然砂制作砂浆的抗压强度来选取最佳掺量比。

3.2 结果分析

砂浆计算方法如下：

σ=F/S （精确到0.1MPa）

σ：表示抗压强度，单位为兆帕（MPa）

F：表示破坏荷载，单位为牛顿（N）

S：表示试件受压面的面积，单位为平方毫米（mm2）

将养护好的试样进行抗压试验，通过公式计算可得出7d、28d 的抗压强度，数据如下表：

表2 钼尾矿砂砂浆抗压强度表

图3 钼尾矿砂浆抗压强度

根据试验数据可以发现，刚开始抗压强度先增大，增加到掺量为30%时其抗压强度最大，在此之后抗压强度逐渐减小，所以说30%钼尾矿砂掺量是一个临界点。随着钼尾矿砂的逐步增加，其中的细砂和粉砂会越来越多，在水泥总量不变的情况下会增加水的用量，导致稠度降低，从而使强度降低。仔细来分析整个数据我们可以发现，当掺量从0～30%增加时，7d 和28d 的抗压逐渐增加，因为天然砂的粒径大于钼尾矿砂粒径，天然砂中的空隙由钼尾矿粉砂来填补，使砂浆的密实性增加，所以强度增加，从30%掺量以后，7d 和28d 的强度都减少。因为钼尾矿砂较细颗粒越来越多，随着掺入比例的增加，需水量逐步增大，使强度下降。但是30%～60%，7d 的强度下降缓慢，28d 的强度下降迅速，究其原因，7d 砂浆试样都没养护充分所以其强度差异小，下降缓慢。经过28d 的养护后，砂浆试样都已经凝固成型，不同掺量试样强度差异明显，所以强度下降快。所以从此试验可以得出，当钼尾矿砂掺量为30%时，抗压强度最好。

4 结论

本文主要以钼尾矿砂为研究对象，通过用不同比例的钼尾矿砂代替天然砂制作水泥砂浆来做试验，分别进行了流动性、保水性、抗压试验研究，整理数据后从中得到不同配比下的各个试样的力学性能，对比数据选出最佳配比。通过试验得出以下结论：

（1）在流动性试验中在掺量为30%时，此时稠度和起始稠度相同，且在此之后稠度基本上逐渐增大。在钼尾矿完全代替天然砂后，其用水量达到最大，稠度达到最大值。

（2）在保水性试验中，分层度越大且超过20mm，砂浆容易发生离析，分层度越小且小于10mm 砂浆容易发生开裂。在掺量为20%时，其分层度最低保水性最好，50%之后的砂浆分层度超过20%，不易用于建筑中。

（3）在抗压试验中，通过数据可以看出，抗压强度先增大后减小，当掺量增加到30%时停止增加，从此之后强度开始减小，从此可以得出当掺量为30%时为最佳掺量，在养护28d 后发现，其性能提高13.5%。当完全代替后经28d 养护，抗压强度降低12.2%。