尾矿机制砂在C60自密实混凝土中的应用*

（沧州市金岩建材集团有限公司，河北 沧州 061000）

0 引言

随着国家推广装配式住宅比例的提高，钢结构装配式中越来越多的用到自密实混凝土，为了节省空间钢结构的空间，截面积越来越小，为了满足承载力要求自密实混凝土的强度也越来越高，甚至出现 C60 及以上高强自密实混凝土。C60 自密实混凝土应优先选用含泥量小于 2.0% 的 Ⅱ 区河砂中砂，但由于近年来国家环保力度加大，禁止开采河道的砂子，造成河砂的价格飞涨且优质的Ⅱ区河砂中砂基本上没有，而大多数使用干法生产的机制砂粒型和级配较差且石粉含量超标，用来做自密实混凝土流动性较差；用球磨机选铁粉后生产的尾矿机制砂中砂，由于是粉磨成型，粒型比较好，级配也接近河砂，而且没有含泥量，经过水洗后含粉量可以控制在 5.0% 以下甚至 3.0% 以下，少量的含粉量还能够提高混凝土和易性，因此我们决定用尾矿机制砂替代河砂做 C60 自密实混凝土试验，对比不同掺量的尾矿机制砂对 C60 自密实混凝土强度和状态的影响。

1 C60 自密实混凝土配合比设计优化

高强混凝土和自密实混凝土配合比设计的思路有不同之处，主要在砂率、骨料粒径以及水胶比和胶材用量上有所区别。综合考虑选择混凝土水胶比 0.28～0.30，为提高流动性砂率应提高到 48%～50%，因为砂率提高为了保证浆体的量和混凝土流动性单方混凝土胶材总量应提高到 560～600kg 之间，骨料选择针片状含量少、最大粒径不超过 16mm 的石子，为降低混凝土的粘度增加混凝土流动性应提高需水量比小的粉煤灰用量，减少矿粉用量。综上考虑，经多次调整后初步确定配合比见表 1。

2 原材料的选择

2.1 原材料选择原则

原材料的选择应综合考虑混凝土的高强度和自密实性能，水泥选择低碱、强度较高的普通硅酸盐水泥；矿粉选择活性不低于 95% 的 S95 级矿粉；粉煤灰应选择需水量比＜100% 的粉煤灰；砂子宜选择细度模数 2.6～3.0 之间河砂中砂或针片状少、粒型比较圆润、含粉量低的机制砂；石子宜选用压碎值≤8%、针片状≤5%、含泥量≤1.0% 的石子；外加剂选择减水率≥30%、高保坍、泌水率小的聚羧酸外加剂。

2.2 使用的原材料

（1）水泥为沧州重山 P·O42.5 水泥，3 天抗压强度为 31MPa，28 天抗压强度为 57MPa，标稠用水量27.6%。

（2）矿粉是沧州黄骅港中铁 S95 级矿粉，比表面积 410m2/kg，7d 活性 89%，28d 活性 101%。

（3）粉煤灰为黄骅港国华电厂 F 类 Ⅱ 级粉煤灰，烧失量 0.8%，细度 18%，需水量比 98%。

（4）细骨料为石家庄河砂中砂与唐山迁西尾矿机制砂中砂，河砂细度模数 2.7，含泥量 1.0%；尾矿机制砂性能指标见表 2。

表1 C60 自密实混凝土配合比 kg/m3

表2 尾矿机制砂性能指标

（5）粗骨料为唐山 5～10mm 石子，含泥量为0.3%，针片状含量 3.0%，压碎值 6.0%。

（6）外加剂采用我司自产的高性能聚羧酸减水剂，减水率 35%，固含量1 7%。

3 C60 自密实混凝土性能的要求

C60 自密实混凝土既要满足混凝土力学性能要求，又要满足工作性能优异，不离析泌水、均质性和流动性要好、收缩率低等要求，根据大多数项目要求具体性能指标见表 3。

表3 C60 自密实混凝土性能要求

4 试验方法和试验结果

使用河砂掺不同比例的尾矿机制砂进行混凝土试验，对混凝土出机扩展度、出机 T500时间、一小时后扩展度、一小时后 T500时间、一小时后倒筒时间进行了对比，对混凝土的 7 天和 28 天抗压强度进行了对比，根据尾矿机制砂不同的掺量对 C60 自密实混凝土的性能影响，再重新调整配合比，使混凝土达到最佳状态和强度。不同掺量尾矿机制砂对 C60 自密实混凝土状态和强度的影响见表 4。

通过试验表明，随着尾矿机制砂掺量的提高，混凝土的出机扩展度略有减小，但 1h 后扩展度损失逐渐减小，出机 T500的时间和 1h 倒排时间随着尾矿机制砂掺量的提高有所加大，混凝土的强度基本没有影响甚至略有提高，是因为尾矿机制砂含的石粉而不是含泥，对外加剂的吸附量小，所以扩展度损失较小；尾矿机制砂虽然是球磨机磨出来的，颗粒比较光滑，但是仍然相比天然河砂棱角多，所以流动性会有所减慢，同样因为尾矿机制砂中不含泥和有棱角，增加了与水泥浆之间粘结，强度会略有增长。为了提高使用纯尾矿机制砂生产 C60自密实混凝土的状态，根据上述试配结果，为更好地增加混凝土的流动性和减少 T500时间，对配合比进行了微调，由于尾矿机制砂的棱角，适当增加了胶材总量和用水量，由于尾矿机制砂的表观密度略高于河砂，根据实测混凝土容重又上调了单方混凝土容重，使用纯尾矿机制砂调整后的配合比见表 5。调整后的配合比对混凝土状态和强度的影响见表 6。

表4 不同掺量尾矿机制砂对 C60 自密实混凝土状态和强度影响

表5 尾矿机制砂 C60 自密实混凝土配合比 kg/m3

表6 尾矿机制砂对混凝土状态和强度影响

试验表明调整过的纯尾矿机制砂 C60 自密实混凝土配合比流动性明显增加，T500的时间也减少了，能够满足自密实混凝土的要求，同时混凝土的 28d 抗压强度也达到了 70MPa以上，强度也能满足 C60 高强混凝土要求，所以使用尾矿机制砂可以全部替代河砂用于生产C60 自密实混凝土。

5 使用尾矿机制砂注意事项

（1）一定要查清尾矿源头，对该批次的尾矿机制砂进行放射性和碱活性检测，本文使用唐山迁西的铁尾矿机制砂，通过向石家庄检测中心送检碱活性和放射性全部合格。

（2）应选择细度模数 2.6～3.0 的用球磨机磨出来的尾矿机制砂，比使用干法制砂机生产的尾矿机制砂的粒型和级配要好、含粉量低、混凝土的流动性好。

（3）通过水洗法用球磨机磨出来的尾矿机制砂含水率高，在生产之前宜提前存放一段时间，待砂含水稳定后再用于生产。

（4）注意水洗尾矿机制砂中是否有絮凝剂的影响，如有残留絮凝剂会使混凝土的流动性变差，强度降低。在购入尾矿机制砂之前应提前去生产源头了解情况，要求不能添加絮凝剂。

6 结论

（1）使用尾矿机制砂完全或部分替代优质河砂生产 C60 自密实混凝土的强度和状态均能满足要求。

（2）尾矿机制砂含有少量石粉，不含泥，混凝土的坍落度和扩展度损失比河砂更小。

（3）尾矿机制砂有少量棱角，需水量比河砂略大，但是会增加与水泥浆之间的粘结，混凝土强度会略有增加。

（4）优质河砂的价格比尾矿机制砂的价格高不少，而且供应不充足，含泥量还有波动，所以使用尾矿机制砂完全替代河砂既能为搅拌站节省大量成本又能保持混凝土的稳定性。

（5）保护环境。尾矿机制砂属于固体废弃物的一种，是选矿的“边角料”，大量使用尾矿机制砂减少了固体废弃物的排放，缓解了污染环境和占用土地等问题。