伊犁铁尾矿替代高含泥量天然砂砾细骨料喷射混凝土性能影响试验研究

张利 张鹏 任建西 王燕

（1.新疆锐路精汇工程勘察设计有限公司，新疆乌鲁木齐 830000；2.新疆农业大学，新疆乌鲁木齐 830000）

0 引言

大宗固体废弃物最大应用场景是建材行业，其中约有70%多固体废弃物的应用市场领域为建材行业[1]。喷浆混凝土是使用喷射机械将拌合物直接喷到使用面，且有原材料种类丰富、施工快捷便利、对现场施工要求不高等特点，而被广泛的应用各种工程场景。

本文拟采用铁尾矿砂作为掺和细骨料解决其中问题，探索铁尾矿砂在喷射混凝土中的应用情况。因为用喷射机械将拌合物直接喷到使用面具有工艺简单与造价少等优点，降低工程对天然砂石资源的需求量[2]。很多专家学者研究表明[3-5]，在喷浆混凝土中替代天然砂砾细骨料铁尾矿等掺合料可以发挥铁尾矿的优点，降低缺点的影响，从而提高和改善喷射混凝土的综合使用性能。但是，在施工配合比中单纯的地将尾矿砂用于喷浆混凝土配制会出现各种起到相反作用的性能。但是以上应用仅仅是针对铁尾矿砂针对水洗集料进料进行的应用，没有针对新疆特有含泥量较大的天然砂砾集料的应用，本文试验目的主要是针对新疆特有的含泥量较大的天然集料进行应用加入特有的常温常压下的细集料激发剂进行运用。本文实验内容，有塌落度（和易性）试验、抗压强度试验、抗折试验以及冻融循环性能等，重点研究铁尾矿砂对混凝土塌落度与抗压、抗折的影响，以及最终的冻融性能影响研究。

1 试验

铁尾矿：取样至新疆伊犁松湖尾铁矿砂，铁尾矿砂颗粒级配、铁尾矿的化学成分分解。本次试验所使用的伊犁松湖铁尾矿砂的SiO2含量是小于50%是属于低硅型尾铁矿。铁尾矿硫酸盐及硫化物含量小于建设用砂的规范标准值，且氯离子含量为0.005 在GB/T14684—2011《建设用砂》技术标准中属于I 类技术指标，但是由于铁尾矿砂没有经过水洗处理导致铁尾矿砂的含泥量较高，超出规范要求的第三类建设用砂的技术指标，属于高含泥量，技术指标不合格。

铁尾矿砂的颗粒级配图中可以看出本次试验所使用的伊犁松湖铁尾矿砂大于2mm 粒径的颗粒很少，接近80%的颗粒都在2mm以下。且不符合《普通混凝土用砂、石质量检验方法标准》(JGJ52-2006)标准中的颗粒级配范围要求。

天然砂砾骨料：本次使用的粗骨料是从乌鲁木齐戈壁滩上取的戈壁碎石骨料有害物质在规定以下。水洗法测得含泥量为10.7%，高于《普通混凝土用砂、石质量检验方法标准》(JGJ52-2006)中规范的最高含泥量，属于高含泥量集料。

核心激发剂：核心改性剂是由新疆大学化学学院二级教授黄勇老师团队研发，创福斯高科周易提。。供的核心改性剂，其效果可以在特定范围内激发天然砂砾中特细集料的胶凝性，并且可以作为减少泥粉对聚羧酸减水剂分散作用，核心改性剂作为天然砂砾混凝土的关键部分里面有非常多的金属氧化物，一方面可以减少天然砂砾中的泥粉对减水剂的分散作用，并且可以提高天然砂砾混凝土后期的力学性能和冻融抗渗能力，在含泥量较高的天然砂砾混凝土中核心改性剂对混凝土的性能影响是非常明显的。实验方法主要有：工作性能测定方法（塌落度）、抗压性能试验、抗折性能测定方法、混凝土耐久性试验（冻融循环）。

2 试验结果分析

随着铁尾矿砂替代率的增长，坍落度下降。随着尾矿砂替代量的增加，集料细度模数降低，在同等情况下比天然砂砾混凝土的塌落度小。

本次铁尾矿砂替代天然沙砾细骨料混凝土力学性能试验中，分别测试了1 天、3 天、7 天与28 天的力学抗压强度和混凝土力学抗折强度指标。

喷射混凝土的耐久性能应符合设计要求，耐久性能试验方法按照现行国家标准GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行测试。抗冻性能按照冻融0次、25次、50次、75次、100次、125次、150次冻融循环后质量损失率变化。

当冻融循环为25 次时，试验组的混凝土的质量都增加，因为混凝土空隙较多吸水经过收缩膨胀后，会破坏混凝土，质量增加最多的是未掺加组，其质量增加率达到了1.72%，质量增加最小的是掺加40%铁尾矿砂组，其质量增加率只有了0.77%。

冻融循环后的混凝土相对动弹性模量变化中，在6 组混凝土试验150 次冻融循环中，其相对动弹性模量都出现下降趋势，混凝土的冻融破坏是经过冻融变化后毛细水在混凝土中收缩膨胀反复作用，将原本致密的混凝土变成疏松过程，动弹性模量下降则表示混凝土内部本身就存在一定的缺陷和微小裂缝，随着冻融循环过程，使得微小的单个裂缝贯通成多个裂缝合多为一的贯通裂缝。当冻融循环在25次时，铁尾矿砂替代率40%组的试验的动弹性模量下降最少，相对动弹性模量为99.8%。未掺加铁尾矿砂组的试验的动弹性模量下降最大，相对动弹性模量为94.3%。当冻融循环在50 次时，铁尾矿砂替代率40%组的试验的动弹性模量下降最少，相对动弹性模量为95.7%。

3 结语

1）伴随着铁尾矿替代率增加，天然砂砾混凝土的和易性逐渐下降。

2）铁尾矿砂掺量增加各龄期混凝土抗压、劈裂抗拉强度先上升后下降，并且掺量为40%时达到最大值，且高于复掺35%砂率的天然砂砾细骨料对照组。

3）掺入铁尾矿的混凝土冻融后质量损失率相差不超过3%，且相对动弹性模量都可保持60%以上，在复掺40%铁尾矿砂时，相对动弹性模量下降最少。铁尾矿砂混凝土和天然砂混凝土的抗冻性基本接近。

4）综合使用铁尾矿混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能，在最大使用量利用铁尾矿出发，铁尾矿掺量为50%及以下的掺量均可满足配制强度等级为C30 的喷射混凝土力学性能要求，冻融性能略微差一点。