铁尾矿陶粒轻质透水混凝土的配置方法研究

张双成 牟志财 吕南

摘要：在简述尾矿资源二次利用的基础上，开展铁尾矿陶粒轻质透水混凝土研究。该项研究从原料准备、配置方案设计、配置方案测试、分析测试结果等方面逐步展开，最终得出了不同原料组合的最优配置结论，为铁尾矿陶粒轻质透水混凝土的实际应用提供了科学依据。

关键词：铁尾矿陶粒；轻质透水混凝土；配置方法；设计研究

0   引言

对当前的选矿技术发展情况进行分析可以发现，其整体水平表现出了较为落后的特征，对矿产企业治理废物的观念和水平进行统计也可以看出[1]，其普遍存在较为落后的情况[2]。在大量的铁尾矿长期堆积过程中，占用着宝贵的土地资源只是其消极影响的一个方面[3]，更重要的是，其也在一定程度上对生态环境可持续发展造成了负面影响[4]，其中土壤污染、水污染是最突出的问题。

经过长期的研究和分析，对于建筑材料而言，铁尾矿中含有大量具有可用价值的矿物[5]。因此从原材料应用的角度出发，在建材领域对铁尾矿资源加以利用成为了主要的发展方向之一，这也在极大程度上满足了可持续发展战略的客观要求[6]。

为了明确铁尾矿陶粒轻质透水混凝土性能与配置之间的关系，本文研究了一种铁尾矿陶粒轻质透水混凝土的配置方法。即将铁尾矿陶粒和水泥作为主要原料，对其基本性能参数加以控制后，将粉煤灰、硅灰、造孔剂、助熔组分、减水剂以及细砂作为辅助原料，将铁尾矿陶粒和水泥作为自变量，设计了9种铁尾矿陶粒轻质透水混凝土的配置方案，并从抗压强度、劈裂抗拉强度以及收缩率三个方面对其性能展开了对比分析。

1   原料准备

在研究铁尾矿陶粒轻质透水混凝土的制备过程中，首先对具体的实验原料进行准备。其中最为主要的原料主要为铁尾矿和水泥[7]，考虑到铁尾矿自身的属性特征以及混凝土的实际应用需求，增加了粉煤灰等材料作为添加剂[8]。其中，铁尾矿的烧失量为2.9%，对应的直径规格分布区间为4.92～5.670μm，铁尾矿的可塑性指数为12.56。在此基础上，对其余实验原料的参数进行统计[9]。除了铁尾矿陶粒之外，测试原料准备情况如表1所示。

在粉煤灰的具体使用过程中，其所需水量比参数为88%，对应的烧失量参数为5.4%；对其直径规格分布情况进行统计，具体的区间范围为10.24～11.185um。在专用微硅粉的具体使用过程中，需水量比参数为125%，对应的烧失量参数为4.6%。聚羧酸高效减水剂的理论减水率为28%。

在此基础上，对细砂的级配情况进行分析。其中黄沙的细度模数为2.56，含泥量为1.50%；对应的堆积密度和表观密度分别为1505.24kg/m3和2620.17kg/m3，具體的含水率为1.76%。江沙的细度模数为1.85，含泥量为1.10%；对应的堆积密度和表观密度分别为1485.24kg/m3和2592.34kg/m3，具体的含水率为1.54%。

对于配置混凝土阶段的试验用水，采用普通自来水作为具体的原料。

2   配置方案设计

在具体的测试过程中，为了能够更加全面地了解不同因素对于铁尾矿陶粒轻质透水混凝土性能的影响，本文设置了9组参数不同的混凝土配置方案，如表2所示。

3   配置方案测试

以表2所示的9组参数不同的混凝土配置方案为基础，开展了具体的测试工作。在对不同铁尾矿陶粒轻质透水混凝土配置方案下的性能进行分析时，从实际应用需求的角度出发，分别对混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度以及收缩率进行比较。其中，在分析不同测试方案的混凝土抗压强度时，分别测试了3d抗压强度和28d抗压强度，其测试方法如图1所示。9组不同配置方案的混凝土抗压强度测试结果，如表3所示。

4   分析测试结果

4.1   分析抗压强度

结合表2所示的9组参数不同的混凝土配置方案，对表3所示的测试结果进行对比分析后发现，当水泥用量为300.0kg/m3、铁尾矿陶粒用量为600kg（第2组）时，混凝土的抗压强度比较高，其3d抗压强度为19.24MPa、28d抗压强度为29.37MPa。

以此为基础，分别从水泥用量和铁尾矿陶粒用量2个角度对混凝土的抗压强度发展情况作进一步分析。当铁尾矿陶粒用量为600kg时，对比第2、4、9组的数据，混凝土的3d抗压强度呈现出了随着水泥用量增加逐渐下降的发展趋势；然而，28d抗压强度随着水泥用量增加，呈现出了先下降再上升的发展趋势。

当铁尾矿陶粒用量为300kg/m3时，对比第2、5、8组的数据，混凝土的3d抗压强度呈现出了随着铁尾矿陶粒用量增加先下降再上升的发展趋势，但是整体上升幅度并不明显，28d抗压强度随着水泥用量增加呈现出了逐渐下降的发展趋势。

4.2   分析劈裂抗拉强度

在此基础上，再对混凝土的劈裂抗拉强度进行测试，得到的测试结果如表4所示。

根据表4所示的测试结果，分析9组不同制备方案的混凝土劈裂抗拉强度的特性。当水泥用量为350.0kg/m3、铁尾矿陶粒用量为800kg时（第6组），混凝土的劈裂抗拉强度最高，并与其他实验组别的测试结果之间表现出了较为明显的差异。

在水泥用量为350.0kg/m3的前提下，对比3、6、9组混凝土的劈裂抗拉强度数据，从水泥用量和铁尾矿陶粒用量2个角度进行细化分析，发现随着铁尾矿陶粒用量的降低，混凝土的劈裂抗拉强度呈现出稳定下降的发展趋势；在铁尾矿陶粒用量为800kg的前行下，对比1、6、8组的数据，随着铁尾矿陶粒用量的降低，混凝土的劈裂抗拉强度呈现出先下降后上升的发展趋势。

4.3   分析收缩率

最后，对9组不同配置方案的铁尾矿陶粒轻质透水混凝土在1d内的收缩率进行统计，得出的测试结果如图2所示。

从图2所示的测试结果可以看出，在9种铁尾矿陶粒轻质透水混凝土配置方案中，收缩率最高的组别分别为第3、6、9组。以此为基础对表2所示的原料构成情况进行分析可以发现，这3组的水泥用量均为350kg。由此可以得出結论：铁尾矿陶粒用量对于混凝土收缩率的影响并不明显，而水泥的用量是影响铁尾矿陶粒轻质透水混凝土收缩率的主要因素。

5   测试和分析结论

综合上述测试和分析结果，可以得出以下结论：

一是当配制铁尾矿陶粒轻质透水混凝土的铁尾矿陶粒用量一定时，铁尾矿陶粒轻质透水混凝土的抗压强度与水泥用量呈正比例关系。

二是当配制铁尾矿陶粒轻质透水混凝土的水泥用量一定时，铁尾矿陶粒轻质透水混凝土的抗压强度与铁尾矿陶粒用量之间呈现出不稳定的发展关系。

三是当配制铁尾矿陶粒轻质透水混凝土的铁尾矿陶粒用量一定时，铁尾矿陶粒轻质透水混凝土的劈裂抗拉强度与水泥用量呈正比例关系。

四是当配制铁尾矿陶粒轻质透水混凝土的水泥用量一定时，铁尾矿陶粒轻质透水混凝土的劈裂抗拉强度与铁尾矿陶粒用量之间呈现出不稳定的发展关系。

五是铁尾矿陶粒用量对于混凝土收缩率的影响并不明显，水泥用量是影响铁尾矿陶粒轻质透水混凝土收缩率的主要因素。

6   结束语

本文研究并提出一种铁尾矿陶粒轻质透水混凝土的配置方法，测试和分析了原料的不同配置对铁尾矿陶粒轻质透水混凝土性能的影响，得出了不同原料组合的最优配置结论。借助该项研究与设计，希望能够为铁尾矿陶粒轻质透水混凝土的配置和实际应用提供有价值的参考，以使其在建筑行业发挥更大的作用，促进实现铁尾矿资源的二次利用价值的最大化。

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