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1、铁尾矿砂与机制砂复合在混凝土中的使用赵秋宁，宋瑞旭（济宁中联混凝土有限公司，山东 济宁 272000）摘 要本文按照建筑用砂的标准分析尾矿砂和机制砂复合而成的混合砂，并结合 C30 混凝土，对比使用河砂和使用该混合 砂的混凝土拌合物性能和力学性能。结果发现，使用混合砂完全可以取代河砂用于混凝土，既降低成本又提高生产的稳定性， 具有良好的经济和社会效益。 关键词铁矿尾矿砂；机制砂；石粉；混凝土；坍落度；和易性；强度存在问题，单独使用混凝土和易性均不大理想。但通过合理 搭配细度模数完全可以满足中砂要求，从而达到改善混凝土 和易性及流动性的目的。虽然机制砂石粉含量超出 JGJ522006 中对石粉含
2、量的要求，通过长期使用机制砂的经验和试 验数据来看，要保证混凝土和易性，当亚甲蓝指标满足要求 时，石粉含量宜控制在 10%12%（详见表 2）。表 2 人工砂或混合砂中石粉含量0 前言 河砂作为一种不可再生资源，在各地都面临着枯竭和品 质恶化的趋势，加上近几年对环境的重视，混凝土方量持续 高升，河砂的价格是一路走高。济宁作为山东最重要的资源 型城市之一，矿产资源丰富、品种繁多，其中泗水就有大量 铁矿，在开采的同时，遗留下来的尾矿废石也是逐年增多。 这些尾矿堆积成山，存量巨大，且对周围环境造成危害。由 于加工工艺落后，缺乏成熟的技术，尾矿的综合利用率一直 非常低。基于此点，我单位选取泗水铁矿中泥
3、粉含量较少的 尾矿砂进行加工，形成细度模数在 1.9 左右的细砂。取代河 砂与机制砂搭配使用改善新拌混凝土的和易性。在稳定生产 的同时达到资源的综合利用，具有良好的经济效益与社会效 益。混凝土强度等级C60C55C30C25MB1.4(合格)MB1.4(不合格)5.02.07.03.010.05.0石粉含 量(%)其他材料：（1）水泥，选用曲阜中联 PO42.5R 水泥 ，实测 28d 强度为47.2MPa。（2）粉煤灰：选用济宁运河电厂 级粉煤灰，细度 17，需水量比为 98%。（3）矿渣粉：选 用巨野中联生产 S95 级矿渣粉，28d 活性指数为 98。（4） 碎石选用嘉祥 525mm 碎
4、石，为双级配碎石，针片状含量 5%。（6）外加剂使用济宁兴邦建材生产的 JX-1 聚羧酸减 水剂，减水率 25%1 原材情况机制砂：精选石灰石、石块加工后生成，经过选粉，石 粉含量在 10% 左右，细度模数 3.1。 河砂：选用泗水河砂，中砂。 尾矿砂：优选泗水尾矿砂，经加工而成。 细骨料性能指标见表 1。2 试验本试验以 C30 混凝土为例，采用不同比例混合砂进行筛分析和混凝土试验，在胶凝材料、砂率和用水量不变的情况 下，对比单独河砂与混合砂混凝土性能。由于细骨料表观密 度的不同，容重做出调整。2.1 配合比的设计C30 基准配合比如表 3 所示。按照一定比例分布调整混 合砂中机制砂和尾矿砂
5、的比例，如表 4 所示。表 3 基准配合比（P001） kg/m3表 1 细骨料性能指标项目尾矿砂机制砂河砂 5mm 2.5mm 1.25mm 0.63mm 0.315mm 0.16mm 底 细度模数0.2 5.3 12.6 25.1 64.2 85.7 100 1.9 7 0.2 0.9 2850 15503.6 36.1 55.2 64.6 77.2 85.8 100 3.1 10 0.2 1 2710 15206 15 35 64 87 94 100 2.8 2.80.8 2630 1510颗粒 级配 (%)水泥 矿粉 粉煤灰 河砂 碎石 水 外加剂 容重 石粉含量 (%) 含泥量 (%
6、) 泥块含量 (%) MB 值 表观密度 (kg/m3) 松散堆积密度 (kg/m3)222747479210501607.42380表 4 调整机制砂与尾矿砂比例及试验编号P002P003P004P005P006机制砂尾矿砂10008020604040602080我们通过颗粒级配分析发现机制砂和尾矿砂本身级配都55(%)颗粒级配粒径(mm) 图 5 不同比例级配曲线商品混凝土 实 践 技 术 Beton Chinese Edition Ready-mixed Concrete 2014年第9期混合砂按照表 4 比例，绘制级配曲线图如图 5 所示，图中上限为中砂级配要求最大值，下限为中砂级配要
7、求最小 值。混合砂 P004 比例比较接近中砂要求。的差异并不大。原因就是通过料源控制，保障了石粉品质。在一定石粉含量的情况下，对羧酸的影响最大的是含泥量。 因此混合砂损失要小于河砂，同时初始状态差异不大。 P003 和 P004 在 2h 后坍落度保持在 180mm 以上。通过大量试验可 以表明，机制砂中、尾矿砂中的石粉，当 MB 值小于 1.2 时， 主体是石粉，可以起到填充混凝土空隙的作用，优化孔结 构，达到一定细度时，起到微集料作用。 混凝土强度差异比较大，单纯使用机制砂的混凝土虽 然状态较差，可是强度确是最高的，比单纯使用河砂高出 10% 。随着尾矿使用增加强度略有下降，当尾矿使用超
8、过60% 时强度降低比较明显了。 由于尾矿砂和机制砂表面特性，保水性不如天然河砂， 尤其是尾矿砂超过 40% 时，相同状态下泌水的情况逐渐加 大。表 7 优化后配合比 kg/m3根据不同容重计算 P002P006 的配合比，如表 5 所示。 拌合物的性能见表 6。水泥 矿粉 粉煤灰 机制砂 尾矿砂 碎石水外加剂 容重表 5 不同比例混合砂配合比P007 22274745412911038 1637.42410水泥 矿粉 粉煤灰 机制砂 尾矿砂 碎石 水 外加剂 容重 表 8 拌合物性能 P002P003P004P00522222222222274747474747474747926374813
9、22015932048310501056106210671601601601607.47.47.47.42380239024002410坍落度扩展度是否有 堆积粘聚 性离析 情况泌水 情况强度(MPa)(mm) (mm) 0h1h0h1h3d7d 28d 无适中无无22521056052017.9 28.3 41.2P006 222 74 74 162 648 1073 160 7.4 2420 3 结论（1）尾矿砂和机制砂搭配使用完全可以满足混凝土对细 骨料的要求，可以全部替代河砂，但是需要根据不同强度等 级不同施工工艺进行比例调整。 （2）由于河砂品质波动较大，尾矿砂和机制砂的稳定性 要远
10、好于河砂，对使用聚羧酸外加剂的企业来说更有利于控 制混凝土质量，减少混凝土波动性。（3）从成本上来看，尾矿砂和机制砂成本要低于河砂， 达到降低成本的目的，而且有些地区，两者搭配使用可享受 一定的返税优惠政策，经济效益非常可观。 （4）在尾矿砂和机制砂试验和生产过程中，必须对料 源做出控制。优质的石粉对混凝土强度和和易性是非常有利 的。 （5）尽量选用挂浆性好、泌水少的水泥。改善混凝土浆 体的挂浆性。参考文献1 柴红军， 宋裕增 ， 王星原，铁尾矿砂的特性及对混凝土 拌和物性能的影响 研究探索，2010(2)：71-75 2 徐凤平，周兴龙，胡天喜国内尾矿资源综合利用的现状 和建议J矿业快报，2
11、007，14(2)：73-78 3 蔡基伟，封孝信，赵丽，王春梅，等铁尾矿砂混凝土的 泌水特性武汉理工大学学报，2009， 31(7)：88-91 4 蔡基伟，李北星，周明凯，等石粉对中低强度机制砂混 凝土性能的影响J武汉理工大学学报2006，28(4):27-30.表 6 混凝土拌合物性能坍落度 (mm)扩展度 (mm)是否强度(MPa)粘聚 离析 泌水 有堆性 情况 情况积0h1h0h1h3d7d28d略微 适中 无无P001P002P003P004P005P006225200220215195180195190205200170155550480530540420400420440500
12、49038032017.518.818.418.117.616.727.330.129.228.927.926.139.543.542.642.140.238.2明显 差有 轻微略微 略粘 轻微 无无略粘粘 粘无无 无轻微轻微 无从表 6 中可以发现编号为 P003 和 P004 的和易性在混合砂中最好，P005、P006 通过增加用水量达到需要的浆体，虽 浆体很饱满，但浆体包裹性差，无法有效推动石子，无法满 足泵送要求。同样砂率的机制砂和易性要远差于河砂，需要 提高 2 个砂率才能达到和易性，但包裹性仍然不理想。2.2 优化配合比在考虑 P003 和 P004 和易性，结合配合比体积算法，通 过多次试拌，优化配合比，着重考虑改善粘性、和易性，同 时兼顾降低生产成本。优化后配合比如表 7 所示，混凝土拌 合物性能如表 8 所示。 从试验结果可以看出，使用机制砂和尾矿砂配制的混凝 土在满足拌合物性能的同时，强度仍然高于纯河砂混凝土。 正常情况下，由于机制砂和尾矿砂颗粒形状，多菱角，表面 粗糙，且含有一定石粉。在相同用水量和外加剂掺量的情况 下，状态应该远小于河砂。但实际情况是使用聚羧酸，两者作者简介赵秋宁，工程师。 通讯地址山东省济宁市中联混凝土有限公司（272000）56
