尾矿砂高性能混凝土配制技术研究

尾矿砂高性能混凝土配制技术研究

屈琳琳

河北石油职业技术大学 河北承德市 067000

摘要：我国正处在现代化进程的建设阶段，由于混凝土的使用量较大，导致多数地区的优质砂资源紧缺，为了满足施工的需要，需要寻求可持续发展的技术手段，扩大混凝土用砂的来源和种类。尾矿砂、机制砂和各种混合砂均属人工砂。尾矿是指各种金属矿石和非金属矿石在分选、浓缩、提纯时，作为废料被抛弃或进行有计划的储存。尾砂是我国固体废物中产量最大、储量最大的一类。通过对尾矿砂经水旋流分选，筛选出模数稳定在中砂范围的的尾矿砂，并成功地应用到混凝土中。基于此，本篇文章对尾矿砂高性能混凝土的制备工艺及有关性能进行了研究。

关键词：尾矿砂；高性能混凝土；配制技术

引言

混凝土作为一种重要的自然资源，在当代土木工程中得到了广泛的应用。另外，由于天然砂的价格上涨，混凝土的品质和技术开发受到了极大的影响，而天然砂已经不能适应建筑业的可持续发展。同时，由于我国矿山的过度开发，已形成了大量的废渣，其维护、管理和运行费用十分昂贵。以超细尾矿砂为细集料的混凝土为研究对象，对其和易性、机械性能及耐久性进行了深入的研究，获得了适于生产和施工的混凝土。通过对超细尾砂混凝土的机理、抗氯离子、抗碳化性能的研究，提出了用尾矿砂高性能混凝土的技术、经济性。

一、尾矿砂对混凝土力学性能的影响

随含水量的增大，其抗压、弯曲强度明显下降。结合工程实际使用和混凝土强度要求，提出了采用低保水率的方法。掺入中砂的混凝土比自然中砂的强度高。经大规模生产实践证明，该方法能有效地改善尾矿砂混凝土的标准养护强度，降低标准偏差，使其强度指标得到明显改善^[1]。尾矿砂混凝土的轴压强度、抗压强度随混凝土强度等级的增大而增大，其轴压强度与压缩强度之比为0.8-0.9。利用大量的尾砂、废弃的骨料，研制出C80级混凝土。采用高岭土尾矿生产的C100超高强混凝土，其机械性能与C100自然河砂相当。通过对尾矿砂制备超高强度水泥基复合材料的试验，得出了尾矿砂用量不超过50%的结论。

二、尾矿砂对混凝土变形性能的影响

在标准养护条件下，对尾矿砂混凝土的收缩特性进行了分析，发现在常规养护条件下，尾矿砂混凝土的收缩率比自然砂混凝土要低，而在初期（7天内），其收缩率比自然砂混凝土稍高，而在后期则稍高。全尾矿砂混凝土比自然砂混凝土具有更好的抗形变性能（容积稳定性）。在初期，自然砂砼的抗裂能力要好于废铁混凝土，而天然砂砼的总开裂面积则要小于尾矿砂混凝土26%。

三、尾矿砂对混凝土耐久性的影响

尾矿集料的耐久性指标都比较好，但其抗碳化、抗氯离子渗透、抗冻融、抗硫酸盐侵蚀等综合性能指标比自然砂混凝土稍差。采用合适的工程技术，可以将全部尾矿砂和砾石集料用于生产高性能混凝土，从而达到耐久性的目的。通过对掺入尾矿砂的抗硫化实验，发现适当的尾砂用量对其硫化反应无显著影响，且耐久性较好。采用高岭土尾矿生产的C100超高强度混凝土，其抗氯离子渗透性较好，其强度与C100自然河砂相当。为了改善混凝土的使用寿命，采用铜尾矿粉的掺入量为40%-50%。高性能尾矿砂混凝土的使用寿命长，其抗碳化、氯离子渗透性、抗冻性、抗硫酸盐等优异性能。

四、细砂性能分析

第一，选型。试验中使用的尾矿砂细度模数为1.3，对每立方米混凝土的耗水量及强度有很大的影响。较低的砂模量可使微粒变得更细。随着用量、总表面积的增大，所需的悬浮物数量增加，填料中所含的含水量和含水量也相应增加。通过优化集料的级配，可以将石料的空隙率从43%降至40%，从而达到粗集料的致密程度，从而达到和易性的目的。在试验中，在36%的砂掺量下，混凝土的和易性较好，强度最大，集料的总表面积下降到了合理的程度。这是由于降低了细集料的总表面面积，因而减少了浆料的使用。在高坍落度情况下，可以对每立方米混凝土的用量进行有效的控制。第二，粉煤灰的用途。对于超细砂混凝土，由于砂的孔隙率和表面积较大，因此需要大量的砂石进行充填和包裹。粉煤灰具有较低的比重和较大的相对体积。粉煤灰加入量越多，其体积越大，质量越好。另外，加入粉煤灰能使混凝土具有较好的耐久性，并能提高其多孔性，提高其致密性。并能有效地降低和抑制血管的收缩。

（一）特细砂特点

第一，超细沙具有较高的比表面积和微细微粒。在同等浓度的混合料中，其消耗的水比在同等条件下要大。水泥用量越大，水灰比越大，强度越低。第二，由于高的孔隙度，需要充填的水泥浆数量会增大，从而使水泥的用量增大。第三，颗粒较少，具有较高的粘性和较强的粘附性。在同样的情况下，通过提高水泥浆料的掺入量，可以得到不同的配比。第四，由于超细沙混凝土的大量使用，造成了混凝土的收缩、徐变的增大，从而造成了预应力的丧失。但是从物料方面来说，超细沙中的微粉可以用作粉体，能提高细沙混凝土的粘结力，不容易分离，渗透率低，致密度高

^[2]。此外，粗集料的级配、优质的粉煤灰、良好的混凝土致密性，对增强水泥的强度也有一定的帮助。

（二）技术路线

第一，采用高质量的矿物助剂，降低了水泥的用量。第二，采用高效减水剂及其它化学助剂，以降低每单位容积的用量。第三，选择最好的集料，挑选出最好的石材。第四，硅酸盐水泥+高效减水剂+活性矿物掺和料。第五，适当地减少砂量，配以低水胶比、多粉煤灰的水泥。

五、试验与试验结果

（一）试验配合比

自然砂的水分含量为3%，尾矿砂的水分含量为1.9%，而石粉的水分含量为2%。水泥的表观密度分别为3200公斤/立方米、粉煤灰2200公斤/立方米、尾矿砂3090公斤/立方米、石料2552公斤/立方米。

（二）试验结果分析

在不同的砂比、不改变水胶比的条件下，由于沙量少，其比表面积相对较小，需要的水量也会降低。在水凝胶比例为0.40的情况下，砂的比例为36%，强度达到了38%。当含砂率为36%时，随水结合剂的加入，其强度随水结合剂的增大而减小。水胶。水分的提高使粉煤灰的含水量提高（35%)，而28日的强度则降低。在固水比例为0.34、400、440时，随粘合剂材料的不同，其流动性较差。随着水泥用量的增大，粉煤灰的添加使得水泥用量增大，而浆料体积增大，流动性也随之增大。在480胶材量和0.34的水胶比例下，具有最佳的流动性和强度。在水分保持0.36，砂率35%，粉煤灰35%的情况下，粉煤灰的水化作用最大^[3]。低水胶比、低砂比时，氯离子透过率越低，且随水胶与沙比的增加而增加。渗透系数随水分含量的改变而有轻微的改变。试块密度随胶合剂用量的增大而增大，而氯离子的渗透性则下降。随著粉煤灰用量的增大，混凝土水化后密度愈大，氯离子透过率愈低。在40%的粉煤灰中，氯化物的渗透率最小。

结语

尾矿砂的开发，对环境、技术、社会、经济效益都有明显的影响。通过对矿渣进行的相关分析和工程实践，证明了该矿渣可以用作水泥的原材料。通过调节尾矿分级，科学计算尾矿混凝土配比，选用高性能减水剂，可以生产出符合和易性、力学性能要求的高性能混凝土。

参考文献：

[1]卞立波,宋少民. 尾矿砂高性能混凝土配制技术研究[C]. //第六届全国土木工程研究生学术论坛论文集. 2008:1-4.

[2]宋少民. 尾矿人工砂高性能混凝土研究[C]. //全国高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集. 2005:484-491.

[3]董亮. 铁尾矿砂对水工高性能混凝土的试验研究[J]. 水利技术监督,2020(5):34-36,237.