铁尾矿砂对喷射混凝土的力学影响

 铁尾矿砂对喷射混凝土的力学影响

李昊

中铁上海工程局第四工程有限公司   天津市   300451

摘要：随着工业化进程加快和资源有限性的日益凸显，废弃物的综合利用和环境保护显得尤为重要。铁尾矿作为钢铁冶炼的主要固体废弃物之一，其化学成分和物理特性使其在喷射混凝土中具有重要应用潜力。本文探讨了铁尾矿资源化利用的深远意义，包括资源再利用与循环经济、环境保护与治理、降低生产成本与提高经济效益、科技创新与技术进步以及可持续发展与社会责任等方面。尤其着重介绍了中国在铁尾矿资源化利用方面的现状及其政策支持，以及铁尾矿在喷射混凝土中再资源化的效益评价。通过试验分析发现，铁尾矿的添加可以显著提高混凝土的力学性能和耐久性，减少水泥使用量，降低建筑成本，符合绿色发展和生态文明建设的国家战略要求。

关键词：固废；铁尾矿；喷射混凝土；

0 引言

随着工业化进程的加快和资源的有限性日益凸显，对废弃物的综合利用和环境保护问题变得尤为重要[1]。喷射混凝土技术作为一种高效的建筑施工技术，在地下工程和支护结构中有着广泛的应用，铁尾矿为钢铁冶炼过程中产生的主要固体废弃物之一，其处理与利用一直是科研和工程领域关注的焦点，铁尾矿的化学成分和物理特性使其具备一定的填充和增强混凝土能力。在混凝土中加入铁尾矿可以有效填充空隙，提高混凝土的密实性和耐久性，同时减少水泥的使用量，降低建筑成本[2]。铁尾矿还可能通过其特有的化学成分对混凝土的抗压强度和抗渗性产生积极影响，这对于地下工程和环境支护结构尤为重要。

1 铁尾矿资源化的深远意义

固体废弃物再资源化从宏观上符合了国家发展循环经济的基本战略。这个重大而深远的意义主要包括以下5个方面。

1.1 资源再利用与循环经济

铁尾矿含有大量的二氧化硅、铝、锰等非铁元素，以及可能的稀有金属。通过有效的提取和利用技术，可以实现这些资源的再利用，减少对自然资源的开采压力，促进循环经济的发展。这不仅有助于节约能源和资源，还能减少对环境的负面影响。

1.2 环境保护与治理

大规模堆放的铁尾矿可能导致土壤和水体的污染，特别是酸性排放和重金属的渗透。通过有效的资源化利用，可以减少铁尾矿的堆放量和污染风险，改善周围环境质量，保护生态系统的健康。

1.3 降低生产成本与提高经济效益

传统上，铁尾矿被视为废弃物，处理和处置成本较高。而通过开发资源化利用技术，不仅可以减少废弃物处理的成本，还可以将废弃物转化为有价值的资源，提高整体经济效益和企业竞争力。

1.4 科技创新与技术进步

铁尾矿资源化利用需要涉及多学科的研究和技术创新，如材料科学、化学工程、环境科学等。这种跨学科的合作推动了相关领域的科技进步和技术创新，促进了整个产业链的发展。

1.5 可持续发展与社会责任

资源化利用铁尾矿不仅符合环境可持续性的发展要求，还体现了企业的社会责任和可持续发展战略。这种做法有助于提升企业形象，获得社会和政府的认可和支持。

2 我国铁尾矿再资源化的现状

目前，中国在铁尾矿资源化利用方面已经取得了一些显著的进展和成就。在铁尾矿的资源化利用技术方面进行了大量研究和实践，通过化学、物理等多种手段，开发了不同类型铁尾矿的提取、分离和利用技术，例如，通过浮选、磁选等物理方法和酸碱浸取、还原焙烧等化学方法，有效提高了铁尾矿的资源回收率和利用效率。工业方面已经建立了多个铁尾矿资源化利用示范项目和工业化生产基地。这些项目主要集中在提纯铁尾矿中的有价值元素、生产特定的工业原料，如硅酸盐、水泥原料、填充材料等，以及再生资源的开发利用。铁尾矿资源化利用不仅有助于减少固体废弃物的排放，还能降低对自然资源的依赖，减少环境污染的风险。这与中国推动绿色发展、实施生态文明建设的国家战略高度契合。

中国政府通过颁布环保和资源综合利用相关法规政策，促进铁尾矿资源化利用的发展。这些政策包括资源综合利用推广、产业结构调整等方面，为企业和研究机构在铁尾矿资源化利用领域的技术创新和应用提供了支持和引导。在铁尾矿资源化利用领域也积极开展国际合作与交流，分享技术经验和成果，扩大国际市场影响力。通过参与国际标准制定、技术交流会议等方式，提升了中国在全球资源循环利用领域的话语权和影响力。

3 铁尾矿在喷射混凝土再资源化的效益评价

由铁尾矿砂作为细骨料替代部分天然砂、铁尾矿粉替代部分水泥制备的喷射混凝土称为固废基喷射混凝土。

3.1 试验原料

水泥：水泥为符合GB175-2007规定的PO42.5普通硅酸盐水泥。

粗骨料：粒径为5～10mm的碎石，含泥量小于3%。

天然砂：天然砂细度模数2.9，属于Ⅱ区砂。

铁尾矿砂：铁尾矿砂优选地为鞍山铁尾矿，粒径均小于1mm。

铁尾矿粉：全尾砂筛余产物，粒径均小于0.3mm。

减水剂：聚竣酸系高效减水剂。

速凝剂：FSA-AF型无碱速凝剂。

水：自来水。

3.2 试验方案

铁尾矿砂取代率为30%；铁尾矿粉取代率分别为5%、10%和15%；水胶比为

0.42喷射混凝土砂率为50%，减水剂掺量为0.7%，控制坍落度在80-120mm。

通过系列力学、耐久性试验可得结论：同胶水比时，掺入铁尾矿砂、铁尾矿粉的喷射混凝土强度高于传统喷射混凝土，原因为铁尾矿砂和铁尾矿粉颗粒细小，填充了水泥基质中的微观孔隙，这些细小颗粒和纤维结构能够在水泥基体中形成一个网状结构，这种网状结构增强了混凝土的粘结强度，从而降低了混凝土的回弹率，并改善了混凝土的致密性和均质性。且铁尾矿砂和铁尾矿粉中含有未反应的硅酸盐和铝酸盐等物质，在水泥水化过程中继续发挥水化活性，促进水泥水化反应，这种额外的水化反应可以生成更多的水化产物，填充更多的孔隙，增强了水泥基体的强度。

3.3 效益评价

取42.5普通硅酸盐水泥475/t，河沙为98元/t，天然碎石80元/t,高效聚羧酸减水剂5000元/t、速凝剂1200/t，自来水9元/m3,利用铁尾矿配制喷射混凝土，回弹率可降低至15%，河沙用量减少30%，水泥用量减少10%，累计工程造价可降低约1000元/方，并减少了庞大的运输费和运输时间，大幅缩短了工期。

4 结语

通过将铁尾矿应用于喷射混凝土的工程实践中，可以显著提高混凝土的力学性能和耐久性，降低建筑成本，减少水泥使用量，从而达到节能减排的目的。铁尾矿的微观颗粒和纤维结构填充了水泥基质中的孔隙，形成了坚固的网状结构，这不仅增强了混凝土的粘结强度，还改善了混凝土的密实性和均质性。在中国，铁尾矿资源化利用已经取得了显著进展，相关技术在工业应用中逐步推广，取得了实质性的经济和环境效益。政府的政策支持和科技创新推动了这一过程，使得铁尾矿的资源化利用成为了促进绿色发展和实施生态文明建设的重要一环。

因此，铁尾矿在喷射混凝土再资源化中的成功应用不仅为环境保护和资源可持续利用提供了有效的解决方案，也为相关领域的技术创新和产业升级提供了新的契机和可能性。随着技术的进一步成熟和推广，铁尾矿资源化利用在建筑工程中的应用前景将更加广阔，为推动社会经济可持续发展贡献力量。这些综合利用铁尾矿的实践和成果不仅在国内，也在国际上产生了积极的影响，促进了全球资源循环利用技术的发展与交流，进一步提升了中国在全球环保和可持续发展领域的国际影响力和竞争力。

参考文献：

[1]宋鹏臣,姚建,苏维,等.中国固体废弃物增长与经济增长的数量关系分析[J].环境科学与管理,2007(09):72-75.

[2]闫铁成,周茗如,王博.利用建筑垃圾再生混凝土骨料的评价[J].建筑设计管理,2014,31(10):82-85.