張海峰，趙秋寧，宋瑞旭，孫逢新

（濟(jì)寧中聯(lián)混凝土有限公司，山東 濟(jì)寧 272000）

尾礦砂與機(jī)制砂在干混砂漿中的應(yīng)用研究

張海峰，趙秋寧，宋瑞旭，孫逢新

（濟(jì)寧中聯(lián)混凝土有限公司，山東 濟(jì)寧 272000）

本文研究了尾礦砂與機(jī)制砂復(fù)配對干混砂漿工作性、力學(xué)性能的影響，并利用掃描電鏡對砂漿微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：摻入尾礦砂不僅可以改善干混砂漿工作性，而且還可以提高力學(xué)性能，其適宜摻量為 30% 左右。

尾礦砂；機(jī)制砂；干混砂漿；工作性；力學(xué)性能

0 引言

尾礦砂是指礦山中開采出的礦石磨細(xì)后，經(jīng)選礦廠選出有價值的精礦后產(chǎn)生的細(xì)砂一樣的廢渣。濟(jì)寧本地的尾礦砂主要為鐵尾礦，鐵尾礦主要是鐵礦在提純過程中留下的，絕大部分很細(xì)，組成和細(xì)度指標(biāo)相對穩(wěn)定。目前我國堆存的尾礦量近 50 億噸，年排出的尾礦量高達(dá) 5 億噸以上，其中鐵礦山年排放量達(dá) 1.5 億噸，占入選鐵礦石量的 60% 左右[1]， 需要建尾礦庫堆存，不僅占用大量土地，花費(fèi)大量的人力物力進(jìn)行維護(hù)，而且也污染環(huán)境。

干混砂漿是由水泥、干燥骨料或粉料、添加劑以及根據(jù)性能確定的其他組分，按一定比例，在專業(yè)生產(chǎn)廠經(jīng)計量、混合而成的混合物，在使用地點(diǎn)按規(guī)定比例加水或配套組分拌合使用。相對于施工現(xiàn)場配制砂漿的傳統(tǒng)工藝來說，干混砂漿具有品種齊全、質(zhì)量優(yōu)異、品質(zhì)穩(wěn)定、施工性能良好、使用方便、施工工效高和環(huán)保等特點(diǎn)，因此得到了廣泛應(yīng)用。2012 年我國普通干混砂漿產(chǎn)量突破 2300 萬噸，同比增加700 萬噸，增幅 43.8%。目前我國干混砂漿生產(chǎn)中主要使用天然河砂，在許多地方由于常年開采，許多河道砂源已枯竭，基本上無砂可采。由于河道采砂破壞自然環(huán)境等原因，國務(wù)院和許多地方政府已禁止河道取砂[2]，干混砂漿行業(yè)急需尋找天然河砂以外新的用砂途徑。如果將尾礦砂代替天然砂，應(yīng)用于干混砂漿生產(chǎn)中，不僅可以緩解目前日益突出的天然砂緊缺問題，而且能實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的資源合理利用，在降低生產(chǎn)成本的同時又保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

本試驗通過選取不同摻量的尾礦砂與機(jī)制砂復(fù)配代替天然砂作為砂漿的骨料，研究其對新拌砂漿工作性以及硬化砂漿物理力學(xué)性能的影響，并利用 SEM 等測試手段對尾礦砂砂漿微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析觀察。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

（1）水泥：山東某水泥廠生產(chǎn)的 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，其物理力學(xué)性能見表 1。

表 1 水泥物理性能

（2）粉煤灰：山東某電廠 F 類 Ⅱ 級粉煤灰，細(xì)度15%，需水量比 98%，燒失量 6.0%。

（3）尾礦砂：萊蕪某鐵礦尾礦砂，細(xì)度模數(shù) 1.3，表觀密度 3100kg/ m3，其化學(xué)成分分析見表 2。

表 2 尾礦砂化學(xué)成分分析 %

（5）機(jī)制砂：山東某機(jī)制砂公司生產(chǎn)的機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù) 3.2，表觀密度 2630kg/m3，石粉含量 3.4%，泥塊含量0.5%。

（6）添加劑：山東某公司生產(chǎn)的羥丙基甲基纖維素醚及木質(zhì)纖維素。

1.2 試驗方法

選取干燥至恒重的尾礦砂，通過試驗研究尾礦砂摻量（從 0～80% 以 10% 體積分?jǐn)?shù)遞增取代機(jī)制砂）對新拌砂漿工作性以及硬化砂漿物理力學(xué)性能的影響，同時利用 SEM 觀察尾礦砂及硬化砂漿微觀結(jié)構(gòu)。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 尾礦砂摻量對砂漿工作性的影響

新拌砂漿的工作性是影響到砂漿施工性能的一個重要方面，工作性良好的砂漿容易在粗糙的磚石基面上鋪抹成均勻的薄層，而且能與基層緊密粘結(jié)，既有利于施工操作又能保證工程質(zhì)量。本節(jié)研究尾礦砂不同摻量取代機(jī)制砂后對砂漿的用水量、濕表觀密度、稠度、保水性等方面的性能影響。

表 3 給出了試驗砂漿的配合比，并根據(jù) JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行試驗。

表 3 尾礦砂不同摻量對砂漿性能影響結(jié)果

2.1.1 尾礦砂摻量對濕表觀密度的影響

圖 1 是砂漿濕表觀密度隨尾礦砂摻量變化曲線圖，由圖 1 可以看出，在膠凝材料用量不變的條件下，稠度基本相同時，隨著砂漿中尾礦砂摻量的增加，砂漿的密度呈增加趨勢。這是由于尾礦砂較天然砂粒徑小，其密度大于天然砂，所以尾礦細(xì)砂摻量越大，其砂漿密度越大。

圖 1 濕表觀密度隨尾礦砂摻量變化曲線

2.1.2 尾礦砂摻量對用水量的影響

圖 2 是砂漿用水量隨尾礦砂摻量變化曲線圖，由圖 4 可以看出，隨著尾礦砂摻量的增加，砂漿用水量呈增加趨勢，當(dāng)摻量在 30%～50% 取代范圍內(nèi)基本保持穩(wěn)定。這是由于尾礦砂細(xì)度模數(shù)較小，比表面積較大，摻入尾礦砂后較原來需水量增加，摻量超過 50% 以后，砂漿需水量增加，隨著尾礦細(xì)砂摻量繼續(xù)大，其砂漿密度同時增大。

2.1.3 尾礦砂摻量對保水性的影響

各種需要砂漿進(jìn)行施工的基層都具有一定的吸水性，基層吸收砂漿中的水份之后，會使砂漿的施工性變差，嚴(yán)重時會使砂漿中的膠凝材料不能充分水化，導(dǎo)致砂漿強(qiáng)度，特別是砂漿硬化體與基層之間的界面強(qiáng)度變低，造成砂漿開裂、脫落。如果砂漿具有適宜的保水性能，既可有效地改善砂漿的施工性，也可以使砂漿中的水份不易被基層吸走，保證水泥的充分水化。

圖 2 用水量隨尾礦砂摻量變化曲線

圖 3 是砂漿保水率隨尾礦砂摻量變化曲線圖，由圖 3 可以看出，在尾礦細(xì)砂摻量在 0～30% 時，隨著摻量的增加，砂漿保水性逐漸增強(qiáng)，在 30% 摻量時效果最好，隨著摻量進(jìn)一步增加，砂漿保水性降低，這主要與骨料細(xì)度與顆粒級配有關(guān)。由于尾礦細(xì)砂粒徑小于機(jī)制砂，在 30% 摻量時，砂漿中顆粒級配均勻，尾礦細(xì)砂恰能填充機(jī)制砂中空隙，故其保水性最好，當(dāng)尾礦細(xì)砂摻量超過 30% 時，砂漿中骨料比表面積逐漸增大，在同樣水泥用量的情況下沒有足夠的膠凝材料包裹骨料，使其保水性降低。

圖 3 保水率隨尾礦砂摻量變化曲線

2.2 尾礦砂摻量對砂漿抗壓強(qiáng)度的影響

圖 4 是摻入尾礦砂后砂漿 28d 抗壓強(qiáng)度隨尾礦砂摻量變化曲線圖，由圖 4 可以看出，隨著尾礦砂摻量的增加，砂漿的 28d 抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)出“降-升-降”的趨勢。摻量從 10%到 20% 時強(qiáng)度逐漸降低并低于基準(zhǔn)砂漿，30% 摻量時強(qiáng)度增加到達(dá)最高值然后又逐漸降低，在最高取代率時強(qiáng)度達(dá)到最低值。這是因為由于尾礦砂較細(xì)，比表面積大，摻入比例越多，需要的水和水泥量越大，在相同水泥用量時就會隨摻量增加導(dǎo)致界面粘結(jié)能力下降，強(qiáng)度降低。在摻量為 30% 時，尾礦砂填充效應(yīng)較好，砂漿中骨架結(jié)構(gòu)良好、體系密實(shí)，尾礦砂對結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)效應(yīng)占主要方面，因此能提高砂漿力學(xué)性能。

圖 4 砂漿 28d 抗壓強(qiáng)度隨尾礦砂摻量變化曲線

2.3 微觀結(jié)構(gòu)分析

圖 5 是尾礦砂的 SEM 照片，由圖 5 可以看出，尾礦砂外形棱角尖銳，表面粗糙而且凹凸不平。相比天然砂而言，尾礦砂與水泥等膠凝材料之間的結(jié)合好，密實(shí)度高，有助于強(qiáng)度的提高。

圖 6 是尾礦砂摻量為 30% 的 28d 硬化砂漿 SEM 照片，由圖 6 可以看出，在水化產(chǎn)物中生成了大量的針狀、棒狀的AFt 及 Ca(OH)2和凝膠物質(zhì)，彼此相互交織在一起，填充于尾礦砂和機(jī)制砂等細(xì)骨料之間的空隙中，使得砂漿體系結(jié)構(gòu)較為致密。

圖 5 尾礦砂 SEM 照片

圖 6 硬化砂漿 SEM 照片

3 結(jié)論

（1）尾礦砂取代機(jī)制砂制備干混砂漿后具有較好的工作性，其適宜摻量為 30% 左右。當(dāng)摻量進(jìn)一步增加時，將帶來如保水性變差、需水量增大、抗壓強(qiáng)度降低等不良影響。

（2）摻入尾礦砂后的硬化砂漿密實(shí)，骨架結(jié)構(gòu)良好，尾礦砂起到了良好的填充效應(yīng)，提高了體系力學(xué)性能。

（3）尾礦砂與機(jī)制砂復(fù)配生產(chǎn)干混砂漿，不僅可以緩解目前日益突出的天然砂緊缺問題，而且能實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的資源合理利用，在降低生產(chǎn)成本的同時又保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

[1] 張錦瑞，王偉之，李富平，等．金屬礦山尾礦綜合利用與資源化[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2002．

[2] 蔡基偉．石粉對機(jī)制砂混凝土性能的影響及機(jī)理研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2006．

［通訊地址］濟(jì)寧市高新區(qū)留行街道辦南營村駐地 濟(jì)寧中聯(lián)混凝土有限公司（272000）

Application research of tailing sand and manufactured-sand in dry-mixed mortar

Zhang Haifeng, Zhao Qiuning, Song Ruixu, Sun Fengxin
(China United Cement Jining Co., Ltd., Jining Shandong 272000, China)

The inf l uences of tailing sand and manufactured-sand on the workability and mechanical properties of dry-mixed mortar were studied. The microstructure was researched by SEM. Results showed that the introduction of tailing sand into dry-mixed mortar not only improveing the workability of dry-mixed mortar, but also increaseing the mechanical properties, the appropriate adding amount of tailing sand was about 30%.

tailing sand; manufactured-sand; dry-mixed mortar; workability; mechanical properties

張海峰（1978—），男，工程碩士，主要從事商品混凝土材料的研究與應(yīng)用。