馮永存，宋少民

(北京建筑大學(xué)土木與交通工程學(xué)院，北京市100044)

隨著我國大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)的進(jìn)行，資源與生態(tài)環(huán)境壓力日益凸顯［1］。作為選礦廢料的鐵尾礦，因其儲(chǔ)量大，利用率低等問題，已造成嚴(yán)重的環(huán)境問題，如何提高鐵尾礦的利用率，也一直是各國學(xué)者的研究重點(diǎn)［2］。當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者對鐵尾礦的研究主要集中在尾礦再選、礦山填充、尾礦砂利用等方面［3］，然而對尾礦的磨細(xì)化研究還很少。根據(jù)鐵尾礦自身偏細(xì)的特點(diǎn)，將鐵尾礦磨細(xì)制備混凝土礦物摻合料，既推進(jìn)了綠色建筑材料的發(fā)展，滿足混凝土產(chǎn)業(yè)的供應(yīng)，又可以合理利用資源，恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，可謂一舉兩得。本文研究利用鐵尾礦微粉與礦渣粉、粉煤灰復(fù)合，研究復(fù)合摻合料內(nèi)部配比及其在膠凝材料中的摻量對混凝土性能的影響，為鐵尾礦微粉復(fù)合摻合料的工程應(yīng)用提供參考。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

水泥:采用北京金隅水泥廠生產(chǎn)的P·O 42.5水泥，物理力學(xué)性能見表1。鐵尾礦微粉:采用經(jīng)磨細(xì)處理的鐵尾礦微粉，比表面積510 m2/kg，需水量比95%，密度3.10 g/cm3?；瘜W(xué)成分見表2。礦渣粉:采用北京生產(chǎn)的S95級礦渣粉，比表面積為440m2/kg，密度2.89g/cm3。粉煤灰:采用 II級灰，比表面積460m2/kg，需水量比98%，密度2.2g/cm3。石子:采用兩級配，5mm～10mm以及10mm～25mm，采用大石子:小石子=7:3的比例。砂:河砂，細(xì)度模數(shù)為2.7，屬于Ⅱ區(qū)中砂。外加劑:奈系高效減水劑，含固量為31% ，減水率20%。

表1 水泥的物理力學(xué)性能

表2 鐵尾礦微粉的化學(xué)成分 /%

1.2 試驗(yàn)方法

所有試驗(yàn)混凝土拌合物均采用混凝土攪拌機(jī)攪拌，測試和易性并振搗成型，按照 GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》操作。成型24h后拆模，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至一定齡期測試其抗壓強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度測試按照GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》操作。通過混凝土和易性和強(qiáng)度來分析其技術(shù)效果。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 鐵尾礦微粉復(fù)合摻合料的復(fù)配組分對混凝土性能的影響研究

試驗(yàn)采用鐵尾礦微粉系列復(fù)合摻合料進(jìn)行混凝土試驗(yàn)，觀察對混凝土各項(xiàng)性能的影響，相關(guān)數(shù)據(jù)見表3。

表3 鐵尾礦微粉復(fù)配種類的混凝土性能試驗(yàn)

由表3，可以看出在同樣水膠比下復(fù)合摻合料中礦渣粉對28強(qiáng)度的貢獻(xiàn)值最大，粉煤灰和鐵尾礦微粉對混凝土和易性與28d強(qiáng)度值的影響相當(dāng)。分析其原因可能是因?yàn)榈V渣粉的活性本身較粉煤灰高，其在混凝土強(qiáng)度方面的貢獻(xiàn)較粉煤灰大，而粉煤灰在分散與填充的微集料效應(yīng)方面，卻可以由更細(xì)粒徑的鐵尾礦微粉粉替代，并對保證混凝土強(qiáng)度方面起到一定作用?？紤]3種摻合料的特點(diǎn)和作用，選擇鐵尾礦微粉與礦渣粉雙摻制備復(fù)合礦物摻合料，從混凝土的和易性和混凝土的強(qiáng)度試驗(yàn)來看，這一途徑是切實(shí)可行的。

2.2 鐵尾礦微粉復(fù)合摻合料的比例對混凝土性能的影響

在確定復(fù)合礦物摻合料的復(fù)配組分后，需要確定鐵尾礦微粉與礦渣粉的最佳復(fù)配比例，保持復(fù)合摻合料摻量不變，調(diào)整其比例，選擇含20% ～80%鐵尾礦微粉的復(fù)合摻合料進(jìn)行C30混凝土試驗(yàn)，相關(guān)數(shù)據(jù)見表4。

表4 復(fù)合摻合料復(fù)摻比例的混凝土性能試驗(yàn)

由表4可知，隨著鐵尾礦微粉摻量的增加，混凝土的流動(dòng)性逐漸提高，強(qiáng)度逐漸降低。這可能是因?yàn)殡S著鐵尾礦微粉的增多，其所表現(xiàn)出的惰性填充作用越明顯，降低了膠凝材料的水化反應(yīng)，雖在一定程度上降低了混凝土強(qiáng)度，但可以發(fā)揮鐵尾礦微粉的填充和微珠作用，提高混凝土的工作性能。

我們發(fā)現(xiàn)鐵尾礦微粉與礦渣粉比例低于1:1時(shí)的混凝土強(qiáng)度可以滿足C30混凝土強(qiáng)度等級要求;鐵尾礦摻量＞60%時(shí)，強(qiáng)度值下降明顯;在目前攪拌站生產(chǎn)技術(shù)條件下，對于尾礦微粉替代粉煤灰和礦渣復(fù)合摻加，尾礦微粉與礦渣粉比例4:6到6:4變化，制備C30混凝土的技術(shù)可行性我們又進(jìn)行了以下試驗(yàn)。

2.3 復(fù)合摻合料在膠凝材料中摻量對混凝土性能的影響

根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，復(fù)合摻合料在膠凝材料中比例過少，則浪費(fèi)水泥且礦物摻合料無法充分發(fā)揮作用;復(fù)合摻合料過多，則導(dǎo)致活性成分不足，影響強(qiáng)度，因而本試驗(yàn)選取摻量占膠凝材料30%～40%復(fù)合摻合料進(jìn)行試驗(yàn)，相關(guān)數(shù)據(jù)見表5。

表5 復(fù)合摻合料在膠凝材料中摻量的混凝土性能試驗(yàn)

由表5可知，隨著復(fù)合摻合料摻加比例的增加，混凝土流動(dòng)性有一定提高;尾礦微粉與礦渣粉比例由4:6到6:4變化，復(fù)合摻合料摻量由30%到40%變化時(shí)，混凝土強(qiáng)度可以滿足C30混凝土要求。本試驗(yàn)沒有變動(dòng)水膠比，實(shí)際生產(chǎn)中摻合料比例增大或低活性摻合料增多會(huì)相應(yīng)降低水膠比，強(qiáng)度自然會(huì)更有保證。因此尾礦微粉與礦渣粉5:5至6:4是比較理想的比例。

分析認(rèn)為，鐵尾礦微粉自身強(qiáng)度很高，尾礦微細(xì)顆粒均勻分布在水泥漿體基相中，能夠起到微集料作用，其良好的填充作用降低了混凝土的空隙體積，使混凝土密實(shí)化，同時(shí)鐵尾礦微粉顆?？勺鳛槿苋趹B(tài)CSH的成核場所［4］，加速C3S的水化，當(dāng)摻合料在合理范圍內(nèi)時(shí)，以上作用可以抵消或減弱因膠凝材料活性降低帶來的強(qiáng)度值降低問題，一旦摻量過大，膠凝材料整體活性不足，膠粘性能降低，從而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的急劇下降。

3 結(jié)語

(1)鐵尾礦微粉對于混凝土和易性和28d強(qiáng)度的影響與粉煤灰相當(dāng)，可以替代粉煤灰作為混凝土礦物摻合料。

(2)制備鐵尾礦微粉復(fù)合礦物摻合料粉煤灰與礦渣粉的比例宜在5:5至6:4，混凝土技術(shù)性能與摻加同比例粉煤灰相當(dāng)。

(3)鐵尾礦微粉復(fù)合摻合料摻量建議不超過40%，如果摻加比例增大，需要降低水膠比并考慮應(yīng)用結(jié)構(gòu)和環(huán)境。

［1］ 劉娟紅，宋少民.綠色高性能混凝土技術(shù)與工程應(yīng)用［M］.中國電力出版社，2011

［2］ 陳虎，沈衛(wèi)國，單來，等.國內(nèi)外鐵尾礦排放及綜合利用狀況探討［J］.混凝土，2012(2):88-92.

［3］ 郭敏，盧業(yè)授，賈志紅，等.我國大宗尾礦廢石資源化對策研究［J］.中國礦業(yè)，2009(4):35-37.

［4］ 周金鐘，鄭廣軍，劉勇彰.石灰石粉在普通混凝土中的應(yīng)用研究［J］.建筑節(jié)能，2009(6):31-34.