張雙成 牟志財(cái) 呂南

摘要：在簡述尾礦資源二次利用的基礎(chǔ)上，開展鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土研究。該項(xiàng)研究從原料準(zhǔn)備、配置方案設(shè)計(jì)、配置方案測試、分析測試結(jié)果等方面逐步展開，最終得出了不同原料組合的最優(yōu)配置結(jié)論，為鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土的實(shí)際應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鐵尾礦陶粒；輕質(zhì)透水混凝土；配置方法；設(shè)計(jì)研究

0? ?引言

對當(dāng)前的選礦技術(shù)發(fā)展情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，其整體水平表現(xiàn)出了較為落后的特征，對礦產(chǎn)企業(yè)治理廢物的觀念和水平進(jìn)行統(tǒng)計(jì)也可以看出[1]，其普遍存在較為落后的情況[2]。在大量的鐵尾礦長期堆積過程中，占用著寶貴的土地資源只是其消極影響的一個方面[3]，更重要的是，其也在一定程度上對生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展造成了負(fù)面影響[4]，其中土壤污染、水污染是最突出的問題。

經(jīng)過長期的研究和分析，對于建筑材料而言，鐵尾礦中含有大量具有可用價值的礦物[5]。因此從原材料應(yīng)用的角度出發(fā)，在建材領(lǐng)域?qū)﹁F尾礦資源加以利用成為了主要的發(fā)展方向之一，這也在極大程度上滿足了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的客觀要求[6]。

為了明確鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土性能與配置之間的關(guān)系，本文研究了一種鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土的配置方法。即將鐵尾礦陶粒和水泥作為主要原料，對其基本性能參數(shù)加以控制后，將粉煤灰、硅灰、造孔劑、助熔組分、減水劑以及細(xì)砂作為輔助原料，將鐵尾礦陶粒和水泥作為自變量，設(shè)計(jì)了9種鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土的配置方案，并從抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度以及收縮率三個方面對其性能展開了對比分析。

1? ?原料準(zhǔn)備

在研究鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土的制備過程中，首先對具體的實(shí)驗(yàn)原料進(jìn)行準(zhǔn)備。其中最為主要的原料主要為鐵尾礦和水泥[7]，考慮到鐵尾礦自身的屬性特征以及混凝土的實(shí)際應(yīng)用需求，增加了粉煤灰等材料作為添加劑[8]。其中，鐵尾礦的燒失量為2.9%，對應(yīng)的直徑規(guī)格分布區(qū)間為4.92～5.670μm，鐵尾礦的可塑性指數(shù)為12.56。在此基礎(chǔ)上，對其余實(shí)驗(yàn)原料的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)[9]。除了鐵尾礦陶粒之外，測試原料準(zhǔn)備情況如表1所示。

在粉煤灰的具體使用過程中，其所需水量比參數(shù)為88%，對應(yīng)的燒失量參數(shù)為5.4%；對其直徑規(guī)格分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，具體的區(qū)間范圍為10.24～11.185um。在專用微硅粉的具體使用過程中，需水量比參數(shù)為125%，對應(yīng)的燒失量參數(shù)為4.6%。聚羧酸高效減水劑的理論減水率為28%。

在此基礎(chǔ)上，對細(xì)砂的級配情況進(jìn)行分析。其中黃沙的細(xì)度模數(shù)為2.56，含泥量為1.50%；對應(yīng)的堆積密度和表觀密度分別為1505.24kg/m3和2620.17kg/m3，具體的含水率為1.76%。江沙的細(xì)度模數(shù)為1.85，含泥量為1.10%；對應(yīng)的堆積密度和表觀密度分別為1485.24kg/m3和2592.34kg/m3，具體的含水率為1.54%。

對于配置混凝土階段的試驗(yàn)用水，采用普通自來水作為具體的原料。

2? ?配置方案設(shè)計(jì)

在具體的測試過程中，為了能夠更加全面地了解不同因素對于鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土性能的影響，本文設(shè)置了9組參數(shù)不同的混凝土配置方案，如表2所示。

3? ?配置方案測試

以表2所示的9組參數(shù)不同的混凝土配置方案為基礎(chǔ)，開展了具體的測試工作。在對不同鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土配置方案下的性能進(jìn)行分析時，從實(shí)際應(yīng)用需求的角度出發(fā)，分別對混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度以及收縮率進(jìn)行比較。其中，在分析不同測試方案的混凝土抗壓強(qiáng)度時，分別測試了3d抗壓強(qiáng)度和28d抗壓強(qiáng)度，其測試方法如圖1所示。9組不同配置方案的混凝土抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果，如表3所示。

4? ?分析測試結(jié)果

4.1? ?分析抗壓強(qiáng)度

結(jié)合表2所示的9組參數(shù)不同的混凝土配置方案，對表3所示的測試結(jié)果進(jìn)行對比分析后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水泥用量為300.0kg/m3、鐵尾礦陶粒用量為600kg（第2組）時，混凝土的抗壓強(qiáng)度比較高，其3d抗壓強(qiáng)度為19.24MPa、28d抗壓強(qiáng)度為29.37MPa。

以此為基礎(chǔ)，分別從水泥用量和鐵尾礦陶粒用量2個角度對混凝土的抗壓強(qiáng)度發(fā)展情況作進(jìn)一步分析。當(dāng)鐵尾礦陶粒用量為600kg時，對比第2、4、9組的數(shù)據(jù)，混凝土的3d抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出了隨著水泥用量增加逐漸下降的發(fā)展趨勢；然而，28d抗壓強(qiáng)度隨著水泥用量增加，呈現(xiàn)出了先下降再上升的發(fā)展趨勢。

當(dāng)鐵尾礦陶粒用量為300kg/m3時，對比第2、5、8組的數(shù)據(jù)，混凝土的3d抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出了隨著鐵尾礦陶粒用量增加先下降再上升的發(fā)展趨勢，但是整體上升幅度并不明顯，28d抗壓強(qiáng)度隨著水泥用量增加呈現(xiàn)出了逐漸下降的發(fā)展趨勢。

4.2? ?分析劈裂抗拉強(qiáng)度

在此基礎(chǔ)上，再對混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度進(jìn)行測試，得到的測試結(jié)果如表4所示。

根據(jù)表4所示的測試結(jié)果，分析9組不同制備方案的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的特性。當(dāng)水泥用量為350.0kg/m3、鐵尾礦陶粒用量為800kg時（第6組），混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度最高，并與其他實(shí)驗(yàn)組別的測試結(jié)果之間表現(xiàn)出了較為明顯的差異。

在水泥用量為350.0kg/m3的前提下，對比3、6、9組混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)，從水泥用量和鐵尾礦陶粒用量2個角度進(jìn)行細(xì)化分析，發(fā)現(xiàn)隨著鐵尾礦陶粒用量的降低，混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)出穩(wěn)定下降的發(fā)展趨勢；在鐵尾礦陶粒用量為800kg的前行下，對比1、6、8組的數(shù)據(jù)，隨著鐵尾礦陶粒用量的降低，混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)出先下降后上升的發(fā)展趨勢。

4.3? ?分析收縮率

最后，對9組不同配置方案的鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土在1d內(nèi)的收縮率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出的測試結(jié)果如圖2所示。

從圖2所示的測試結(jié)果可以看出，在9種鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土配置方案中，收縮率最高的組別分別為第3、6、9組。以此為基礎(chǔ)對表2所示的原料構(gòu)成情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，這3組的水泥用量均為350kg。由此可以得出結(jié)論：鐵尾礦陶粒用量對于混凝土收縮率的影響并不明顯，而水泥的用量是影響鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土收縮率的主要因素。

5? ?測試和分析結(jié)論

綜合上述測試和分析結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：

一是當(dāng)配制鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土的鐵尾礦陶粒用量一定時，鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土的抗壓強(qiáng)度與水泥用量呈正比例關(guān)系。

二是當(dāng)配制鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土的水泥用量一定時，鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土的抗壓強(qiáng)度與鐵尾礦陶粒用量之間呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的發(fā)展關(guān)系。

三是當(dāng)配制鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土的鐵尾礦陶粒用量一定時，鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度與水泥用量呈正比例關(guān)系。

四是當(dāng)配制鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土的水泥用量一定時，鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度與鐵尾礦陶粒用量之間呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的發(fā)展關(guān)系。

五是鐵尾礦陶粒用量對于混凝土收縮率的影響并不明顯，水泥用量是影響鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土收縮率的主要因素。

6? ?結(jié)束語

本文研究并提出一種鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土的配置方法，測試和分析了原料的不同配置對鐵尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土性能的影響，得出了不同原料組合的最優(yōu)配置結(jié)論。借助該項(xiàng)研究與設(shè)計(jì)，希望能夠?yàn)殍F尾礦陶粒輕質(zhì)透水混凝土的配置和實(shí)際應(yīng)用提供有價值的參考，以使其在建筑行業(yè)發(fā)揮更大的作用，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)鐵尾礦資源的二次利用價值的最大化。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈杏花.工業(yè)固體廢渣在公路工程的應(yīng)用分析：以聚合物陶

粒環(huán)保型材料為例[J].交通世界，2023（22）： 50-52.

[2] 趙威，曹寶月，崔孝煒，等.鐵尾礦基陶?；炷恋闹苽浼?/p>

性能研究[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2022，42（6）：89-93.

[3] 李國峰，那威，田江濤，等.鐵尾礦基陶粒的物理力學(xué)性能

及其微觀性質(zhì)研究[J].金屬礦山，2022（10）：245-249.

[4] 趙威，曹寶月，崔孝煒，等.鐵尾礦基超輕陶粒的制備及性

能研究[J].非金屬礦，2022，45（2）：82-85.

[5] 趙威，曹寶月，周春生，等.鐵尾礦基輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒的制備

及應(yīng)用研究[J].非金屬礦，2022，45（1）：71-73+77.

[6] 王光瑜，杜永勝，張紅霞，等.共伴生多金屬尾礦中重金屬

的高溫固化研究進(jìn)展[J].中國陶瓷，2021，57（9）：1-6+18.

[8] 汪學(xué)彬，楊重卿，張祥偉，等.工業(yè)固體廢棄物制備陶粒及

其應(yīng)用研究進(jìn)展[J].中國粉體技術(shù)，2021，27（2）：1-8.

[8] 李育彪，潘夢真，蹇守衛(wèi)，等.低硅鐵尾礦制備輕質(zhì)陶粒試

驗(yàn)研究[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2022，42（6）：73-80.

[9] 王宏，王丹丹，朱平，等.基于三元骨料體系的LC60輕骨

料混凝土性能試驗(yàn)研究[J].混凝土與水泥制品， 2022（3）：

96-100.