大掺量铁尾矿砂在预拌混凝土中的试验研究_胡新军.pdf

d o i:1 0.3 9 6 3/j.i s s n.1 6 7 4-6 0 6 6.2 0 2 3.0 1.0 0 3大掺量铁尾矿砂在预拌混凝土中的试验研究胡新军1,胡胜雄1,马海军2,万惠文3(1.武汉华强新型建筑材料有限公司,武汉4 3 0 0 0 0;2.湖北地兴绿源建筑材料有限公司,武汉4 3 0 0 0 0;3.武汉理工大学,武汉4 3 0 0 7 0)摘 要:采用铁尾矿砂与机制砂混掺成混合砂制备混凝土,主要研究了铁尾矿砂对混凝土工作性能、力学性能、干缩性能的影响。结果表明,制备C 3 0混凝土时,可用5 0%铁尾矿砂与5 0%机制砂作混合砂;而制备C 5 0混凝土时,铁尾矿砂与机制砂的合适比例为4 0%6 0%。铁尾矿砂对混凝土的流动性和坍落度损失影响都较小,但对混凝土的粘聚性影响较大。掺有铁尾矿砂的混凝土力学性能要比基准混凝土高,弹性模量也大;掺有铁尾矿砂的混凝土干燥收缩性能要好于基准混凝土。关键词:预拌混凝土;铁尾矿砂;混合砂;工作性能;力学性能E x p e r i m e n t a l S t u d yo f I r o n-t a i l i n gS a n dw i t hL a r g eC o n t e n t i nR e a d y-m i x e dC o n c r e t eHUX i n-j u n1,HUS h e n g-x i o n g1,MA H a i-j u n2,WAN H u i-w e n3(1.Wu h a nH u a q i a n gN e wB u i l d i n gM a t e r i a l sC oL t d,W u h a n4 3 0 0 0 0,C h i n a;2.H u b e iD i x i n gL u y u a nB u i l d i n gM a t e r i a l sC oL t d,W u h a n4 3 0 0 0 0,C h i n a;3.Wu h a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,W u h a n4 3 0 0 7 0,C h i n a)A b s t r a c t:T h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e dt h e i n f l u e n c eo f i r o n-t a i l i n gs a n do nt h ew o r k a b i l i t y,m e c h a n i c a l p r o p e r t i e sa n dd r y i n gs h r i n k a g ep r o p e r t yo f c o n c r e t ew h i c hu s e dt h em e t h o do fp r e p a r i n gc o n c r e t ew i t hm i x e ds a n dm a d eo f i r o n-t a i l-i n gs a n da n dm e c h a n i c a l s a n d.T h er e s u l t ss h o w e dt h a t 5 0%i r o n-t a i l i n gs a n da n d5 0%m e c h a n i c a l s a n dc a nb eu s e da sm i x e ds a n dw h e np r e p a r i n gC 3 0c o n c r e t e;W h e np r e p a r i n gC 5 0c o n c r e t e,t h e a p p r o p r i a t e r a t i oo f i r o n-t a i l i n gs a n d t om a-c h i n e-m a d es a n dw a s4 0%6 0%.F o rc o n c r e t e,i r o n-t a i l i n gs a n dh a dl i t t l ei m p a c to ni t sf l u i d i t ya n ds l u m pl o s s,b u th a dag r e a t e r i m p a c t o n i t s c o h e s i v e n e s s.T h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e so f c o n c r e t em i x e dw i t h i r o n-t a i l i n gs a n dw e r eh i g h e rt h a nt h a to f b e n c h m a r kc o n c r e t e,a n d t h e e l a s t i cm o d u l u sw a s a l s oh i g h e r.T h ed r y i n gs h r i n k a g ep e r f o r m a n c e o f c o n c r e t em i x e dw i t h i r o n-t a i l i n gs a n dw a sa l s ob e t t e r t h a nt h a to fb e n c h m a r kc o n c r e t e.K e yw o r d s:r e a d y-m i x e dc o n c r e t e;i r o n-t a i l i n gs a n d;m i x e ds a n d;w o r k a b i l i t y;m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s收稿日期:2 0 2 2-1 1-2 1.作者简介:胡新军(1 9 7 6-),高级工程师.E-m a i l:1 6 4 7 7 9 4 8 1q q.c o m混凝土是目前世界上使用最大宗的建筑材料1。随着我国基础建设的迅速推进,预拌商品混凝土的需求量日益增长,而作为混凝土生产过程中最重要且用量最多的主要原材料 砂和石,对混凝土的制备、性能、经济性都将产生巨大的影响2-4。由于天然砂的短缺,混凝土生产企业不得不采用机制砂和工业固体废弃物作细骨料代替天然砂来制备混凝土5-7。铁尾矿砂是选矿厂将矿石磨细选取有用成分后排放的废弃物8。由于我国大多数矿山资源品位较低,在选矿过程中会产生大量的尾矿,导致尾矿量不断增加。据不完全统计,我国目前发现的矿产有1 5 0多种,开发建立了80 0 0多座矿山,累计生产尾矿7 08 0亿t,其中堆存的铁尾矿量约2 5亿t以上9,1 0。大量堆存的尾矿不仅占用了许多土地,对周边的环境也造成了严重污染,推广应用和消纳尾矿的工作已刻不容缓。铁尾矿砂是一种材料性能与天然砂相近的细骨料,颗粒粒径小,具有表面粗糙、多棱角、粉料多等特点,可以与机制砂混掺作混合砂应用在混凝土生产中1 1。8建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第1期论文对铁尾矿砂的化学成分、矿物组成、物理特性进行了分析,采用铁尾矿砂与机制砂混掺成混合砂制备混凝土,研究了铁尾矿砂对混凝土工作性能、力学性能、干缩性能的影响。1 试 验1.1 原材料1)水泥:湖北亚东水泥有限公司生产的P O 4 2.5水泥,化学组成如表1所示,物理性能如表2所示。表1 水泥、矿渣微粉、粉煤灰、铁尾矿砂化学成分w/%原材料C a OS i O2A l2O3F e2O3M g OS O3K2ON a2OL O I水泥6 1.1 42 1.5 25.7 63.6 41.0 32.5 50.6 20.1 13.1 7矿粉3 9.8 53 2.8 11 5.7 70.5 67.8 42.0 90.5 70.3 8-0.1 7粉煤灰2.4 55 8.6 22 2.4 36.7 21.7 00.8 72.4 80.1 43.5 6铁尾矿砂1 2.6 83 6.5 11 0.7 11 6.7 24.2 93.6 01.3 02.0 51 1.0 8表2 P O 4 2.5水泥物理性能比表面积/(m2k g-1)安定性(雷氏夹法)/mm标准稠度/%凝结时间/m i n初凝终凝抗折强度/MP a3d2 8d抗压强度/MP a3d2 8d3 4 822 7.01 2 51 8 35.48.92 7.35 0.7 2)粉煤灰:武汉青山热电厂二级灰,化学成分如表1所示;细度(4 5m方孔筛筛余)1 5.2%,烧失量3.5 6%,需水量比9 7%,2 8d活性指数7 8%。3)矿粉:武新新型建材有限公司生产的S 9 5级矿粉,化学成分如表1所示;比表面积4 1 5m2/k g,2 8d活性指数1 0 2%。4)铁尾矿砂:产自湖北黄石,化学成分如表1所示。除表1所列化学成分外,还含有其它少量金属氧化物,如T i O2约0.4 4%,C u O约0.0 2 7%,Z n O约0.0 2%,P b O约0.0 5 2%等。铁尾矿砂的颗粒级配分析如表3所示,细度模数为0.8,属于特细砂。通过对铁尾矿砂进行X R D分析可知(见图1),其主要矿物组成有石英(S i O2)、石灰石(C a C O3)、赤铁矿、白云石、绿泥石以及黑云母等。表3 铁尾矿砂颗粒级配分析筛孔尺寸/mm0.0 7 50.1 50.3 00.6 01.1 82.3 64.7 5累计筛余/%8 3.76 1.41 7.71.6000 5)减水剂:武汉苏博新型建材有限公司生产的聚羧酸高性能减水剂,固含量1 6.5%,减水率2 7%(对胶凝材料掺量1.5%)。6)机制砂:机制砂产自湖北京山,筛析结果如表4所示,细度模数3.5,石粉含量8.2%。表4 机制砂颗粒级配分析筛孔尺寸/mm0.1 50.3 00.6 01.1 82.3 64.7 5累计筛余/%9 9.29 4.37 5.85 6.23 5.48.2 7)碎石:产自湖北京山。满足52 0mm连续级配要求,级配良好。1.2 混凝土配合比实验室分别采用不同掺量的铁尾矿砂与机制砂作混合砂制备C 3 0混凝土,砂率控制在4 5%。A 0为1 0 0%机制砂,A 1A 5分别表示混合砂中铁尾矿砂占1 0%5 0%。采用4 0%铁尾矿砂和6 0%机制砂作混合砂制备C 5 0混凝土,砂率控制在4 0%。其配合比如表5所示。9建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第1期表5 掺有铁尾矿砂的C 3 0和C 5 0混凝土配合比/(k gm-3)编号水泥粉煤灰矿粉混合砂铁尾矿砂机制砂碎石水减水剂A 0(C 3 0基准)2 1 07 57 508 5 010 3 81 6 25.8A 12 1 07 57 58 57 6 510 3 81 6 25.8A 22 1 07 57 51 7 06 8 010 3 81 6 25.8A 32 1 07 57 52 5 55 9 510 3 81 6 25.8A 42 1 07 57 53 4 05 1 010 3 81 6 25.8A 52 1 07 57 54 2 54 2 510 3 81 6 25.8B 0(C 5 0基准)2 8 49 89 807 1 510 7 21 6 37.7B 12 8 49 89 82 8 64 2 910 7 21 6 37.71.3 试验方法混凝土容重、含气量、凝结时间、工作性能(坍落度及损失)试验测试按照G B/T 5 0 0 8 02 0 1 6 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 进行。混凝土试件制作与养护、抗压强度测试按照G B/T 5 0 0 8 12 0 1 9 普通混凝土力学性能试验方法标准 进行。混凝土的干缩试验按照G B/T 5 0 0 8 22 0 0 9 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 进行。2 结果与讨论2.1 铁尾矿砂掺量对混凝