铁尾矿砂和机制砂复掺制备高性能混凝土

赵 杰

（安徽中铁工程材料科技有限公司，安徽 合肥 230000）

1 引言

目前，随着国家建筑业的发展，我国大多数地区在制备混凝土时很少用天然河砂作细骨料，主要原因是：天然河砂资源有限，短期内不可再生，且对远距离运输不利；过度开采天然河砂对自然环境造成的压力与日俱增。用机制砂或铁尾矿砂替代天然河砂制备混凝土，已成为国内外混凝土行业可持续发展的必然趋势。

与天然河砂相比，机制砂具有颗粒粗糙、棱角多、级配差、石灰石粉含量多（水洗前）、断档（尤其水洗后）等缺点，使用机制砂配制混凝土容易出现离析、泌水、工作性差等现象。铁尾矿砂是铁矿石经磨细、分选后形成的粒径小于4.75mm的颗粒，一般堆存于尾矿库中，主要由工艺固体废弃物组成。铁尾矿砂是一种材料性能与天然河砂相近的细骨料，细度模数一般为0.7～2.2，表面粗糙、多棱角。本文主要是利用铁尾矿砂与机制砂复掺制备高性能混凝土，研究铁尾矿砂对高性能混凝土工作性能和抗压强度的影响。

2 试验原材料、试验仪器及试验方案

2.1 试验原材料

（1）水泥：P·O42.5，海螺水泥集团安徽合肥海螺分厂产，密度 3.25g/cm3，比表面积350m2/kg，安定性合格（雷氏夹法），3d、28d抗压强度分别为23.7MPa、46.8MPa。

（2）粉煤灰：F类二级粉煤灰，细度19.8%，需水量比101%，烧失量 0.98%，安徽省合肥市巢湖电厂产。

普通硅酸盐水泥、二级粉煤灰的化学成分见表1。

表1 P·O42.5水泥和二级粉煤灰化学成分

（3）细骨料：细铁尾矿砂，安徽省马鞍山某铁尾矿堆放厂产，细度模数1.39，表观密度2 920kg/m3，筛分试验结果见表2；机制砂，安徽省合肥市肥西某机制砂厂产，细度模数3.02，表观密度2 830kg/m3，筛分试验结果见表3。

表2 铁尾矿砂的筛分试验结果

表3 机制砂的筛分试验结果

（4）粗骨料：5～16mm、10～25mm两级配碎石（3∶7），安徽省合肥肥东某石料厂产。

（5）外加剂：聚羧酸高性能减水剂，安徽中铁工程材料科技有限公司产。

（6）水：为饮用自来水，符合混凝土用水标准《混凝土用水标准》（JGJ 63-2006）规定的拌和用水要求。

2.2 试验仪器

强制式混凝土搅拌机J-60、混凝土含气量测定仪、万能试验压力机、坍落度筒等。

2.3 试验方案

本文主要研究铁尾矿砂与机制砂复掺对C30高性能混凝土性能（工作性能和抗压强度）的影响，其中，铁尾矿砂与机制砂的复掺比例为0∶100、5∶95、10∶90、15∶85、20∶80、25∶75、30∶70、35∶65、40∶60、45∶55。C30高性能混凝土配合比见表4。

表4 C30高性能混凝土配合比设计方案

3 试验结果与分析

3.1 铁尾矿砂不同掺量对C30高性能混凝土工作性能的影响

铁尾矿砂不同掺量对C30高性能混凝土工作性能影响的试验结果见表5。

表5 铁尾矿砂不同掺量对C30高性能混凝土工作性能影响的试验结果

从表5可以看出，当铁尾矿砂与机制砂复掺时，随着铁尾矿砂掺量的不断增加，C30高性能混凝土的柔和性先逐渐变好而后逐渐变差，流速先逐渐变快而后逐渐变慢，黏度由差变好后变大，石子包裹性由差逐渐变好，含气量变化不大，都在2.0%～4.0%之间（正常范围内）。综合铁尾矿砂与机制砂复掺对C30高性能混凝土工作性能（柔和性、流速、黏度、石子包裹性等）和含气量的影响，铁尾矿砂的最佳掺量应控制在15%～25%范围内。

3.2 铁尾矿砂不同掺量对C30高性能混凝土抗压强度的影响

铁尾矿砂不同掺量对C30高性能混凝土抗压强度影响的试验结果见表6。

从表6可以看出，当铁尾矿砂与机制砂复掺时，随着铁尾矿砂掺量的不断增加，C30高性能混凝土抗压强度先逐渐增加而后逐渐下降，且铁尾矿砂对C30高性能混凝土3d、7d和28d（不同龄期）抗压强度的影响规律基本一致。另外，从表6中的试验数据还可以看出，当铁尾矿砂掺量为20%时，C30高性能混凝土3d、7d和28d抗压强度都达到最大值，并且随着铁尾矿砂掺量的增加，C30高性能混凝土3d、7d和28d抗压强度都会下降。综合铁尾矿砂与机制砂复掺对C30高性能混凝土抗压强度的影响，铁尾矿砂的最佳掺量应控制在20%左右。

4 结语

综上所述，可以得出结论：

（1）综合铁尾矿砂与机制砂复掺对C30高性能混凝土工作性能（柔和性、流速、黏度、石子包裹性等）和含气量的影响，铁尾矿砂的最佳掺量范围在15%～25%之间。

（2）从铁尾矿砂对C30高性能混凝土3d、7d和28d（不同龄期）抗压强度的影响规律可知，铁尾矿砂的最佳掺量应控制在20%左右。

（3）综合铁尾矿砂与机制砂复掺时对C30高性能混凝土工作性能和抗压强度的影响，铁尾矿砂的最佳掺量应控制在20%左右。