铁尾矿砂对普通干混砂浆耐久性影响的试验研究

孙健，谷向民，殷学宇，王敏，吕新锋

（山东鲁碧建材有限公司，山东 济南 271100）

0 前言

干混砂浆是近年随着建筑业科技进步和文明施工要求发展起来的新型建筑材料，与传统的现场搅拌砂浆相比，干混砂浆具有许多明显优势：（1）产品质量高，可满足不同的用途和性能要求；（2）有利于使用自动化施工机具，可提高施工效率；（3）有利于推进墙体材料革新工作，便于文明施工和减少环境污染[1]。干混砂浆主要为用量大的普通砌筑砂浆、普通抹灰砂浆和用于建筑地面及屋面面层或找平层的普通地面砂浆[2-3]。干混砂浆的发展可推动利用尾矿废石、钢渣、矿渣等固体废弃物制成的人工砂代替天然砂[4-5]，会带动良好社会经济效应[6]。

随着我国工业化地迅速发展，矿产资源的需求与日俱增，而我国大多数矿山资源品位较低，在选矿过程中产生大量的尾矿，导致尾矿量不断增加，尾矿在工业固体废弃物中所占的比例也越来越大。尾矿属选矿后的废弃物，是工业固体废弃物的主要组成部分[7]。目前，我国发现的矿产有 150 多种，开发建立了 8000 多座矿山，累计产生尾矿 5900 多亿 t[8-9]。

本文主要利用铁尾矿砂部分取代河砂或机制砂，组成混合骨料，研究铁尾矿砂对干混砂浆耐久性能（抗冻性、抗渗性和收缩性能等）的影响。

1 试验原材料、试验仪器、试验方法

1.1 试验原材料

（1）水泥：山东鲁碧建材有限公司 P·O42.5 水泥，比表面积为 383kg/m2，细度为 1.1%。

（2）粉煤灰：山东济南莱城电厂 F 类Ⅱ级灰，需水量比为 104%，比表面积为 392kg/m2，45μm 筛筛余为 18.1%。

（3）砂：干混砂浆用河砂和机制砂、铁尾矿砂的细度模数及累计筛余等如表 1 所示。

表 1 河砂、机制砂和铁尾矿砂累计筛余及细度模数

（4）纤维素醚：采用山东常春藤建材科技有限公司生产的 10 万 MPa·s 羟丙基甲基纤维素醚。

（5）水：饮用自来水。

1.2 试验仪器

砂子方孔标准筛网一套（Φ300mm，孔径边长0.075～4.75mm），砂浆搅拌机、压力试验机、振动台、YH-40B 标准恒温恒湿养护箱、全自动抗冻仪、SJS-1.5 型砂浆抗渗仪、收缩率仪器一套、电热鼓风干燥箱、AL204 电子天平和 DJ 系列电子天平等。

1.3 试验方法

抗冻性、抗渗性、收缩率、试件制作与养护等试验测试按照 JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行。

2 铁尾矿砂掺量对干混砂浆耐久性能的影响

2.1 添加铁尾矿砂砌筑砂浆耐久性能对比试验

根据铁尾矿砂、粉煤灰、纤维素醚对混合骨料砌筑砂浆力学性能及工作性能的影响试验，分别以 10%、30% 铁尾矿砂取代机制砂、河砂，粉煤灰掺量为 30%和 20%，纤维素醚在铁尾矿砂、机制砂或河砂混合骨料砂浆中分别是 0.1%、0.125%，通过调整需水量，控制砂浆稠度在 70～80mm，分别与未添加铁尾矿砂砌筑砂浆耐久性（抗冻性、抗渗性）进行对比试验，抗冻试验及抗渗试验结果如表 2 所示。

从表 2 中可以看出：经 25 次冻融循环后，用 10%铁尾矿砂取代机制砂混合骨料砂浆强度损失率相对未添加铁尾矿砂强度损失率降低 41.3%，质量损失率降低13.8%；用 30% 铁尾矿砂取代河砂混合骨料砂浆强度损失率相对未添加铁尾矿砂砂浆强度损失率降低 5.8%，质量损失率则降低 59.1%。两种混合骨料砂浆抗冻性能相比较，铁尾矿砂与机制砂混合骨料砂浆抗冻性能改善效果优于铁尾矿砂与河砂混合骨料的改善效果。

从表 2 中还可以看出：用铁尾矿砂取代机制砂或河砂混合骨料砂浆抗渗等级相同或有所提高，铁尾矿砂与机制砂混合骨料砂浆抗渗等级相对机制砂砂浆抗渗等级由 P9 增加至 P10，而铁尾矿砂与河砂混合骨料砂浆抗渗等级与未添加铁尾矿砂砂浆抗渗等级一致，均为P8。

2.2 添加铁尾矿砂抹灰砂浆耐久性能对比试验

根据铁尾矿砂、粉煤灰、纤维素醚对混合骨料抹灰砂浆力学性能及工作性能的影响试验，分别以30%、50% 铁尾矿砂取代机制砂、河砂，粉煤灰掺量为 20%，纤维素醚在铁尾矿砂、机制砂或河砂混合骨料砂浆中均为 0.1%，通过调整需水量，控制砂浆稠度在90～100mm，分别与未添加铁尾矿砂抹灰砂浆耐久性（抗冻性、抗渗性、收缩性）进行对比试验，抗冻试验及抗渗试验结果如表 3 所示，收缩性试验结果如表 4 所示。

由表 3 中可以看出：经 25 次冻融循环后，铁尾矿砂与机制砂混合骨料抹灰砂浆强度损失由 16.6% 降低至 15.9%，降低幅度为 4.2%，质量损失由 0.28% 降低至 0.26%，降低幅度为 7.1%；铁尾矿砂与河砂混合骨料抹灰砂浆强度损失由 23.9% 降低至 23.5%，降低幅度为 1.6%，质量损失由 0.44% 降低至 0.19%，降低幅度为 56.8%。

由表 3 中还可以看出：机制砂或河砂与铁尾矿砂混合应用砂浆抗渗等级均有所提高，铁尾矿砂与机制砂抗渗等级相对机制砂抹灰砂浆由 P8 提高至 P9，铁尾矿砂与河砂抗渗等级相对河砂抹灰砂浆由 P6 提高至 P7。

由表 4 中可以看出：无论机制砂还是河砂，与铁尾矿砂混合后砂浆早期收缩相对未添加铁尾矿砂的砂浆收缩有所增加，但是后期收缩逐渐降低甚至低于未添加铁尾矿砂的砂浆收缩率。另外，相同龄期时，铁尾矿砂与机制砂混合砂浆收缩率低于铁尾矿砂与河砂混合砂浆收缩率，这是因为河砂砂浆需水量相对较高，导致砂浆收缩会相对大些。

表 2 铁尾矿砂砌筑砂浆抗冻性、抗渗性试验结果

表 3 铁尾矿砂抹灰砂浆抗冻性、抗渗性试验结果

表 4 铁尾矿砂抹灰砂浆收缩性能试验结果

3 结论

（1）铁尾矿砂细度模数较小、颗粒偏细，不宜单独制备普通干混砂浆；可与机制砂或河砂进行复掺，以获得满足符合连续级配及细度模数的混合砂。

（2）铁尾矿砂与机制砂或河砂混合应用于砌筑或抹灰砂浆中，均可提高砂浆抗冻性和抗渗等级，添加铁尾矿砂砂浆的早期收缩率会有所增加，但是后期收缩率会逐渐降低，甚至低于未添加铁尾矿砂砂浆收缩率。因此，利用铁尾矿砂与常用砂浆用砂混合使用是可行的，且有重要的研究意义。