尾矿砂石混凝土的施工性能研究

摘要：为解决本地区大量尾矿料的堆积存放问题，研究在普通混凝土中加入尾矿料替换天然砂石，验证尾矿料混凝土的施工技术指标，论证其使用推广的可行性。

关键词：尾矿砂；尾矿石；坍落度；混凝土

中图分类号： TU37 文献标识码： A 文章编号：

1试验原材料

(1)水泥和掺合料

水泥(C)为P·O42.5，掺合料为唐电II级粉煤灰(FA)、鑫泉S95粒化高炉矿渣(GBFS)及迁安铁尾矿粉(P)。P·O42.5水泥28天实测强度为53.6MPa，细度为0.08mm筛余3.1%，比表面积342m2/kg，标准稠度用水量27.2%，初凝时间146min，终凝时间186min。

尾矿粉是指尾矿砂中粒径小于0.075mm的部分。

(2)集料试验用细集料主要为迁安、遵化尾矿砂，试验用粗集料主要是与尾矿砂同一来源的尾矿石；对照用的集料分别为天然砂(迁安河砂)和普通碎石(丰润石灰石质碎石)。

(3)水和外加剂

拌合用水为市供自来水。高效减水剂为UF-5水剂(固体含量30%)，再加1.1％缓凝剂；泵送剂为方兴JF-9泵送剂。

2试验方案及方法

(1)集料混合对C30混凝土坍落度的影响

分别改变迁安的尾矿砂和尾矿石在细集料和粗集料中的比例，其它组分不变，外加剂掺量以胶凝材料质量的2.5%计，按表所示配合比配制C30混凝土，按《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》(GB/T50080-2002)进行测试混凝土的坍落度和坍落扩展度。

(2)不同强度等级尾矿砂石混凝土与天然砂石混凝土施工性能的对比

分别用遵化尾矿砂石和迁安尾矿砂石按不同强度等级配制混凝土，比较与天然砂石混凝土的施工性能。用遵化尾矿砂石配制混凝土的配合比见表。

表1 集料中尾矿砂石所占比例对混凝土坍落度影响试验配合比

表2 尾矿砂石对混凝土施工性能影响试验配合比(遵化)

3试验结果及讨论

1) 对坍落度的影响

(1)集料混合对C30混凝土坍落度的影响

为了便于比较，当粗集料固定时，细集料的变化对坍落度的影响示于图1，当细集料固定时，粗集料的变化对坍落度的影响示于图2。

图1 细集料中尾矿砂所占比例对混凝土坍落度的影响

从图1来看，全以普通碎石作粗集料(尾矿石0%)时，随着尾矿砂在细集料中所占比例的升高，坍落度呈逐渐减小趋势，影响因素主要是尾矿砂的细度模数小于天然砂、尾矿砂粗糙的表面特征等。全以尾矿石作粗集料(尾矿石100%)时，随着尾矿砂在细集料中所占比例的升高，坍落度呈逐渐增大趋势，且总体上坍落度小于全以普通碎石作粗集料时的情形。尾矿石与普通碎石混合作粗集料(尾矿石25-75%)时，尾矿砂在细集料中所占比例为50%左右时坍落度出现最大值，尤其是尾矿石、尾矿砂在粗细集料中各占50%时的坍落度最大，这可能是集料混合后，使粗细集料的级配得到改善有关。

从图2来看，全以天然砂(尾矿砂0%)或全以尾矿砂(尾矿砂100%)作细集料时，随着尾矿石在粗集料中所占比例的升高，坍落度呈逐渐减小趋势，细集料全为天然砂时坍落度减小得快一些。尾矿砂与天然砂混合作细集料(尾矿砂25-75%)时，随着尾矿石在粗集料中所占比例的增加，坍落度先增加、达到最大值后再减小，说明集料混合对级配的影响，进而影响到混凝土的坍落度。

图2 粗集料中尾矿石所占比例对混凝土坍落度的影响

(2)不同强度等级尾矿砂石混凝土的坍落度

从实验结果来看，在用水量相同、水灰比相同、外加剂用量基本相同的情况下，尾矿砂石混凝土的坍落度小于天然砂石混凝土。在用水量相同、水灰比相同的情况下，若要获得相同的坍落度，则需要增加外加剂用量。

尾矿砂石混凝土与天然砂石混凝土初始坍落度相同时，30分钟及1小时坍落度损失值，尾矿砂石混凝土的经时损失略小于天然砂石混凝土。这是因为尾矿砂石混凝土使用了较多的外加剂。

2) 对凝结时间的影响

通过试验可以看出，坍落度相近时，尾矿砂石混凝土初终时间与天然砂石混凝土相近，或略长于天然砂石混凝土，延长时间约1-2小时。这是因为，坍落度相近时，尾矿砂石混凝土需外加剂较多，而外加剂中含有缓凝组分，从而使凝结时间延长，应控制缓凝组分或不采用复配方式掺用外加剂。

3) 对泵送混凝土的泵送性能的影响

在实际工程中进行了泵送混凝土实验。混凝土在混凝土搅拌站搅拌，用混凝土搅拌车运送至施工现场。施工现场采用徐工重型机械厂生产的XZJ5260THB36型汽车泵输送混凝土。

泵送混凝土约1000m3，泵送高度21m。实验证明，配合比相同、坍落度相近时，尾矿砂石混凝土与天然砂石混凝土泵送性能相差无几。但胶凝材料用量少时(约300kg/m3以下)，如果配合比不加特殊调整，泵送性能较差。

在实验中也发现了几个容易出现的问题：

(1)浇筑过程中连续泵送时，很正常，但是中途停止20分钟以上再次泵送时，管内会出现摩擦阻力增大现象，待克服阻力后再进入正常泵送状态。

(2)施工完毕后，如按对待天然砂石混凝土方法直立后加水清洗尾矿砂石混凝土，砂浆稀释后，砂石集中下沉，容易将根部弯管堵塞，不能顺利完成洗泵工作。因此，洗泵时要摸索最佳方法。

4) 对保水性、粘聚性和离析的影响

在实验过程中，每次搅拌均观察尾矿砂石对新拌混凝土泌水性、粘聚性及离析性的影响，总结如下：

(1)对保水性的影响

同配合比时，尾矿砂石混凝土成型后，试件表面泌水量比天然砂石混凝土略多，特别是对坍落度要求较大的混凝土更为明显。

(2)对粘聚性的影响

相同配合比时，铁尾矿砂石混凝土略差于天然砂石混凝土，中低强度混凝土较明显。

(3)对离析的影响

由于尾矿砂多棱角、集料颗粒间机械啮合力大，使得拌和物流变学性能较差，容易出现浆体与集料分离，配合比调整不当影响粘聚性而产生离析。这在水泥用量少的混凝土中较为突出。

5) 对混凝土容重的影响

通过试验中尾矿砂石与天然砂、普通碎石的密度对比可以看出，尾矿砂的表观密度比天然砂高出50-100kg/m3，尾矿石的表观密度比普通碎石(石灰石质)高出80-120kg/m3。从表来看，尾矿砂石混凝土拌和物容重比天然砂石混凝土稍大，大体上为50-100kg/m3。

6) 尾矿砂石混凝土拌和物流动性研究

从实验对比来看，尾矿砂石混凝土的坍落度和天然砂石混凝土相同或相近时，尾矿砂石混凝土的坍落扩展度明显小于天然砂石混凝土。因为尾矿砂颗粒粗糙、多棱角，颗粒间相互咬合，使得尾矿砂石混凝土内摩擦力较大，同时也由于尾矿砂吸水率较大，所以与同样坍落度的天然砂石混凝土相比，尾矿砂石混凝土的流动性要小一些。