尾矿砂在混凝土中的应用

摘要：本文以尾矿砂作细集料，以不同的比率取代天然砂，进行了大流动性混凝土的配制研究用PO42.5R级水泥，内掺20%S95级矿渣微粉，外掺15%Ⅱ级粉煤灰和1%高效减水剂，水胶比分别为0.52和0.42，砂率分别为42%和40%，在尾矿砂以20%、40%、60%、80%和100%的比率取代天然砂时，均能配制出和易性与强度都能满足要求的C30、C40大流动性混凝土。

关键词：尾矿砂；指标；应用

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

引言

由于混凝土在建筑中的大量使用，致使在短期内不可再生的天然砂资源日益短缺，许多地方甚至出现了供不应求的状况。天然砂价格飙升至每吨130多元，建筑成本大为提高。积极开发石屑砂、尾矿砂等人工砂在砼中的应用技术和途径具有一定的社会和经济效益。部分铁矿储有大量闲置废弃的尾矿，这些日积月累的尾矿占用土地、破坏土壤、瘀塞河道，二次扬尘还会污染环境。开发尾矿砂在建筑材料中的应用，不仅解决了天然集料濒临匮乏的问题，还开辟了冶金固废资源再生利用的新途径，减少了环境污染，可谓一举多得。

一、尾矿砂的实验

1.原材料

通过适当的筛选处理，选用唐山市迁安尾矿砂作为原材料，其筛析结果和性能测试结果分别见表1与表2。

表1尾矿砂筛析结果

试验所用天然砂为滦河河砂，Ⅱ区中砂，细度模数2.7。石子为5～25mm连续级配碎石。

2.混合砂

尾矿砂分别以20%、40%、60%、80%和100%的比率取代天然砂，配制成混合砂，经筛分试验，均为Ⅱ区中砂。混合砂筛析结果见表3。

表3 混合砂筛析试验结果

3.混凝土配合比

采用事先调和好的混合砂，配制了C30, C40强度等级的大流动性砼。矿渣微粉以20%的比率内掺等量取代水泥。为改善砼和易性，外掺15%粉煤灰，外加剂掺1%。C30砼水胶比为0.52，砂率为42%；C40砼水胶比为0.42，砂率为40%。各材料用量（砼配合比）见表4。

表4混凝土配合比

4.坍落度的损失

现代建筑多采用商品混凝土，商品混凝土从搅拌、运输到浇注约需1～2h，其间坍落度会随着时间的推移而逐渐减小，称为坍落度经时损失。如果坍落度损失过大，砼在浇注前就会失去应有的流动性，影响工程质量。

为检验尾矿砂对大流动性砼坍落度经时损失的影响，对C30掺入量分别为0、60%和100%的砼拌合物进行了坍落度经时损失试验，结果见图2。

由图2可知，在取代率为60%时，尾矿砂砼坍落度经时损失较小（与基准砼相当），1h后仍保持较大的流动性。由此可以认为，在尾矿砂取代率不大于60%时，其砼坍落度经时损失都不大。但尾矿砂取代率达到100%时，砼坍落度经时损失较大，40min左右就不能满足砼大流性的要求。

根据上述实验可得：①尾矿砂吸水率大于天然砂，所以，掺入量过大时，随着时间的推移，尾矿砂会吸收砼拌合物内较多的自由水，造成砼拌合物坍落度经时损失过大。②尾矿砂掺入量过大时，砼保水性稍差，水分易泌出并蒸发损失，造成砼拌合物坍落度经时损失过大。而在适宜的掺入量下，尾矿砂砼坍落度经时损失并不大，这是因为双掺的矿渣微粉与粉煤灰具有“形态效应”和“微集料效应”，可大幅度减少坍落度经时损失，从而有效地消除了尾矿砂对砼坍落度经时损失带来的负面影响。

二、尾矿砂砼生产与施工质量控制

由于天然砂紧缺及价格因素，人工砂被越来越多地应用到混凝土中。尾矿砂作为人工砂的一种，其在混凝土中的应用也常有报道。但尾矿砂存在自身缺陷，如吸水率大、空隙率大、多棱角和表面粗糙等。为保证质量，应特别加强尾矿砂砼生产与施工过程的质量控制。

1.针对尾矿砂吸水率比较大的特点，为防止尾矿砂商品混凝土在高温季节经长距离运输或长时间停放时，坍落度经时损失过大，建议做到：①使用饱和面干的尾矿砂，以避免尾矿砂吸收大量的自由水，给坍落度带来较大的损失。②可用后掺法加入外加剂（减水剂、泵送剂等），以保证砼在浇注现场具有施工所要求的流动性。③在设计砼配合比时，根据实际情况（距离远近、气温高低、时间长短等），适当增大坍落度初始设计值，以补偿硷运输或施工过程中的坍落度经时损失。

2.尾矿砂表面粗糙、空隙率大，为改善砼和易性，对尾矿砂砼应掺加一定量的矿物掺合料，如Ⅱ级以上粉煤灰、矿渣微粉等。

3.尾矿砂砼保水性稍差，水分易泌出并蒸发损失，所以振捣要适度，切不可过振，并特别注意加强早期（7～14d内）的保温保湿养护，以防干裂。

三、尾矿砂的优点

目前,我国普通干粉砂浆生产中主要使用天然河砂.河砂具有光滑的表面,大多呈球形,在配制砂浆过程中只需少量胶凝材料包裹以及少量的拌合水,粒径级配合理的河砂无疑是生产干粉砂浆最好的骨料.但是我国许多地方由于长年无序开采河砂,导致大量河道砂源基本接近枯竭,严重破坏生态环境平衡,因此国家政府已经禁止河道采砂.因此,建筑干粉砂浆行业必须寻找天然河道砂以外新的用砂途径.那就是尾砂矿,用尾砂矿代替天然河砂有哪些好处呢?尾矿砂取代天然河砂来配制干混砂浆,只要掺量得当、严格控制其石粉含量和MB值,使用尾矿砂配制干混砂浆在技术是完全可行的;尾矿砂取代天然河砂,既可以解决尾矿砂对污染环境以及占用土地的问题,又提高了资源利用率;利用尾矿砂生产普通干混砂浆是固体废弃物综合利用的新途径,是解决天然砂资源短缺的有效措施,符合发展循环经济和建设资源节约型社会的总要求.

四、使用尾矿砂注意事项

1.对于需要长距离运输的流动性或大流动性商品混凝土来说，若考虑坍落度经时损失，尾矿砂取代率以不超过60%为宜，否则，坍落度经时损失较大，将不能满足流动性要求。

2.配制尾矿砂混凝土，应掺加一定量的磨细矿物掺合料（如矿渣微粉、Ⅱ级以上粉煤灰等），以减少尾矿砂自身缺陷给砼和易性带来的不利影响。如实验通过内掺20%矿渣微粉，外掺15%的Ⅱ级粉煤灰，对改善砼和易性，降低坍落度经时损失起到了很好的作用。

3.尾矿砂为人工砂的一种，常含有一定量的石粉，少量石粉可起到微集料效应，对砼有利。但石粉含量过大时，达到相同流动性的混凝土拌合物需水量大幅度增加，这不仅增加了水泥用量，提高了成本，也会加大砼干缩，劣化了砼综合性能。一般以石粉含量不超过5％为宜（满足Ⅱ类砂要求）。