鐵尾礦砂自密實(shí)混凝土3h內(nèi)流動(dòng)性變化的研究

劉冰

（河海大學(xué)文天學(xué)院 土木工程系，安徽 馬鞍山 243031）

鐵尾礦砂自密實(shí)混凝土3h內(nèi)流動(dòng)性變化的研究

劉冰

（河海大學(xué)文天學(xué)院 土木工程系，安徽 馬鞍山 243031）

鐵尾礦砂自密實(shí)混凝土不僅可以大量消納工業(yè)副產(chǎn)品，而且可以獲得較為優(yōu)良的自密實(shí)性能，是一種綠色環(huán)保的高性能混凝土.對(duì)于預(yù)拌混凝土來說，需要在拌合完成后的3h以內(nèi)保持較好的流動(dòng)性能以滿足運(yùn)輸以及澆筑的需要.用單一變量法來測(cè)試鐵尾礦砂摻量對(duì)自密實(shí)混凝土拌合物在3h以內(nèi)流動(dòng)性能的變化情況，試驗(yàn)表明，摻入一定量的鐵尾礦砂可以顯著減少自密實(shí)混凝土拌合物在3h以內(nèi)流動(dòng)能力的損失，但是同時(shí)也會(huì)略微降低拌合物的流動(dòng)速度.

鐵尾礦砂自密實(shí)混凝土；預(yù)拌混凝土；3h以內(nèi)流動(dòng)性能

1 引言

混凝土材料已經(jīng)成為目前世界上應(yīng)用最廣泛的土木工程材料，性能優(yōu)越、價(jià)格低廉，都是其所具備的優(yōu)點(diǎn).然而，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，隨著一個(gè)多世紀(jì)以來的不斷改進(jìn)，越來越多的新型混凝土不斷涌現(xiàn)，而混凝土材料本身也朝著各種各樣的方向，比如說綠色混凝土以及高性能混凝土[1].自密實(shí)混凝土（self-compacting concrete）就是其中新型混凝土的代表.相比較于普通混凝土，自密實(shí)混凝土具有下列較為明顯的優(yōu)點(diǎn)：（1）在混凝土新拌階段，不需要人工振搗，僅在自重作用下即能充滿整個(gè)模板，達(dá)到密實(shí)狀態(tài)，從而節(jié)省大量的人力、物力和財(cái)力；（2）基本上解決了在工程施工過程中經(jīng)常發(fā)生的過振以及漏振的問題，同時(shí)也盡量避免了外界振動(dòng)對(duì)模板本身產(chǎn)生的沖擊和可能導(dǎo)致的模板移位.這對(duì)減少對(duì)模板的損傷，提高模板的利用周轉(zhuǎn)率有較大的幫助；（3）由于自密實(shí)混凝土的拌合物具有優(yōu)異的自密實(shí)性能，故可以有效避免混凝土產(chǎn)生原始有害裂縫；（4）在配制自密實(shí)混凝土的過程中，可以采用礦物摻和料，這樣既有利于資源的綜合利用及環(huán)境保護(hù)，又可以降低混凝土水化熱，提高其耐久性，常用的礦物摻和料有粉煤灰等.自密實(shí)混凝土作為一種新型高性能的混凝土，是未來混凝土發(fā)展的主要方向之一[2].

礦山尾礦作為選礦廠剔選精礦后的殘留工業(yè)副產(chǎn)品，目前我國絕大部分地區(qū)都作為廢棄物進(jìn)行堆積處理，而在處理的過程中會(huì)排出大量的尾礦.現(xiàn)在，僅鐵尾礦的排放量便可達(dá)每年1.3億噸[3].礦山尾礦的大量排放和堆放會(huì)占用大量的耕地，嚴(yán)重污染環(huán)境，制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展.更為嚴(yán)重的是，尾礦庫的日益堆放還有發(fā)生潰壩的風(fēng)險(xiǎn).但是若尾礦可以得到合理的利用，不僅能夠節(jié)約耕地，改善礦區(qū)環(huán)境，還可以變廢為寶，為企業(yè)增加收入來源.故現(xiàn)將鐵尾礦砂作為天然普通砂的替代品，配制成鐵尾礦砂自密實(shí)混凝土.鐵尾礦砂是鐵礦石經(jīng)過篩選和磨細(xì)之后產(chǎn)生的的細(xì)砂一樣的廢渣，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國目前堆存的鐵尾礦數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了十幾億噸，且每年還要排出將近3億噸[4]，但其綜合利用率只有百分之十幾.目前我們國家對(duì)于鐵尾礦砂的綜合利用也有一定的嘗試，主要體現(xiàn)在：（1）采取適當(dāng)合理的措施生產(chǎn)水泥熟料[5]；（2）用鐵尾礦制作建筑用的磚和陶瓷產(chǎn)品；（3）用鐵尾礦制作小型空心砌塊[6].所以用鐵尾礦砂替代或部分替代天然砂具有廣闊的應(yīng)用前景.

2 鐵尾礦砂自密實(shí)混凝土的配制

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

對(duì)于預(yù)拌混泥土或者商品混凝土來說，由于存在其拌合物運(yùn)輸以及澆筑的需要，混凝土坍落度或者其拌合物流動(dòng)性能可保持能力的改進(jìn)是永恒的主題.然而，如果我們針對(duì)某種特殊情況，即只考慮在同一個(gè)城市進(jìn)行運(yùn)輸和澆筑，在考慮了混凝土的運(yùn)輸和其拌合物的澆筑等待時(shí)間的前提下，我們只要保證混凝土拌合物的流動(dòng)性能在1～2個(gè)小時(shí)，最多3個(gè)小時(shí)之內(nèi)得到較好的保持即可.所以，我們進(jìn)行鐵尾礦砂自密實(shí)混凝土拌合物的3個(gè)小時(shí)以內(nèi)的流動(dòng)性能變化情況的研究，并來探究不同鐵尾礦砂取代率下自密實(shí)混凝土拌合物流動(dòng)性能和鐵尾礦砂摻量的影響關(guān)系曲線[7].

在3小時(shí)以內(nèi)不同鐵尾礦砂摻量下自密實(shí)混凝土流動(dòng)性能變化的研究中，我們主要測(cè)量鐵尾礦砂自密實(shí)混凝土拌合物的坍落擴(kuò)展度和T50，這兩個(gè)性質(zhì)是《自密實(shí)混凝土規(guī)程》CECS203-2006所規(guī)定的性能指標(biāo)，可以反映出自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性能.

2.2 試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)所用水泥來自余安徽省某公司生產(chǎn)的標(biāo)號(hào)為P.O.42.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥.水泥的主要成分為高強(qiáng)度等級(jí)的硅酸鹽水泥熟料，出廠水泥符合《通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)GB175-2007的要求.減水劑使用的是江蘇省某建材公司生產(chǎn)的聚羧酸型高性能減水劑，該減水劑綜合性能指標(biāo)較為優(yōu)良，具有綠色無污染、粉狀等優(yōu)點(diǎn)，是一種過新型工藝制成的高性能環(huán)保型聚羧酸減水劑.活性礦物摻合料來源于合肥某電廠生產(chǎn)的粉煤灰.粉煤灰是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細(xì)灰，也是我國燃煤電廠排出的主要固體廢物.粉煤灰目前的主要來源是以煤粉為燃料的火電廠和城市集中供熱鍋爐.本次試驗(yàn)所采用的砂子的細(xì)度模數(shù)為2.79，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，屬于中砂的范圍.經(jīng)過測(cè)試，砂的含泥量和泥塊含量百分?jǐn)?shù)也符合相關(guān)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn).粗骨料采用符合《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的連續(xù)粒徑.

本次試驗(yàn)所用的工業(yè)副產(chǎn)品鐵尾礦砂來自本省某特大型鐵礦.經(jīng)過相關(guān)的試驗(yàn)以及相應(yīng)的公式計(jì)算，其細(xì)度模數(shù)為0.77，而特細(xì)砂的細(xì)度模數(shù)范圍是0.7～1.5，所以0.77已經(jīng)接近特細(xì)砂細(xì)度模數(shù)的下限值.

3 試驗(yàn)方法以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)

在本次試驗(yàn)中，試驗(yàn)的目的是研究3h以內(nèi)鐵尾礦砂自密實(shí)混凝土拌合物流動(dòng)性的變化情況.故我們采用單一變量法來進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)研究.

通過鐵尾礦砂自密實(shí)混凝土的適配以及配合比的調(diào)整，我們選取一組在試驗(yàn)中表現(xiàn)出較為優(yōu)良的保水性和抗離析能力的同時(shí)，還具有一定流動(dòng)能力的混凝土.隨后，在這組自密實(shí)混凝土的試驗(yàn)過程中，我們用單一變量法，只改變鐵尾礦砂摻量這一個(gè)因素，同時(shí)設(shè)置了基準(zhǔn)配合比（鐵尾礦砂取代率為0%），來分別進(jìn)行鐵尾礦砂取代率（即鐵尾礦砂用量占鐵尾礦砂和普通砂用量之和的百分?jǐn)?shù)）從0%到80%的自密實(shí)混凝土拌合物的3h以內(nèi)流動(dòng)性能的變化的研究.性能指標(biāo)采用相關(guān)規(guī)程規(guī)定的坍落度、坍落擴(kuò)展度和T50.其中，擴(kuò)展時(shí)間T50指用坍落度筒測(cè)量混凝土坍落度時(shí)，自坍落度筒提起開始計(jì)時(shí)至坍落擴(kuò)展度達(dá)到500mm的時(shí)間（s）.坍落擴(kuò)展度指指用坍落度筒測(cè)量混凝土坍落度之后，隨即測(cè)量混凝土拌合物坍落擴(kuò)展終止后擴(kuò)展面相互垂直的兩個(gè)直徑，其兩個(gè)直徑的平均值（mm）.

4 試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

（1）隨著鐵尾礦砂摻量的提高，對(duì)于新拌混凝土，即在t=0h時(shí)，鐵尾礦砂自密實(shí)混凝土拌合物的坍落度幾乎保持不變，九組試驗(yàn)的坍落度均在275±2mm范圍之內(nèi)；擴(kuò)展度出現(xiàn)了略微的降低，第一組的擴(kuò)展度為最大值850mm，第九組的擴(kuò)展度為最小值805mm；T50隨著鐵尾礦砂摻量的增加有了顯著地增長(zhǎng)，反映出自密實(shí)混凝土拌合物的流動(dòng)速度隨著鐵尾礦砂摻量的提高出現(xiàn)了較為明顯的降低.

（2）對(duì)于鐵尾礦砂取代率為60%及以上的鐵尾礦砂自密實(shí)混凝土來說，T50在三小時(shí)之后超過了60s，已經(jīng)不再適宜鐵尾礦砂自密實(shí)混凝土的澆筑，故對(duì)于預(yù)拌混凝土來說，鐵尾礦砂的摻量不易過高.

（3）對(duì)于坍落度和擴(kuò)展度來說，3h之后的損失率（損失量除以初始量）在鐵尾礦砂取代率為0%和80%的時(shí)候達(dá)到最大，在40%和50%的時(shí)候達(dá)到最小.即對(duì)于反映流動(dòng)擴(kuò)展能力的坍落度和擴(kuò)展度來說，摻入一定量的鐵尾礦砂有助于顯著減少自密實(shí)混凝土拌合物3h以內(nèi)流動(dòng)擴(kuò)展能力的損失，但是鐵尾礦砂取代率不宜過高或者過低，以40%～50%為宜.

〔1〕張?jiān)茋?自密實(shí)輕骨料混凝土性能研究[D].大連：大連理工大學(xué),2009.1.

〔2〕桂苗苗.國內(nèi)外自密實(shí)混凝土的標(biāo)準(zhǔn)概況與比較[J].材料導(dǎo)報(bào),2011(3):101-104+119.

〔3〕閆滿志，白麗梅，張?jiān)迄i，等.我國鐵尾礦綜合利用現(xiàn)狀問題及對(duì)策[J].礦業(yè)快報(bào)，2008(7)：9-13.

〔4〕黃世偉，程麟，嚴(yán)生，李妍妍.用眉山鐵尾礦制備免燒免蒸磚[J].金屬礦山,2007(4)：81-84.

〔5〕李繼芳,劉向陽.鐵尾礦在新型干法水泥生產(chǎn)線上的應(yīng)用[J].新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào),2005（4）:7-9.

〔6〕賈清梅,張錦瑞,李鳳久.鐵尾礦的資源化利用研究及現(xiàn)狀[J].礦業(yè)工程，2006（3）:7-9.

〔7〕孫振平,蔣正武,金慧忠,于龍,張冠倫,劉樸,王匯文.流動(dòng)性可保持（6-8）h自密實(shí)高性能混凝土的研制與應(yīng)用[J].高強(qiáng)與高性能混凝土及其應(yīng)用專題研討會(huì)論文集,2007.239.

TU528.04

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1673-260X（2017）07-0078-02

2017-03-21

2016年河海大學(xué)文天學(xué)院重點(diǎn)項(xiàng)目（WT16014ZD）