石粉砂和尾矿砂在大体积混凝土中的应用研究

摘要

本文主要介绍了通过筛分析试验将石粉砂和尾矿砂合理搭配可以配制出满足施工要求的混凝土，而工程应用则表明将石粉砂和尾矿砂应用于大体积混凝土其耐久性也能满足要求。

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引言

    随着经济社会的发展，基础设施的建设和环保压力的影响，天然砂资源已日渐枯竭，其用量已捉襟见肘，价格也一路飙升。如何合理利用资源，开发石粉砂、尾矿砂等人工砂在混凝土中的应用则具备了明显的社会和经济效益。然而生产石子所剩石屑，经水洗后而成的石粉砂表面粗糙、颗粒尖锐、多棱角，颗粒级配差无法单独使用，而铁矿石经破碎磨细磁选后所剩余的颗粒，则普遍偏细，正常生产也无法单独使用，二者如何合理搭配应用到混凝土生产中成为本文研究的重点。
    李沧区刘家下河社区安置房项目工程由地下车库和单体结构组成，车库为框架结构，单体为剪力墙结构，其中8号基础筏板平均厚度大于lm，为大体积混凝土，强度等级为C35,抗渗等级为P8,采用60d龄期的强度指标作为其混凝土设计强度。

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原材料的选择

1.1水泥
    水泥宜选用需水量小、含减量低、质量稳定的低热水泥，本文采用烟台冀东水泥有限公司生产 的P·O42. 5水泥，Al₂O₃含量为6. 2%，其他主要技术指标见表1；

表1 水泥技术指标

1.2掺合料（粉煤灰、矿粉）

    粉煤灰可以通过其形态效应、界面效应、减水效应来改善混凝土拌合物的和易性，本文采用潍坊电厂产的II级粉煤灰，其技术指标见表2。

表2  粉煤灰技术指标

    矿粉可改善混凝土的工作性，有利于硬化混凝土的耐久性，采用盾石建材有限公司生产的S95级矿粉，其技术指标见表3。

表3  矿粉技术指标

1.3减水剂

    减水剂采用了缓凝型聚羧酸减水剂，固含量10%，掺量3.0%。
1.4粗集料
    碎石采用崂山爱先建材生产的5〜25mm连续粒级，压碎值指标10. 3%，表观密度2700kg/m³， 针片状含量5%，含泥量0.5%;
1.5细集料
    石粉砂为格兴贸易建材公司水洗石粉砂，其MB=1.4,细度模数3. 6,石粉含量3.1，级配分布见表4。

表4  石粉砂颗粒剂配

    尾矿砂为莱西某矿矿选后的尾矿砂，其MB=1. 1，细度模数1.7,石粉含量10. 9%，级配分布表5。 

表5  尾矿砂颗粒剂配

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石粉砂和尾矿砂组合筛分试验

    尾矿砂分别以20%、25%、30%、35%、40%的比例取代石粉砂，配置成混合砂，其筛分数据，如表6所示。

表6  混合砂的筛分试验

    经筛分试验可得，尾矿砂掺入比例为30%时即可获得细度模数3. 0的II区中砂，并且通过315um筛孔的颗粒含量大于15%，满足泵送混凝土 315um筛孔以下细颗粒要求。尾矿砂掺入比例为30%时的颗粒分布如图1所示。

图1

    由图1可知单独的石粉砂和尾矿砂，其颗粒分别分布于级配区I区和HI区的上限和下限位置，不适合配制混凝土，而尾矿砂按比例30%搭配后的混合砂其颗粒则分布于II区位置，可见通过合理搭配可极大地改善石粉砂和尾矿砂的颗粒分布。

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混凝土配合比

3.1配合比设计方案
    根据工程要求，需配制C35泵送大体积混凝土，在同样的水胶比、砂率和用水量的情况下，将颗粒级配满足II区中砂要求的三个比例的混合砂分别进行混凝土试拌，通过观察试拌混凝土的工作性和28d、60d强度用以验证配合比的可行性，并探究不同掺入比例对混凝土性能影响的变化规律。
3.2配合比试验参数的确定
    根据工程需要，本次配合比设计参数需满足如下要求：
    (1)大体积混凝土水胶比不宜大于0. 5，用水量不宜大于175kg/m³，依据经验本文选用水胶比0.42,考虑到尾矿砂吸水率偏大，用水量选择180kg/m³。
    (2)为减少水化热、控制大体积混凝土的绝热温升、保证后期强度增长，采用粉煤灰、矿粉复合掺合料，同时调整外加剂中的缓凝、保坍等组分，延长混凝土凝结时间。
    (3)为保证混凝土的和易性和泵送的可行性，人工混合砂混凝土可适当提高砂率。根据胶凝材料用量、砂子种类、碎石级配及混凝土泵送的要求，选用45%砂率。
    (4)泵送混凝土细集料宜选用II区中砂，其通过公称直径315um筛孔的颗粒含量不宜少于15%，选用符合要求的尾矿砂掺入比例分别为30%、35%、40%的混合砂分别进行混凝土性能研究。
    配合比参数见表7。

表7 配合比参数

表8 混合砂混凝土抗压强度和性能

    经试验，石粉砂和尾矿砂合理搭配后的混合砂能配制出和易性良好，并且强度能满足设计要求的混凝土，这组要是由于石粉砂和尾矿砂的合理搭配，优化了二者的颗粒级配，而尾矿砂中的石粉微粒对减少混凝土泌水离析，改善混凝土工作性能也起到了较好的作用。但随着尾矿砂掺入量的增加，混凝土黏度增大，流动性变差，坍损变大，这主要是由于尾矿砂较细，同等质量比表面积大，吸水率大，随着掺入量的增加导致需水量增加，用水量一定时导致坍落度变小，同时石粉含量的增加也导致坍落度损失变快。

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混合砂的质量控制

    (1)用于配制混合砂的石粉砂和尾矿砂应分仓存放且专仓专用，加大材料进厂检测力度，其MB值、石粉含量均应满足要求；
    (2)做好尾矿砂计量称、称门、仓门的检查校验等工作，加大巡查频率，防止因尾矿砂含水率不同而出现易堵、过漏等现象，影响配合比的使用。
    (3)混凝土生产时应适当延长搅拌时间，以增加混凝土的和易性。

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工程质量评定

    实际生产的混凝土出机坍落度190mm，扩展度530 X 520mm，40min运输到施工现场无损失，泵送顺利，无离析泌水现象，混凝土硬化后表面未出现裂缝、麻面等质量缺陷，28d平均强度42.7MPa，达到设计强度的122%，按照《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》（GB/T 50082-2009)，对生产混凝土进行耐久性检测其抗渗等级大于P10, 60d碳化深度小于2mm，电通量法检测60d龄期Qs=690C表明混凝土具有较好的抗氯离子渗透性能。这是由于石粉砂和尾矿砂合理搭配后其颗粒级配得到优化，其所含的石粉微粒填充了混凝土中的空隙，增强了混凝土的密度。

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结论

    实践证明，通过筛分析试验使得石粉砂和尾矿砂合理搭配而得到的混合砂可以应用于泵送混凝土生产，其工作性能、强度和耐久性能均能满足设计要求，而对尾矿和石屑的应用，则节约了自然资源保护了生态环境，带来了良好的社会效益，同时还降低了成本带来了良好的经济效益。
参考文献
[1]柴红俊，宋裕增。铁尾矿砂的特性及对混凝土拌合物性能的影响[J].研究探索，2010. (02)：28.
[2]《普通混凝土用砂石质量及检验方法标准》（GJ 52—2006) [S].
[3]《普通混凝土配合比设计规程》（GJ 55—2011) [S].