鐵尾礦資源是一種復(fù)合型礦物原料，是鐵礦石經(jīng)過一系列選礦過程剩下的廢棄物，大量鐵尾礦的堆放，不僅占用大量土地，而且破壞地表植被，還會造成重金屬離子超標(biāo)、揚(yáng)塵等問題，嚴(yán)重影響自然環(huán)境。天然砂是一種有限的自然資源，隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，天然砂資源越來越少。各地為了保護(hù)環(huán)境開始頒布禁止開采天然砂，這使得天然砂越來越昂貴，且其供應(yīng)不能滿足工程建設(shè)的要求。用鐵尾礦砂作為細(xì)骨料制備混凝土，可以實(shí)現(xiàn)廢棄物的二次利用，既可以提高鐵尾礦砂的利用率，也可以節(jié)約有限的自然資源。

 

　　鐵尾礦的主要化學(xué)成分有 SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO，化學(xué)成分會因地區(qū)差異略有不同，主要礦物組成為石英、赤鐵礦、白云石、長石等，總體上鐵尾礦的化學(xué)成分和礦物成分相似。對于鐵尾礦砂的研究，張玉琢等人將不同比例的鐵尾礦砂與天然砂混合制備鐵尾礦砂混凝土當(dāng)鐵尾礦砂的取代率為50%時，混凝土拌合物的工作性良好，達(dá)到了預(yù)拌混凝土大流動性的施工要求；王玉雅等人將鐵尾礦作為細(xì)集料取代天然砂，隨鐵尾礦砂取代率的增加，C50混凝土不同齡期的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度均逐漸降低，當(dāng)鐵尾礦砂取代率為 20%時，C50 混凝土的 28 d、60 d、90d 強(qiáng)度與未摻鐵尾礦砂的基準(zhǔn)組相比降幅均較??；仝宵等人[8]對不同摻量鐵尾礦砂和再生骨料再生混凝土性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，在鐵尾礦砂取代率為 30% 時，水化程度最大，鐵尾礦砂對于硬化體系堆積填充作用最為明顯，使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加密實(shí)。本文以鐵尾礦砂為混凝土細(xì)骨料，配制C40混凝土，實(shí)現(xiàn)鐵尾礦的有效利用。

 

　　2、試驗(yàn)設(shè)計

 

　　2.1原材料

 

　　2.1.1鐵尾礦砂

 

　　本研究中使用的鐵尾礦砂，來源于安徽省馬鞍山市，其外觀如圖1所示，顏色呈灰黑色，通過篩分析試驗(yàn)測得鐵尾礦砂的細(xì)度模數(shù)為 1.4。按照《鐵尾礦砂》（GB/T31288-2014）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)方法測試了鐵尾礦砂的有害物質(zhì)含量、堅固性等指標(biāo)，結(jié)果表明這些指標(biāo)符合 GB/T31288-2014的要求。對鐵尾礦砂進(jìn)行理化性質(zhì)分析，測得其化學(xué)成分和相關(guān)物理指標(biāo)如表 1 所示，其放射性指標(biāo)見表 2。鐵尾礦砂的放射性指標(biāo)符合《建筑材料放射性核素限量》（GB6566-2010）的要求。

 

 

　　圖 2 是鐵尾礦砂的 XRD 圖譜分析，可以確定該鐵尾礦砂的礦物組成，從XRD 的各個峰來看，本實(shí)驗(yàn)中所使用的鐵尾礦砂成分較復(fù)雜，多個物質(zhì)晶相中都有 SiO2，推測該鐵尾礦砂樣品中 SiO2成分含量較多，并且含有 CaO，Al2O3，F(xiàn)e2O3，Na2O，P2O5，MgO，K2O，SO3，MnO等雜質(zhì)。該樣品中含有CaO，沒有C 元素，推測沒有石灰?guī)r成分，CaO·Al2O3·2SiO2 推測可能為長石混合物，Ca2SiO3，Na2O·Al2O3·6SiO2 推 測 可 能為粘土和石英砂混合物，MgO·MnO·2SiO2推測可能均為含有雜質(zhì)的石英砂混合物，K2O·MgO·CaO·4SO3推測可能為含有硫化物成分的雜質(zhì)，F(xiàn)e5(PO4)3(OH)5推測可能為少量的磁鐵礦及磷化物的混合雜質(zhì)。

 

 

 

　　依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高性能混凝土用骨料》（JG/T568-2019）中的有關(guān)人工砂需水量比試驗(yàn)和石粉流動度比試驗(yàn)的規(guī)定，按照標(biāo)準(zhǔn)中的試驗(yàn)配合比對鐵尾礦砂做了需水量比和石粉流動度比的試驗(yàn)，用以判定尾礦砂的級配、粒形、吸水率和石粉吸附性能等指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果如表3和表4所示。

 

　　根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析可知，鐵尾礦砂的需水量比為162%，說明鐵尾礦砂的吸水率較大。鐵尾礦砂的石粉流動度比為88%，說明鐵尾礦砂中的石粉對所用減水劑有一定的吸附作用。

 

　　2.1.2水泥

 

　　水泥是來自安徽銅陵海螺水泥有限公司。其物理性能見表5。

 

　　2.1.3其他原材料

 

　　采用 F類Ⅰ級粉煤灰，廠家：皖能合肥發(fā)電有限公司粉煤灰分公司。S95礦粉，廠家：安徽長江精細(xì)硅粉有限責(zé)任公司。外加劑為減水劑：聚羧酸高性能減水劑，江蘇某公司生產(chǎn)。拌和水符合《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ 55-2011）混凝土拌和要求。

 

　　2.2試驗(yàn)方法

 

　　2.2.1C40鐵尾礦砂混凝土制備

 

　　依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ 55-2011），河砂中摻加鐵尾礦砂做細(xì)骨料配制C40混凝土配合比見表6，T0~T3采用相同的水灰比去配制 C40

 

　　混凝土，T1~T3 鐵尾礦砂的摻量分別為10%、20%、30%。研究鐵尾礦砂摻量對混凝土性能的影響。

 

　　2.2.2拌合物的工作性能

 

　　混凝土的工作性，是混凝土拌合物易于施工操作，并獲得質(zhì)量均勻、成型密實(shí)的混凝土的性能。在混凝土拌合過程中，觀察拌合物的和易性，測定拌合物的坍落度和擴(kuò)展度，以及 1h 坍落度和 1h擴(kuò)展度?；炷涟韬衔锏奶涠仍囼?yàn)、擴(kuò)展度試驗(yàn)、坍落度經(jīng)時損失試驗(yàn)和擴(kuò)展度經(jīng)時損失試驗(yàn)，按照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50080-2016）進(jìn)行。

 

　　2.2.3試件的抗壓強(qiáng)度

 

　　試樣壓力強(qiáng)度測試儀器采用上海三思縱橫機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的YAW-2000微機(jī)控制壓力試驗(yàn)機(jī)。根據(jù)《普通混 凝 土 配 合 比 設(shè) 計 規(guī) 程》（JGJ 55-2011），制作 100 mm×100 mm×100mm的立方體試塊，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)，按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081-2019）測定混凝土試塊7d、28 d的抗壓強(qiáng)度。

 

 

　　3、結(jié)果與討論

 

　　3.1拌合物的工作性能

 

　　混凝土的拌合狀態(tài)、初始坍落度、擴(kuò)展度，以及 1h 坍落度和 1h 擴(kuò)展度見表7。初始坍落度狀態(tài)如圖3所示。

 

 

　　鐵尾礦砂摻量達(dá)到 20% 及以上，混凝土拌合物在初始狀態(tài)的拌合性能變差，坍落度和擴(kuò)展度已不滿足泵送條件，經(jīng)過 60 min后測量發(fā)現(xiàn)，坍落度和擴(kuò)展度的經(jīng)時損失很大，究其原因，一方面，鐵尾礦砂的形狀不規(guī)則，棱角多，隨著鐵尾礦砂摻量的增加，細(xì)集料之間以及細(xì)集料與水泥漿體之間的嚙合力增加，致

 

　　使?jié){體流動性變差；另一方面，鐵尾礦砂的粒徑在0.30mm以下的顆粒較天然砂多，所以隨著鐵尾礦砂摻比的增加，混凝土細(xì)骨料的比表面積增大，需水量增加。這一點(diǎn)也符合鐵尾礦砂的需水量比較大的特點(diǎn)。摻比 30% 的時候，拌合物達(dá)到幾乎無法拌合的程度。另外，鐵尾礦砂中的石粉對減水劑有一定的吸附性，也會導(dǎo)致拌合物的坍落度的經(jīng)時損失較大。

 

　　3.2混凝土試件的抗壓強(qiáng)度

 

 

　　摻有鐵尾礦砂的混凝土的 7d 抗壓強(qiáng)度均大于天然砂混凝土。隨著鐵尾礦砂摻量的增加，鐵尾礦砂摻量 10% 的時候，混凝土的 7 d 強(qiáng)度稍微增加；鐵尾礦砂摻量 20% 時，混凝土 7 d 強(qiáng)度增加明顯，達(dá)到 15% 以上；鐵尾礦砂摻量 30%時，混凝土 7 d 強(qiáng)度增加 20% 以上。說明鐵尾礦砂的加入會促進(jìn)混凝土早期強(qiáng)度的增長；但是隨著鐵尾礦砂摻量的增加，混凝土的 28 d 強(qiáng)度呈略微降低趨勢，但是總體變化不大，原因是鐵尾礦砂的制備過程中的機(jī)械破損使其壓碎指標(biāo)大于天然砂。

 

　　4、結(jié) 論

 

　　本文采用鐵尾礦砂部分取代河砂作為混凝土細(xì)骨料配制 C40 混凝土，研究了鐵尾礦砂對混凝土的工作性能和力學(xué)性能的影響，結(jié)論如下：

 

　?、匐S著鐵尾礦砂摻比的增加，混凝土拌合物的坍落度和流動性逐漸變差，這與鐵尾礦砂較大的需水量比有關(guān)，針對鐵尾礦砂的需水量比較大的特點(diǎn)，可以進(jìn)一步開展工作；

 

　　②鐵尾礦砂的加入會促進(jìn)混凝土早期強(qiáng)度的增長，鐵尾礦砂摻量 30% 時，混凝土7d強(qiáng)度增加20%以上，隨著鐵尾礦砂摻比的增加，28d 強(qiáng)度呈略微降低趨勢，但是總體變化不大；

 

　?、劾描F尾礦砂用作混凝土細(xì)骨料生產(chǎn)混凝土，可以降低混凝土的成本，同時有利于促進(jìn)固體廢棄物的資源化，提升其利用價值。