鉛鋅尾礦微粉摻入量對(duì)水泥砂漿性能的影響

崔秀琴，田爾布，曾武華

三明學(xué)院建筑工程學(xué)院，福建三明，365004

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鉛鋅尾礦微粉摻入量對(duì)水泥砂漿性能的影響

崔秀琴，田爾布，曾武華

三明學(xué)院建筑工程學(xué)院，福建三明，365004

摘要：利用鉛鋅尾礦微粉作為水泥摻合料，以尾礦微粉不同的摻入量等量代替水泥制作水泥砂漿，以尾礦微粉摻入量分別為0%、25%、50%制作1∶2、1∶3水泥砂漿，以尾礦微粉摻入量分別為0%、15%、30%制作M7.5、M10水泥砂漿，進(jìn)行了砂漿各項(xiàng)性能指標(biāo)測(cè)試，探討尾礦微粉的摻入量對(duì)砂漿性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:1∶2、1∶3砂漿尾礦微粉摻入量小于50%，M7.5、M10砂漿尾礦微粉摻入量小于30%時(shí)，砂漿保水率、凝結(jié)時(shí)間、3 d抗壓強(qiáng)度、28 d抗壓強(qiáng)度、收縮率等性能符合規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞：尾礦微粉；水泥砂漿；摻合料；砂漿性能

尾礦是選礦廠將礦石磨細(xì)選取有用組分后棄置的固體廢棄物，也是我國(guó)目前產(chǎn)出量最大、堆存量最多的工業(yè)固體廢棄物。隨著礦產(chǎn)品應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展和價(jià)格的不斷攀升，礦產(chǎn)資源消耗量大幅度增加，尾礦的棄置量隨之逐年增加，它對(duì)社會(huì)、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)的危害越來越大，加大尾礦綜合利用是當(dāng)務(wù)之急。十二五期間，我國(guó)大宗工業(yè)固體廢物綜合利用發(fā)展目標(biāo)是：2015年我國(guó)尾礦產(chǎn)量大約13億噸，綜合利用量2.6億噸，綜合利用率已超過20%。目前，尾礦主要用作生產(chǎn)低層次建材、加氣混凝土砌塊、混凝土空心砌塊、高強(qiáng)度陶粒等建筑材料、土壤改良劑以及微量元素肥料等，但這些途徑有的因?yàn)槟芎母摺⒊杀靖?，有的因?yàn)榛厥章实?、附加值低，有的因工藝太?fù)雜、投資過大等因素，綜合利用的規(guī)模普遍較小，產(chǎn)業(yè)化水平較低，不利于大宗尾礦的整體綜合利用[1-4]。利用鉛鋅尾礦微粉作為水泥摻合料，制作水泥砂漿，可減少尾礦對(duì)環(huán)境的損害，防止污染，保護(hù)環(huán)境，同時(shí)開辟一條降低成本生產(chǎn)建材的新途徑。

利用鉛鋅尾礦微粉作為水泥摻合料，以尾礦微粉不同的摻入量等量代替水泥，分別制作1∶2、1∶3、M7.5與M10的水泥砂漿，同時(shí)對(duì)砂漿各項(xiàng)性能進(jìn)行檢測(cè)，以探討尾礦微粉的摻入量對(duì)砂漿性能的影響，為實(shí)際工程提供參考。

1　原材料

水泥為三明金牛水泥有限公司生產(chǎn)P·C32.5復(fù)合水泥，標(biāo)準(zhǔn)篩篩余為5.0%，3 d抗折和抗壓強(qiáng)度分別為4.0、18.0 MPa，28 d抗折和抗壓強(qiáng)度分別為5.6、38.0 MPa。

細(xì)集料為天然河砂，中砂，細(xì)度模數(shù)為2.65，II區(qū)級(jí)配合格，表觀密度為2 670 g·m-3，堆積密度為1 560 kg·m-3。

摻合料采用尾礦微粉(福建省某鉛鋅礦的固體廢棄物)，經(jīng)過研磨制成比表面積為487 m2·kg-1的尾礦微粉，尾礦微粉放射性檢測(cè)結(jié)果合格，標(biāo)準(zhǔn)Ir≤1.0，實(shí)測(cè)Ir為0.5，Iy≤1.0，實(shí)測(cè)Iy為0.4。尾礦微粉的理化性能檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1　尾礦微粉理化性能檢測(cè)結(jié)果

(續(xù)表)

由表1可知，尾礦微粉的化學(xué)成分中燒失量和重金屬(Hg、Pb和Cr)含量較低，密度與水泥熟料接近，顆粒較細(xì)，SiO2含量46.9%，Al2O3含量3.17%，F(xiàn)e2O3含量20.3%，CaO含量20.2%，可以用作水泥活性混合材。

2　試驗(yàn)方法與結(jié)果分析

2.1試驗(yàn)方法

根據(jù)JGJ/T 70-2009 《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和JGJ/T 98-2010 《砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》，將尾礦微粉取代部分水泥作為砂漿摻合料制作1∶2與1∶3、M7.5與M10的水泥砂漿，進(jìn)行稠度、保水率、凝結(jié)時(shí)間、3 d抗壓強(qiáng)度、28 d抗壓強(qiáng)度、收縮率等性能測(cè)試，砂漿配合比設(shè)計(jì)見表2。

表2　砂漿配合比設(shè)計(jì)

2.2結(jié)果分析

通過試驗(yàn)檢測(cè)，各組砂漿的表觀密度、稠度、保水率、凝結(jié)時(shí)間、3 d抗壓強(qiáng)度、28 d抗壓強(qiáng)度、收縮率等性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3　砂漿性能試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1尾礦微粉摻入量對(duì)砂漿保水率的影響

由表3可知，隨著尾礦微粉摻入量的增加，砂漿保水率減小，但減小量很小。因此，尾礦微粉的摻入量對(duì)砂漿保水率影響不大，尾礦粉摻入量25%、50%的1∶2、1∶3砂漿保水率都在90%以上。尾礦粉摻入量15%、30%的M7.5、M10砂漿保水率都在90%以上。

2.2.2尾礦微粉摻入量對(duì)砂漿凝結(jié)時(shí)間的影響

普通砂漿凝結(jié)時(shí)間指標(biāo)要求初凝≥1 h，終凝≤8 h，以上各種砂漿的初凝初凝時(shí)間都大于1 h，由表3可知，尾礦微粉的摻入使砂漿凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，其原因是尾礦微粉摻入量越大，水泥漿體的濃度就越低，水化速度越慢，導(dǎo)致凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)[5-6]。尾礦粉摻入量為25%、50%的1∶2、1∶3砂漿凝結(jié)時(shí)間滿足規(guī)范要求，尾礦粉摻入量15%、30%的M7.5、M10砂漿凝結(jié)時(shí)間滿足規(guī)范要求。

2.2.3尾礦微粉摻入量對(duì)砂漿3 d抗壓強(qiáng)度的影響

尾礦微粉摻入量對(duì)砂漿3d抗壓強(qiáng)度的影響見圖1、圖2。

圖1　尾礦微粉摻入量對(duì)抹灰砂漿3d抗壓強(qiáng)度的影響

圖2　尾礦微粉摻入量對(duì)砌筑砂漿3d抗壓強(qiáng)度的影響

由圖1可知，1∶2砂漿尾礦微粉摻入量為25%、50%時(shí)，3 d抗壓強(qiáng)度分別為0摻入的94.0%、62.8%，1∶3砂漿尾礦微粉摻入量25%、50%時(shí)3 d抗壓強(qiáng)度分別為0摻入的86.7%、49.5%。對(duì)于1∶2、1∶3水泥砂漿，隨著尾礦微粉摻入量的增加，砂漿3 d抗壓強(qiáng)度減小，尾礦粉摻入小于25%，砂漿3 d抗壓強(qiáng)度降低較慢，尾礦粉摻入25%～50%，砂漿3 d抗壓強(qiáng)度降低較快。原因是隨著尾礦粉摻量的增加,摻入量過大會(huì)造成水泥熟料顆粒不能有效地構(gòu)成膠結(jié)體系，導(dǎo)致大摻量尾礦膠凝材料硬化漿體結(jié)構(gòu)變得疏松，孔隙率逐漸變大，大孔數(shù)量增多，最終導(dǎo)致砂漿強(qiáng)度降低較快[7-8]。尾礦微粉摻入量為25%、50%的1∶2、1∶3水泥砂漿3 d強(qiáng)度都滿足規(guī)范要求。

由圖2可知，M7.5砂漿尾礦微粉摻入量為15%、30%時(shí)，3 d抗壓強(qiáng)度分別為0摻入的95.2%、88.8%；M10砂漿尾礦微粉摻入量為15%、30%時(shí)，3 d抗壓強(qiáng)度分別為0摻入的97.1%、92.8%。尾礦微粉摻入量為15%、30%的M7.5、M10砂漿3 d強(qiáng)度都滿足規(guī)范要求。

2.2.4尾礦微粉摻入量對(duì)砂漿28 d抗壓強(qiáng)度的影響

尾礦微粉摻入量對(duì)砂漿28 d抗壓強(qiáng)度的影響見圖3、圖4。

圖3　尾礦微粉摻入量對(duì)抹灰砂漿28d抗壓強(qiáng)度的影響

由圖3可知，1∶2砂漿尾礦微粉摻入量為25%、50%時(shí)，28 d抗壓強(qiáng)度分別為0摻入的88.9%、52.5%；1∶3砂漿尾礦微粉摻入量為25%、50%時(shí)，28 d抗壓強(qiáng)度分別為0摻入的83.4%、49.3%。對(duì)于1∶2、1∶3水泥砂漿，隨著尾礦微粉摻入量的增加，砂漿28 d抗壓強(qiáng)度減小，尾礦粉摻入小于25%，砂漿28 d抗壓強(qiáng)度降低較慢，尾礦粉摻入25%～50%，砂漿28 d抗壓強(qiáng)度降低較快。尾礦微粉摻入量為25%、50%的1∶2、1∶3水泥砂漿28 d強(qiáng)度都滿足規(guī)范要求。

由圖4可知，M7.5砂漿尾礦微粉摻入量為15%、30%時(shí)，28 d抗壓強(qiáng)度分別為0摻入的94.5%、85.7%，M10砂漿尾礦微粉摻入量為15%、30%時(shí)，28 d抗壓強(qiáng)度分別為0摻入的96.5%、91.2%。尾礦微粉摻入量為15%、30%的M7.5、M10砂漿28 d強(qiáng)度都滿足規(guī)范要求。

圖4　尾礦微粉摻入量對(duì)砌筑砂漿28d抗壓強(qiáng)度的影響

2.2.5尾礦微粉的摻入量對(duì)砂漿收縮率的影響

由表3可知，隨著尾礦微粉的摻入量增加1∶2與1∶3、M7.5與M10砂漿收縮率減小。1∶2砂漿尾礦微粉摻入量為25%、50%時(shí)，收縮率分別為0摻入的58.3%、50.0%；1∶3砂漿尾礦微粉摻入量為25%、50%時(shí)，收縮率分別為0摻入的81.8%、63.6%；M7.5砂漿尾礦微粉摻入量為15%、30%時(shí)收縮率分別為0摻入的69.2%、61.5%；M10砂漿尾礦微粉摻入量為15%、30%時(shí)，收縮率分別為0摻入的76.9%、69.2%。

3　結(jié) 語

利用鉛鋅尾礦微粉作為水泥摻合料，以尾礦微粉不同的摻入量等量代替水泥制作水泥砂漿，以尾礦微粉摻入量分別為0%、25%、50%制作1∶2、1∶3水泥砂漿，以尾礦微粉摻入量分別為0%、15%、30%制作M7.5、M10水泥砂漿，進(jìn)行砂漿各項(xiàng)性能指標(biāo)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：尾礦微粉的摻入量對(duì)砂漿保水率影響不大，隨著尾礦微粉的摻入量增加砂漿收縮率減小、凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)、3 d和28 d抗壓強(qiáng)度減小。1∶2、1∶3砂漿尾礦微粉摻入量小于50%，M7.5、M10砂漿尾礦微粉摻入量小于30%時(shí)，砂漿保水率、凝結(jié)時(shí)間、3d抗壓強(qiáng)度、28d抗壓強(qiáng)度、收縮率等性能符合規(guī)范要求。本試驗(yàn)希圖為實(shí)際應(yīng)用提供參考。

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(責(zé)任編輯：汪材印)

作者簡(jiǎn)介：崔秀琴(1967-)，女，河南新鄉(xiāng)人，碩士，教授，主要研究方向：結(jié)構(gòu)工程及工程造價(jià)。

基金項(xiàng)目：三明學(xué)院科學(xué)研究發(fā)展 “尾礦微粉纖維聚合物高強(qiáng)混凝土力學(xué)性能研究”(B201302/G)。

收稿日期：2015-07-12

中圖分類號(hào)：TU578.1;X705

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-2006(2015)10-0100-04

doi:10.3969/j.issn.1673-2006.2015.10.027