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约146亿吨尾砂如何利用?——机制砂和尾砂搭配使用效果分析

发布日期:2019-04-25   浏览次数:

约146亿吨尾砂如何利用?——机制砂和尾砂搭配使用效果分析

 

                                                    原标题为——

尾砂含量对商品混凝土物理性能的影响

 

随着自然资源的枯竭,商品混凝土所用的砂石骨料几乎全部采用人工机制砂石,而在生产过程中机制砂产生未完全分离尾砂。尾砂是人工砂母料在经粉碎和砂石分选后余下的微粒状固体废弃物,通常以泥浆形式排入尾砂库中露天堆存。

在世界一些经济发达国家中,利用尾砂中的某些组分开发出具有高附加值的产品,比如功能陶瓷、铸石等。将尾砂用作铁路道渣、微晶玻璃原料、井下回填料、矿物肥料、尾砂砖、混凝土骨料等方面可以更加高效全面地利用尾砂,使其综合利用率高达60%~80%。

目前我国现堆存尾砂约146亿吨,仅2010年至2015年,尾砂年排放量高达15亿吨以上,而尾砂综合利用率仅为18.9%。大量的排放尾砂既污染社会环境,破坏生态平衡,又会造成滑坡、溃坝等事故,排放尾砂占用大量土地,浪费资源,阻碍企业经济的发展。但是超量尾砂掺入机制砂中不仅造成产品含泥量超标,同时机制砂中的尾砂含多种矿物、化学原料等,在实际生产混凝土过程中,使混凝土拌合物和易性、坍落度损失、强度等性能出现异常,因此在砂石生产过程中必须严格控制尾砂含量。

1 试验部分

1.1 原材料

水泥:采用峨胜P·O 42.5R级普通硅酸盐水泥。其物理性质及化学成分见表1。

碎石:采用双流产卵碎石,其物理性质见表2。

砂:采用双流产机制砂,细度模数2.7,其物理性质见表3。

尾砂:试验用尾砂产地为成都双流,其物理性质见表4。从表4可知,其中尾砂含量高达61.5%。

粉煤灰:试验用成都博磊I级粉煤灰,其物理性质及化学成分见表5。

矿粉:试验用双实S75矿粉,其物理性质及化学成分见表6。

泵送剂:采用HLP高效减水剂配制的泵送剂,减水率约为30%,其物理性质见表7。

1.2 试验方法

试验采用表8配合比为基准配合比,在固定胶凝材料用量条件下,依次改变尾砂含量为0、5%、10%、15%、20%,记录混凝土工作性能及强度指标,并进行耐久性试验(快冻法)。

表1 水泥的物理性质及化学成分


 

表2 碎石的物理性质


 

表3 砂的物理性质


 

表4 尾砂的物理性质


 

表5 粉煤灰的物理性质及化学成分


 

表6 S75矿粉的物理性质及化学成分


 

表7 泵送剂的物理性质


 

表8 基准混凝土配合比(千克每立方米)


 

2 结果分析

2.1 试配混凝土的性能

试配混凝土的物理性质见表9。由表9可知,在胶凝材料用量不变的情况下,混凝土拌合物达到相同的坍落度时,混凝土用水量随机制砂尾砂含量增加而增加,混凝土的黏聚性随尾砂含量的增加而逐渐变好,以尾砂含量为10%左右较好。从图1可以看出,图1A混凝土泌水严重,无包裹性,粗骨料堆积明显;图1B混凝土均匀分散,黏聚性良好,流动性好,适宜生产可达到施工技术要求;图1C尾砂含量提高到15%时,水灰比增大,坍落度减小,骨料堆积比10%时更明显。

混凝土拌合物性能见表10。由表10可知,机制砂尾砂含量在5%~15%左右,混凝土抗压强度基本相当,但较尾砂含量5%混凝土抗压强度有所提高。结果分析表明,混凝土抗压强度提高的原因有两方面:一是尾砂含大量石粉,但不排除本身具有一定活性,对混凝土强度有一定贡献;二是混凝土强度随微细颗粒含量的增加,混凝土密实性得到提高,从而使混凝土强度得到提高。

随着施工技术的提高,施工中对混凝土坍落度要求越来越高,搅拌站大多与施工项目现场距离1h左右路程,由此坍落度保持稳定是施工质量的基本保障。当尾砂含量提高到15%以上时,1h坍落度损失3个。水灰比增大,强度降低。

2.2 混凝土耐久性

混凝土经冻融循环的质量损失率见表11。

表9 试配混凝土物理性质


 

表10 混凝土拌合物强度


 

表11 混凝土经冻融循环的质量损失率(%)



图1 不同掺量尾砂对混凝土性能影响(A 掺量0;B掺量10%;C掺量15%)
 

由试验结果可知:经28d养护的所有样品经过100次冻融循环无质量损失,除编号S1组外的所有样品200次冻融循环质量损失为2.0%~4.0%,证明尾砂含量在5%~15%混凝土抗冻性能良好。所有样品在250次冻融循环出现质量损失超标现象,样品编号S3质量损失最小。

适量的尾砂存在骨料紧密堆积原理,使得混凝土和易性良好,抗渗抗冻性能良好,尾砂超量导致砂中石粉含量超标,用水量增大,导致混凝土耐久性降低。

3 实际工程应用

经过充分的试验研究,在生产过程中掺入10%尾砂的混凝土黏聚性、保水性优良。由于尾砂的掺入使得砂石体系更加完整,孔隙率降低,流动性优良。在长达20个小时的浇筑过程中,混凝土坍落度一直稳定,泵送效果良好。3d后拆模,混凝土表面成型良好;50d的实体回弹数据与试块数据高度一致,强度满足施工工艺设计要求。实际工程应用如图2所示。


图2 实际工程应用
 

适量尾砂作为混凝土原材料是可行的,对尾砂进行级配调整,科学设计尾砂混凝土配合比,能弥补目前单独使用机制砂造成混凝土和易性差、施工质量差等缺陷,改善混凝土浇筑性能,具有显著的环境改善及社会经济效益。

试验结果可知,当尾砂含量过低,混凝土保水性差,包裹性差,实际过程控制中易出现离析现象,如遇泵送施工,在混凝土过泵后出现骨料分离,易形成蜂窝麻面等质量问题。当尾砂含量过高,混凝土流动性差,黏稠度高,实际过程控制易出现坍落度损失过大现象,遇泵送施工后,混凝土成型易出现“狗洞”,回弹强度检测均一性差。尾砂含量在10%左右时和易性良好,强度无异常变化,施工工艺及成型良好。尾砂含量为10%时,混凝土冻融循环为200次,耐久性能最佳。

来源:《混凝土世界》

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中国砂石协会

2019年04月25日