约146亿吨尾砂如何利用？——机制砂和尾砂搭配使用效果分析

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
 

结 语

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》