鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土的配置方法研究

張雙成 牟志財 呂南

摘要：在簡述尾礦資源二次利用的基礎上，開展鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土研究。該項研究從原料準備、配置方案設計、配置方案測試、分析測試結果等方面逐步展開，最終得出了不同原料組合的最優配置結論，為鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土的實際應用提供了科學依據。

關鍵詞：鐵尾礦陶粒；輕質透水混凝土；配置方法；設計研究

0? ?引言

對當前的選礦技術發展情況進行分析可以發現，其整體水平表現出了較為落后的特征，對礦產企業治理廢物的觀念和水平進行統計也可以看出[1]，其普遍存在較為落后的情況[2]。在大量的鐵尾礦長期堆積過程中，占用著寶貴的土地資源只是其消極影響的一個方面[3]，更重要的是，其也在一定程度上對生態環境可持續發展造成了負面影響[4]，其中土壤污染、水污染是最突出的問題。

經過長期的研究和分析，對于建筑材料而言，鐵尾礦中含有大量具有可用價值的礦物[5]。因此從原材料應用的角度出發，在建材領域對鐵尾礦資源加以利用成為了主要的發展方向之一，這也在極大程度上滿足了可持續發展戰略的客觀要求[6]。

為了明確鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土性能與配置之間的關系，本文研究了一種鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土的配置方法。即將鐵尾礦陶粒和水泥作為主要原料，對其基本性能參數加以控制后，將粉煤灰、硅灰、造孔劑、助熔組分、減水劑以及細砂作為輔助原料，將鐵尾礦陶粒和水泥作為自變量，設計了9種鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土的配置方案，并從抗壓強度、劈裂抗拉強度以及收縮率三個方面對其性能展開了對比分析。

1? ?原料準備

在研究鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土的制備過程中，首先對具體的實驗原料進行準備。其中最為主要的原料主要為鐵尾礦和水泥[7]，考慮到鐵尾礦自身的屬性特征以及混凝土的實際應用需求，增加了粉煤灰等材料作為添加劑[8]。其中，鐵尾礦的燒失量為2.9%，對應的直徑規格分布區間為4.92～5.670μm，鐵尾礦的可塑性指數為12.56。在此基礎上，對其余實驗原料的參數進行統計[9]。除了鐵尾礦陶粒之外，測試原料準備情況如表1所示。

在粉煤灰的具體使用過程中，其所需水量比參數為88%，對應的燒失量參數為5.4%；對其直徑規格分布情況進行統計，具體的區間范圍為10.24～11.185um。在專用微硅粉的具體使用過程中，需水量比參數為125%，對應的燒失量參數為4.6%。聚羧酸高效減水劑的理論減水率為28%。

在此基礎上，對細砂的級配情況進行分析。其中黃沙的細度模數為2.56，含泥量為1.50%；對應的堆積密度和表觀密度分別為1505.24kg/m3和2620.17kg/m3，具體的含水率為1.76%。江沙的細度模數為1.85，含泥量為1.10%；對應的堆積密度和表觀密度分別為1485.24kg/m3和2592.34kg/m3，具體的含水率為1.54%。

對于配置混凝土階段的試驗用水，采用普通自來水作為具體的原料。

2? ?配置方案設計

在具體的測試過程中，為了能夠更加全面地了解不同因素對于鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土性能的影響，本文設置了9組參數不同的混凝土配置方案，如表2所示。

3? ?配置方案測試

以表2所示的9組參數不同的混凝土配置方案為基礎，開展了具體的測試工作。在對不同鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土配置方案下的性能進行分析時，從實際應用需求的角度出發，分別對混凝土的抗壓強度、劈裂抗拉強度以及收縮率進行比較。其中，在分析不同測試方案的混凝土抗壓強度時，分別測試了3d抗壓強度和28d抗壓強度，其測試方法如圖1所示。9組不同配置方案的混凝土抗壓強度測試結果，如表3所示。

4? ?分析測試結果

4.1? ?分析抗壓強度

結合表2所示的9組參數不同的混凝土配置方案，對表3所示的測試結果進行對比分析后發現，當水泥用量為300.0kg/m3、鐵尾礦陶粒用量為600kg（第2組）時，混凝土的抗壓強度比較高，其3d抗壓強度為19.24MPa、28d抗壓強度為29.37MPa。

以此為基礎，分別從水泥用量和鐵尾礦陶粒用量2個角度對混凝土的抗壓強度發展情況作進一步分析。當鐵尾礦陶粒用量為600kg時，對比第2、4、9組的數據，混凝土的3d抗壓強度呈現出了隨著水泥用量增加逐漸下降的發展趨勢；然而，28d抗壓強度隨著水泥用量增加，呈現出了先下降再上升的發展趨勢。

當鐵尾礦陶粒用量為300kg/m3時，對比第2、5、8組的數據，混凝土的3d抗壓強度呈現出了隨著鐵尾礦陶粒用量增加先下降再上升的發展趨勢，但是整體上升幅度并不明顯，28d抗壓強度隨著水泥用量增加呈現出了逐漸下降的發展趨勢。

4.2? ?分析劈裂抗拉強度

在此基礎上，再對混凝土的劈裂抗拉強度進行測試，得到的測試結果如表4所示。

根據表4所示的測試結果，分析9組不同制備方案的混凝土劈裂抗拉強度的特性。當水泥用量為350.0kg/m3、鐵尾礦陶粒用量為800kg時（第6組），混凝土的劈裂抗拉強度最高，并與其他實驗組別的測試結果之間表現出了較為明顯的差異。

在水泥用量為350.0kg/m3的前提下，對比3、6、9組混凝土的劈裂抗拉強度數據，從水泥用量和鐵尾礦陶粒用量2個角度進行細化分析，發現隨著鐵尾礦陶粒用量的降低，混凝土的劈裂抗拉強度呈現出穩定下降的發展趨勢；在鐵尾礦陶粒用量為800kg的前行下，對比1、6、8組的數據，隨著鐵尾礦陶粒用量的降低，混凝土的劈裂抗拉強度呈現出先下降后上升的發展趨勢。

4.3? ?分析收縮率

最后，對9組不同配置方案的鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土在1d內的收縮率進行統計，得出的測試結果如圖2所示。

從圖2所示的測試結果可以看出，在9種鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土配置方案中，收縮率最高的組別分別為第3、6、9組。以此為基礎對表2所示的原料構成情況進行分析可以發現，這3組的水泥用量均為350kg。由此可以得出結論：鐵尾礦陶粒用量對于混凝土收縮率的影響并不明顯，而水泥的用量是影響鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土收縮率的主要因素。

5? ?測試和分析結論

綜合上述測試和分析結果，可以得出以下結論：

一是當配制鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土的鐵尾礦陶粒用量一定時，鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土的抗壓強度與水泥用量呈正比例關系。

二是當配制鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土的水泥用量一定時，鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土的抗壓強度與鐵尾礦陶粒用量之間呈現出不穩定的發展關系。

三是當配制鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土的鐵尾礦陶粒用量一定時，鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土的劈裂抗拉強度與水泥用量呈正比例關系。

四是當配制鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土的水泥用量一定時，鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土的劈裂抗拉強度與鐵尾礦陶粒用量之間呈現出不穩定的發展關系。

五是鐵尾礦陶粒用量對于混凝土收縮率的影響并不明顯，水泥用量是影響鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土收縮率的主要因素。

6? ?結束語

本文研究并提出一種鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土的配置方法，測試和分析了原料的不同配置對鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土性能的影響，得出了不同原料組合的最優配置結論。借助該項研究與設計，希望能夠為鐵尾礦陶粒輕質透水混凝土的配置和實際應用提供有價值的參考，以使其在建筑行業發揮更大的作用，促進實現鐵尾礦資源的二次利用價值的最大化。

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