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李周等 ： 铁尾矿砂 自密实混凝 土力学性能研究 1 3 铁尾矿砂 自密实混凝土力学性能研究 李周 ， 汪秀石 ( 合肥工业大学土木与水利工程学院。 合肥2 3 0 0 0 9 ) 【 摘要】 以铁尾矿砂取代天然砂作为细骨料配制自密实混凝土， 采用五种铁尾矿砂取代率作为变量进行 配合 比设计。试验结果表明， 掺入了铁尾矿砂的自密实混凝土强度有所下降， 但 当 I MT=4 0 0 时， I S C C一1 与 S C C一1的立方体抗压强度较为接近； I S C C一1的2 8 d轴心抗压强度相比 S C C一1 稍高； I S C C一1 和 S C C一1的劈裂 抗拉强度早期增长较快。 I 关键词】 铁尾矿砂； 自 密实混凝土 ； 基本力学性能； 试验研究 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 9 0 0 1 3 0 3 0 引言 随着资源能源问题的日益突出， 探索用铁尾矿砂 取代天然砂配制的铁尾矿砂 自密实混凝土的基本力 学性能发展规律， 对于混凝土产业的发展具有重大的 现实意义。 对于铁尾矿砂用于配制水泥基混凝土材料 ， 国内 学者进行了试验研究。徐宝华等将北京密云铁尾 矿粗砂和细砂按照一定比例进行复配， 并且完全替代 天然砂配制混凝土。 试验结果表明， 其性能优于天然 砂混凝土。封孝信等 分别以铁尾矿砂和铁尾矿石 代替天然砂和普通碎石配制了 C 3 0和 C 6 0两个强度 等级 混凝 土 ， 试 验 结果表 明 ， 铁尾 矿砂 石混 凝 土的干 燥收缩率小 于天然砂石混凝土 的收缩率。何兆芳 等 研究了以一定 比例的尾矿砂代替天然砂制作混 凝土， 并将其工作性能、 力学性能与天然砂混凝土进 行 了比较。 文中以安徽省霍邱县特大型铁矿的尾矿砂为研 究对象 ， 在前期工作性能试验基础上进行基本力学性 能试验研究 ， 当前 ， 国内有关铁尾矿砂 自密实混凝土 基本力学性能试验研究尚未见文献报道。 表 l 铁 尾矿砂 自密实混凝 土基本 力 学性能试验配合比设计 C M A 邶 I M r G 躬啪 ， k g , m - 3 m - 3 S c c - l n 3 3 1 7 9 0 弧 O l 】& 0 1 6 3 0 0 0 n 0 9 ln0 孤8 2 lS c c - l n 3 4 1 8 5 0 弧 0 1 18 0 槐 0 姬 0 4 n0 9 10 0 2 6 龀 b c c 一 2 n 3 4 1 8 5 0 3 9 8 O 1 18 , 0 妣 0 3 8 2 O 她 0 9 ln0 2 6 8 2 c c - 3 n 弘 1 衢O 孤 O 1 1 0 3 0 O 吼 O 0 9 10 0 娩 19 X 4 n 弘 1 8 5 0 弧 0 1 1 8 0 l5 3 0 6 l I_ 0 8 n0 9 m0 2 8 2 表中符号： W B为水胶比； W为拌和水； c为水泥； M A为矿物掺 合料； 为天然砂； I M T 为铁尾矿砂； I M T r a t i o 为铁尾矿砂取代率； G 为碎石 ； 为外加 剂( 包括 ： 减水剂、 膨胀剂 ) ； 表中配合 比编号 ：S C C 一 1 为 自密实混凝土； I S C C一1一I S C C一 4为铁尾矿砂 自密实混 凝土 。 1 配合比设计 及基本 力学性能指标 1 1 配合比优化设计 文中进行铁尾矿砂 自密实混凝土基本力学性能 试验配合比设计是在前期工作性能试验基础上选配 出来的， 试验配合比设计采用以铁尾矿砂取代天然砂 的掺量作为变量， 即铁 尾矿砂取代率分别取 为 0 、 4 0 、 5 0 、 6 0 、 8 0 。配合比设计如表 1 所示， 其中 S C C一1 作为对比的普通 自密实混凝土。 1 2 基本 力学性 能指标 文中采用立方体抗压强度等指标研究不同龄期 的铁尾矿砂自密实混凝土的基本力学性能， 试验方法 及试验结果处理依据 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 ( 普通混凝土 力学性能试验方法标准 J 。 2抗压 强度试验结果及分析 2 1 试验结果 表 2 抗压强度试验 结果 M P a 立方体抗压强度 轴心抗压强度 编号 3 d 7 d 1 4 d 2 8 d 3 d 7d 1 4 d 2 8 d S C C 一1 3 6 3 5 4 9 0 9 5 8 6 3 6 4 2 5 2 9 6 4 3 8 68 4 7 3 7 5 1 7 8 l S CC 一1 3 2 4 5 4 6 4 9 5 6 1 2 6 3 5 8 2 7 5 6 3 8 4 7 4 6 81 5 2 6 6 I S CC 一2 3 1 2 6 4 4 3 6 5 2 8 6 6 0 7 7 2 4 1 2 3 3 5 4 42 1 5 48 8 9 I S CC 一3 2 7 2 3 3 9 8 9 4 9 7 8 5 5 6 3 2 O 1 3 3 O 1 O 3 8 O 2 4 5 1 1 l S CC 一4 2 5 5 4 3 6 0 2 4 4 0 9 5 1 2 4 1 8 1 5 2 7 3 6 3 4 2 2 3 9 5 8 表2给出了铁尾矿砂 自密实 昆 凝土与普通 自密实 混凝土不同龄期的立方体抗压强度和轴心抗压强度。 2 2 立方体抗压强度 图 1给出了不同龄期立方体抗压强度随铁尾矿砂 取代率变化曲线 ， 由图可以看出， 在相同龄期条件下 ， 1 4 低温建筑技术 2 0 1 2年第 9期 ( 总第 1 7 1期) 随着铁尾矿砂取代率的增加 ， 立方体抗压强度减小明 显 ， I S C C一 2 、 I S C C一 3和 I S C C一 4的 2 8 d 抗 压强 度分 别为 I S C C一1的 9 5 6 、 8 7 5 、 8 0 6 。而 相对 于 S C C一 1 ， 掺入了铁尾矿砂 的 自密实混凝 土强 度有所下 降， 但当 I M T=4 0 时， I S C C一1与 S C C一1的立方体 抗压强度接近， I S C C一1 的 2 8 d抗压强度为 S C C一1的 9 9 0 ， 但早期 3 1 4 d的强度偏低较多 。 至 6 0 5 o 憩 4 0 蛙 捉 3 0 0 2 0 4 0 6 0 8 O 取代率， 图1 立方体抗压强度随铁尾矿砂取代率变化 6 o 皇 、 I ， 5 0 憩 翼 4 0 播 3 0 0 5 l 0 1 5 2 0 2 5 3 o 龄期， d 图2 立方体抗压强度随龄期变化 图2给出了立方体抗压强度随龄期变化曲线， 图 中可以看 出， 当铁尾矿砂取代率不变的条件下 ， 自密 实混凝土 的早期强度增长 较快 ， 四种掺 入 了铁 尾矿砂 的 自密实混凝土 3 d 强 度达到 了 2 8 d强度 的 4 8 9 5 1 ， 而当龄期超过 1 4 d时， 其增长速度放缓。由图还 可看 出 ， 随着龄期 的增 长 ， 不 同铁 尾矿 砂掺量 的 自密 实混凝土强度增长趋势相似， 并且均与普通型 自密实 混凝土 S C C一1相似。从破坏形态可以看出， 铁尾矿 砂 自密实混凝土与普通 型 自密 实混凝 土相似 ， 均呈现 上下对称的楔形状 。试 块破坏 后 ， 内部存 在可用 肉眼 观察到的气孑 L 等缺 陷。但随着铁尾矿砂取代率的增 加 ， 内部气孔数 量 、 大 小并 无 明显 变化 ， 因此 ， 随着铁 尾矿砂取代率的增加强度逐渐下降并非内部原始缺 陷引起 。 2 3 轴心抗压强度 图 3给出了不 同龄期轴心抗压强度随铁尾矿砂取 代率变化 曲线 ， 由图可 以看 出， 在相 同龄期 条件下 ， 随 着 铁尾矿 砂取 代率 的增加 ， 轴 心抗压 强度减 小明显 ， I S C C一 2 、 I S C C一 3和 I S C C一 4的 2 8 d轴心抗压 强度分 别为 I S C C一1的 9 2 8 、 8 5 7 、 7 5 2 。 当 I MT： 4 0 时 ， I S C C一1与 S C C一1的轴 心 抗压 强度 相 差不 多 。相 比 S C C一1 ， I S C C一1的 2 8 d轴 心抗 压 强 度稍 高， 但早期 31 4 d的轴心抗压强度还是偏低较多。 I S C C一 2 、 I S C C一 3和 I S C C一4的轴 心抗 压强 度 相 比 S C C一1 ， 下降还是很明显 。 图4给出了轴心抗压强度随龄期变化曲线 ， 图中 可以看出， 当铁尾矿砂取代率不变的条件下， 自密实 混凝土的早期轴心抗压强度增长较快 ， 4种掺人了铁 尾矿砂 的 自密 实混凝 土 3 d轴 心抗 压强度 达 到 了 2 8 d 轴心抗压强度的4 5 9 6 8 6 ， 而当龄期超过 1 4 d 时， 其增长速度放缓。由图还可看出， 随着龄期的增 长 ， 不 同铁尾矿砂掺量 的 自密实混凝 土轴心抗 压强 度 增 长趋 势相似 ， 并且均与普通型 自密 实混凝 土 S C C一1 相似。 罨 45 营 3 5 隶 2 5 O 2 0 40 6 0 8 0 取代率， 图3 轴心抗压强度随铁尾矿砂取代率变化 5 0 窆 4 0 躺 3 0 霹 2 0 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 龄期， d 轴心抗压强度随龄期变化 3劈拉 强度试验结果及分析 3 1 试验结果 表 3给出了不同铁尾矿砂取代率的劈裂抗拉强度 在不 同龄期 的的试验结果。 3 2试验结果分析 劈裂抗拉强度试验过 程 中， 试块从 破裂 面多被 劈 成两块较整齐的截面， 但也出现了一部分劈裂面不规 则 ， 其原 因在 于 ， 试块放 置过 程 中， 由于仅 上下两个 劈 裂面 接触上 下受力 板 ， 而两 边 的支撑 杆变 形 ， 导致 试 0 李周等 ： 铁尾矿砂 自密实混凝土力学性能研究 1 5 块不能平齐放置于破裂面上， 以致于劈裂面为一个斜 向的受力面 ， 产生受力不均匀所致。 表 3 劈拉强度试 验结果 图5给出了不同龄期劈裂抗拉强度随铁尾矿砂取 代率变化曲线 ， 由图可以看出， 在相同龄期条件下， 随 着铁尾矿砂取代率的增加， 劈裂抗拉强度减小明显， I S C C一 2 、 I S C C一 3和 I S C C- 4的2 8 d劈裂抗拉强度分 别为 I S C C一1的 9 5 6 、 8 9 3 、 7 6 0 。而相 对 于 S C C一 1 ， 掺入了铁尾矿砂的自密实混凝土劈裂抗拉强 度有所下降， 但当 I M T= 4 0 0 时， I S C C一1 与 S C C一1 的劈裂抗拉强度相差不多， I S C C一1的 1 4 d 、 2 8 d劈裂 抗拉强度相比 S C C一1 要稍高 ， 但早期 3 d一 7 d的强度 偏低较多。I S C C一 2 、 I S C C一 3和 I S C C一 4的劈裂抗拉 强度相比I S C C一1 ， 下降很明显。 图6给出了劈裂抗拉强度随龄期变化曲线， 图中 可以看 出， 当铁尾矿砂取代率不变的条件下， 自密实 混凝土的早期劈裂抗拉强度增长较快， 4种掺入了铁 尾矿砂的 自密实混凝土3 d 早期劈裂抗拉强度达到了 2 8 d 早期劈裂抗拉强度的 3 8 7 5 7 2 ， 而当龄期 超过 1 4 d时， 其增长速度放缓。由图还可看出， 随着龄 期的增长 ， 不 同铁尾矿砂掺 量的 自密实混 凝 土强度增 长趋势相似， 并且均与普通型 自密实混凝土 S C C一1 相似。 8 0 6 4 4 8 3 2 取代率， 图5 劈裂抗拉强度随铁尾矿砂取代率变化 4结语 ( 1 ) 自密实混 凝土 的早期强 度增 长较 快 ， 四种 掺入了铁尾矿砂的自密实混凝土 3 d强度达到了 2 8 d 强度的 4 8 9 5 1 O ， 而当龄期超过 1 4 d时， 其增 长速度放缓 。相对于 S C C一 1 ， 掺入了铁尾矿砂 的 自密 实混凝土强度有所下降， 但当肼 = 4 0 0 时， I S C C一 1 与 S C C一1的立方体抗压强度接近， I S C C一1的 2 8 d 抗压强度为 S C C一1的 9 9 0 。 8 O 6 4 32 1 o 1 5 2 0 2 5 3 O 龄期， d 劈裂抗拉强度随龄期变化 ( 2 ) 自密实混凝土的早期轴心抗压强度增长较 快 ， 4种掺入了铁尾矿砂 的 自密 实混凝土 3 d轴心抗 压 强度达到了 2 8 d轴心 抗压强度 的 4 5 9 一6 8 6 ， 而 当龄期超过 1 4 d时， 其增长速度放缓。相对于 S C C一 1 ， 掺人了铁尾矿砂的 自密实混凝土轴心抗压强度有 所下降， 但当 I MT= 4 0 0 时， I S C C一1 与 S C C一1的 轴心抗压强度接近， 但 I S C C一1的2 8 d轴心抗压强度 相比S C C一 1 稍高。 ( 3 ) 自密实混凝土的劈裂抗拉强度四种掺人了 铁尾矿砂的 自密实混凝土 3 d劈裂抗拉强度达到 了 2 8 d轴心抗压强度的 3 8 7 一 5 7 2 。 参考文献 1 徐宝华 ， 宋 姗 尾矿 砂 复配在 混凝 土生 产 中的研究 及应 用 J 商品混凝土 ， 2 o 1 0， ( 1 ) ： 2 3 2 5 2 封孝信， 蔡基伟， 柴红俊， 宋裕增 尾矿砂石混凝土的干缩性 能研究 J 商品混凝土。 2 0 0 9 ， ( 8 ) ： 2 9 3 1 3 何兆芳， 邓初首 尾矿在预拌混凝土中应用的试验研究 J 混凝土 ， 2 0 0 9， 2 3 9 ( 9) ： l 1 5一l 1 8 4 G B T 5 0 0 8 1 - 2 0 0 2 ， 普通混凝土力学性能试验方法标准 s 收稿日期】 2 0 1 2 0 4 1 8 作者简介 李周( 1 9 8 5 一) ， 男， 安徽六安人， 硕士， 研究方 向： 新型水泥基材料与结构 。 量、 嘿轼 释敞 5 6 图 0 薹 骥 群歆