全鐵礦廢石骨料在混凝土疊合板中的應(yīng)用研究

中國是鋼鐵工業(yè)大國，鐵礦石是鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的重要原材料。我國礦產(chǎn)資源的整體特點(diǎn)是豐而不富，特別是鐵礦資源，97%屬于貧礦甚至是超貧礦，比世界平均品位低11%。鐵礦開采行業(yè)產(chǎn)出的含鐵尾礦/廢石是最大宗的工業(yè)固廢來源之一?；炷磷鳛榇笞诮ㄖ牧?，每年消耗大量的天然砂石，利用鐵礦廢石作為骨料制備混凝土材料，不僅解決了天然骨料的緊缺問題，又能有效消納鐵礦固廢資源。目前，國內(nèi)對(duì)鐵礦固廢制備混凝土的研究主要集中在材料性能方面，并取得了一定研究成果[1-5]，但都停留在實(shí)驗(yàn)室階段，在混凝土預(yù)制構(gòu)件中的實(shí)際應(yīng)用還鮮有報(bào)道。本研究在鐵礦廢石儲(chǔ)量較大的遼寧地區(qū)開展，利用鐵礦廢石制成的粗、細(xì)骨料，分析混凝土工作性能和力學(xué)性能的主要影響因素，并探索有效的解決方法，最終成功工業(yè)化生產(chǎn)制備C30混凝土疊合板，其中固廢總比例達(dá)78%左右，有效驗(yàn)證了大摻量鐵礦廢石骨料混凝土在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)中的可行性。

1、試驗(yàn)部分

1.1原材料水泥：遼寧大鷹牌P·O42.5R水泥，其物理性能見表1。粉煤灰：遼寧撫順蓮年達(dá)生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰，細(xì)度17%，28d活性69%。天然砂：Ⅱ區(qū)普通河砂，細(xì)度模數(shù)2.8，含泥量1.6%。壓碎值18%，表觀密度2660kg/m3。天然石：5~25mm連續(xù)級(jí)配碎石，壓碎值9%，含泥量0.2%，表觀密度2640kg/m3。固廢粗、細(xì)骨料：遼寧壹立方砂業(yè)有限公司制備的鐵礦石、鐵礦砂，其物理性能見表2、表3，顆粒級(jí)配如圖1、圖2所示。外加劑：建華建材（營口）有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高性能減水劑（減水型PCE1、保坍型PCE2、酯類PCE3）、粘度調(diào)節(jié)劑VM。表1水泥物理性能表2鐵礦砂物理性能表3鐵礦石物理性能

圖1鐵礦砂的顆粒級(jí)配圖2鐵礦石的顆粒級(jí)配1.2試驗(yàn)配合比及測(cè)試方法1.2.1配合比設(shè)計(jì)針對(duì)混凝土疊合板的性能指標(biāo)：混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，初始坍落度（180±20）mm，30min坍落度損失≤30mm，設(shè)計(jì)的混凝土配合比見表4。以天然砂石配制的混凝土作為參照組Y0，以鐵礦砂、石全部取代天然砂石配制的混凝土記T，由于鐵礦石顆粒級(jí)配不佳，鐵礦砂細(xì)度模數(shù)偏小，且石粉含量較高，需通過外加劑復(fù)配技術(shù)對(duì)混凝土性能進(jìn)行調(diào)整，具體比例見表5。表4混凝土配合比

kg/m3表5外加劑復(fù)配比例1.2.2試驗(yàn)方法混凝土拌合：將配制完成的膠凝材料、骨料加入強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)中干攪1min，然后加入外加劑和水，繼續(xù)攪拌2min后出機(jī)進(jìn)行性能檢測(cè)?；炷凉ぷ餍詸z測(cè)：參考GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)定混凝土的初始坍落度和靜置30min后的坍落度?；炷亮W(xué)性能檢測(cè)：參照GB/T50081—2016《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，將混凝土拌合物倒入100mm×100mm×100mm的三聯(lián)模，振動(dòng)成型。然后靜停3h，進(jìn)行60℃蒸汽養(yǎng)護(hù)，升溫速度20℃/h，恒溫時(shí)間4h，降溫至室溫后進(jìn)行脫模強(qiáng)度檢測(cè)，然后繼續(xù)自然養(yǎng)護(hù)至7d進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)定。2、試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1混凝土工作性能表6為混凝土拌合物的離析泌水現(xiàn)象，圖3為混凝土拌合物的初始及30min坍落度。根據(jù)表6及圖3的試驗(yàn)結(jié)果，由Y0和T1分析可得，相同水膠比和外加劑復(fù)配比例及摻量，鐵礦廢石骨料混凝土相比于天然骨料混凝土的坍落度較小，且容易出現(xiàn)離析泌水現(xiàn)象。這是由于鐵礦砂的石粉含量高，細(xì)度模數(shù)小，吸水能力較強(qiáng)，導(dǎo)致漿體需水量較大，混凝土流動(dòng)度變小。同時(shí)鐵礦石顆粒級(jí)配較差，表觀密度高，在混凝土拌合中容易出現(xiàn)離析泌水和骨料下沉現(xiàn)象。針對(duì)以上問題，主要通過外加劑復(fù)配技術(shù)進(jìn)行性能調(diào)整，由T1、T2、T3、T4、T5分析可得，在外加劑中摻加2%、2.5%粘度調(diào)節(jié)劑，對(duì)混凝土離析泌水稍有改善，但影響流動(dòng)度，在添加粘度調(diào)節(jié)劑VM的基礎(chǔ)上，隨著復(fù)配外加劑中PCE1組分的降低和PCE3組分的提高，適當(dāng)提高水膠比，可有效改善混凝土拌合物的工作性能。這是因?yàn)镻CE1型聚羧酸減水劑雖然具有較高的減水率，但對(duì)混凝土的摻量敏感性較高，而PCE3酯類減水劑在兼具減水、保坍性能的同時(shí)，可以降低摻量敏感性[6]。粘度調(diào)節(jié)劑VM可通過調(diào)節(jié)混凝土拌合物黏度和保水能力，改善混凝土和易性和包裹性。通過外加劑多組分復(fù)配技術(shù)，在全摻鐵礦廢石骨料的技術(shù)上，試驗(yàn)T5可制備出工作性能優(yōu)良的高品質(zhì)混凝土拌合物。表6混凝土拌合物的離析泌水現(xiàn)象

圖3不同配比混凝土拌合物的坍落度2.2混凝土力學(xué)性能圖4為不同配比混凝土的脫模及7d強(qiáng)度。根據(jù)圖4試驗(yàn)結(jié)果，由Y0和T1分析可得，鐵礦廢石骨料混凝土相比于天然骨料混凝土具有更高的強(qiáng)度，這是由于鐵礦廢石骨料的壓碎值低、品質(zhì)好，而且鐵礦中化學(xué)組分MgO、Al2O3和Fe2O3含量高，對(duì)混凝土的水化反應(yīng)具有積極的促進(jìn)作用，有利于強(qiáng)度的增加[7]。由T1、T2和T3、T4分析可得，在相同水膠比條件下，適當(dāng)添加粘度調(diào)節(jié)劑VM，改變外加劑復(fù)配比例中PCE1和PCE3的組成比例，對(duì)混凝土強(qiáng)度沒有明顯影響。由T1、T3、T5分析可得，隨著水膠比的提高，混凝土強(qiáng)度逐漸降低。綜合可得，本次試驗(yàn)的鐵礦廢石骨料混凝土脫模強(qiáng)度均達(dá)到了設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以上，7d強(qiáng)度均在45MPa以上，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)的C30混凝土強(qiáng)度指標(biāo)。圖4不同配比混凝土的力學(xué)性能3、生產(chǎn)應(yīng)用

綜合混凝土工作性能和力學(xué)性能，最終確定鐵礦廢石骨料混凝土疊合板生產(chǎn)試制的配合比見表7。表7鐵礦廢石骨料混凝土疊合板生產(chǎn)試制配合比

kg/m3生產(chǎn)的具體工藝流程如圖5所示。

圖5疊合板生產(chǎn)工藝流程混凝土攪拌：采用二次投料法，攪拌機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，先加入鐵礦砂鋪滿攪拌機(jī)底部，然后加入水泥和粉煤灰進(jìn)行干攪拌15s，加入90%的設(shè)定用水量攪拌20s，再加入鐵礦石攪拌20s，緩慢加入減水劑，最后根據(jù)骨料含水率判定是否補(bǔ)加用水量，攪拌均勻后出料，整體攪拌時(shí)間90s左右?；炷翝仓悍譃椴剂虾驼駬v兩部分。布料采用一次性布料全部完成，布料時(shí)要保證均勻，特別注意模具邊緣位置處混凝土要高于模板邊緣15mm左右，以防止振搗時(shí)邊緣部位出現(xiàn)露石蜂窩等缺陷；振搗采用插入式振動(dòng)棒振搗，振動(dòng)棒采用平放拖拉形式振搗，振搗位置距離模板邊緣100mm左右，振搗間距300mm。澆筑需要保持連續(xù)，在30min內(nèi)澆筑完成。拉毛處理：等待混凝土初凝或者失去流動(dòng)性后，采用拉毛機(jī)在混凝土表面同一方向進(jìn)行拉毛操作，提高表面粗糙程度，粗糙面積≥80%，深度在5mm左右。構(gòu)件養(yǎng)護(hù)：澆筑完成后覆蓋苫布采用蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝，包括靜停、升溫、恒溫和降溫四個(gè)階段。靜停：成型后的構(gòu)件在自然環(huán)境下放置2h；升溫：升溫時(shí)間2h，升溫速率為20℃/h；恒溫：在60℃恒溫蒸汽養(yǎng)護(hù)4h；降溫：采用自然降溫形式，降溫速度不宜超過20℃/h。起吊和拆模：養(yǎng)護(hù)完成的構(gòu)件采用吊起后拆除的脫模工藝，起吊前保證構(gòu)件表面溫度與大氣溫度相差≤20℃，測(cè)試同條件養(yǎng)護(hù)的混凝土試塊強(qiáng)度≥15MPa時(shí)方可拆模起吊。采用專用吊鉤勾在桁架上，將疊合板脫離平臺(tái)300～500mm，用橡膠錘輕敲模具邊，使構(gòu)件與模板脫離。檢查：檢查疊合板尺寸、預(yù)埋件尺寸、外觀質(zhì)量等，并做好標(biāo)識(shí)放置堆場(chǎng)。本研究生產(chǎn)的疊合板中固廢摻量達(dá)78%，產(chǎn)品1d脫模強(qiáng)度28.2MPa，7d強(qiáng)度43.6MPa。產(chǎn)品外觀質(zhì)量良好，顏色均勻一致，混凝土整體密實(shí)度高，無蜂窩露筋孔洞現(xiàn)象，無明顯的缺棱掉角、翹曲不平等外形缺陷和麻面、掉皮、起砂等外表缺陷。產(chǎn)品綜合質(zhì)量符合GB50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的要求。全鐵礦骨料疊合板如圖6所示。

圖6全鐵礦骨料疊合板及外觀質(zhì)量結(jié)論

（1）鐵礦廢石具有力學(xué)性能穩(wěn)定、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，用其制備的砂、石骨料，其物理性能指標(biāo)良好，可完全替代天然骨料用來配置不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土。（2）針對(duì)鐵礦骨料的級(jí)配差、表觀密度大導(dǎo)