全铁矿废石骨料在混凝土叠合板中的应用研究.docx

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1、中国是钢铁工业大国，铁矿石是钢铁生产企业的重要原材料。我国矿产资源的整体特点是丰而不富，特别是铁矿资源，97%属于贫矿甚至是超贫矿，比世界平均品位低11%。铁矿开采行业产出的含铁尾矿/废石是最大宗的工业固废来源之一。混凝土作为大宗建筑材料，每年消耗大量的天然砂石，利用铁矿废石作为骨料制备混凝土材料，不仅解决了天然骨料的紧缺问题，又能有效消纳铁矿固废资源。目前，国内对铁矿固废制备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句，但都停留在实验室阶段，在混凝土预制构件中的实际应用还鲜有报道。本研究在铁矿废石储量较大的辽宁地区开展,利用铁矿废石制成的粗、细骨料，分析混凝土工作性能和力学性能

2、的主要影响因素，并探索有效的解决方法，最终成功工业化生产制备C30混凝土叠合板，其中固废总比例达78%左右，有效验证了大掺量铁矿废石骨料混凝土在预制构件生产中的可行性。1、试验部分1.1 原材料水泥：辽宁大鹰牌P-o42.5R水泥，其物理性能见表1。粉煤灰：辽宁抚顺莲年达生产的级粉煤灰，细度17%,28d活性69%。天然砂：II区普通河砂，细度模数2.8,含泥量1.6%0压碎值18%,表观密度2660kgm3o天然石：525mm连续级配碎石，压碎值9%,含泥量0.2%,表观密度2640kgm)固废粗、细骨料：辽宁壹立方砂业有限公司制备的铁矿石、铁矿砂，其物理性能见表2、表3,颗粒级配如图1、图

3、2所示。外加剂：建华建材(营口)有限公司生产的聚竣酸高性能减水剂(减水型PCE1、保坍型PCE2、酯类PCE3)、粘度调节剂VU。表1水泥物理性能比表面积/(m2kg)凝结时间min抗折强度/MPa抗压强度/MPa初凝终凝3d28d3d28d3621592245.98.73049.2表2铁矿砂物理性能含水率含泥量细度砂头含压碎值表观密度堆积密度/%/%模数量/%指标/%/(kgm3)/(kgm3)0.27.42.30.01427501610表3铁矿石物理性能含水率/%含泥量/%针片状含量/%风化颗粒含量/%压碎值指标/%表观密度/(kgm3)堆积密度/(kgm3)0.10.70.00.07.0

4、27501630图1铁矿砂的颗粒级配1.2 试验配合比及测试方法12.1配合比设计针对混凝土叠合板的性能指标：混凝土强度等级C30,初始坍落度（18020）mm,30min坍落度损失30mm,设计的混凝土配合比见表4。以天然砂石配制的混凝土作为参照组YO,以铁矿砂、石全部取代天然砂石配制的混凝土记T,由于铁矿石颗粒级配不佳，铁矿砂细度模数偏小，且石粉含量较高，需通过外加剂复配技术对混凝土性能进行调整，具体比例见表5。表4混凝土配合比kgm3水泥粉煤灰铁矿石铁矿砂38040915875表5外加剂复配比例验号试编水胶比外加剂掺量/(kgm3)外加剂复配比例(Wt)/%PCE1PCE3PCE2VMY

5、O0.3546020200T10.3546020200T20.3545820202T30.3845025232T40.3844038202T50.4043047.5202.51.2.2试验方法混凝土拌合：将配制完成的胶凝材料、骨料加入强制式混凝土搅拌机中干搅Imin,然后加入外加剂和水，继续搅拌2min后出机进行性能检测。混凝土工作性检测：参考GB/T50080-2016普通混凝土拌合物性能试验方法标准测定混凝土的初始坍落度和静置30min后的坍落度。混凝土力学性能检测：参照GB/T50081-2016普通混凝土力学性能试验方法标准，将混凝土拌合物倒入IoOmmXIOOmnI义10Omm的三联

6、模，振动成型。然后静停3h,进行60蒸汽养护，升温速度20Ch,恒温时间4h,降温至室温后进行脱模强度检测，然后继续自然养护至7d进行强度测定。2、试验结果及分析2.1混凝土工作性能表6为混凝土拌合物的离析泌水现象，图3为混凝土拌合物的初始及30min坍落度。根据表6及图3的试验结果，由YO和TI分析可得，相同水胶比和外加剂第配比例及掺量，铁矿废石骨料混凝土相比于天然骨料混凝土的坍落度较小，且容易出现离析泌水现象。这是由于铁矿砂的石粉含量高，细度模数小，吸水能力较强，导致浆体需水量较大，混凝土流动度变小。同时铁矿石颗粒级配较差，表观密度高，在混凝土拌合中容易出现离析泌水和骨料下沉现象。针对以上

7、问题，主要通过外加剂复配技术进行性能调整，由T1、T2、T3、T4、T5分析可得,在外加剂中掺加2%、2.5%粘度调节剂,对混凝土离析泌水稍有改善，但影响流动度，在添加粘度调节剂VM的基础上，随着复配外加剂中PCE1组分的降低和PCE3组分的提高，适当提高水胶比，可有效改善混凝土拌合物的工作性能。这是因为PCE1型聚竣酸减水剂虽然具有较高的减水率，但对混凝土的掺量敏感性较高，而PCE3酯类减水剂在兼具减水、保坍性能的同时，可以降低掺量敏感性3粘度调节剂VM可通过调节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。通过外加剂多组分复配技术，在全掺铁矿废石骨料的技术上，试验T5可制备出工作性

8、能优良的高品质混凝土拌合物。YOT1T2T3T4T5无离析离析离析稍轻微离无离析，无离析泌水泌水有改善析泌水轻微泌水泌水表6混凝土拌合物的离析泌水现象1 1 1EE/超被客806040120-T5100YOT1T2T3T4试验编号图3不同配比混凝土拌合物的坍落度2.2混凝土力学性能图4为不同配比混凝土的脱模及7d强度。根据图4试验结果，由Yo和T1分析可得，铁矿废石骨料混凝土相比于天然骨料混凝土具有更高的强度，这是由于铁矿废石骨料的压碎值低、品质好，而且铁矿中化学组分Mg0、AkCh和Fe2O3含量高，对混凝土的水化反应具有积极的促进作用，有利于强度的增加。由T1、T2和T3、T4分析可得,在

9、相同水胶比条件下，适当添加粘度调节剂VU,改变外加剂复配比例中PCE1和PCE3的组成比例，对混凝土强度没有明显影响。由T1、T3、T5分析可得，随着水胶比的提高，混凝土强度逐渐降低。综合可得，本次试验的铁矿废石骨料混凝土脱模强度均达到了设计强度的90%以上，7d强度均在45MPa以上，远超设计的C30混凝土强度指标。试验编号图4不同配比混凝土的力学性能3、生产应用综合混凝土工作性能和力学性能,最终确定铁矿废石骨料混凝土叠合板生产试制的配合比见表7。表7铁矿废石骨料混凝土叠合板生产试制配合比kgm3水泥粉煤灰铁矿石铁矿砂自来水外加剂380409158751684注：其中，外加剂复配比例为(wt

10、%)：PCEI型30+PCE3型47.5+PCE2型20+粘度调节剂VM2.5。图5叠合板生产工艺流程混凝土搅拌：采用二次投料法，搅拌机运转过程中，先加入铁矿砂铺满搅拌机底部，然后加入水泥和粉煤灰进行干搅拌15s,加入90%的设定用水量搅拌20s,再加入铁矿石搅拌20s,缓慢加入减水剂，最后根据骨料含水率判定是否补加用水量，搅拌均匀后出料，整体搅拌时间90s左右。混凝土浇筑：分为布料和振捣两部分。布料采用一次性布料全部完成，布料时要保证均匀，特别注意模具边缘位置处混凝土要高于模板边缘15mm左右，以防止振捣时边缘部位出现露石蜂窝等缺陷；振捣采用插入式振动棒振捣，振动棒采用平放拖拉形式振捣,振捣

11、位置距离模板边缘IOOmnI左右，振捣间距30Omn1O浇筑需要保持连续，在30min内浇筑完成。拉毛处理：等待混凝土初凝或者失去流动性后，采用拉毛机在混凝土表面同一方向进行拉毛操作，提高表面粗糙程度，粗糙面积280%,深度在5mm左右。构件养护：浇筑完成后覆盖苫布采用蒸汽养护工艺，包括静停、升温、恒温和降温四个阶段。静停：成型后的构件在自然环境下放置2h；升温：升温时间2h,升温速率为20Ch;恒温：在60C恒温蒸汽养护4h；降温：采用自然降温形式，降温速度不宜超过20Ch起吊和拆模：养护完成的构件采用吊起后拆除的脱模工艺，起吊前保证构件表面温度与大气温度相差20C,测试同条件养护的混凝土试

12、块强度215MPa时方可拆模起吊。采用专用吊钩勾在桁架上，将叠合板脱离平台300500mm,用橡胶锤轻敲模具边，使构件与模板脱离。检查：检查叠合板尺寸、预埋件尺寸、外观质量等，并做好标识放置堆场。本研究生产的叠合板中固废掺量达78%,产品Id脱模强度28.2MPa,7d强度43.6MPa。产品外观质量良好，颜色均匀一致，混凝土整体密实度高，无蜂窝露筋孔洞现象，无明显的缺棱掉角、翘曲不平等外形缺陷和麻面、掉皮、起砂等外表缺陷。产品综合质量符合GB50204-2015混凝土结构工程施工质量验收规范的要求。全铁矿骨料叠合板如图6所示。图6全铁矿骨料接合板及外观质量结论(1)铁矿废石具有力学性能稳定、强度高的特点，用其制备的砂、石骨料，其物理性能指标良好，可完全替代天然骨料用来配置不同强度等级混凝土。(2)针对铁矿骨料的级配差、表观密度大导致的混凝土流动性差、离析泌水等问题，通过酯类外加剂、粘度调节剂等组分的外加剂复配技术可提高混凝土拌合物的黏度和包裹性，以保证混凝土的和易性、操作性能。(3)通过对铁矿废石混凝土配合比设计及生产工艺控制，使用铁矿废石骨料全部取代天然骨料用于混凝土中，可制备出性能良好的C30混凝土直合板，表明铁矿废石骨料在预制构件中的大掺量应用具有可行性。