废玻璃粉-尾矿砂混凝土的强度试验研究.pdf

第3期
矿产综合利用
2015年6月
Multipurpose Utilization of Mineral Resources
Jun.2015
废玻璃粉一尾矿砂混凝土的强度试验研究
宁宝宽,张俊祥,孟晋,高晟全,刘振杰,庞兴
(沈阳工业大学建筑工程学院,辽宁沈阳110870)
摘要:将特细尾矿砂和磨细废玻璃粉混合物用于C30混凝土的细骨料,废玻璃粉按照0、10%、20%
30%、40%、50%和60%等质量代替尾矿砂,制作了8组共计72个普通砂和废玻璃粉-尾矿砂细骨料二种混凝
土标准抗压试件,养护7d、28d、90d后分别测试它们的抗压强度。结果表明,全部用特细尾矿砂作为混凝土
细骨料,混凝土和易性和强度等性能均不如普通中粗砂混凝土;废玻璃粉的添加能够提高尾矿砂混凝土的强
度,但是,混凝土的强度增长与废玻璃掺量为非线性关系。当废玻璃粉掺量在20%~30%时,尾矿砂细骨料
混凝土各龄期强度即可达到普通中粗砂混凝土各龄期强度值;磨细至一定粒径以下的废玻璃粉具有较高的
火山灰活性是混凝土强度提高的内因。研究对固体废弃物的再利用具有参考价值。
关键词:废玻璃粉;尾矿砂混凝土;细度模数;抗压强度
doi:10.3969/isn.1000-6532.2015.03.017
中图分类号:TD989;TU528.01文标志码:A文章编号:1000-6532(2015)03-0069-04
作为矿业工程的副产品,据统计,2010年全国天然砂的超量开采已对农田、河道造成严重破坏,还
矿山数量为11.25万座,共堆存各类尾矿约有100对发展绿色环保型建筑起到重要的推动作用。相关
多亿t,占地6700km2。为了解决大量尾矿资源研究也取得了一些进展(4り。在此,作者在前人研
雄弃占地、减轻环境负荷、消除溃坝隐患等问题,我究的基础上,将磨细废玻璃粉与特细尾矿砂混合物
国在《金属尾矿综合利用专项规划(2010~2015)》作为混凝土的细骨料,研究了不同玻璃粉和尾矿砂
中要求力争到2015年全国尾矿综合利用率由目前掺量时混凝土的强度,并对废玻璃粉的作用机理进
的不足10%提高到20%;废弃玻璃作为我国建筑行了分析,得到了一些规律性认识。研究对尾矿砂
等行业高速发展的废弃物之一也在与日俱增。据统和废玻璃在混凝土等建筑材料方面的综合利用具有
计,我国每年城市的废弃玻璃约450-750万t,废玻参考价值。
璃作为城市固体废弃料在我国一般占有6%~11%
的比例,目前,中国废玻璃回收再利用率仅25%~
试验
30%,远远低于很多欧洲国家70%以上的利用1.1试验原材料
率。可见,如何有效地将尾矿砂、废玻璃等固体
(1)尾矿砂。取自鞍钢集团某尾矿库,属高硅
废弃物回收再利用,是一个亟待解决的重要问题。型铁尾矿砂,细度模数平均值1.01。按照行业标准
目前,将尾矿砂、废玻璃作为混凝土等建筑材料JCJ52-92《普通混混凝土用砂质量标准及检验方
的骨料使用是国内外解决大宗固体废弃物的最有效法》分类,属于特细砂。
途径之ー。因为,此方法既可大量消耗固体废弃物,
(2)废玻璃粉。主要是废品回收站收购的废弃
又会减轻不少地区出现的天然砂资源逐步减少,对玻璃,以废弃的玻璃容器为主,经清洗、自然风干,用
收稿日期:2014-09-02
基金项目:辽宁省教育厅科学研究计刘项目(201364088
作者简介:宁宝宽(1971-),男,教授,从事土木工程方面的教学和科研工作。
矿产综合利用
2015年
球磨机粉磨后过筛。选取粒径0.15mm以下的玻作细骨料,其细度模数远小于中粗砂,混凝土浇筑
璃粉末作为试验材料。
时,同样的水灰比,其坍落度要小于中粗砂。本文选
(3)粗骨料。普通碎石,最大粒径≤20mm
用的中粗砂细度模数为2.77,对应的混凝士坍落度
(4)水泥和水。道宁山水工源水泥有限公司生为47mm,在相同水灰比条件下,纯尾矿砂(细度模
产的P.042.5普通硅酸盐水泥,合格的饮用自来数1.01)混凝土的坍落度仅为29m,降低约38%
水
(见表1)。经过磨细的废玻璃粉粒径在0.15mm以
1.2试验方案设计
下,小于尾矿砂粒径,随着废玻璃粉掺量的增加,细
本试验基准组混凝土强度等级为C30,基准水骨料的平均粒径逐步减小,表1为不同废玻璃粉掺
灰比为W/C=0.57,砂率为33%,坍落度为30~50量时细骨料的细度模数计算结果。图1为废玻璃粉
m。按照单掺法设计了8组试验方案,其中第一组掺量与细骨料细度模数的变化曲线。
为普通砂细骨料混凝士,其余七组以特细尾矿砂为
细骨料,废玻璃粉取代尾矿砂率分别为0,10%,
20%,30%,40%,50%及60%。
1.3试件的制作与养护
0.6
试件制作时,考虑了尾矿砂和废玻璃粉由于粒
0.4
玻璃粉掺量/%
径很小,且级配均匀,比表面积较普通河砂要大很
多,不同废玻璃粉取代率时,细骨料的细度模数变化
图1废玻璃粉一尾矿砂的细度模数变化曲线
较大;因此,为保证混凝土试件制作和施工的和易Fig-1 Change curve of fineness modulus of waste-glas
性,实际制作试件时以30mm的坍落度控制为主,
powder-mine tailings
每组试件的实际用水量并不相同。相关参数见表
由于细骨料级配均匀,粒径小,导致掺废玻璃粉
1。实际制作抗压强度试块8组,每组9块,尺寸为的尾矿砂混凝土的和易性降低。为了保证混凝土的
100mmx100mm×100mm。
和易性,以30mm坍落度为基准,调整了掺不同废
表1试验参数
玻璃粉细骨料混凝土的水灰比。由表1可知,掺不
Table 1 Test parameter
同废玻璃粉的尾矿砂细骨料混凝土的实际水灰比及
编号
细骨料类型水灰比实测坍落度细骨料的实测坍落度值,并且随着玻璃粉摻量的增加,混凝士
7及掺量2
/m细度模数
第一组普通砂细骨料0.570
用水量也在增加,二者基本呈线性关系,见图2。
第二组尾矿砂细骨料0.570
第三组玻璃粉10%0.578
第四组玻璃粉20%0.584
E0.60
第五组玻璃粉30%0.59232
长
第六组玻璃粉40%0.598
0.58
第七组玻璃粉50%0.606
第八组玻璃粉60%0.612
28
0.53
20304050
试件标准养护至规定龄期,采用YZ-500型电液
玻璃粉掺量/
伺服微机控制压力试验机,按普通混凝土力学性能
图2废玻璃粉掺量一水灰比关系曲线
试验方法标准6(CGB/T50081)2002)规定的试验方
ig 2 Rel
法测试混凝土的抗压强度。分别测试了7d、28d
powder-water ash
和90d的抗压强度,尺寸换算系数按0.95计算。
2.2废玻璃一尾矿秒细骨料混凝土的强度
2试验结果分析
表2为不同龄期各种细骨料混凝土的强度试验
结果,本试验由于试件制作和养护规范,各试样试验
2.1废玻璃粉掺量对混凝士水灰比的影响
结果偏差均在允许范围之内,因此,表2平均值为所
工程中常用中粗砂作为混凝土细骨