由于混凝土在建筑中的大量使用，不可再生的天然砂资源在短时间内越来越短缺，很多地方甚至出现供应短缺。天然砂价格飙升至每吨110多元，大大增加了施工成本。积极发展石屑砂、尾矿砂等人工砂在混凝土中的应用技术和途径，具有一定的社会效益和经济效益。

马鞍山铁矿有大量闲置和废弃的尾矿。这些堆积的尾矿占用土地，破坏土壤，堵塞河流，二次扬尘会污染环境。开发尾矿砂在建筑材料中的应用，不仅解决了天然骨料濒临匮乏的问题，还开辟了冶金固体废弃物资源化利用的新途径，减少了环境污染，可谓一举两得。

本文以铁矿尾矿为细骨料，以不同比例取代天然砂，进行了大流动性混凝土的制备研究。

一.测试部分

(1)原材料

通过适当的筛分处理，选择马钢南山铁矿的尾矿砂作为原料，其筛分分析结果和性能测试结果分别见表1和表2。

表1尾矿砂筛分结果

水泥为马鞍山海螺厂P.0级42.5水泥，经检验合格。微粉渣为马钢嘉华S95磨细矿渣，其技术指标见表3。

表3矿渣粉的性能指标

(2)混合砂

尾矿与天然砂的比例分别为20%、40%、60%、80%、100%，制备混合砂。经筛分试验，均为II区中砂。混合砂的筛析结果见表4。

表4混合砂筛分试验结果

采用预拌混合砂配制C30和C40强度等级的大流动性混凝土。等量掺入20%矿渣粉代替水泥。为了改善混凝土的和易性，掺入15%的粉煤灰和1%的外加剂。C30混凝土水胶比0.52，砂率41%；C40混凝土的水胶比为0.42，砂率为39%。材料用量(混凝土配合比)见表5。

表5混凝土配合比

(一)混凝土拌合物的和易性

根据表5所示的配合比，试配不同尾矿取代率的混凝土，并如表6所示测量混合物的和易性。

表6混凝土拌合物和易性测定结果

总体来看，不同取代率的尾矿砂混凝土的和易性与基准混凝土相当，能够满足大流动性混凝土的和易性要求。

分析表明:①尾矿呈棱角状，粗糙干燥，不像天然砂那样光滑。随着外加剂的增加，细骨料之间以及细骨料与水泥浆体之间的界面摩擦也会增加，混凝土拌合物的流动性会逐渐降低。另一方面，由于矿渣粉和粉煤灰的加入，它们都具有“形状效应”，即含有大量的细颗粒，其中大部分是球形玻璃珠，广泛分布在水泥浆体中，在细骨料接触点起到“球轴承”的作用，即具有很强的润滑作用，从而大大降低了水泥浆体与骨料的界面摩擦。因此，即使是大比例的尾矿(80% ②由于尾矿砂的形成条件和表面特性不同，粒径分布、厚度等关键技术指标波动较大，其混凝土拌合物的粘结性和保水性往往不如天然砂。但由于本试验中掺入了矿渣粉、粉煤灰等细矿物掺合料，混凝土拌合物浆体丰富，浆骨料比增大，可以充分保证粗骨料被浆体包裹而不外露，增强混凝土拌合物的粘结性。同时，矿渣粉和粉煤灰具有“微集料效应”，其细颗粒填充在水泥颗粒中，提高了混凝土胶凝体系的密实度。形成的丰富浆体还能保证骨料之间的空空隙被密实填充，提高了混凝土内部结构的密实度，有效堵塞了混凝土中的泌水通道，减少了混凝土的泌水，提高了混凝土的保水性。

总之，掺入粉煤灰、矿渣粉等磨细掺合料，可以有效抵消尾矿砂替代天然砂对混凝土和易性的不利影响。

(2)混凝土强度

根据表5所示的混合比，形成强度测试样品，并在标准养护7d和28d后测量立方体抗压强度。结果如图1所示。

从图1可以看出，当尾矿砂取代率为20% ~ 100%时，C30和C40混凝土的7d和28d强度与基准混凝土相当，部分略高于基准混凝土，且均满足配制强度的要求。实际上用尾矿砂代替天然砂会更有利于混凝土的强度，因为尾矿砂表面粗糙有棱角，尾矿砂与水泥浆的界面粘结力会比表面光滑的天然砂高。同时，尾矿砂中还含有少量石粉，可以填充混凝土结构内部孔隙，提高混凝土的密实度，起到微集料效应，有利于混凝土的强度。

(3)坍落度随时间的损失

商品混凝土在现代建筑中应用广泛，从搅拌、运输到浇筑大约需要1 ~ 2h，期间坍落度会随着时间的推移而逐渐减小，称为坍落度经时损失。坍落度损失过大，混凝土在浇筑前会失去流动性，影响工程质量。

为了测试尾矿砂对高流动性混凝土坍落度损失的影响，进行了掺有0、60%和100%外加剂的C30混凝土混合物的坍落度损失测试，结果如图2所示。

从图2可以看出，当取代率为60%时，尾矿砂混凝土的坍落度经时损失较小(与基准混凝土相当)，1h后仍保持较大的流动性。因此，可以认为当尾矿砂取代率不大于60%时，混凝土坍落度经时损失较小。但当尾矿替代率达到100%时，混凝土的坍落度会随着时间损失很大，在40min左右就达不到混凝土流动性的要求。

原因如下:①尾矿砂的吸水率高于天然砂。因此，随着时间的推移，尾矿砂会吸收混凝土拌合物中更多的自由水，导致混凝土拌合物坍落度损失过大。(2)尾矿含量过大时，混凝土保水性稍差，水分容易泌出蒸发，导致混凝土拌合物坍落度损失过大。但在合适的掺量下，尾矿砂混凝土的坍落度损失并不大，因为双掺矿渣粉和粉煤灰具有"形状效应"和"微集料效应"，可以大大降低坍落度损失，从而有效消除尾矿砂对混凝土坍落度损失的负面影响。

三、尾矿砂混凝土生产及施工质量控制

由于天然砂的短缺和价格因素，人工砂越来越多地用于混凝土中。尾矿砂作为人工砂的一种，在混凝土中的应用屡有报道。但尾矿砂有自身的缺陷，吸水率大，空隙率大空，多角度，表面粗糙。为确保质量，应特别加强尾矿砂混凝土生产和施工过程中的质量控制。

(1)鉴于尾矿砂吸水率大，为防止尾矿砂商品混凝土在长途运输或高温季节长时间停放时坍落度损失过大，建议:(1)采用表面干燥饱和的尾矿砂，防止尾矿砂吸收大量自由水，带来很大的坍落度损失。②外加剂(减水剂、泵送剂等。)可采用后拌法添加，以保证混凝土在浇筑现场具有施工所需的流动性。③设计混凝土配合比时，根据实际情况(距离、温度、时间等。)，适当提高坍落度的初始设计值，以补偿碱运输或施工过程中的坍落度损失。

(2)尾矿砂表面粗糙，空隙率空大。为了改善混凝土的和易性，在尾矿砂混凝土中应掺入一定量的矿物掺合料，如二级以上粉煤灰、矿渣微粉等。

(3)尾矿砂混凝土保水性稍差，水分容易泌出蒸发，振捣要适度，切不可过振，并特别注意加强早期(7 ~ 14d)保温保湿，防止开裂。

四。结论。

(1)采用42.5级水泥，掺入20%矿渣粉、15%ⅱ级粉煤灰和1%高效减水剂，水胶比分别为0.52和0.42，砂率分别为41%和3996，以20%、40%、60%、80%和100%取代尾矿砂中的天然砂。因此，就混凝土和易性和强度而言，尾矿砂完全可以替代天然砂。

(2)对于需要长距离运输的具有流动性或高流动性的商品混凝土，如果考虑坍落度随时间的损失，尾矿替代率不应超过60%；否则坍落度经时损失大，达不到流动性要求。

(3)配制尾矿砂混凝土时，一定量的磨细矿物掺合料(如矿渣微粉、二级以上粉煤灰等。)以减少尾矿砂自身缺陷对混凝土和易性的不利影响。比如在实验中加入20%的矿渣粉和15%的ⅱ级粉煤灰，对改善混凝土的和易性和降低坍落度经时损失起到了很好的作用。

(4)尾矿砂是一种人工砂，往往含有一定量的石粉。少量石粉能起到微集料效应，对混凝土有利。但当石粉掺量过大时，相同流动性的混凝土拌合物需水量会大大增加，不仅增加水泥用量和成本，而且会增加混凝土的干燥收缩，恶化混凝土的综合性能。石粉含量一般不超过5%(满足ⅱ级砂要求)。