掺加铁矿砂尾砂的玻化微珠保温混凝土的性能研究

目前建筑物保温节能技术大多都集中在研究开发附加到建筑物结构外表面或内表面的保温材料上。从系统科学的方法与原理出发，研究开发一种既具有一般混凝土的物理力学性能，同时又具有保温性能，符合绿色、环保的生态建筑材料是十分必要的。玻化微珠保温混凝土的研制填补了这一空缺。在矿山的开采中会产生大量的铁矿砂和尾砂，尾砂是矿山开采的废弃物，不仅占用大量土地，而且造成环境污染，同时由于目前河道和耕地的限制开采，使原有的砂石资源更加紧张[2]。尾砂被作为混凝土的原材料利用，既节约了资源，又有利于环保，符合我国建立资源节约型、环境友好型社会的要求。

1 玻化微珠保温混凝土的研究概况

通过前期大量的试验，得出如下结论：在玻化微珠掺量、水泥强度等级、砂用量减少量、石子种类因素中，玻化微珠掺量是影响保温混凝土导热系数的最主要因素，但对混凝土28d抗压强度影响不显著；石子种类是影响混凝土28d抗压强度的最主要因素，对混凝土导热系数影响亦比较显著；水泥强度等级对混凝土28d强度影响比较显著，对导热系数有一定影响；砂用量减少量对混凝土的导热系数和28d抗压强度影响均不显著。理论分析和试验研究均证明，在混凝土中掺加玻化微珠，改变常规混凝土的材料组成，并应用多种外加剂，可使混凝土既具有保温性能，又能满足物理力学性能[3]。可见，玻化微珠保温混凝土作为墙体结构材料和保温材料合二为一是可行的，可使我们进行结构受力构件设计及施工的同时解决保温节能问题，减少了设计和施工的工序，缩短了工期，将会带来显著的经济和社会效益[4]。在此基础上，本试验按照初始理论配合比，通过掺加铁矿砂、尾砂，分析其对玻化微珠保温混凝土强度、导热系数、容重的影响；寻找外掺料的最佳掺量，使玻化微珠保温混凝土在较低的导热系数下强度最高。

2 试验

2.1 原材料

水泥：采用太原某水泥厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥。玻化微珠：是一种无机玻璃质矿物材料，由火山岩粉碎成矿砂，经过特殊膨化烧法加工而成，产品呈不规则球状体颗粒，内部为空腔结构，表面玻化封闭，理化性能稳定，具有质轻、隔热防火、耐高低温、抗老化、吸水率小等优良特性。可替代粉煤灰漂珠、玻璃漂珠、普通膨胀珍珠岩、聚苯颗粒等诸多传统轻质骨料在不同制品中的应用，是一种环保型高性能无机轻质绝热材料。试验选用太原思科达科技发展有限公司生产的SKD-Ⅱ产品，产品形状和物理性能见DBJ04-250—2007《玻化微珠保温砂浆应用技术规程》。

石子：山西文水碎石，粒径5～20mm，堆积密度1630kg/m³。砂：太原砂石场普通河砂，含泥量小于2%，中砂，堆积密度1500kg/m³。水：自来水，pH值小于6.5。铁矿砂，太原某钢厂；尾砂，生产玻化微珠原料的尾砂。铁矿砂、尾砂的检测结果见表1。

2.2 混凝土初始理论配合比

水泥466kg，石子1240kg，中砂331kg，水213kg。

2.3 试验过程

试验中，玻化微珠的掺量为预拌混凝土体积的100%，铁矿砂A、B，尾砂A、B分别按水泥质量的5%、10%、15%、20%加入到混凝土中。试验共分16组，每组中测试抗压强度采用150mm×150mm×150mm的立方体试块，测定导热系数的试件以3块为1组：分别为厚试件2块（200mm×200mm×75mm），薄试件1块（200mm×200mm×25mm）。试件采用室内自然养护（室内温度约20℃），在试件成型后用不透水的薄膜覆盖表面，防止水分蒸发，静置24h后标上编号、拆模，拆模后的试件仍用薄膜覆盖，在室温下养护至28d，并在此期间经常浇水，保持试件的湿润。抗压强度采用WAW-1000kN微机控制电液伺服万能试验机进行测试，取同组3块试件的平均值作为该配比下的28d抗压强度代表值。导热系数测试前首先把养护好的薄板试件和厚板试件均放在烘干箱中，在105～110℃烘干至恒重，取出后在室内静置8h，冷却至室温，然后采用天津建仪厂生产的DRM-1导热系数仪进行测试。密度值采用磅秤称得。
 

3 试验结果及分析

3.1 试验结果

铁矿砂A、B，尾砂A、B掺量分别为水泥质量的时，玻化微珠保温混凝土的28d抗压强度、导热系数、密度随外掺料掺量变化的曲线分别见图1、图2、图3。

3.2试验结果分析

（1）从图1、图2、图3可以看出，随着外掺料掺量的增大，玻化微珠保温混凝土的抗压强度呈下降趋势，导热系数和密度呈增加趋势。由图1可得，尾砂A掺量的变化对抗压强度的影响最大。当尾砂A的掺量为15%时，抗压强度最大降幅达53.6%；由图2可得，尾砂A掺量的变化对导热系数的影响最大。当尾砂A的掺量为20%时，导热系数最大增幅7.1%；由图3可得，铁矿砂B掺量的变化对密度的影响最大。当铁矿砂B的掺量为20%时，密度最大增幅10.2%。

（2）随着铁矿砂、尾砂掺量的增加，玻化微珠保温混凝土强度逐渐下降，其原因是砂率的增加，集料总表面积的增大使水泥浆量相对不足，集料颗粒表面的水泥浆层将变薄，从而减弱了水泥浆的润滑作用，新拌混凝土的流动性减小。而为保证其流动性，且在水泥用量不变的情况下，需水量加大，导致水灰比增加，强度下降；密度逐渐增加是由于铁矿砂、尾砂的表观密度大于普通混凝土的表观密度所致；导热系数在1.00W/（m·K）左右微小波动，这也再一次验证了前面所得结论，影响导热系数的主要因素是玻化微珠的掺量。同时导热系数随着砂率的增加而呈现微小的增大趋势，说明砂率对导热系数有一定的影响。

（3）由图1、图2、图3可得，当尾砂A的掺量为水泥质量的5%时，玻化微珠保温混凝土强度最高，导热系数和密度较小，为最佳方案。

4 结语

（1）掺加5%尾砂A的玻化微珠保温混凝土，抗压强度可达11.37MPa，导热系数为0.98W/（m·K），可制成保温承重砌块。（2）尾砂的利用减少了其对环境的污染，节约了资源，符合我国可持续发展战略。